Izpitna vprašanja Flashcards
1
Q
Osnovna cilja embrionalnega razvoja
A
Generiranje celične pestrosti (diferenciacija) in organizacija v tkiva in organe (morfogeneza).
Zagotoviti kontinuiteto življenja iz generacije v generacijo (reprodukcija)
2
Q
Razloži epigenezo in preformacijo.
A
Epigeneza - nastanek organov de-novo iz nič.
Preformacija - prisotnost miniaturnega embria, majhnega človeka v JC ali spermiju.
3
Q
Naštej 4 načela von Baera (1828)
A
1) Lastnosti, ki so skupne vsem članom glavne taksonomske skupine se razvijejo zgodaj v njihovi ontogeniji, specializirane lastnosti podskupin se izrazijo kasneje.
Primer: Vsi vretenčarski embriji so si po zaključku gastrulacije zelo podobni (filotipski stadij) hrbtna struna, dorzalno cevasto živčevje, žepi in loki žrela, aortni loki
2) Bolj specifične značilnosti izhajajo iz bolj splošnih.
Primer: Vsi vretenčarji imajo na začetku razvoja enako zgradbo kože, specifične kožne strukture se oblikujejo kasneje. Zgodnji razvoj okončin je pri vseh vretenčarjih enak, razlike se pojavijo kasneje.
3) Embrij določene vrste vse bolj divergira od odrasle oblike “nižjih” vrst živali in nikakor ne gre skozi stadije razvoja odraslih “nižjih” živali.
4) Zgodnji embrij “višjih” živali ni nikoli podoben nižjim odraslim živalim, temveč je podoben le njihovemu zgodnjemu embriju
4
Q
Kaj je morfogeneza in naštej glavne morfološke procese.
A
Oblikovanje organiziranih oblik, ki vključuje koordinirano celično rast, celično migracijo in celično smrt. Diferencirane celice se organizirajo v tkiva in organe, to ni naključen proces.
Procesi: celične delitve, spreminjanje oblike celic (EM tranzicije in obratno), migracija celic, celična rast (sprememba velikosti), celična smrt, spremembe v sestavi celic in nastanek različnih produktov, signalizacija.
5
Q
Kaj nam povedo mape usode (fate maps)?
A
- So temeljni koncept embriologije
- Omogočajo razumevanje embrionalnega izvora različnih tkiv
- Prikazujejo, kaj lahko vsaka posamezna regija zarodka postane tekom normalnega razvoja
- Narejene so s pomočjo označevanja celic/regij
- Načrti usod zgodnjih embrijev različnih vretenčarjev so si med seboj podobni
6
Q
Razloži pojem transgene himere
A
Transplantacija celic/tkiva iz GMO v w.t. prejemniški embrio.
GMO embrij ustvarimo tako, da vanj inficiramo virus z modificiranih genomom, ki lahko izrazi gen za GFP, dobimo transgeni organizem. Nevrulam transgenega organizma izrežemo del nevralnega tkiva in ga prestavimo v w.t. prejemniški embrio.
7
Q
Himere, poskus Spemann in Mangold
A
Prve himere so bile narejene na zarodkih dvoživk. Šlo je za transplantacijo embrionalnega tkiva iz ene vrste pupka v drugo vrsto. Odkrit koncept organizatorja. Presaditev celic nad dorzalno ustno. Ugotovita, da tkivo dorzalne ustne določa glavne telesne osi. Celice so do določene faze še pluripotentne in njihova usoda ni dokončno določena. – zgodnja gastrula. Ob določenem času (gastrulacija) pa dobijo te celice avtonomno specifikacijo – pozna gastrula. Presaditev tega tkiva (organizatorja) na specifično lokacijo sproži nastanek sekundarne telesne osi (siamski dvojčki). Nastanek himer. To je embrij z 2 ali več seti genetsko različnih celic. Presaditev, ko imunski sistem še ne deluje in jih ne zavrne, se obnašajo kot njegove lastne celice.
8
Q
Razloži razliko med homologijo in analogijo (homologno strukturo in analogno strukturo), primer embrionalne homologije.
A
Homologija: podobnost izvira iz skupne izpeljane predniške strukture.
Analogija: podobnost zaradi enake vloge, običajno NE izvirajo iz skupne predniške strukture.
Primer embrionalne homologije: prednje okončine človeka in ptiča, netopirja…
9
Q
Opredeli pojem ‘‘teratologija’’
A
Teratologija je veda, ki preučuje vpliv eksogenih dejavnikov na embrionalni razvoj.
Teratogeni – snovi, ki povzročajo motnje (kemične snovi, virusi, bakterije, protisti, ionizirajoče sevanje, hipertermija…)
10
Q
V katerem obdobju embrionalnega razvoja je embrio človeka najbolj občutljiv za teratogene in zakaj? Kaj so predpisovali nosečnicam konec 60. in so bile posledice?
A
V prvem trimesečju (3.-8. Teden). To je obdobje intenzivnega oblikovanja organov. Mesto okvare je odvisno od časa izpostavitve teratogenu in količine. Če izpostavitev pred 3. tednom – avtomatska smrt zarodka.
Predpisovali so jim pomirjevalo talidomid – zdravilo s pomirjevalnim in uspavalnim učinkom, za preprečevanje jutranje slabosti nosečnic. Posledica je deformacija okončin, pomanjkljiv razvoj ali odsotnost nog/rok, srčne napake, manjkajoče zunanje oko, nepravilno razvito črevo.
11
Q
Na kakšen način je določena usoda celic zgodnjega embrija?
A
S specifikacijo, determinacijo in diferenciacijo.
12
Q
Kaj je specifikacija, determinacija?
A
Specifikacija ali opredelitev je proces, ki celice zarodka usmerja k določeni usodi. Usoda celic je na začetku labilna in reverzibilna. Avtonomno diferencirajo samo v nevtralnem okolju. Lahko se odvija po eni izmed 3 osnovnih strategij porazdelitve morfogenetskih determinant (avtonomna, odvisna ali sincicijska specifikacija).
Determinacija ali dokončna določitev tudi usmerja celice zarodka k določeni usodi in organizira zgodnji zarodek. Takšne celice so sposobne avtonomne diferenciacije neglede na okolje (tudi v primeru prestavitve celic v drugo regijo zarodka). Usoda celic je ireverzibilna.
13
Q
Razloži in opiši razlike med avtonomno, odvisno in sincicijsko specifikacijo. Primeri?
A
Avtonomna: Glavni način usmerjanja celic nevretenčarjev. Je zgodnja opredelitev usod, brez interakcij med celicami, morfogenetske determinante se podedujejo in regulirajo ekspresijo genov ter usmerjajo celico na določeno pot razvoja. Morfogenetske determinante so nehomogeno porazdeljene v jajčni celici, kar določa različno usodo celic. Primer: izolirana celica 16 celičnega stadija polža, ki kljub izolaciji v ustreznem času oblikuje ciliarne celice. Enako embrij plaščarja (razdružen 8 celični stadij, celice nadaljujejo usodo).
Odvisna: Glavni način usmerjanja celic vretenčarjev. Interakcije s sosednjimi celicami določajo usodo. Usoda je odvisna od pozicije celice in signalov sosednjih celic. Signali so parakrini - izločanje signalnih molekul ali pa jukstakrini - direkten kontakt celic. Signali sosednjih celic določajo TF, zato ob poškodbi ali odvzemu dela celic blastule pride do normalnega razvoja, saj sosednje celice prevzamejo funkcijo. Primer: morski ježek, skupina blastomer ima TF podedovane jajčne celice ki se razvijajo avtonomno. Sočasno pa TF aktivirajo gene za parakrine in jukstakrine faktorje, ki specializirajo usodo sosednjih celic.
Sincicijska: Značilna za žuželke. Mešanica avtonomne in odvisne specifikacije. Značilne so delitve jeder brez citoplazme, nastane citoplazma z mnogo jedri = sincicij. Jedra znotraj sincicija so izpostavljena različnih gradientom morfogenetskih determinant v citoplazmi, kar povzroči različno ekspresijo genov. Po celularizaciji blastoderma sledi odvisna specifikacija in signalizacija med celicami.
Primer je D. melanogaster: sincicijska specifikacija poteka prek gradienta maternalnih determinat, ta gradient je že v jajčni celici. Ko se delijo jedra, so ta izpostavljena različnemu gradienti determinant zato poteka različna ekspresija genov. To omogoča različen razvoj anteriornega in posteriornega dela.
14
Q
Glavni vedenjski procesi celic, ki potrebujejo medcelično komunikacijo in so ključni za pravilen potek morfogeneze so:
A
celična adhezija, migracija celic in celična signalizacija
15
Q
Kaj so kadherini, katere skupine poznamo, delovanje in katere vloge imajo v embrio. razvoju?
A
Kadherini so od kalcija odvisni transmembranski proteini. So adhezijske molekule oz. membranske strukture, ki omogočajo hierarhično sortiranje celic in spremenijo lastnosti površinske napetosti celic.
Površinska napetost celic in trdnost povezav je odvisna od različne količine kadherinov ali različnih tipov kadherinov (30 tipov).
Imajo dve domeni: zunanja domena je pomembna za medsebojno povezovanje celic, z notranjo domeno pa se povezujejo z aktinskim citoskeletom.
Različni tipi se izražajo v različnih obdobjih in omogočajo prostorsko segregacijo in oblikovanje struktur, delujejo kot signalne molekule.
VLOGA: Povezujejo celice, prevajajo mehanske sile za oblikovanje celičnih slojev in služijo kot signalne molekule za ekspresijo genov. Ustrezno sodelovanje različnih tipov in ekspresija ob pravem času in mestu je ključna za morfogenezo.
TIPI:
E-kadherini: zgodnji embriji + epitelna tkiva embrijev in odraslih
P-kadherini: placenta
N – kadherini: Izražanje v nevralnem ektodermu. Za ločevanje nevralne cevi in ektoderma nevrule
R – kadherini: ob oblikovanju mrežnice
Protokadherini: niso vezani na citoskelet. Funkcija je ločevanje embrionalnih tkiv z ekspresijo različnih protokadherinov in sprožitev migracije povezanih celic (imajo isti tip protokadherinov).
16
Q
Razložite, kaj je epitelno mezenhimska tranzicija (EMT), kaj jo izzove in v kakšnih razvojnih procesih je zastopana? V katerih procesih je EMT udeležena pri odraslem organizmu?
A
EMT – Tranzicija epitelnih celic v mezenhimatske. Je pomemben razvojni pojav, pri katerem polarizirane epitelne celice postanejo migratorne mezenhimske celice. Parakrini faktorji sosednjih celic aktivirajo ekspresijo genov v tarčnih epitelnih celicah za utišanje kadherinov. Sledi prekinitev celice s komponentami bazalne lamine, reorganizacija aktinskega citoskeleta in izguba polaritete celice. Mezenhimatske celice sodelujejo v razvojnih procesih oblikovanja celic nevralnega grebena, oblikovanju mezoderma pri piščančjem zarodku, oblikovanju prekurzorjev za vretenca… V odraslem organizmu EMT sodeluje pri celjenju ran in metastaziranju rakavih celic.
17
Q
Vloga ekstracelularnega matriksa EM:
A
Je netopno omrežje makromolekul (proteoglikani, glukozaminoglukani, kolagen, elastan, glikoprteini-laminin, fibronektin…). Predstavlja substrat kamor se celice pritrdijo in po njem migrirajo. Je vir signalov za diferenciacijo, migracijo, morfogenezo, skladiščenje parakrinih faktorjev, zaščita pred encimi, difuzija proteinov, …
Integrini so receptorji ki vežejo EM z zunanjo domeno ekstracelularija vezano na fibronektin/vitronektin/laminin in povezavo z notranjo domeno intracelularija na aktinski citoskelet.
18
Q
Navedi primer za recipročno embrionalno interakcijo:
A
Optični vezikel in ektoderm glave, kjer pride do interakcije izvihka nevralnega ektoderma (invaginacija sprednjih možganov) z ektodermom glave za izgradnjo očesa. Potekajo številne celične oz. induktivne interakcije ki koordinirajo razvoj. Signalni proteini, ki to omogočajo, so parakrini faktorji.
19
Q
Signalni proteini, ki jih celice izločajo v ekstracelularni prostor; celice, ki izločajo te signalne molekule in celice, ki se odzovejo na signal
A
Parakrini faktorji, induktorji in odzivne celice
20
Q
Kaj je parakrina interakcija
A
Je medcelična signalizacija, kjer celica izloča signalne proteine, ki se vežejo na receptorje kompetentnih celic.
21
Q
Med parakrine faktorje prištevamo:
A
FGF fibriblastni rastni faktorji, HEDGEHOG, Wnt in Superdružina TGF-β.
22
Q
Jukstakrino signalizacijo razdelimo na dve glavni družini
A
NOTCH PROTEINI in EPH receptorji in ephrin ligandi.
23
Q
Kaj so parakrini faktorji in kateri so glavni pri embrionalnem razvoju. Na kratko opiši signalno pot.
A
Parakrini faktorji so signalni proteini, ki jih izločajo induktorske celice v ekstracelularni prostor.
Signalna prevajalna pot: vezava liganda sproži spremembo konfomacije receptorja. Sproži se fosforilacija in encimatska dejavnost v citoplazemski domeni receptojev, sproži se intracelularni odziv, fosforilacija ostalih proteinov v citoplazmi. Pride do aktivacije TF/niza TF in citoskeleta. To privede do aktivacije ali represije specifičnih genov in spremembe oblike celice, mobilnost.
Klasična signalna pot receptorja tirozin kinaze: vezava liganda povzroči fosforilacijo in vezavo adaptorskega proteina. Aktivacija G proteina, aktivacija niza kinaz, zadnji prehaja v jedro in aktivira TF.
Pakrini faktorji so rastni faktorji in faktorji diferenciacije (difuzne molekule, delujejo lokalno na bližnje tarčne celice):
- FGF – fibroblastni rastni faktor (sprožijo nastanek različnih fgf proteinov, njihova vloga je regeneracija, razvoj krvnih žil, kože, okončin, indukcija leče. Signalne poti: RTK, JAK-STAT pot)
- HEDGEHOG - indukcija določenih celičnih tipov in meje med tkivi. Pri vretenčarjih 3 homologi teh genov: Sonic (shh) – največ vlog, Desert (dhh), Indian (ihh). Pomembno vlogo igra holesterol. Razvoj okončin, diferenciacija nevronov, morfogeneza obraza.
- Wnt - oblikovanje dorzalne strani telesa, razvoj srednjih možganov, polarizacija okončin, urogenitalni sistem, proliferacija metičnih celic). Kanonična signalna pot.
- superdružina TGF beta - ektracelularni matriks, celične delitve, razvejanje cevk, družina aktivina in nodal – L in D stran vretenčarjev, specifikacija mezoderma, družina BMP – oblikovanje kost, Vg1). Signalna pot smad.
- Ostali – faktor matičnih celic, rastni faktorji za epidermis, hepatocite…
24
Q
Razloži pojme: parakrina interakcija, jukstakrina interakcija, avtokrina interakcija.
A
Parakrina interakcija: celica izloča signalne proteine, ki se vežejo na receptorje kompetentnih celic. Transport signalnih proteinov poteka z difuzijo (do 200 um).
Jukstakrina interakcija: membranski protein ene celice je v interakciji z receptorskim proteinom sosednje celice.
Avtokrina interakcija: specifičen tip parakrine, celica, ki izloča signalne molekule se nanj tudi odzove.
25
Vloga FGF, HEDGEHOG, Wnt, TGF-beta superdružina.
FGF – razvoj okončin, somitov, indukcija leče, regeneracija, oblikovanje žil, razvoj kože
HEDGEHOG – motorični nevroni na ventralni strani NC, del vsakega somita tvori vretence,
peresa na ustreznih mestih, razvoj okončin, diferenciacija nevronov, morfogeneza obraza
Wnt – oblikovanje dorzalne strani telesa, razvoj srednjih možganov, polarizacija okončin,
proliferacija matičnih celic, razvoj urogenitalnega sistema
TGF-beta superdružina:
TGF B - oblikovanje ekstracelularja, regulacija delitev, razvejanje cevk ledvic/pljuč,
BMP – oblikovanje kosti, regulacija delitev in apoptoze,
Nodal in akvitin – specifikacija regij mezoderma, L in D stran telesa vretenčarjev.
26
Naštej in opiši načine vzdrževanja diferenciranega stanja celic
Produkt signalne poti je transkripcijski faktor, ki spodbuja transkripcijo lastnega gena.
Sintetizirani proteini stabilizirajo kromatin in dostopnost genov.
Avtokrina stimulacija: ista celica tvori signal in se nanj odzove
Parakrina interakcija: sosednji celici, vsaka spodbuja diferenciacijo druge.
27
Kje je pomemben Wnt pri zgodnjem razvoju in kateri so njegovi antagonisti?
Pomemben pri determinaciji telesnih osi (na anteriornem delu ga manj, na posteriornem več). Wnt signalna pot je pri dvoživkah pomembna že ob oploditvi. Ključna, da pride do akumulacije nodala na dorzalni strani, ključen za nastanek organizatorja.
Wnt ključen, da pride do vzorčenja posteriorne regije nevralne cevi. Tkivo organizatorja producira njegove antagoniste, zato ga ni v anteriorni regiji.
Antagonisti so PF organizatorja in oblikujejo glavino regijo (cerberus, dickkopf, frzb, igf).
28
Na katerih nivojih prihaja do regulacije izražanja genov?
- Nivo prepisa DNA v mRNA: dostopnost genov – metilacija histonov, regulatorni elementi cis (enhancersm silencers), metilacija DNA.
- Nivo procesiranja mRNA v jedru: selektivno izrezovanje in spajanje mRNA, selektivni transport mRNA v citoplazmo
- Nivo translacije mRNA: dolgoživost mRNA, selektivnost ribosomov, delovanje miRNA , lokalizacija mRNA v celici.
- Postranslacijski nivo
29
Metilacija: delovanje, učinek, substrat, primeri.
Uravnavanje izražanja genov na ravni transkripcije oz prepisa DNA. Pride lahko do metilacije DNA ali histonov, ključno vlogo pri tem igrajo encimi.
Kondenziran kromosom je neaktiven in onemogoča prepisovanje DNA zaradi metilacije histonov. Na ta način je onemogočen dostop RNA-polimerazi. Prepisovanje DNA je omogočeno le na delih aktivnega oz. dekondenziranega kromatina, kjer je reverzibilno razrahljan kromatin zaradi dodajanja acetilnih skupin na histonske repe.
Metilacija DNA oz. cisteinov v promotorskih regijah neaktivnih genov stabilizira nukleosome in preprečujejo prepis genov, ki se ne smejo izražat zato, da se zagotovi pravilen razvoj celice določenega tipa (citozin in metil citozin). Metilacija tudi inhibira ojačevalna zaporedja.
30
Kaj pomeni, da ojačevalna zaporedja genov delujejo modularno in kombinatorno?
Ojačevalna zaporedja omogočajo vezavo TF, ki s tem aktivirajo encime za rahlanje ali kondenziranje nukleosomov (histonske acetil ali metil transferaze).
Lahko pa oblikujejo zanko, ki vezan TF približajo promotorski regiji in omogočajo prepis gena.
Ojačevalna zaporedja aktivirajo prepis genov in lahko delujejo:
MODULARNO: gen je pod nadzorom različnih enhancerjev, v različnih tkivih se aktivirajo z vezavo različnih TF.
KOMBINATORNO: izražanje določenega gena zahteva sočasen vpliv različnih TF.
31
Nastanek mRNA in na kaj lahko vpliva?
mRNA nastane s prepisom oz. transkripcijo iz DNA. Na sam prepis vpliva dostopnost genov oz.metilacija histonov, regulatorni elementi cis oz. ojačevalna in utiševalna zaporedja enhancer/silencer ter TF, ki se tu vežejo.
Pomembna je še metilacija DNA, ki onemogoča promotorske regije neaktivnih genov oz. vpliva na ojačevalna zaporedja.
V nadaljevanju procesiranja mRNA poteka izrezovanje intronov (dobimo zrelo mRNA) na spliceosomih (spajalna telesca) ali snRNA. Izrezovanje in spajanje delov omogoča nastanek variabilnie mRNA, ki se lahko razlikuje v celicah pa čeprav so se prepisali isti geni. To omogoča nastanek velikega št. proteinov iz relativno majhnega št. genov.
Procesiranje dopolnjuje še selektivni transport v citoplazmo. S svojo različno dolgoživostjo vpliva na količino proteinov v katere se prevede. Dolgoživost in obstojnost določa dolžina poliA repa, katero definira UTR regija na 3´ koncu gena, ta UTR regija pa tudi vpliva na lokalizacijo mRNA v citoplazmi.
32
Model nastanka in delovanja microRNA, opiši
microRNA je majhno, 22 nukleotidov dolgo zaporedje RNA, ki omogoča utišanje RNA v post -transkripcijski regulaciji ekspresije genov.
miRNA se komplementarno veže z mRNA in utiša molekulo. V človeškem genomu je več kot 1000 miRNA lokusov, ki modulirajo prevajanje 50% vseh genov.
33
Za kaj se uporablja interferenčna RNA (iRNA)?
V celico vnesemo dvoverižno RNA, nanjo se veže kompleks DICER, ki razreže dsRNA na manjše kose. Te se nato povežejo s kompleksom RISC in skupaj delujejo kot interferenčna RNA, ki se pari s komplementarno obliko RNA in s tem prepreči prevajanje že prepisane mRNA – torej utiša izražanje genov. Primer je virusna dednina, pred katero se celica brani z iRNA.
34
Kaj so reporterski geni? Čemu sluzijo?
Reporterski geni omogočajo identifikacijo ojačevalnih zaporedij in mesta ekspresije genov v tkivih z oblikovanjem transgenih organizmov katerim smo vstavili reporterske gene. Ti služijo kot markerji. Njihova ekspresija je vezana na izražanje preiskovanih genov, ki so pod vplivom določenih ojačevalnih zaporedij.
35
Opiši CRISPR/Cas9
- Namenjeno generiranju točkovnih mutaciji in vnosu želenih zaporedij na točno določen del genoma
- s gRNA se komplementarno pari in vodi Cas9 na določeno mesto, ta naredi DBS, ki privede do aktivacije popravljalnih mehanizmov, ti pa potem preko homologne rekombinacije vstavijo naš želen del v prelom.
36
Mehanizmi kompenzacije prebitka genov kromosoma X
Drosophila - pri samcih podvojen prepis X kromosoma zaradi acetilacije nukleosomov
C. elegans - zavrta ekspresija pri samicah
Sesalci - inaktivacija enega kromosoma X v kondenzirano Barrovo telesce
37
Kaj predstavlja pojem »fertilizacija«
Združitev genetskega materiala dveh gamet, ki vodi v nastanek novega organizma. Gre za kompleksen dialog spermija in JC, regulirani dogodki. Kontakt in prepoznavanje vrstno specifična. Vstop spermija je reguliran proces. Jajčna celica omogoča aktivacijo metabolizma spermija, ki omogoča oploditev, spermij pa aktivira metabolizem jajčne celice potreben za razvoj zarodka.
38
Nariši zrel spermij in označi značilne strukture, ter dopiši, kateri deli vstopijo v JC.
Nariši: Akrosom, glava, jedro, vrat, mitohondriji, telo, biček – aksonema – motor bička
V JC vstopijo: pronukleus, centriol, nekaj citoplazme z mitohondriji.
39
Kaj vse se nahaja v jajčni celici?
Hranilni proteini (rumenjak), ribosomi in tRNA (izgradnja proteinov), mRNA (koordinacija proteinov), morfogenetski faktorji (za diferenciacijo), zaščitne kemikalije (UV filtri, protitelesa, alkaloidi).
40
Zrelostna faza jajčne celice večine sesalcev ob vstopu spermija:
Metafaza mejoze II. Spermij vstopi v jajčno celico še pred zaključkom mejoze II. Jedro je še diploidno.
41
Opiši različne nivoje vrstno specifične prepoznave gamet (spermija in JC):
Kemotaksija: kemoatraktanti JC pogojujejo smer gibanja spermijev v smer JC, sledijo gradientu koncentracije.
Aktivacija spermijev z vezavo kemoatraktantov, ki sprožijo vdor Ca v citoplazmo, kar dvigne respiratorno funkcijo mitohondrijev in omogoča energijo za gibljivost spermija, ki plava v smeri atraktantov JC.
Akrosomska reakcija: ob stiku spermija z želatinastim ovojem JC, sledi eksocitoza proteolitičnih encimov iz akrosoma, ki razgradijo ovoj JC. Značilni so vrstno specifični sulfatirani polisaharidi želatinastih ovojev JC. Oblikuje se tudi akrosomski podaljšek s pomočjo polimerziacije aktina za stik akrosomskega vezikla s vitelinsko membrano, ki je vrstno specifična.
Vezava spermijev na JC: oblikuje se fertalizacijska cona s pretvorbo citoskeleta oz. polimerizacijo aktina.
42
Primerjaj hitri in počasni blok polispermije
Hitri blok polispermije: morski ježki, žabe, nekateri sesalci, kratkotrajna sprememba mirovnega membranskega potenciala JC (-70 mV > + 20 mV), dotok Na ionov v JC. Zlitje membran ob neg. MMP JC.
Počasni blok polispermije: večina živali tudi sesalci, kemični in mehanski blok, aktiviran 1min po kontaktu gamet, reakcija kortikalnih granul, sproščanje vsebine v perivitelinski prostor in oblikovanje fertilizacijskega ovoja, modifikacija receptorjev zone pelucide. Ob vezavi spermija in JC se iz ER JC sprosti Ca, ki omogoča kortikalno reakcijo.
43
Preprečevanje polispermije pri morskemu ježku, hitri in počasni blok.
Jedro jajčne celice je že haploidno ob vstopu spermija (pri večini drugih je diploidno). Prepoznavanje spermija poteka na več nivojih: kemotaksija spermija (spermij ima receptorje za peptide, ki jih izloča JC), aktivacija spermija, akrosomska reakcija in vezava spermija na poršino JC.
Polispermija preprečena, ker vodi v poliploidijo (različno št. kromosomov, kar je smrtno). Pri morskem ježku poteka hitri blok. Gre za spremembo električnega membranskega potenciala v JC (poleg ježkov še žabe in nekateri sesalci). Pri počasnem bloku polispermije pa gre za kemične in fizikalne spremembe (tudi sesalci).
44
Lokacija in vloga kortikalnih granul:
Kortikalne granule se nahajajo v robni citoplazmi JC. Ob obloditvi oz. vstopu spermija preprečujejo polispermijo s počasnih blokom, kjer poteče reakcija kortikalnih granul in sprostitev vsebine v perivitelinski prostor. Omogoča nastanek fertilizacijskega ovoja. Ob vezavi spermija in JC se iz ER JC sprosti Ca ki omogoča kortikalno reakcijo.
45
Vloga inozitol fosfata
Zaradi vezave obeh membran spermija in JC se aktivira PLC, ki vpliva na produkcijo inozitol fosfat IP3 in DAG.
IP3 omogoča sproščanje Ca iz ER in aktivacijo JC. Od Ca pa je odvisna reakcija kortikalnih granul in počasni blok polispermije, vpliva tudi na biosintezo membran in mitotični celični cikel.
DAG vpliva na izmenjavo Na in H, omogoča zvišanje pH citoplazme in stimulira sintezo proteinov in replikacijo DNA.
46
Na kratko opiši pot spermijev v ženskih spolnih organih
Spermiji skozi nožnico potujejo v maternico, kjer jim pri gibanju pomaga kontrakcija mišic uterusa. Pri usmerjanju do jajčne celice pripomore tudi jajcevod s temperaturnih gradientom in potem gradientom molekul JC. Kemotakstično atraktivne so samo zrele JC, odzivni pa so kapacitirani spermiji.
47
Kaj je kapacitacija spermija in kako lahko spermije kapacitiramo v in vitro pogojih
Kapacitacija spermija je priprava za oploditev. Med kapacitacijo se s površine spermija odstranijo substance nadmodka in semenske tekočine, ki preprečujejo akrosomsko reakcijo. Omogoča spermiju, da med celicami kumulusa prodre do jajčne celice. Na kemotaksičnost JC so odzivni samo kapacitirani spermiji.
Kapacitacija je kompetenca za oploditev in povzroči značilne biokemijske spremembe v membrani spermija- fosforilacijo proteinov in alkalinizacija citoplazme, pomembna je odstranitev holesterola v membrani spermija.
V in vitro pogojih se semenčeca inkubira v umetno pripravljeni tekočini z ioni Ca, bikarbonata in serumskega albumina.
48
Naštej in na kratko utemelji štiri uporabne lastnosti vinske mušice kot modelnega organizma za študij procesov razvojne biologije / Pet značilnosti zakaj so C. elegans dobri modelni organizmi za raziskave razvoja:
Enostavno vzdrževanje v laboratoriju, dostopnost zarodkov, hiter razvoj zarodkov, kratek generacijski čas, veliko število potomcev, možnost genetske in kirurške manipulacije, sekvenciran genom - transkriptom, filogenetsko sorodstvo, neogroženost, prosojnost zarodkov, poznana biologija.
49
Značilnosti zgodnjega embrionalnega razvoja prostomijev:
- spiralna blastulacija
- nastanek celoma z razmikanjem mezoderma (shizocelija)
- nastanek ustne odprtine pred zadnjično
- hitra aktivacija genov zigote in diferenciacija blastomer
- relativno majhno število celic blastule ob začetku gastrulacije
50
Zakaj je Caenorhabditis elegans dober modelni organizem?
-majhen, nepatogen, prostoživeč organizem
-majhno št. celic odraslega: 959 hermafrodit, 1031 odrasli samec
- hiter potek embriogeneze (16h), hiter celoten razvoj (3 dni)
- nezahtevno gojenje, preprosto shranjevanje
- prosojna kutikula
- majhen, posekveniran genom, možna genska manipulacija
- ima prisotne enake fiziološke funkcije kot višji organizmi in se stara
51
Kako se določijo telesne osi pri Caenorhabditis elegans? / Na kakšen način in kdaj v embrionalnem razvoju je vzpostavljena dorzalno-ventralna os zarodka gliste.
Inekvalna blastulacija v zgodnjih delitvah privede do osnovnih linij somatskih celic AB, C, D, E, MS in zarodnih celic P1 - P4.
Anteriorno Posteriorna os določena pred zlivanjem gamet → posteriorna stran določena z vstopom spermija, ki spremeni porazdelitev PAR proteinov (PAR1 in PAR2 v centralnem delu, PAR3 in PAR6 v korteksu, mikrotubuli centriola spermalne celice povzročijo premik PAR1 in PAR2 v posteriorni koreks). To vodi v inekvalno prvo delitev celice na večji AB anteriorni del in posteriorni P1 del.
Dorzalno Ventralna os določena v dvocelični fazi → anteriorna AB celica se deli ekvatorialno, P1 celica pa meridialno. Ker je ovojnica pretesna za hčerinske celice se ABa potisne naprej, ABp pa malo nazaj in nad celico EMS s čimer determinira njeno ventralno lego. P2 in potomke vedno ostanejo posteriorno.
Levo Desna os določena med 4-8 celično fazo → potomke AB v stiku z MS determinirajo levo stran, preostale pa desno stran med 4-8 celično fazo blastulacije.
52
Kako se specificira A-P os pri vinski mušici in glisti, primerjaj.
Glista: posteriorna stran določena z vstopom spermija, ki spremeni porazdelitev PAR proteinov (PAR1 in PAR2 v centralnem delu, PAR3 in PAR6 v korteksu, mikrotubuli centriola spermalne celice povzročijo premik PAR1 in PAR2 v posteriorni koreks). To vodi v inekvalno prvo delitev celice na večji AB anteriorni del in posteriorni P1 del. Iz nje se razvije P linija (spolne celice). Nato se delijo še naprej. AB se razdeli v AB anteriorno in AB posteriorno (bodoča dorzalna stran). P1 pa se razdeli na EMS (bodoča ventralna stran) in P2 posteriorno.
Mušica: anteriorno-posteriorna os je določene že v jajčni celici. Pomembna sta 2 morfogena: bicoid in nanos.
mRNA gena za bicoid je koncentriran anteriorno, posteriorno pa za nanos. Po oploditvi v fazi sincicijskega blastoderma je tako že vzpostavljen gradient vzdolž embria, ki določa A-P os.
Bicoid protein tvori gradient v anteriornem delu, proti posteriornemu pada. Nanos protein pa je samo na posteriorni polovici, ni gradienta. Za oblikovanje sprednjega in zadnjega dela telesa sta pomembna še hunchback in caudal. Translacija mRNA za Hunchback v anteriornem delu prepreči razvoj posteriornih struktur. Njuno prevajanje pa je odvisno od gradienta bicoid in nanos. Hunchback in caudal nastajata v podpornih celicah oocite in se preneseta v oocito prek medceličnih povezav ali z difuzijo, znotraj oocite pa prek mikrotubulov.
53
Funkcija mikropile pri oociti Drosophile
Onemogoča polispermijo in določa bodočo ventralno stran
54
Blastulacija pri Drosophila melanogaster.
Superficialna meroblastična blastulacija poteka na obrobju jajca, kjer je manj rumenjaka > dobimo enocelično sincicijsko tvorbo zaradi pomnoževanja jeder.
Jedro se v sredini celice večkrat deli, potekata M in S faza.
Pri deveti delitvi se nekaj jeder pomakne v korteks in oblikujejo “polne celice”, ki so zasnova gamet.
Po 10 delitvi na obrobje migrirajo jedra, oblikuje se sincicijski blastoderm, nastane 1 večjedrna celica.
Posamična jedra na obrobju ločujejo AF oz. energidi
Po 13. delitvi nastane večcelični organizem, kjer se plazmalema ugrezne med energine (omrežje AF), ki omejujejo posamezna jedra, nastane celularni blastoderm.
55
Gastrulacija pri Drosophila melanogaster.
Več gastrulacijskih centrov
Začne se z vdorom bodočega mezoderma v notranjost embria prek ventralne brazde, ko se odcepi se oblikuje ventralni žleb.
Dodatni 2 ugreznitvi nastaneta na sprednjem in zadnje delu ventralne cevi, kjer pride do ugreznitve v obliki žepov.
Nastane bodoči endoderm.
Na posteriornem delu se ugreznejo tudi polne celice.
- oblikuje se cefalna brazda
- na površini se širi ektoderm, pod njim mezoderm, tako se oblikuje zarodni pas, ob stiku nastane dorzalni žleb. Razrezanje zarodnega pasu izpodriva izvenembrionalne ovojnice.
- celice se premeščajo in oblikujejo telesne člene. Zarodni pas se krči in pomika dorzalne segmente v posteriorni del.
56
Glavne skupine genov zadolženih za potek morfogeneze Drosophile melanogaster:
1. Oblikovanje telesnih osi - geni citoplazemske polarnosti, materinski geni, izraženi že v oociti, kjer vzpostavijo gradient. (bicoid - anteriorno v oociti , nanos - posteriorno v oociti); telesne osi so definirane že v sami JC pred oploditvijo!
2. Členjenje telesa - nadzirajo geni embria, aktivirani po oploditvi in omogočajo prehod nedefiniranih celice iz specifikacije v determinacijo. Segmentacijske gene se deli v 3 skupine za:
- oblikovanje telesnih regij (Gap genes) npr. hunchback
- alternacija členov (Pair rule genes)
- organizacija in orientacija posameznih členov Segment polarity genes, npr. hedgehog
Gre za koordiniran nadzor in hierarhično vklapljanje skupin genov potrebnih za končno diferenciacijo
členov.
Gradient maternalnih genov bicoid in nanos vplivata na prepis genov Gap.
Geni Gap pa kodirajo TF, ki nadzirajo prepis pair rule genes. Ti se v embriu izražajo kot progast vzorec in ga razdelijo na manjše zarodne enote.
57
Razvoj D. melanogaster in skupine genov, ki pri tem sodelujejo
Materinski geni – izraženi že v jajčecu, nastajajo produkti teh genov, ki so pomembni po oploditvi v embriogenezi. Vzpostavijo gradiente (geni za bicoid in nanos). Aktivirajo/utišajo gap gene.
Geni segmentacije – aktivni po oploditvi. Za število in polarnost segmentov. 3 skupine genov:
1. Geni gap/presledkovni geni. Aktivacija v pasovih vzdolž AP osi. To so Hunchback, Kruppel, Knirps, Giant. Pojavljajo se v progah in se inhibirajo, da nastanejo ostre meje med področji. Uravnani so z materinskimi geni in en protein skupine uravnava drugega.
2. Geni pair rule. Tu gre za pravilo para, aktivirani v ožjih progah. Odvisni od koncentracije produktov presledkovnih genov. Primarni in sekundarni.
3. Geni polarnosti segmentov. Znotraj segmenta določijo AP del. Produkti so del poti prenosa Wingless in Hedgehog. Ena proga sintetizira Wingles, druga Hedgehog.
HOMEOTIČNI GENI – posledica interakcije vseh TF zgoraj omenjenih genov. Opredeljujejo končne značilnosti posameznih členov telesa. za identiteto segmenta . ANT-C se izraža v glavi in 3. segmentih trupa. BX-C uravnava razvoj členov od T2 do A8. Homeozaporedja za vezavo DNA. Ta ohranjena pri večini organizmov.
Delujejo po vrsti, časovno odvisni. Imajo zapis za faktorje transkripcije genov, ki so ključni za razvoj.
58
Kaj so morfogenetski faktorji in katere poznamo pri D. melanogaster?
To so morfogeni. Proteini, ki tvorijo konc. gradient.
Pri mušici sta BICOID in NANOS, ključna za vzpostavitev AP osi.
Vplivajo na izražanje genov.
Transmembranska receptorja: Toll in Torso – ključna za vzpostavitev D-V osi
59
Nariši blastocisto, označi in kaj se razvije iz tega, kako nastane blastocel?
60
Časovno umesti obdobje blastulacije v embriogenezi in opiši, kaj se dogaja:
Po zaključku oploditve (združenja gamet spermija in JC) se razvoj večceličnega organizma nadaljuje s procesom blastulacije. Nato sledi gastrulacija in organogeneza.
Pri blastulaciji gre za serijo mitotičnih delitev, velik volumen citoplazme zigote se razdeli na številne majhne celice, blastomere. Hitrost celičnih delitev in razporeditev blastomer je sprva pod vplivom maternalnih proteinov in mRNA jajčen celice, kasneje pa jih vodi novonastali genom.
Celični cikel regulira MPF (mitozo promovirajoči faktor), ki regulira cikline in od ciklina odvisne kinaze. Ko se porabijo vse komponente citoplazme JC, se prične sinteza novih proteinov, embrij vstopi v fazo MBT (mid-blastula transition), kjer se aktivira novo nastali genom embrija.
Tu se celičnemu ciklu pridružita G fazi, pojavi se nesinhronost delitev in prepisovanje novih mRNA molekul. Nove molekule mRNA so pomembne za nadaljnjo specifikacijo in začetek gastrulacije.
61
Brazdanje pri dvoživkah
holoblastično, radialno in neenakomerno.
62
Z vstopom spermija v JC je determinirana dorzalno-ventralna os. Mesto vstopa spermija označuje bodočo ______ stran embrija, sivi polmesec pa ______stran embrija.
ventralno, dorzalno
63
Celice blastule imajo različno usodo, ki je odvisna od pozicije celic in predhodno lokaliziranih determinant v jajčni celici. Tako animalni pol predstavlja bodoči _______, vegetalni pol bodoči _______ in notranja marginalna zona bodoči ______
ektoderm, endoderm, mezoderm
64
Vloga rotacije kortikalne citoplazme pri dvoživki
Na mestu vstopa spermija se oblikuje bodoča ventralna stran. Pride pa tudi do rotacije kortikalne citoplazme v smeri 30° glede na vstop spermija. Tako se oblikuje območje sivega polmeseca (tam, kjer je na začetku bila kortikalna citoplazma, a se je zasukala in je več ni), kjer bo bodoča dorzalna stran in mesto začetka gastrulacije.
Z rotacijo inicirana kaskada dogodkov, ki determinirajo D-V os. Če mesto sivega polmeseca odstranimo se razvije tkivo brez dorzalnih struktur.
Organizator je dorzalna ustna blastopora. Daje navodila za oblikovanje telesnih osi. Ta vpliva na invaginacijo, začetek gastrulacije in oblikovanje endomezoderma glave ter horde/regije nevralne cevi.
65
Indukcija organizatorja. / Kaj je organizator, kako nastaja pri dvoživkah, zakaj je pomemben, kateri geni so pomembni? / Kakšno vlogo imajo najbolj dorzalne celice endoderma žabje blastule in katere signalne mlekule so vpletene? Poimenujte regijo blastoderma ptiča, ki ima identično vlogo!
Celice blastule imajo že vnaprej determinirano usodo s pozicijo determinant v JC. JC ima na VP koncentrirano mRNA za VegT in Vg1, čigar translacija se sproži ob oploditvi. VegT specificira endoderm in aktivira PF Nodal, ki specificira mezoderm. Vg1 pa aktivira genom za dorzalni mezoderm. Torej organizator aktivirajo dorzalne endodermalne celice vegetativnega pola.
Pomemben signal za dorzalno regijo je β-katenin, ki se koncentrira v Nieuwkopovem centru in organizatorju. Njegovo akumulacijo omogočajo proteini signalne poti Wnt: GBP, Sdh in Wnt11, ki ob kortikalni reakciji in premiku citoplazme migrirajo na dorzalno stran kjer aktivirajo signalno pot akumulacije β-katenina. β-katenini tako inducirajo organizator, na ventralni strani pa jih ni, saj so tam proteini, ki ga degradirajo, tako, da koncentracija proti ventralni strani pada. TGF-beta pa sporočajo da so celice mezodermalne.
Na aktivacijo genov organizatorja vplivata 2 poti:
1. Dorzalni signal (Wnt in beta katenini inducirajo nastanek transkripcijskih faktorjev Twin in Siamons)
2. Ventralni signal (Nodal related paraktini faktorji aktivirajo nastanek TF Smad2/4)
Twin + Siamons + Smad2/4 – aktivacija genov organizatorja, ki sprošča proteine (Chordin, Noggin, Xnr3, Folistatin). Te delujejo kot inhibitorji genov BMP za ektoderm in nastane nevralno tkivo/ektoderm.
66
Niewkoopov center pri ptičih predstavlja
Regija blatoderma ptičev, ki ima enako vlogo kot Nieuwkopov center pri je Posteriorna Marginalna Zona.
67
Opiši vlogo β-katenina:
Je jedrni transkripcijski faktor signalne poti Wnt, specificira dorzalno regijo. Akumulira se le v dorzalni regiji embrija (v Nieuwkoopovem centru/organizatorju). Inducira delovanje organizatorja.
68
Opiši brazdanje pri ribah:
Brazdanje je meroblastično in diskoidalno. Takoj po oploditvo odstopi horion, ker se sprosti vsebina kortikalnih granul v perivitelinski prostor in mukopolisaharidi vežžejo vodo zato se napihne in odstopi. Takoj po oploditvi se dvigne citisolni Ca, ki se sprošča iz ER, to omogoča polimerizacijo in kontrakcijo AF, ki omogoča pomik citoplazme ne AP. Zigota tako na AP oblikuje blastodisk. Telesne osi ob oploditvi še niso specificirane. Potekajo številne meridonialne in ekvatorialne brazde na 15min. delitve so hitre in sinhrone vsaj na začetku. V 10. celičnem ciklu blastula preide v fazo MBT, kjer se aktivira novo nastali genom zigote. Mapa usode se oblikuje tik pred gastrulacijo v obdobju MBT (mid-blastula transition). Oblikuje se tudi YSL, ki izloča signalne molekule potrebne za specifikacijo celic. Celice dorzalnega YSL so tako ekvivalent Nieuwkopovega center, kjer se akumulira beta-katenin, ki je ključen za aktivacijo organizatorja, Začnejo se tudi prve migracije celic in sicer epibolija.
69
Vloga YSL (rumenjakovega sincicijskega sloja) pri ribah
To je večjederni sloj citoplazme pod blastodermom, je struktura, ki ne prispeva k celicam zarodka, a je pomembna za razvoj zarodka. Pomembna vloga je indukcija organizatorja celic dorzalnega YSL in izločanje signalnih molekul za specifikacijo mezoderma, usmerja tudi migracije (epibolijo).
Celice dorzalnega YSL so tako ekvivalent Nieuwkopovega center, kjer se akumulira beta-katenin, ki je ključen za aktivacijo organizatorja, Začnejo se tudi prve migracije celic in sicer epibolija.
70
Opiši brazdanje pri ptičih
Brazdanje je meroblastično in diskoidalno. Jajce je telolecitalno. Sprva nastaja enoslojen blastoderm, sledijo ekvatorialne in vertikalne brazde. Nastane večslojen blastoderm (5-6 plasti), sledi redukcija celic v osrednjem delu blastoderma.
Pod vrhnjim slojem epiblasta in nad rumenjakom se oblikuje subgerminalna votlina, ker celice blastoderma absorbirajo vodo beljaka in jo izločajo proti rumenjaku. Periferni rob blastoderma predstavlja Aera opaca, centralni del Aera pelucida in sloj vmes je marginalna cona. Posteriorna marginalna cona skupaj s Kollerjevim srpom (skupek celic ki oblikuje PP) predstavljata mesto oblikovanja primitivne proge. Sledi delaminacija celic epiblasta in nastanek primarnega hipoblasta, nato pa migracija sloja celic PMZ (celice kellerjevega srpa) omogoči nastanek sek. hipoblasta.
Epiblast je embrij in izven embrionalne membrane, Hipoblast je rumenjakova vrečka, signalni center za specifikacijo migracije celic epiblasta.
71
Pri ptičih je Anteriorno-Posteriorna os blastoderma specificirana
z gravitacijo
72
Opiši vlogo posteriorne marginalne zone (PMZ):
Inducira gastrulacijo, kontrolira regije marginalne cone in preprečuje formacijo druge primitivne proge. Tu prihaja do prekrivanja signalnih poti TGFβ in Wnt faktorjev, inducira ekspresijo Nodal faktorjev in ustanovitev organizatorja.
73
Primerjaj brazdanje pri dvoživkah, ribah, ptičih in sesalcih:
- Dvoživke: holoblastično, radialno, inekvalno
- Ribe: meroblastično, diskoidalno
- Ptiči: meroblastično diskoidalno, jajce je telolecitalno
- Sesalci: holoblastično, radialno, ekvalno, rotacijsko brazdanje.
Brazdanje sesalcev: brazdanje JC poteka na poti skozi jajcevod, prva brazda po 24h ta je določena s vstopom spermija, druga po 48h, morula 96h 30 celic in blastocista. Delitve so počasne in v nadaljevanju asimetrične. Značilna je kompakcija in kavitacija.
74
Kaj je kompakcija in kavitacija?
16 celična morula notranjih in zunanjih celic ekspresira E-kadherine za spenjanje med seboj. Ustvarijo se tesni stiki med zunanjimi celicami in presledkovni stiki za prehajanje molekul. Kavitacija je proces, ki ustvariti votlinico blastocel napolnjeno s tekočino. Celice trofoblasta omogočijo črpanje Na ionov proti notranjosti, kar povzroči osmozo vode in nastanek blastociste z votlinico. Celice se tudi delijo v notranjo celično maso in zunanji trofoblast. Celice trofoblasta so prve diferencirane celice.
75
Razložite, Kaj pomeni in kako je s potentnostjo celic sesalčje blastociste in kako je le-ta vzdrževana v embrionalnih celicah ICM oz kateri TF to omogočajo??
Pluripotentnost je lastnost celice, da se lahko pretvori v večino diferenciranih celic, torej v katerikoli celični tip razen v trofoblast. Razvijejo se iz totipotentnih (matičnih) celic, te pa lahko oblikujejo katerikoli celični tip.
Pluripotentnost celic vzdržujejo transkripcijski faktorji Oct4, Sox2 in Nanog, ki omogočajo represijo genov za diferenciacijo. Delujejo po principu samoaktivacije in vzajemne aktivacije, kar pomeni da ko je en gen aktiviran se aktivirata tudi ostala 2 gena in delujejo usklajeno. Oct4, Sox2 in Nanog zagotavljajo kontinuirano ekspresijo genov za pluripotentnost v ICM z vezavo na ojačevalce njim lastnih genov.
76
Kakšna je vloga Hippo signalne poti pri sesalčji blastocisti (2)
Signalna pot Hippo omogoča specifikacijo celic trofoblasta z aktivacijo Tead4, ki se nahaja v obeh tipih, ICM in trofoblastičnih celicah. Aktivira se zaradi hippo signalne poti le v jedrih celic trofoblasta
77
Kako se ločijo celice ICM in trofoblasti?
Za specifikacijo trofoblasta je ključen Tead4 (ki je sicer tudi v ICM) in signalna pot Hippo. Do aktivacije Tead4 pride le v jedrih celic trofoblasta. TF Yap se veže na Tead4, kar omogoči izražanje gena cdx2 in v nadaljevanju izražanja genov za diferenciacijo trofoblasta. V ICM pa protein Hippo aktivira kinazo, ki fosforilira TF Yap, ki je degradiran. Tead4 zato ni funkcionalen in je onemogočeno prepisovanje gena cdx2 in s tem za trofoblast specifičnih genov. Tead4 -> cdx2 -> trofoblast specifični geni -> celice trofoblasta
78
Kako se določi nadaljnja usoda ICM?
Usoda odvisna od tega kdaj so postale celice del ICM. Zgodnejše, nastale med 8 in 16 celičnim stadijem bodo pluripotentne celice epiblasta (amnion in embrionalni epiblast, ki bo tvoril nadaljni ekto,mezo,endoderm), celice, ki so del ICM postale kasneje med 16-32 clic pa postanejo hipoblast ali primitivni endoderm (izvenembrionalni endoderm).
Končno identiteto celicam ICM določajo proteini FGF. Visok nivo teh proteinov -> primitivni endoderm.
79
Kako poteka implantacija blastociste v steno maternice?
Pred implantacijo se mora blastocista sprostit iz ovoja zone pellucide v maternici, kar omogoča trofoblast z izločanjem proteolitičnih encimov, ki razgradijo ovoj ZP. Nato se blastocista zasidra v ektrscelularij endometrija s pomočjo integrinov trofoblasta. Pomembni so tudi P-kadherini endometrija in trofoblastičnih celic. Trofoblast on stiku z endometrijem še vedno uzloča proteolitične encime, ki raztapljajo steno maternice in se lahko poglablja vanjo. Trofoblast vrši ploriferacijo v citotrofoblast, ta pa mitotične delitve in nastanek sinciciotrofoblastičnih celic, ki v nadaljevanju postanejo placenta fetale.
80
Naloge humane placente:
- Vloga je preskrba s kisikom, je prehranjevalni, endokrini in imunološki organ. Fetalni del placente (horion) je sestavljen iz tkiva trofoblasta in ožiljenega izvenembrionalnega mezoderma, materialni del placente pa predstavlja endometrij maternice.
Placenta sprošča hormone potrebne za normalen razvoj embrija:
- humani gonadotropni hormon HCG za vzdrževanje corpus luteum in produkcijo proges. in estrogena
- humani placentalni laktogen, ki modofocira metabolizem mame
- horionski tirotropin in kortikotropin vpliv na maternalni metabolizem in kardiovaskularna funckija
- placentalni rastni hormon
- gonadotropin sproščujoči hormon stimulira izločanje HCG iz sinciciotrofoblasta
- relaksin decidue bazalis za rast maternice, vaskulogeneza…
81
Kaj se dogaja med gastrulacijo?
Endodermalne in mezodermalne celice se pomaknejo v notranjost, celice bodoče kože in živčnega sistema prerastejo površino, oblikujejo se 3 zarodne plasti. Pomembne so induktivne interakcije celic. Začnejo se koordinirane celične migracije: invaginacija (ugreznitev), involucija (uvihovanje), ingresija (migracija posameznih celic), delaminacija (razcep ene plasti na dve), epibolija (preraščanje).
Zasnuje se osnovni načrt telesa, vzpostavijo osi embrija - anteriorno/posteriorna, dorzalno/ventralna in leva/desna. Embrionalne celice med gastrulacijo pridobijo usterzno usodo-specifikacija.
82
Tip migracije celic za oblikovanje mezodermalne klične pole pri ptičih?
Ingresija
83
Tip migracije celic za oblikovanje ektodermalne klične pole pri žabah?
Epibolija
84
Opiši vlogo dorzalne ustne
Dorzalna ustna blastopora prevzamejo vlogo organizatorja telesne osi. Nastane v področju sivega polmeseca z invaginacijo oz involucijo dorzalne marginalne cone. Preko DU poteka involucija prekurzorjev za endomezoderm (endo žrela, glavin mezoderm in mezo prehordalne plošče) in mezoderm horde. DU imajo avtonomno determinirano usodo. Determinira indukcijo dorzalne osi in nevralne cevi.
85
Tekom gastrulacije dvoživke se zgodi involucija dorzalne marginalne zone. Iz te uvihajoče marginalne zone kasneje nastanejo?
endoderm žrela, mezoderm glave in mezoderm horde.
86
Katere molekule in na kakšen način vplivajo na nastanek in razvoj dorzalnega ektoderma dvoživk?
Epibolija celic AP vzpostavi zunanji ektoderm z pomnoževanjem celic in sočasno radialno interkalacijo in širjenjem proti VP. Vpliv na to ima C3a protein, ki omogoča tanjšanje in ekspanzijo.
BMP je tu odsoten zaradi proteinov organizatorja(Noggin, chordin, folistin) -> nevralni dorzalni ektoderm.
87
Kaj omogoča konvergentno ekstenzijo pri razvoju dvoživk in kako le-ta poteka v glavni regiji?
Za involucijo v notranjost in konvergentno ekstenzijo je odgovorna interkalacija celic. Za konvergentno ekstenzijo in ločitev mezoderma horde od paraksialnega mezoderma pa je ključnih več dejavnikov:
Polarizirana kohezija celic, kjer se oblikujejo lamelopodiji za pomik po fibronektinski mreži, diferencialna kohezija celic s ekspresijo adhezivnih proteinov protokadherinov in valovi Ca ionov, ki regulirajo kontrakcijo AF.
-V glavni regiji konvergentne ekstenzije NI. Tu prihaja do ekspresije genov Otx, ki so ključni za aktivacijo genov za sprednje možgane in gena calpolin (calpolin preprečuje aktinmiozinsko kontrakcijo potrebno za konvergentno ekstenzijo).
88
Kako nastane organizator
Organizator telesnega načrta pri dvoživki je dorzalna ustna blastopora. Celice so ob pravem času na pravem mestu in sicer na mestu kjer konvergirata dva signala, dorzalni in ventralni signal, ki omogočita oblikovanje organizatorja.
- Dorzalni signal: β-katenin Wnt signalne pot aktivira gene za TF Siamois in Twin
-Ventralni signal: ekspresija Nodal-related parakrinih faktorjev aktivira gene za TF Smad2/4 v mezodermu.
Siamons + Twin + Smad2/4 skupaj omogočijo aktivacijo genov organizatorja.
89
Razložite molekularni mehanizem specifikacije ektoderma v epidermis in nevralni ektoderm!
Smad2/4 in beta-katenin sodelujeta pri aktivaciji številnih genov organizatorja, mnogi kodirajo sekretorne proteine, ki sodelujejo pri nadaljni organizaciji embrija. Proteini organizatorja med drugim specificirajo nad njim ležeči ektoderm (dorzalni ektoderm) v nevralni ektoderm z inhibicijo proteinov BMP, na način da vežejo proteine BMP in jih deaktivirajo s čimer zaščitijo nevralno regijo ektoderma pred delovanjem BMP. Epidermalni ektoderm pa dobi navodila od proteinov BMP.
90
Spemannov organizator je značilen za dvoživke. Gre za skupino celic ki se nahajajo znotraj dorzalne ustne blastopora. Celice izločajo ______ in ______, ki inhibirata _____ na dorzalni strani embria.
Hordin in noggin, BMP4
91
Dopiši vlogo slednjih molekul: Noggin, Chordin, Follistatin.
To so proteini, ki so produkt genov organizatorja in sodelujejo v nadaljni organizaciji embrija. Ti predstavljajo nekakšno zaščito pred signali iz drugih regij, sploh ventralne strani in BMP proteinov, torej so so inhibitorji BMP proteinov. Imajo sposobnost vezave na BMP proteine in preprečijo njihovo vezavo na receptorje, jih deaktivirajo. Tako posredno vplivajo na razvoj in zaščito dorzalnih struktur oz nevralnega ektoderma. Vloga inhibitorjev BMP je torej dorzalizacija zarodka.
92
Proteini BMP
indukcija epidermalnega ektoderma in določenih regij mezoderma, kar je odvisno od koncentracije: visoka konc BMP-nastaja mezoderm lateralne plošče, nizka konc. BMP-nastaja vmesni mezoderm. Če ni BMP nastaja dorzalni mezoderm
93
Antagonisti-inhibitorji proteinov Wnt
CERBERUS, DICKKOPF, FRZB, IGF so antagonisti (inhibitorja) proteinov Wnt. So parakrini faktorji organizatorja oz endoderma, ključni za nastanek glavine regije in možganov, s tem da inhibirajo proteine Wnt in BMP.
94
CERBERUS
oblikovanje glave in anterirnih struktir kot so oči, cementne žleze, olfaktorne plakode… če je sinteza preprečena zrd previsoke konc. Wnt in BMP je preprečeno oblikovanje glave.
95
Kaj sta in na kaj vplivata proteina DICKKOPF in Frzb?
DICKKOPF, FRZB, so antagonisti (inhibitorji) proteinov Wnt. So parakrini faktorji organizatorja oz endoderma. Njuna vloga je podobna. Skrbita za pravilen razvoj glavne regije. Ob pomankanju DICKKOPFa se razvije majhna in deformirana glava brez sprednjih možganov. Ob povišani koncentraciji Frzb proteina pa je inhibirana signalizacija Wnt vzdolž celotnega embrija in embrij postane ena sama glava, brez ventralnih/posteriornih struktur.
96
Povzemi, katere determinante določajo telesne osi pri vretenčarjih:
Telesni osi DV in AP predhodno determinirani s TGF-β (Nodal) in β-kateninom - inducirata organizator.
DORZO-VENTRALNA OS:
- Proteini Nodal: polarnost vzdolž D/V osi
- Inhibitorji proteinov BMP: noggin, chordin follstatin; specificirajo dorzalno os (nevralni ektoderm)
- BMP proteini: epidermalni ektoderm, ventralne strukture
ANTERIORNO-POSTERIORNA OS;
- Inhibitorji proteinov Wnt: Cerberus, sickkopf, frzb; specifikacija anteriorne regije (glava, možgani)
- Gradient Wnt proteinov: specifikacija regij nevralne cevi v trupni regiji
RA + proteini FGS= ekspresija genov HOX
- Geni HOX: specifikacija trupne regije, A/P os, identiteta posameznih regij oz spec. struktur.
LEVO-DESNA OS:
- Nodal in pitx2 – leva/desna simetrija
Za razvoj možganov in glave: potrebna inhibicija proteinov BMP in Wnt
Za razvoj hrbtenjače: potrebna Wnt signalizacija in inhibicija BMP
Za razvoj epidermisa: potrebni signalni poti BMP in Wnt.
Pozicija srca in črevesja: potrebna Nodal in pitx2
97
Napiši vlogo proteinov FGF med gastrulacijo
Pri piščančjem zarodku se pred gastrulacijo sintetizirajo proteini FGF v hipoblastu, aktivirajo Wnt signalno pot v epiblastu nad kollerjevim srpom.
Vključeni so tudi v regulacijo podaljševanja zarodka in so pomembni za vzorčenje vzdolž A-P osi, saj skupaj z RA kontrolitajo ekspresijo genov HOX.
Med gastrulacijo: specifikacija mezoderma (aktivacija genov za mezoderm horde), posredno sodelujejo pri zaustavitvi ingresije preko primitivne proge in na ta način celice nevralnega ektoderma ostajajo na površini
Pri sesalcih je migracija in specifikacija celic med gastrulacijo koordinirana s proteini FGF hipoblasta, brez njih ni migracije prek PP in oblikovanja endo mezo…
98
Pojasni vlogo Hensenovega vozla pri embriogenezi ptičev.
Hensenov vozel(HV) ima vlogo organizatorja telesnih osi. Je funkcionalni ekvivalent dorzalni ustni dvoživk in embrionalnemu ščitu rib. Prek HV migrirajo prekurzorji za endoderm žrela, prehordalno ploščo in hordo. Tu se sproščajo Noggin, Hordin in ostali inhibitorji signalizacije BMP. Pri oblikovanju nevralne cevi sodelujejo tudi proteini FGF, ki pripravijo epiblast za nevralni fenotip.
99
Kateri PF sodelujejo pri specifikaciji L-D osi pri vretenčarjih. Kaj dela lefty pri piščancu?
Nodal in Pitx2, ki se nahajata na levi strani in omogočata asimetrijo embrionalnih zasnov za organe. Nodal se aktivira na levi strani in ta aktivira še ekpresijo Pitx2. Kontrolirata pozicijo srca in črevesja. Asimetrija embrionalnih struktur.
Lefty je izražen v ventralni sredini PP in preprečuje prehod Cerberusa na desno, ker je Cerberus na desni strani inhibiran zato tam ne nastaja Nodal.
100
Napiši vlogo Hox genov
Gradient proteinov Wnt, BMP, FGF in RA omogoča vzorčenje A-P osi prek kavdalnih genov Cdx, ki aktivirajo gene Hox. Točno določenakombinacija genov Hox specificira točno določeno regijo vzdolž AP osi. Zaporedje genov Hox na kromosomih in njihova ekspresija je izredno podobno ekspresiji žuželčjim, kar kaže na evolucijsko konzervativnost. Dokaz je primerjava ekspresije genoc Hox vzdolž hrbtenice miši in piščanca, ki imata enak vzorec ekspresije in meje ekspresije paralogov med regijami hrbtenice.
- Hox geni zagotavljajo identiteto posameznih regij vzdolž anteriorno-posteriorne osi.
- Izražajo se v nevralni cevi, nevralnem grebenu in paraksialnem mezodermu in ektodermu, od možganov do repa.
- Izražanje je časovno usklajeno – najprej ekspresija HOx genov pri glavini regiji nato proti repu.
- Nepravilna ekspresija kaže na nerazvitost možganov, trupnega dela in repnega dela (odvisno kje ni izražanja)
-Geni Hox so odzivni na RA! Eksogena RA aktivira posteriorne gene Hox v anteriornih regijah!
101
Diferenciacija in morfogeneza nevralne cevi v različne regije centralnega živčnega sistema poteka sočasnona treh različnih nivojih, katerih?
- Anatomski nivo: ravni nevrocel se v glavinem delu oblikuje v možganske vezikle, oblikujejo ventrikle
- Tkivni nivo: preureditev populacije celic v steni nevralne cevi za oblikovanje različnih funkcionalnih regij v možganih in hrbtenjači
- Celični nivo: diferenciacija celic nevroepitela v številne tipe živčnih celic (nevrone) in podporne celice (glia celice)
102
Potentnost celic nevroepitela nevralne cevi
Multipotentne – omogočajo oblikovanje vseh tipov celic možganov in hrbtenjače
103
Kako se vzpostavi dorzalno – ventralna os v nevralni cevi?
- Nevralna cev je pod vplivom dveh signalnih centrov, in sicer:
a) epidermis s proteini BMP (dorzalni signal) in
b) signali Horde s shh - sonic HEDGEHOG signalom (ventralni signal).
- Sledi oblikovanje sekundarnih signalnih centrov v nevralni cevi: strešna plosča (BMP) in talna plošča (shh), ki sta locirani zgoraj in spodaj vzdolž nevralne cevi. Shh odgovoren za specifikacijo motoričnih in ostalih nevronov ventralnega dela.
- Postopoma se vzpostavi gradient parakrinih faktorjev (dorzalno proteini TGF-β in ventralno Shh), ki določajo identiteto nevronov aktivirajo različne transkripcijske faktorje v jedrih celic nevralne cevi.
Gradient shh je pomemben za diferencialno ekspresijo genov in identiteto nevronov, saj vpliva na izražanje različnih TF.
104
Napiši vlogo germinalnega nevroepitela nevralne cevi.
Germinalni nevroepitel so multipotentne celice nevroepitela in so prekurzorji, ki bodo oblikovali vse tipe celic možganov in hrbtenjače. Je plast hitro delečih matičnih multipotentnih celic, ki se nato diferenciirajo oz ostajajo matične celice. Ker so jedra v različnih nivojih daje videz večslojnosti. Značilna je asimetrična delitev, ki je regulirana s citoskeletom, signali cerebospinalne tekočine (igf, FGF, Shh za vzdrževanje populacije matičnih celic) in proteini Par (odgovorn za apikalno-bazalno polariteto celic nevroepitela) ter Notch (hčerinska celica z več Notch proteini ostaja matična, druga gre v diferenciacijo). Nastajajo trije glavni tipi celic:
- ependim: ob vetriklih, izločajo cerebrospinalno tekočino
- nevroblasti: prekurzorji nevronov, prevajajo el. potencial in koordinirajo telesne funkcije, misli, občutke
- glioblasti: prekurzorji glia celic, pomoč pri izgradnji živčevja, mielinizirajo nevrone in imajo vlogo pri pomnenju.
105
Primer asimetrične celične delitve.
asimetrične delitve nevroepitela. 1 hčerinska celica ostane v epitelu kot matična celica, druga migrira in diferencira v nevro ali glioblast. Migrirajoče prekurzorske celice nevro ali glioblastov postopoma diferencirajo v nevrone ali glia celice.
106
V katerem obdobju embriogeneze pride do diferenciacije mezoderma?
Procesu gastrulacije sledi proces organogeneze, ki prične z morfogenezo nevralne cevi (nevrulacija) sočasno pa poteka diferenciacija mezodermalne zarodne pole.
107
Skiciraj in označi kako se razdeli mezoderm in kaj nastane iz posameznih delov mezoderma.
- Mezoderm horde: horda
- Paraksialni mezoderm somitov: mezoderm glave (skelet, mišice in veziva lobanje) in somiti (skelet, skeletne mišice, dermis, vezivo trupa, mišice okončin)
- Intermediarni mezoderm: urogenitalni sistem in korteks nadledvične žleze
- Mezoderm lateralne plošče: srce, krvožilje, krvne celice, površina telesne votline, izvenembrionalne memebrane
108
Katere so glavne regije mezoderma trupa, kateri parakrini faktorji sodelujejo pri njihovi diferenciaciji(?) Kateri signalni centri in parakrini faktorji sodelujejo pri diferenciaciji somita
Paraksialni mezoderm leži dorzalno ob notohordi in se pred segmentacijo imenuje predsomitski mesoderm, ki se v nadaljevanju postopoma členi v somite: dermatom, miotom, sklerotom.
Pri diferenciaciji celic b mediano-lateralni smeri poteka z naraščujočo koncentracijo TF BMP ali TF Tbx6, ki zavira nevrogeni dejavnik Sox2. diferenciacijo v A-P smeri pa definiraj koncentracijski gradient morfogenov Fgf8 in Wnt ter RA. Za oblikovanje so mitov so v nadaljevanju pomembni še TF Mesp in Eph.
109
Opišite glavne morfogene, ki determinirajo somitogenezo v anteriorno-posteriorni osi, njihove funkcije in medsebojne vplive (6)
Vzdolž A-P osi so prisotni številni morfogeni v različnih koncentracijah z različnimi medsebojnimi učinki s katerimi vplivajo na diferenciacijo osi AP. V posteriornem delu sta izražena FGF8 (ohranja nediferencian MD) in Wnt3a (elongacija telesa na posteriornem delu), ta dva delujeta sinhrono. Nanju vpliva RA (zavira FGF8), ki je v osrednjem delu zarodka najbolj koncentrirana v tem času (pred tem delom embriogeneze pa je bil gradient A-P). RA vpliva tudi na Tbx6, ki je TF mezoderma, prek posledične ekspresije Sox2 pa lahko pride do sinteze nevralne cevi.
Pri somitogenezi je pomembno podaljševanje telesa v posteriorni smeri, kar prispevajo multipotentne nevromezodermalne progenitosrke celice, te migrirajo v progenitorskem območju v fazo dozorevanja, kjer pod vplivom Tbx6 diferencirajo v MD ali pod vplivom Sox2 diferencirajo v nevrogeno tkivo.
110
Pojasni pojem »Somitogeneza«
Somitogeneza je nastajanje somitov oz porazdelitve mase predsomitskega mezoderma v točno določeno število bilateralno simetričnih somitov. Ob zorenju v predsomitskem mezodermu se bodoče celice somitov oblikujejo v skupke - somitomere. Zunanje celice se uredijo v epitel, notranje pa mezenhimatske. Prvi somiti se oblikujejo za otično regijo, ostali pa jim sledijo vzdolž A-P osi. Somitogeneza je posledica zajedanja novonastalega epitela predsomitskega mezoderma na posteriornem delu novega somita. Oblikovanje somitov poteka le v ozkem območju fronte determinacije - enaka oddaljenost od konice repa oz. mesto nastanka somita opredeljuje njegova oddaljenost od konice repa. Število somitov med organizmi se razlikuje – človek 38, kače do 500.
Mehanizmi somatogeneze so podaljševanje posteriornega dela embrija, oblikovanje somitov, sinrhoni nastanek somitov na obeh straneh embrija, uravnavanje tempa nastanka somitov in uravnavanje števila somitov.
111
Na kratko razloži sistem poimenovanja somitov.
Somiti ne nastajajo sočasno, ampak v časovnem zamiku v smeri od anteriornega konca proti posteriornemu. Novonastali somit je vedno številka 1, predhodnik 2 in tako naprej. Somit, ki se bo razvil naslednji je 0, naslednji -1 in tako naprej. Se pravi vsakič ko nastane nov somit, že obstoječi somit dobi ime n+1
112
Kaj predstavlja »clock-wavefront mechanism« ?
Je najverjetnejši mehanizem v ozadju sinhronega nastanka enakomerno velikih somitov na obeh straneh embrija. To gre za sočasno regulacijo kdaj in kje se pojavi epitelna pregrada mezenhimske mase predsomitskega mezoderma.
Mehanizem uravnavata 2 gradienta:
- Posteriorno visok / anteriorno nizek gradient Fgf
- Posteriorno nizek / anteriorno visok gradient RA
Fgf se izraža le v konici repa in ohranja celice predsomitskega mezoderma v nediferenciiranem stanju. Diferenciacija predosmitskega mezoderma v epitelne celice in zažemanje somitov poteče le ob rahlem znižanju koncentracije Fgf in hkratnem stiku zadostne koncetracije RA. Skupaj definirata majhno območje diferenciacije, kjer gradient in konc. obeh omogoča ekspresijo genov Mesp in Eph ter nastanek njunih TF ki vplivata na diferenciacijo v epitelno tkivo in zažemke.
Mezhaniem, ki uravnava periodičnost nastanka somitov je molekularna ura oz ritmično spreminjanje ekspresije proteinov signalne poti Notch vzdolž Predsomitskega mezoderma. Aktivacija junkstakrie signalne poti Notch ima regulacijo z negativno povratno zanko. Inhibitorni proteini so Hairy in so nestabilni, ter propadajo v anteriorni smeri. Območje nastajanja somitov je tako omejeno na ozek pas.
Ko območje ekspresije Notch doseže fronto determinacije, se tam sproži prepis genov Mesp, čigar ekspresija v P delu je zavrta v A delu pa generira ekspresijo Eph in oblikovanje epitela nastajajočega somita.
Število somitov uravnava hitrost osilacije Notch vzdolž osi, pomembni so tudi geni Hox.
113
Kaj je fronta determinacije in kako se oblikuje ter njen vpliv na somitogenezo
Območje determinacije je ozko območje oblikovanja somitov. V območju fronte determinacije imajo celice ustrezne pogoje za diferenciacijo v epitelne celice. Količina Fgf v anteriorni smeri upada, količina RA pa se v anteriorni smeri viša. Na ta način nastane gradient in v območju ustrezne koncentracije obeh faktorjev nastane fronta determinacije.
Ko regija ekspresije faktorja Notch doseže to fronto determinacije, se v njih sproži prepis genov Mesp-Eph-Ephrin in pride do nastanka somita.
114
Razloži kako poteka nastajanje vretenc.
Telesna vretenca se razvijejo iz somitov, oz sklerotoma, celice sklerotoma pa migrirajo v okolico horde kjer bodo oblikovala vretenca. Prekurzorji sklerotoma so pod vplivom PF horde – Shh, ki vplivajo na ekspresijo Pax1 v sklerotomu. Pomembna je tudi odsotnost BMP, ki jo blokira noggin. Migracija celic sklerortoma je pod vplivom atraktantov in morfogenov horde. Pred oblikovanjem se sklerotom posameznega somita razdeli na anteriorni (rostralni) in posteriorni (kaudalni) del, med katera se vrinejo motorične veje hrbtenjačnih živcev. Posamezno vretence nastane z zlivanjem posteriorne mase sklerotoma in anteriorne mase somita za njim (resegmentacija).
115
Razloži razvoj mišic.
Dermomiotom je razdeljen na funkcionalne enote dermatoma, miotoma in migrirajoče mioblaste. Mioblasti ob NC zaradi PF Wnt oblikujejo primaksialne mišice, mioblasti na dorzolateralni strani pa so pod vplivm PF epidermisa (Wnt BMP) in oblikujejo abaksialne mišice.
Opredeljene celice miotoma (mioblasti) se pod vplivom rastnih faktorjev pričnejo podaljševati in združevati v verige. Celice v verigah prično z zlivanjem membran in oblikuje se večcelična tvorba, ki pod vplivom rastnih faktorjev dozori v mišična vlakna.
Povečevanje števila in rast mišičnih vlaken je pod negativno kontrolo parakrinega faktorja miostatina (TGF-β družina). Ob mutaciji pride do hiperplazije in hipertrofije mišic (povečanje).
116
Pri osteogenezi smo spoznali dva tipa osifikacije
Prvi je intermembranski tip osifikacije, kjer gre za neposredno kalcifikacijo mezenhima, drugi tip pa je endohondralni pri katerem se zgodi postopna osifikacija preko hrustanca.
117
Iz česa se razvijejo ledvica in kateri TF nazdirajo sintezo?
Ledvica se razvijejo iz intermediarnega mezoderma njihovo sintezo pa nadzirajo TF somitov paraksialnega mezoderma. (detreminacijo interm. mezoderma pa določa lateralni gradient BMP)
118
Razvoj mehurja, kako se razdeli pri sesalcih?
Mehur se razvije kot del endoderma kloake ki se pri sesalcih razdeli na urogenitalni sinus in rektum.
119
kaj nastane iz intermediarnega mezoderma?
urogenitalni sistem in korteks nadledvične žleze
120
Kaj nastane iz mezoderma lateralne plošče?
- srce, krvožilje, krvne celice, površina telesne votline
- medenica in kosti okončin
- izven-embrionalne membrane
121
Kaj pomeni cardia bifida?
oblikovanje dveh src zaradi sprememb signalnih poti v mezodermu lateralne plošče , ker ne pride do stika cevi!
122
Naštej dve posebnosti krvožilja sesalčjega embrija:
- ductus venosus - vključevanje krvi placente v jetrno veno
- foramen ovale - povezava atrijev
- ductus arteriosus - povezava pljučne arterije in aorte
123
Nastanek novih krvnih žil imenujemo:
vaskulogeneza
124
Preoblikovanje ožilja imenujemo:
Angiogeneza
125
Kaj je vaskulogeneza, kaj je angiogeneza? kaj so hemangioblasti? kaj vpliva na njihovo diferenciacijo?
Vaskulogeneza je razvoj žil de novo, angiogeneza pa poteka v kasnejšem obdobju in gre za preoblikovanje žilja v končne vene, arterije, kapilare…
Hemangioblasti so prekurzorske celice heatopoetske in endotelne celične linija, ki migrirajo v ventralni del primarne aorte. Oblikujejo se v P delu splahičnega mezoderma lateralne plošče pod vplivom BMP, Wnt, Notch. Njihova nadaljnja diferenciacija v krvne in endotelijske celice je odvisna od višine konc. Notch. Višja konc. Notch-hemangioblasti bodo krvne celice, nižja konc Noch-pretvorba v endotelijske celice.
Nastanek krvnih celic imenujemo hematopoeza Te nastanejo iz pluripotentnih hematopetskih zarodnih celic Najbolje preučen hormon, ki sodeluje pri diferenciaciji krvnih celic je eritropoetin.
126
Kaj so celice nevralnega grebena in kaj iz njih nastane?
Celice nevralnega grebena so 4 klična pola in evolucijska pridobitev vretenčarjev. So multipotentne celice, katerih usoda je determinirana z izhodiščno pozicijo vzdolž nevralne cevi in s potjo migracije, ki jo usmerja ekstracelulcarni matriks in signalne molekule. Po zaprtju nevralne cevi nastanejo celice nevralnega grebena z aktivacijo epitelno mezenhimske tranzicije (EMT), nato pa migrirajo na različna mesta v različna tkiva in diferencirajo v različne tipe celic. Za deliminacijo celic neuralnega grebena in EMT so odgovorni številni geni in TF (Fox, twist, Snail) pomembnejši pa je Sox9, ki preprečuje apoptozo teh celic . pomemben je tudi Sox10 ki je mediator dif. CNG v več celičnih linij. Iz CNG nastanejo kosti, hrustanci, glia celice, nevroni, melanocite, schwanove celice,…. V kaj se razvijejo je odvisno od kombinacije TF.
127
Katere so glavne regije nevralnega grebena vzdolž A-P osi in kaj producirajo?
Kranialna regija: prve migratorske CNG. So progenitorske celice, migracijo usmerjajo FGF.
Diferencirajo v nevrone, glia, melanocite, mišične celice, hrustanec, kostno in vezivno tkivo obraznega dela. Kranialni greben je pomemben tudi za razvoj anteriornih regij srednjih in sprednjih možganov.
- migracija v obrazni predel: hrustanec, kostno tkivo, kranialni živci, glia, pigmentne celice, vezivo
- migracija v loke žrela : timus, odontoblasti zobnih zasnov, slušne koščice, kosti čeljusti
Trupna regija: melanociti, senzorični nevroni dorzalne korenine, gangliji parasimp. in simpatika in glia celice, schwanove celice, celice medule nadledvičnih žlez
- ventralna pot; da bi potovale dorzalno preprečujejo mol EM.
- dorzolateralna pot: v predel kože, omogočena migracija po EM. Produkt so melanoblasti!
Kardična regija: migracija v loke žrela, oblikuje pregrada med aorto in pljučno arterijo, endotel arterij
Vagalna in sakralna regija – migracije v prebavno cev. Nastanejo enterični gangliji prebavne cevi.
Kaj so kranialne ektodermalne
128
Kaj so kranialne ektodermalne plakode (KEP)?
Kranialne ektodermalne plakode so začasne zadebelitve ektoderma glave in vratu, iz katerih se razvijejo glavni senzorični organi vretenčarjev in so produkt interkcije NC in ektoderma. KEP prispevajo večino perifernih nevronov glave, in sicer za sluh, ravnotežje, okušanje in voh. Lečna plakoda je edina, ki ne formira nevronov. Plakodni ektoderm je sprva enotna regija v anteriornem delu nad nevralno ploščo s kompetenco za katerokoli plakodo. Odvisno od specifičnih interakcij nastanejo diferencira v različne plakode: olafktorna, lečna, trigeminalna, epibranhialna, otična in dorzolateralne plakode. (sistem bočne linije vodnih vretenčarjev).
129
Kako bi dokazal, da je le glavin ektoderm, ki leži nad očesnim veziklom, kompeten za nastanek lečne plakode?
Če bi transplantirali optični vezikel na drugo regijo telesa, na primerku iste vrste (npr. v telesno regijo pod ektoderm), se tam lečna plakoda ne bi razvila, kar dokazuje nekompetentnost drugih regij ektoderma. Če pa transplantiramo očesno polje skupaj z očesnim veziklom v katero koli regijo, se bom tam oko razvilo - ektopično oko - saj bo prišlo do recipročnih interakcij med optičnim veziklom in ektodermom, kar zahteva induktivne in kompetentne sposobnosti obeh.
130
Opiši razvoj očesnega polja in katere molekule so v to vpletene?
Specifikacija očesnega polja poteka v anteriornem delu nevralne plošče, kjer potekajo številne indukcije, različna časovna in prostorska ekspresija genov. Pax6, ki inducira kaskado genske ekspresije za TF in pa Rx1 sta ključna za specifikacijo očesnega polja in nadaljnjo diferenciacijo v mrežnico in roženico, vpletena sta v regulacija celične proliferacije, celicam določata usodo – celice retine in leče. Ekspresija Pax6 poskrbi, da ektoderm, ki bo formiral lečo, postane kompetitiven. Rx1 i Pax6 imata konzervativna zaporedja in vzorce ekspresije.
Noggin inhibira proteine BMP, nastaja nevralna plošča, formirajo se možgani, ekspresira se Otx2, ET aktivira Rx1, ki inhibira Otx2 in aktivira Pax6.
131
Vloga Pax6 in Shh pri oblikovanju očesa. Kaj se zgodi ob nepravilnem izrazanju Shh / kako vpliva pomanjkanje ali preveč Shh??
Pax 6: inducira kaskado genske ekspresije za razvoj očesnega polja in je skupaj s Rx pomemben pri formaciji optičnih čaš, šarenice, leče, mrežnice - skratka celotnega očesa
Shh - Sonic hedgehog je pomemben pri delitvi očesnega polja na dve polji. Deluje inhibitorno na gen Pax6 in zatre njegovo ekspresijo in s tem se očesno polje razdeli na dve bilateralni očesni polji. Če je Shh premalo potem lahko pride do kiklopije, saj se očesni polji nepravilno ločit (prekomerna ekspresija Pax6), če pa je Shh preveč potem osebek nima oči (zavrta ekspresija Pax6) primer so jamske ribe.
132
Kateri gen je najpomembnejši za razvoj očesnega polja?
Rx1 in Pax6
133
Očesa pri jamskih ribah.
Odrasle jamske ribe oči pogreznejo glboko v vezivo pod kožo. Morfogeneza zasnov poteka normalno, ni pa nadaljne diferenciacije leče, ker postopoma regresira in poteče apoptoza. Ker imajo jamske ribe povečano količino Shh, se zavira ekspresija Pax6 in to povzroči motnje v razvoju optičnih veziklov. Pride do apoptoze leče in zaustavitve razvoja oči. Na račun tega se razvijejo večje čeljusti in več okušalnih brstičev.
134
Katere strukture se razvijejo iz delov optične čaše?
Zunanji sloj čaše - pigmentni epitel mrežnice
Notranji sloj čaše- senzorični del mrežnice (fotoreceptorji (paličnice in čepnice), internevroni (horizontalke, bipolarke, amakrine celice), oporne celice (Müllerjeve celice), ganglijske celice)
Očesni pecelj - očesni živec
Vrh čaše - mišice šarenice, ciliarno telo
Ker vse te struktire izviajo iz očesnega vezikla je izvor nevralni ektoderm.
135
Maternalni faktorji so:
Molekule mRNA in proteini v jajčni celici
136
Kateri od naštetih družin signalnih molekul pripadajo Vg-1, Nodali, BMPji in activin:
TGF-β
137
Pravilna hierarhija aktivnosti genov, ki sodelujejo pri zgodnji segmentaciji drosophile?
Maternal, gap, pair-wise, segment-polarity
138
Celice nevralnega grebena, ki gredo na dorzo-lateralno pot migracije postanejo:
Pigmentne celice
139
Kateri koktejl TF se lahko uporabi za indukcijo pluripotentnosti?
Oct4, Nanog, Sox2
140
Elongacija mezoderma v anteriorni konec pri Xenopusu je rezultat interkalacije celic, ki jo imenujemo:
Konvergentna ekstenzija
141
Kateri od naštetih proteinov je ključen za diferenciacijo mišičnih celic?
Miogenin
142
Embrionalne matične celice so:
Celice izolirane iz notranje celične mase sesalčjega embrija
143
Vloga bicoida:
V embriju vinske mušice (insektov) je njegov gradient pomemben za vzpostavljanje A-P telesne osi. Najvišja koncentracija je v anteriornem delu (v posteriornem je Nanos). Blokira izražanje gena caudal, skupaj z huncback je odgovoren za razvoj glavine regije
144
In-vitro pogoji, ki zagotavljajo kapacitacijo spermijev:
Umetno pripravljena tekočina, ki vsebuje kalcij, bikarbonat in serumski albumin (ali tekočina iz jajcevoda
145
Maternalna determinanta za specifikacijo endodermalnih celci v žabji blastuli:
VegT
146
Signalna molekula za determinacijo žabjega Nueiwkopovega centra (NC):
Β-katenin
147
Regija blastoderma cebrice, ki deluje kot žabji NC:
Najbolj dorzalni del rumenjakovega sincicijskega sloja
148
Poreklo kraniofacialnega mezenhima
celice kranialnega dela nevralnega grebena (nevralni greben, nevralni ektoderm)
149
Poreklo mišic okončin:
Miotom (somiti, paraksialni mezoderm)
150
Poreklo trovejnega (V.) možganskega živca:
(trigerminalna plakoda?) rombomera 2 (rhombencephalon, nevralnca cev, nevralni ektoderm)
151
Morfogen za talno ploščo nevralne cevi:
Shh (iz horde)
152
Vloga mikro-RNA v zgodnji mrežnici
Vpliva na diferenciacijo nevroblastov v mrežnici - izražajo se geni za vse tipe, a se zaradi miRNA nekateri ne prevajajo (najprej se prepisujejo fotoreceptorji nato pa bipolarke in internevroni)
153
Signalni molekuli s konkretno lokacijo, ključni za vzpostavitev bilateralnega očesnega polja
Shh prehondralne plošče (ventralni center nevralne cevi)
154
Vloga in lokacija Fgf8 v procesu podaljševanja telesne osi:
V kavdalni regiji (nediferenciranega epiblasta) inhibira retinosjko kislino in prepreči diferenciacijo
155
Vloga molekularnega mehanizma Notch-Hairy1:
Uravnavanje tempa nastanka somitov (Notch se prepisuje periodično (on-off), posledično vpliva tudi na periodično prepisovanje Hairy1, hkrati ta inhibira sintezo Notch. ker pa se zato sam preneha prepisovati (in ni stabilen), se Notch spet lahko prične prepisovati -> vir periodičnosti)
156
Na kratko opiši razlike med avtonomno in odvisno specifikacijo.
Pri avtonomni specifikaciji ima celica že determinirano usodo (so specificirane in determinirane) – tudi če jo transplantiramo v drug del embrija, kjer so drugačni parakrini signali, se bo enako diferencirala. Pri odvisni specifikaciji, pa je diferenciacija celice odvisna od interakcij s sosednjimi celicami, od lokacije celice (so specificirane, a ne še determinirane). Na podlagi gradientov maternalnih morfogenetskih determinant začnejo celice sproščati parakrine faktorje, justakrine interkacije, s katerimi vplivajo na usodo sosednjih celic. Če bi torej celico drugega tkiva dovolj zgodaj transplantirali, bi se razvila v celico glede na signale okoliških. Pomemben je tudi čas – na naki točki gredo celice iz odvisne v avtonomno specifikacijo, saj so že dovolj diferencirane. Avtonomna prevladuje pri nevretenčarjih, pri vretenčarjih pa odvisna.
157
Kaj so transkripcijski faktorji in kakšen je njihov način regulacije prepisovanja genov.
Transkripcijski faktorji so proteini, ki prepoznavajo zaporedje DNA, se vežejo nanj in vplivajo na prepisovanje genov. Imajo podobno strukturo iz treh domen – domena za vezavo na DNA (prepoznavanje zaporedja), domeno ki določa aktivnost (aktivacija, represija) in domeno, ki opredeljujo stopnjo aktivnosti (kako močen je njihov vpliv).
Vplivajo lahko na več načinov. Lahko se vežejo na promotrosko regijo in vplivajo na vezavo polimeraze II (omogočijo vezavo/preprečijo vezavo), lahko se vežejo na ojačevalna ali utiševalna zaporedja (in jih aktivirajo/inaktivriajo). Tako lahko direktno vplivajo na izražanje genov. Vplivajo pa lahko tudi posredno – z aktivacijo prepisovanja genov za druge (ali iste) TF, lahko povečajo (zmanjšajo) tudi prepisovanje drugih genov oz. ojačajo prepisovanje istih.
Za izražanje genov je pomembno, da lahko TFji delujejo kombinatorno (izražanje je odvisno od več TF) in modularno (isti DNA lahko aktivira drug TF, npr. v različnih tkivih
158
Kako je pri večini organizmov preprečena polispermija?
S počasnim blokom polispermije oz. reakcijo kortikalnih granul, učinek je kemični in mehanski. Ob vstopu spermija se sproži Ca2+ val (vezava IP3 na Ca kanalčke v ER), ki potuje od mesta vtopa proti drugem koncu in omogoči sproščanje vsebine kortikalnih granul v perivitleniski prostor. Reakcija se začne približno 20s po vstopu in se zaključi po 1 min. pri tem se zgodi več dogodkov. Proteaze rzarahljajo aktinsko omrežje, ki pripenja vitelinski ovoj na plazmalemo in omogoči da odstopi. Sproščeni mukopolisaharidi privzemajo vodo in se napihnejo in porinejo ovoj (vitelisnki ovoj → fertelizacijski ovoj) stran, peroksidaze in TG jo utrdijo, hialin pa oblikuje plašč okoli jajčne celice.
159
Naštej in opiši značilnosti sesalčje blastulacije in razloži, kako je s potentnostjo zgodnjih blastomer in celic notranje celične mase.
Brazdanje je holoblastično (popolno), radialno, ekvalno (nastaneta enako veliki celici) in asinhrono (imamo obdobja z lihim številom celic). V zgodnjih delitvah pride najprej do kompakcije povezovanja celic s medceličnimi stiki (tesni in presledkovni) ter povezovanje z E-kadherini., s čimer se definirajo notranje in zunanje celice, nato pa pride so kavitacije, kjer se oblikuje blastocel. Zunanje celice formirajo trofoblast (ki bo izločal encime, najprej za sprostitev iz fertelizacijskega ovoja, nato a ugnezditev v endometrij ter se nato oblikujejo v citotrofoblast in sinciciotrofoblast), notranje pa notranjo celično maso, ki bo formirala embrij in izvenembrionalne ovoje. Trofoblasti so prve celice, ki se diferencirajo, celice ICM torej izgubijo totipotentnost in postanejo pluripotentne (ne morejo več postati trofoblasti), poteče pa tako, da je v bodočih trofoblastih blokiran Hippo, ki bi aktiviral neko kinazo (Yap); ker je ne ta ne prepreči, da določen TF vstopi v jedro se veže na Tead4 in povzroči prepisovanje Cdx2. V ICM pa ta faktor ni blokiran, zato aktivria tisot kinazo, ki fosforilira ta TF, ki zato degradira in ne pride v jedro.
V ICM se pluripotentnost ohranja z faktorji Sox2, nanog in Oct4, ki preprečujejo diferenciacijo celice. Pomembno je, da aktivirajo drug-drugega in se hkrati samoaktivirjao – tako se kontinuirano izražajo. Izražanje poteka do gastrulacije, od te točke naprej pluripotentnost ohranjajo samo še germinalne celice.
ICM se kasneje oblikuje v bilaminarni germinalni disk, ki se deli na epiblast (embrij in amnion) in hipoblast (primitvni endoerm – rumenjakova vrečka), pri čimer je njihova usoda odvisna od časa, pri katerem so nastale del ICM (pri 8→16 delitvi – peiblast, kasneje → hipoblast).
160
Kakšna je vloga organizatorskega mesta vretenčarskih zarodkov in kako se vzpostavi pri žabjih zarodkih?
Organizatosko mesto je ponavadi mesto involucije prekurzorjev za endomezodermalno plast, glavin(dorzanli?) mezoderm in mezoderm horde. S tem vzpostavi A-P os, pri čimer je horda ključna za indukcijo nastanka nevralnega ektoderma. Endomezoderm postane endoderm sprednjega žrela, mezoderm glavine regije oz prehondralne plošče (glava, možgani), hordin mezoderm pa horda (indukcija hrbtenjače, repa). Pri žabjih zarodkih se vzpostavi z invaginacijo bodočih endodermalnih celic vegetalnega pola na mestu sivega polmeseca nasproti vstopa spermija in involucijo skozi dorzalno ustno – ki je organizator. Nastanek inducira sproščanje molekul Nieuwkoovega centra (β-katenin). Dorzalni signal je β-katenin (ventralno je inhibiran – ki sproži prepisovanje siamois in twin, ventralni(?) pa Nodal (oz. nodal-related; aktivira ga VegT), ki aktivirajo prepisovanje Smad2/4. Kombinacija Smad3/4 in samois/twin sproži prepisovanje genov organizatorja. (ti pol blokirajo BMP)
