Диференціювання у процесі розвитку ембріона. Що таке диференціювання клітин у процесі ембріонального розвитку? Зміна ступеня вакуолізації у процесі диференціації клітин

Диференціювання- це процес, внаслідок якого клітина стає спеціалізованою,тобто. набуває хімічних, морфологічних та функціональних особливостей. В самому вузькому значенні- це зміни, що відбуваються в клітині протягом одного, часто термінального, клітинного циклу, коли починається синтез основних, специфічних для даного клітинного типу, функціональних білків (схема 8.1). Прикладом може служити диференціювання клітин епідермісу шкіри людини, при якій у клітинах, що переміщаються з базального в шипуватий і потім послідовно в інші, більш поверхневі шари, відбувається накопичення кератогіаліну, що перетворюється в клітинах блискучого шару в елеїдин, а потім в роговому шарі кератин. При цьому змінюються форма клітин, будова клітинних мембран та набір органоїдів. Насправді диференціюється не одна клітина, а Група подібних клітин.Прикладів можна навести безліч, оскільки в людини налічують близько 220 різних типів клітин. Фібробласти синтезують колаген, міобласти – міозин, клітини епітелію травного тракту – пепсин та трипсин.

У більш широкому значенніпід диференціюваннямрозуміють поступове (протягом кількох клітинних циклів) виникнення все великих відмінностейі напрямів спеціалізаціїміж клітинами, що походять з більш менш однорідних клітин одного вихідного зачатку. Цей процес обов'язково супроводжують морфогенетичні перетворення, тобто. виникнення та подальший розвиток зародків певних органів у дефінітивні органи. Перші хімічні та морфогенетичні відмінності між клітинами, що обумовлюються самим перебігом ембріогенезу, виявляються в період гаструляції.

Процес, в результаті якого окремі тканини в ході диференціювання набувають характерного для них вигляду, називають гістогенез.Диференціювання клітин, гістогенез та органогенез відбуваються в сукупності,причому у певних ділянках зародка та у певний час. Це дуже важливо, тому що вказує на координованістьі інтегрованістьембріонального розвитку

Необхідно зрозуміти, яким чином клітини, що володіють найчастіше однаковими каріотипом і генотипом, диференціюються та беруть участь у гісто- та органогенезі в необхідних місцях та у визначені терміни відповідно до цілісного «образу» даного виду організмів. Обережність при висуванні положення про те, що

Глава 8. Закономірності індивідуального розвитку організмів Схема 8.1.Диференціювання мезодерми

спадковий матеріал усіх соматичних клітин абсолютно ідентичний, відображає об'єктивну реальність та історичну неоднозначність у трактуванні причин клітинного диференціювання. Розвиток уявлень про механізми цитодиференціювання зображено на схемі 8.2.

В. Вейсман висунув гіпотезу (кінець ХІХ ст.) про те, що тільки лінія статевих клітин несе в собі і передає нащадкам всю інформацію свого геному. Соматичні клітини, на його думку, можуть відрізнятися від зиготи та одна від одної кількістю спадкового матеріалу і тому диференціюватись у різних напрямках.

Пізніше були виявлені приклади зміни кількості спадкового матеріалу в соматичних клітинах як на геномному, так і на хромосомному та генному рівнях. Описані випадки елімінації цілих хромосом у циклопу, комара та одного з представників сумчастих. У останніх із соматичних клітин самки елімінується Х-хромосома, а з клітин самця - Y-хромосома. Через війну соматичні клітини вони містять лише з однієї Х-хромосомі, а лінії статевих клітин зберігаються нормальні каріотипи: XX чи XY.

Схема 8.2. Розвиток уявлень про механізми цитодиференціювання

У політенних хромосомах слинних залоз двокрилих ДНК може синтезуватися несинхронно, наприклад, при політенізації гетерохроматинові ділянки реплікуються менше разів, ніж еухроматинові. Сам процес політенізації, навпаки, призводить до значного збільшення кількості ДНК у диференційованих клітинах, порівняно з родоначальними клітинами.

Такий механізм реплікації ДНК, як ампліфікація, також призводить до багаторазового збільшення кількості деяких генів в одних клітинах, порівняно з іншими. В овогенезі багаторазово збільшується кількість рибосомальних генів, можуть ампліфікуватись і деякі інші гени. Є дані про те, що в деяких клітинах у процесі диференціювання відбувається перебудова генів, наприклад, імуноглобулінових генів у лімфоцитах.

Проте в даний час загальновизнаною є точка зору, що веде початок від Т. Моргана, який, спираючись на хромосомну теорію спадковості, припустив, що диференціювання клітин у процесі онтогенезу є результатом послідовних реципрокних (взаємних) впливів цитоплазми та змінних продуктів. Таким чином, вперше прозвучала ідея про диференціальної експресії генів

як основний механізм цитодиференціювання. Нині зібрано багато доказів те, що у більшості випадків соматичні клітини організмів несуть повний диплоїдний набір хромосом, а генетичні потенції ядер соматичних клітин можуть зберігатися, тобто. гени не втрачають потенційної функціональної активності.

Мал. 8.6.

1 - зріз кореня в живильному середовищі, 2 - профільні клітини в культурі, 3 - Клітина, ізольована з культури, 4 - ранній зародок, 5 - пізніший зародок, 6 - молода рослина, 7-доросла рослина

Збереження повного хромосомного набору організму, що розвивається забезпечується, перш за все, механізмом мітозу. Про збереження генетичних потенцій ядер соматичних клітин можна судити за наслідками дослідів, проведених над рослинами та тваринами. Соматична клітина моркви, що пройшла тривалий шлях диференціювання, здатна розвиватися в повноцінний організм (рис. 8.6). У тварин окремі соматичні клітини після стадії бластули, як правило, не здатні розвиватися в цілий нормальний організм, але їх ядра, пересаджені в цитоплазму овоцита або яйцеклітини, починають поводитися відповідно до тієї цитоплазми, в якій вони опинилися.

Досліди щодо пересадки ядер соматичних клітин у яйцеклітину вперше були успішно здійснені у 1950-х роках. у США, а в 1960-1970-х pp. здобули широку популярність досліди англійського вченого Дж. Гердона. Використовуючи африканську шпорцеву жабу Xenopus laevis, він у невеликому відсотку випадків отримав розвиток дорослої жаби з енуклейованої яйцеклітини, в яку пересаджував ядро ​​з епітеліальної клітини шкіри жаби або кишечника пуголовка, тобто. із диференційованої клітини (див. рис. 5.3). Енуклеацію яйцеклітини проводили великими дозами ультрафіолетового опромінення, що призводило до інактивації її ядра. Для доказу того, що у розвитку зародка бере участь пересаджене ядро ​​соматичної клітини, застосували генетичне маркування. Яйцеклітину брали з лінії жаб з двома ядерцями в ядрі, а ядро ​​клітини донора - з лінії, що має в ядрах тільки одне ядерце внаслідок гетерозиготності делеції ядерця організатора. Усі ядра в клітинах особини, отриманої в результаті трансплантації ядра, мали лише одне ядерце.

Водночас досліди Гердона виявили багато інших найважливіших закономірностей. По-перше, вони ще раз підтвердили припущення Т. Моргана про вирішальне значення взаємодії цитоплазми та ядра у життєдіяльності клітин та розвитку організму. По-друге, у численних експериментах було показано, що старша стадія зародка-донора, з клітин якого брали ядро ​​для пересадки, тим меншому відсотку випадків розвиток виявлялося повністю завершеним, тобто. досягало стадій пуголовка, а потім жаби.

Мал. 8.7. Залежність успіху пересадки ядер із диференційованої клітини у яйцеклітину від віку донора (I – VI)ядра.

Стадія розвитку, що досягається клітиною-реципієнтом ядра

• 1 - бластула, II- гаструла, III- нейрула, IV- Поява м'язової реакції, V- початок серцевої діяльності та вилуплення, VI- Активне плавання; 1 - рання гаструла,
• 2 - нейрула, 3 - плаваючий пуголовок, 4 - пуголовок, що харчується; вгорі зображено схему досвіду

Найчастіше розвиток зупинялося більш ранніх стадіях. p align="justify"> Залежність результатів пересадки від стадії зародка-донора ядер представлена ​​на рис. 8.7. Аналіз зародків, які зупиняються у розвитку після пересадки ядра, показав безліч хромосомних аномалій у тому ядрах. Іншою причиною зупинки розвитку вважають нездатність ядер диференційованих клітин відновлення синхронної реплікації ДНК.

Головний висновокякий випливає з цього досвіду, полягає в тому, що спадковий матеріал соматичних клітин здатний зберігатисяповноцінним не тільки в кількісному, а й у функціональному відношенні, цитодиференціювання не є наслідком недостатності спадкового матеріалу.

Експерименти з клонування рослин та тварин – доказ повноцінності матеріалу соматичної клітини. Вчені не виключають можливості відтворення подібним до вівці Доллі образом, тобто. шляхом пересадки ядер, генетичних двійників людини. Слід, проте, усвідомлювати, що клонування людини крім науково-технологічного має також етичний і психологічний аспекти.

Гіпотеза диференціальної експресії генів у ознаку приймається нині як основний механізм цитодиференціювання.

Рівні регуляції диференціальної експресії генів відповідають етапам реалізації інформації в напрямку ген->поліпептид-е ознака і включають не тільки внутрішньоклітинні процеси, але тканинні та організмові.

Експресія гена в ознаку- це складний етапний процес, який можна вивчати різними методами: електронною та світловою мікроскопією, біохімічно та іншими. На схемі 8.3 наведено основні етапи експресії генів та методи, за допомогою яких їх можна вивчати.

Візуальне спостереження в електронний мікроскоп проведено лише щодо окремих генів - рибосомних, генів хромосом типу лампових щіток і деяких інших (див. рис. 3.66). На електронограмах чітко видно, що одні гени транскрибуються активніше за інші.Добре помітні й неактивні гени.

p align="justify"> Особливе місце займає вивчення політенних хромосом. Політені хромосоми- це гігантські хромосоми, які виявляються в інтерфазних клітинах деяких тканин у мух та інших двокрилих. Такі хромосоми є у них у клітинах слинних залоз, мальпігієвих судин та середньої кишки. Вони містять сотні ниток ДНК, які редуплікувалися, але не зазнали розбіжностей. При фарбуванні у них виявляються чітко виражені поперечні смуги чи диски (див. рис. 3.56). Багато окремі смуги відповідають розташування окремих генів. Обмежена кількість певних смуг у деяких диференційованих клітинах утворює здуття, або пуфи, що виступають за межі хромосоми. Ці здуті ділянки знаходяться там, де гени найактивніші щодо

транскрипції. Було показано, що клітини різних типів містять різні пуфи (див. рис. 3.65). Зміни у клітинах, що відбуваються в ході розвитку, корелюють із змінами в характері пуфів та синтезом певного білка. Інших прикладів візуального спостереження генної активності поки що немає.

Решта етапів експресії генів є результатом складних видозмін продуктів первинної генної активності. Під складними змінами мають на увазі посттранскрипційні перетворення РНК, трансляцію та посттрансляційні процеси.

Є дані щодо вивчення кількості та якості РНК в ядрі та цитоплазмі клітин організмів, що знаходяться на різних стадіях ембріонального розвитку, а також у клітинах різних типів у дорослих особин. Виявлено, що складність та кількість різних видів ядерної РНК у 5-10 разів вища, ніж мРНК. Ядерні РНК, які є первинними продуктами транскрипції, завжди довші, ніж мРНК. Крім того, ядерна РНК, вивчена на морському їжаку, за кількістю та якісним розмаїттям ідентична на різних стадіях розвитку особини, а мРНК цитоплазми відрізняється в клітинах різних тканин. Це спостереження призводить до думки, що посттранскрипційні механізмивпливають на диференційну експресію генів.

Приклади посттранскрипційного регулювання експресії генів на рівні процесингу відомі. Мембранно-пов'язана форма імуноглобуліну IgM у мишей відрізняється від розчинної форми додатковою амінокислотною послідовністю, що дозволяє мембранно-пов'язаній формі «заякорюватися» у клітинній мембрані. Обидва білки кодуються одним локусом, але процесинг первинного транскрипта протікає по-різному. Пептидний гормон кальцитонін у щурів представлений двома різними білками, детермінованими одним геном. Вони однакові перші 78 амінокислот (при загальній довжині 128 амінокислот), а відмінності зумовлені процесингом, тобто. знову спостерігається диференціальна експресія однієї й тієї ж гена у різних тканинах. Є й інші приклади. Ймовірно, альтернативний процесингпервинних транскриптів відіграє дуже важливу роль у диференціюванні, проте залишається незрозумілим його механізм.

Більша частина мРНК цитоплазми однакова за якісним складом у клітинах, що належать до різних стадій онтогенезу; мРНК необхідні забезпечення життєдіяльності клітин і детермінуються генами «домашнього господарства», представленими у геномі як кількох нуклеотидних послідовностей із середньої частотою повторюваності. Продуктами їхньої активності є білки, необхідні для збирання клітинних мембран, різних субклітинних структур тощо. Кількість цих мРНК становить приблизно 9/10 всіх мРНК цитоплазми. Інші мРНК є необхідними певних стадій розвитку, і навіть різних типів клітин.

При вивченні різноманітності мРНК у нирках, печінці та головному мозку мишей, у яйцеводах та печінці курей було виявлено близько 12 000 різних мРНК. Лише 10-15% були специфічнідля будь-якої однієї тканини. Вони зчитуються з унікальних нуклеотидних послідовностейтих структурних генів, дія яких специфічно в цьому місці і зараз і які називаються генами «розкоші». Кількість їх відповідає приблизно 1000-2000 генів, відповідальних за диференціювання клітин.

Не всі гени, що є в клітині, взагалі реалізуються до етапу утворення мРНК цитоплазми, але і ці мРНК, що утворилися, не всі і не в будь-яких умовах реалізуються в поліпептиди і тим більше в складні ознаки. Відомо, що деякі мРНК блокуються на рівні трансляції, будучи у складі рибонуклеопротеїнових частинок – інформосом, унаслідок чого відбувається затримка трансляції. Це має місце в овогенезі, у клітинах кришталика ока.

У деяких випадках остаточне диференціювання пов'язані з «добудовою» молекул ферментів чи гормонів чи четвертинної структури білка. Це вже посттрансляційніподії. Наприклад, фермент тирозиназу з'являється у зародків амфібій ще в ранньому ембріогенезі, але переходить в активну форму лише після їх вилуплення.

Диференціювання клітин не зводиться тільки до синтезу специфічних білків, тому стосовно багатоклітинного організму ця проблема невідривна від просторово-часових аспектів і, отже, від ще більш високих рівнів її регуляції, ніж рівні регуляцій біосинтезу білка на клітинному рівні. Диференціювання завжди торкається групи клітин і відповідає завданням забезпечення цілісності багатоклітинного організму.

Роль ядра і цитоплазми в клітинній диференціації Як виникають різноманітні типи клітин у багатоклітинному організмі Відомо що організм людини, що розвинувся всього з 1 вихідної клітини, зиготи містить більше 100 різних типів клітин. Сучасна біологія на базі уявлень ембріології молекулярної біології та генетики вважає, що індивідуальний розвиток від однієї клітини до багатоклітинного зрілого організму - результат послідовного виборчого включення в роботу різних генних ділянок хромосом у різних клітинах.

Якщо ця робота Вам не підійшла внизу сторінки, є список схожих робіт. Також Ви можете скористатися кнопкою пошук

Лекція №8

ДИФЕРЕНЦІАЦІЯ КЛІТИН

Диференціація клітин.

Роль ядра та цитоплазми у клітинній диференціації

Як виникають різноманітні типи клітин у багатоклітинному організмі? Відомо, що організм людини, що розвинувся всього з 1 вихідної клітини зиготи, містить більше 100 різних типів клітин. Як виникає ця різноманітність, сьогодні остаточно незрозуміло, оскільки ще мало конкретних даних, що стосуються аналізу шляхів появи тих чи інших клітинних типів.

Сучасна біологія на базі уявлень ембріології, молекулярної біології та генетики вважає, що індивідуальний розвиток від однієї клітини до багатоклітинного зрілого організму - результат послідовного, вибіркового включення в роботу різних генних ділянок хромосом у різних клітинах. Це призводить до появи клітин зі специфічними для них структурами та особливими функціями, тобто до процесу, що називаєтьсядиференціацією.

Диференціація - це виникнення з однорідних клітин протягом індивідуального розвитку великої різноманітності клітинних форм, що відрізняються за будовою та функціями. Відмінності, що виявляються в процесі диференціації, зберігаються клітинами при розмноженні, тобто виявляються спадково закріпленими (наприклад, клітини печінки при розмноженні дають тільки клітини печінки, а м'язові клітини тільки м'язові і т.д.).

Найбільш виразною ознакою цитодиференціації є розвиток цитоплазматичних структур, пов'язаних з функцією клітин та зумовлюють їх спеціалізацію (тобто органоїдів спеціального призначення). Наприклад, у клітинах м'язової тканини утворюються міофібрили, які забезпечують функцію скорочення. У клітинах шкірного епітелію тонофібрили, а потім поверхневі шари клітин ороговевают (білок кератогіалін перетворюється кератин) і відмирають. В еритроцитах синтезується гемоглобін, потім клітини втрачають ядра, а зрілі еритроцити після тривалого функціонування гинуть і замінюються новими.

Всі ці приклади свідчать про кінцеві ознаки диференціації. Початкові ж етапи прояви цих ознак вдається виявити далеко не завжди, і полягають вони в синтезі нових білків, що раніше відсутні в клітині. Наприклад, специфічні м'язові білки (актин та міозин) синтезуються в одноядерних клітинах, які потім зливаються, утворюючи симпласт, і вже в ньому виявляються міофібрили. Навіть використовуючи електронний мікроскоп, виявити момент початку синтезу нових білків вдається який завжди.

Нині доведено, що у ядрі ніколи не функціонує весь геном. Диференціювання - це результат вибіркової активності різних генів у клітинах у міру розвитку багатоклітинного організму.

Отже, можна стверджувати, що будь-яка клітина багатоклітинного організму має однаковий повний фонд генетичного матеріалу, всі можливості для прояву цього матеріалу, але в різних клітинах одні й ті ж гени можуть знаходитися або в активному, або в репресованому стані.

Це уявлення базується на великому експериментальному матеріалі. Доведено, що цілісна рослина може бути отримана з однієї його соматичної клітини. Цей метод отримав назвуклонування організмів. Досліди з клонування тварин спочатку проводилися на прикладі земноводних: ядро ​​зиготи у жаб руйнували ультра-фіолетовими променями, на його місце впроваджували ядро ​​з клітини кишечника, і в результаті отримували новий організм, абсолютно ідентичний материнському. Що рівень організації організмів, тим важче здійснити їх клонування. У ссавців цей процес перебуває у стадії активного вивчення, проводяться успішні досліди на мишах, деяких сільськогосподарських тварин.

З цього випливає, що клітини багатоклітинних організмів мають повний набір генетичної інформації, властивої для даного організму, і в цьому відношенні вони рівнозначні. У цьому полягає правилогенетичної тотожності клітин у межах організму.

Але, як і у будь-якому правилі, у ньому є винятки: іноді при диференціюванні відбувається кількісна зміна генетичного матеріалу. Так, при дробленні яєць аскариди клітини, що дають початок соматичним тканинам, втрачають частину хромосомного матеріалу, тобто. відбуваєтьсядемінуція: замість 40 хромосом залишається лише 8 хромосом. Подібний процес описаний у комах-галиць (відр. двокрилі), у яких число хромосом при демінуції зменшується вдвічі (з 32 до 16).

Ці приклади наочно ілюструють роль цитоплазми під час диференціації клітин. Якщо у випадку з аскаридою попередньо відцентрифугувати яйцеклітини, то всі компоненти цитоплазми перемішуються і при першому розподілі потрапляють в обидва бластомери. У цьому демінуції хромосом немає, тобто зникає ядерна диференціація.

У комах-галиць демінуція відбувається у всіх ядрах, крім одного, яке потрапляє в зібрану біля нижнього полюса зиготи плазму, багату на РНК. При опроміненні зародкової плазми ультрафіолетовими променями відбувається руйнування РНК, при цьому ядро ​​зазнає демінуцію разом з іншими ядрами зародка, і розвивається нормальна комаха, але тільки стерильне, оскільки статеві клітини не формуються.

Проте, першорядну роль диференціації грає ядро. Роль ядра в диференціації клітин можна на двох прикладах.

I . Гігантська морська одноклітинна водорість ацетабулярія має складну будову. Вона складається з ризоїда, в якому міститься ядро, стеблинка до 5 см завдовжки та шапочки. Є два види ацетабулярії, які відрізняються формою шапочки: у першого виду довга стеблинка і шапочка у вигляді блюдця; у іншого виду коротка стеблинка і розеткоподібна шапочка.

На ризоїд другого виду було пересаджено стеблинку з шапочкою першого виду. Через деякий час шапочка видалялася і регенерувала шапочка розеткоподібної форми, тобто. ознаки її визначалися ядром.

II . Досліди Б.Л. Астаурова над шовковичним шовкопрядом.

Опромінюючи яйцеклітини великими дозами рентгенівських променів і активуючи їх після запліднення температурним впливом, вдалося не тільки зруйнувати ядро ​​яйцеклітини, але й індукувати андрогенез, тобто розвиток особин за рахунок злиття 2-х ядер сперматозоїдів (для тутового шов). В результаті розвивалися личинки, які мали лише батьківські ознаки.

З цих дослідів, поставлених на абсолютно різних організмах, випливає, що загальні ознаки організму, у тому числі і видові, визначаються ядром, і ядро ​​містить всю необхідну інформацію, що забезпечує розвиток організму.

У загальній формі, ймовірно, найбільш прийнятна теорія Т. Моргана, згідно з якою спочатку ядро ​​впливає на цитоплазму і програмує синтез білків, а потім цитоплазма впливає на ядро, вибірково блокуючи ряд генів, які до цього функціонували. Цитоплазма, яка отримала певну інформацію, репресує всі гени, які не повинні працювати зараз.

Ембріональна індукція

Другою системою (крім генів), що забезпечує правильний розвиток організму і диференціацію його клітин, є механізми, що індукують (вплив зовнішніх факторів) і, перш за все,ембріональна індукція.

Ембріональна індукція - це взаємодія між частинами організму, що розвивається у багатоклітинних безхребетних і всіх хордових, в процесі якого одна частина -індуктор, приходячи в контакт з іншою частиноюреагує системоювизначає напрям розвитку останньої.

Ембріональна індукція відкрита 1901 р. Х. Шпеманом з прикладу розвитку зародка земноводних. Він встановив, що для утворення у цих тварин нервової платівки з ектодерми гаструли необхідний контакт ектодерма з хордомезодермальним зачатком. Клітини цього зачатку виділяють хімічні речовини, які дифундують клітини ектодерми і змушують їх перетворюватися на нервові клітини. Питання про хімічну природу індуктора остаточно не вирішено й досі. Швидше за все це можуть бути білки, РНК, рибонуклеопротеїди і т.п.

Для здійснення ембріональної індукції необхідно:

1) щоб клітини реагуючої системи маликомпетенцією, тобто здатністю реагувати на індуктор; вона зберігається лише деякий час;

2) індуктор повинен виділятися у певний час і поширюватися на певну ділянку системи, що реагує;

3) дія індуктора має тривати якийсь мінімальний час, щоб реагуюча система встигла відреагувати.

Дія індукторів позбавлена ​​видової специфічності, тобто. Вплив власних індукторів може бути замінено в експерименті чужорідними, при цьому результат буде той самий. Наприклад, один із індукторів білкового характеру, виділений із курячих зародків, викликає аналогічні зміни і в зародку земноводних.

Старіння та смерть клітини

Найбільш підходящим об'єктом для вивчення процесів старіння на клітинному рівні є клітини, що втратили здатність до поділу ще в ембріональному періоді розвитку організму. До такого типу клітин належать клітини нервової системи, скелетних м'язів, міокарда. Тривалість життя цих клітин дорівнює тривалості життя організму.

При порівнянні клітин молодого організму з гомологічними клітинами організмів старшого віку виявляється ряд змін, які з основою можуть вважатися ознаками старіння. Для зручності вивчення ці ознаки можна поділити кілька груп.

I . Морфологічні ознаки:

1) каріопікноз , тобто зменшення ядра обсягом та його ущільнення;

2) стирання кордонів між клітинами;

3) вакуолізація цитоплазми;

4) збільшення кількості амітозів.

II . Фізико-хімічні ознаки:

1) зменшення ступеня дисперсності колоїдів цитоплазми та ядра;

2) збільшення в'язкості цитоплазми та каріоплазми;

3) легша коагуляція внутрішньоклітинних білків при дії ними спирту, розчинів солей.

III . Біохімічні ознаки:

1) накопичення в цитоплазмі оранжево-жовтого пігменту ліпофу-сцину (це продукт окислення ненасичених ліпідів);

2) зменшення вмісту води у клітині;

3) зниження активності ферментів;

4) збільшення вмісту холестерину;

5) зменшення вмісту білку лецитину.

IV . Функціональні ознаки:

1) знижується інтенсивність внутрішньоклітинного дихання;

2) пригнічується біосинтез білка;

3) збільшується стійкість клітин до дії різних ушкоджуючих агентів.

Смерть клітини настає в результаті дії факторів, що ушкоджують, при старінні, а також в результаті накопичення в цитоплазмі спеціалізованих продуктів синтезу, як це спостерігається у клітин голокринових залоз.

У деяких випадках перехід клітини від життя до смерті відбувається дуже швидко, (наприклад, при дії факторів високої інтенсивності, що пошкоджують). Тоді структурні та метаболічні зміни клітини відбутися не встигають, і клітина зберігає майже у незмінному вигляді свою структуру. Якщо ж процес вмирання затягується, спостерігається низка змін, які називаються некротичними:

1) відбувається пригнічення функцій мітохондрій, порушення окисного фосфорилювання та активація гліколізу;

2) спостерігається порушення гомеостатичних властивостей клітини, тобто. рН зсувається в кислу сторону, солі, метаболіти звільняються і переходять із клітини в довкілля;

3) внаслідок підкислення та зміни електролітного складу клітини відбувається денатурація внутрішньоклітинних білків;

4) внаслідок перерахованих вище процесів руйнуються мембрани лізосом, звільняються гідролітичні ферменти, які починають свою руйнівну роботу; вони викликають гідроліз білків, вуглеводів, жирів, ДНК та руйнують внутрішньоклітинні структури;

5) ядро ​​вмираючої клітини розпадається на окремі фрагменти (каріорексіс ), які потім розчиняються (каріолізис).

Загибель організму, як правило, відбувається в результаті смерті деякої невеликої групи життєво важливих клітин, і після смерті організму багато клітин залишаються ще живими і функціонально повноцінними.

Порушення диференціації клітин, провідні

до патологічних змін. Злоякісне зростання

Як окремі клітини, і цілі багатоклітинні організми можуть піддаватися різним впливам, які призводять до структурно-функциональным змін, до порушень їх життєвих функцій, тобто. до патології

Вивчення різних патологічних змін клітини має велике прикладне значення, оскільки безпосередньо з завданнями медицини. Крім того, вивчення типів клітинного ураження, процесів їх розвитку, здатності клітин до репаративних процесів має велике загальнобіологічне значення, розкриваючи шляхи взаємозв'язку та регуляції між окремими клітинними компонентами. Сучасна біологія розглядає клітину як єдину, комплексну інтегровану систему, де окремі функції взаємопов'язані та збалансовані одна з одною.

Таким чином, первинне порушення будь-якої загальноклітинної функції неодмінно викличе ланцюг взаємопов'язаних внутрішньоклітинних подій. Це можна показати на прикладі. Під дією алкоголю відбувається набухання мітохондрій та порушення їх функцій, внаслідок цього спостерігається нестача АТФ та згасання синтезу білків. Через нестачу ферментів та структурних білків відбувається падіння синтезу РНК та ДНК, порушення проникності мембран. Це спричиняє набухання клітини, а потім загибель органоїдів і клітини в цілому.

Залежно від інтенсивності ураження, його тривалості та характеру, доля клітини може бути різною. Такі змінені клітини:

1) або адаптуються, пристосовуються до шкідливого фактора;

2) або можуть репарувати пошкодження та реактивуватися після зняття шкідливого впливу;

3) або можуть змінитися незворотно та загинути.

Але до патологічних процесів на клітинному рівні ставляться як явища, пов'язані з деструкцією, руйнацією клітин. Інший, не менш важливий, рівень клітинної патології – зміна регуляторних процесів. Це можуть бути порушення регуляції обмінних процесів, що призводять до відкладення різних речовин (наприклад, «жирове переродження тканин», патологічне відкладення та накопичення глікогену). Або ж це можуть бути порушення диференціювання, одним із яких є пухлинне зростання.

Пухлинні клітини характеризуються такими властивостями:

1. Нестримність, необмеженість розмноження. У них практично немає обмеження кількості поділів, тоді як нормальні клітини обмежені у своїх поділах. Швидкість самого процесу поділу пухлинних клітин дорівнює швидкості мітозу нормальних клітин, скорочується тривалість інтерфази.

2. Порушення рівня диференційованості, зміна морфології клітин. Це означає, що пухлинні клітини характеризуються нижчим рівнем спеціалізації, диференціювання ніж вихідні нормальні. Це клітини, що розмножуються, які зупинилися на певній стадії розвитку, як би «недозрілі». Ступінь такої «недозрілості» пухлинних клітин може бути дуже різною в одній і тій же пухлині, що створює різноманіття, поліморфність її клітинного складу. Такий поліморфізм пов'язаний, крім того, з тим, що в складі пухлини знаходяться як клітини, що розмножуються, так і дегенерують.

3. Відносна автономність від регуляторних впливів із боку організму. Ця особливість у тому, що пухлинні клітини не підпорядковуються регуляторним впливам всього організму. У здоровому організмі цей вплив здійснюється на різних рівнях: міжклітинному, міжтканинному, гормональному, нервовому. Ступінь пухлинної автономності може бути різною для різних пухлин. Так, зростання деяких пухлин може контролюватись з боку ендокринної системи організму, інші пухлини ростуть незалежно від неї.

4. Здатність до метастазування. Описана автономізація пухлинних клітин дозволяє їм жити практично в будь-яких ділянках організму. Окремі пухлинні клітини можуть за допомогою струму крові або лімфи бути перенесені на нові місця, почати розмножуватися, давати нову колонію клітин, тобто метастази. Щодо цього пухлинні клітини використовують організм як якийсь субстрат, необхідний їм для розмноження та зростання.

Таким чином, щодо різних синтетичних процесів, розмноження, тобто за основними клітинними функціями, пухлинні клітини не можна назвати «хворими»; їх патологічність у некерованості та в обмеженні здатності до спеціалізації. Це ніби клітини-«ідіоти», цілком здатні до розмноження, але які зупинилися на «дитячих» стадіях розвитку.

Всі ці властивості клітини зберігають із покоління до покоління, тобто властивості злоякісності є спадковою особливістю таких клітин. Тому ракові клітини часто порівнюють з мутантами, клітинами, що мають змінену генетичну структуру. Виникнення ракової мутації пояснюють по-різному.

Одні дослідники вважають, що в результаті мутації клітина втрачає якісь фактори (наприклад, гени-регулятори), необхідні диференціювання.

За іншими уявленнями, ці фактори не втрачені, а блоковані або якимись речовинами, або вірусами, матеріал яких залишається в клітинах у прихованому вигляді протягом багатьох клітинних поколінь.

У будь-якому випадку для клітини результат буде один і той же, незалежно від того, чи вона втратить ті чи інші гени-регулятори, чи будуть ці гени блоковані або клітина набуває додаткової генетичної інформації вірусної природи, в ній відбувається зміна геному, соматична мутація, що виражається. у порушенні диференціювання клітини та придбанні нею властивостей злоякісності.

Диференціювання та патологія клітин

1. Диференціювання клітин. Фактори та регуляція диференціювання. Стовбурова клітина та дифферон

Це питання належить до найскладніших і водночас цікавих як цитології, так біології. Диференціювання - це процес виникнення та розвитку структурних та функціональних відмінностей між спочатку однорідними ембріональними клітинами, в результаті якого утворюються спеціалізовані клітини, тканини та органи багатоклітинного організму. Диференціювання клітин є найважливішою складовою процесу формування багатоклітинного організму. У випадку диференціювання незворотна, тобто. високодиференційовані клітини не можуть перетворюватися на клітини іншого типу. Це називається термінальної диференціюванням і властиво переважно клітинам тварин. На відміну від клітин тварин більшість клітин рослин навіть після диференціювання здатні переходити до поділу і навіть вступати на новий шлях розвитку. Такий процес називається дедиференціюванням. Наприклад, при надрізі стебла деякі клітини в зоні розрізу починають ділитися і закривають рану, інші взагалі можуть дедіференціюватися. Так клітини кори можуть перетворитися на клітини ксилеми і відновити безперервність судин у сфері ушкодження. В експериментальних умовах при культивуванні рослинної тканини у відповідному живильному середовищі клітини утворюють калюс. Каллус - це маса щодо недиференційованих клітин, отримана з диференційованих клітин рослин. За відповідних умов з одиночних клітин калюсу можна виростити нові рослини. При диференціюванні не відбувається втрат чи перебудови ДНК. Про це переконливо свідчать результати експериментів із пересадки ядер з диференційованих клітин у недиференційовані. Так ядро ​​з диференційованої клітини вводили в енуклейовану яйцеклітину жаби. В результаті з такої клітини розвивався нормальний пуголовок. Диференціювання переважно відбувається в ембріональний період, а також на перших стадіях постембріонального розвитку. Крім того, диференціювання має місце у деяких органах дорослого організму. Наприклад, у кровотворних органах стовбурові клітини диференціюються у різні клітини крові, а в гонадах – первинні статеві клітини – у гамети.

Чинники та регуляція диференціації. На перших етапах онтогенезу розвиток організму відбувається під контролем РНК та інших компонентів, що перебувають у цитоплазмі яйцеклітини. Потім на розвиток починають впливати фактори диференціювання.

Виділяють два основні фактори диференціювання:

1.Відмінності цитоплазми ранніх ембріональних клітин зумовлені неоднорідністю цитоплазми яйця.

2.Специфічні впливи сусідніх клітин (індукція).

Роль факторів диференціювання полягає у виборчій активації чи інактивації тих чи інших генів у різних клітинах. Активність певних генів призводить до синтезу відповідних білків, що спрямовують диференціацію. Синтезовані білки можуть блокувати або, навпаки, активувати транскрипцію. Спочатку активація чи інактивація різних генів залежить від взаємодії тотипотентних ядер клітин зі своєю специфічною цитоплазмою. Виникнення локальних відмінностей у властивостях цитоплазми клітин називається ооплазматичною сегрегацією. Причина цього явища полягає в тому, що в процесі дроблення яйцеклітини ділянки цитоплазми, що відрізняються за своїми властивостями, потрапляють у різні бластоміри. Поряд із внутрішньоклітинною регуляцією диференціювання з певного моменту включається надклітинний рівень регуляції. До надклітинного рівня регуляції належить ембріональна індукція.

Ембріональна індукція - це взаємодія між частинами організму, що розвивається, в процесі якого одна частина (індуктор) входить в контакт з іншою частиною (реагує системою) і визначає розвиток останньої. Причому встановлено як вплив індуктора на реагує систему, а й вплив останньої на подальшу диференціювання індуктора.

Під впливом будь-якого чинника спочатку відбувається детермінація.

Детермінацією, або латентним диференціюванням, називають явище, коли зовнішні ознаки диференціювання ще не виявилися, але подальший розвиток тканини вже відбувається незалежно від фактора, що їх викликав. Клітинний матеріал вважають детермінованим зі стадії, де він вперше при пересадці в нове місце розвивається в орган, який з нього утворюється в нормі.

Стовбурова клітина та дифферон. До перспективних напрямів біології XXI століття належить вивчення стовбурових клітин. Сьогодні дослідження стовбурових клітин за значимістю можна порівняти з дослідженнями з клонування організмів. На думку вчених застосування стовбурових клітин у медицині дозволить лікувати багато "проблемних" захворювань людства (безпліддя, багато форм раку, діабет, розсіяний склероз, хвороба Паркінсона та ін.).

Стовбурова клітина - це незріла клітина, здатна до самооновлення та розвитку у спеціалізовані клітини організму.

Стовбурові клітини поділяють на ембріональні стволові клітини (їх виділяють з ембріонів на стадії бластоцисти) і регіональні стволові клітини (їх виділяють з органів дорослих особин або з органів ембріонів пізніших стадій). У дорослому організмі стовбурові клітини знаходяться в основному в кістковому мозку і, в дуже невеликих кількостях, у всіх органах та тканинах.

Властивості стовбурових клітин. Стовбурові клітини самопідтримуються, тобто. після поділу стовбурової клітини одна клітина залишається в стовбуровій лінії, а друга диференціюються спеціалізовану. Такий поділ називається несиметричним.

Функції стовбурових клітин. Функція ембріональних стовбурових клітин полягає у передачі спадкової інформації та утворенні нових клітин. Основне завдання регіональних стовбурових клітин – відновлення втрат спеціалізованих клітин після природної вікової чи фізіологічної загибелі, а також в аварійних ситуаціях.

Дифферон - це послідовний ряд клітин, що утворився із загального попередника. Включає стовбурові, напівстволові та зрілі клітини.

Наприклад, стовбурова клітина, нейробласт, нейрон або стовбурова клітина, хондробласт, хондроцит і т.д.

Нейробласт - малодиференційована клітина нервової трубки, що надалі перетворюється на зрілий нейрон.

Хондробласт - малодиференційована клітина хрящової тканини, що перетворюється на хондроцит (зріла клітина хрящової тканини).

Апоптоз та некроз

Апоптоз (з грец. - Опад листя) - це генетично запрограмована форма загибелі клітини, необхідна у розвитку багатоклітинного організму і бере участь у підтримці тканинного гомеостазу. Апоптоз проявляється у зменшенні розміру клітини, конденсації та фрагментації хроматину, ущільненні плазматичної мембрани без виходу вмісту клітини у навколишнє середовище. Апоптоз зазвичай протиставляється іншій формі загибелі клітин - некрозу, який розвивається при дії зовнішніх по відношенню до клітини агентів, що ушкоджують, і неадекватних умов середовища (гіпоосмія, крайні значення рН, гіпертермія, механічні впливи, дія агентів, що ушкоджують мембрану). Некроз проявляється набуханням клітини та розривом мембрани внаслідок підвищення її проникності з виходом вмісту клітини в середу. Перші морфологічні ознаки апоптозу (конденсація хроматину) реєструються у ядрі. Пізніше з'являються вдавлення ядерної мембрани та відбувається фрагментація ядра. Відшнуровані фрагменти ядра, обмежені мембраною, виявляються поза клітиною, їх називають апоптотичними тільцями. У цитоплазмі відбуваються розширення ендоплазматичної мережі, конденсація та зморщування гранул. Найважливішою ознакою апоптозу є зниження трансмембранного потенціалу мітохондрій. Клітинна мембрана втрачає ворсинчастість, утворює міхурові здуття. Клітини округляються та відокремлюються від субстрату. Проникність мембрани підвищується лише щодо невеликих молекул, причому це відбувається пізніше змін у ядрі. Однією з найбільш характерних рис апоптозу є зменшення об'єму клітини в протилежність її набухання при некрозі. Апоптоз вражає індивідуальні клітини і практично не відбивається на їхньому оточенні. В результаті фагоцитозу, якому клітини піддаються вже в процесі розвитку апоптозу, їх вміст не виділяється у міжклітинний простір. Навпаки, при некрозі навколо клітин, що гинуть, накопичуються їх активні внутрішньоклітинні компоненти, закислюється середовище. У свою чергу це сприяє загибелі інших клітин та розвитку вогнища запалення. Порівняльна характеристика апоптозу та некрозу клітин наведена в таблиці 1.

Таблиця 1. Порівняльна характеристика апоптозу та некрозу клітин

ОзнакаАпоптозНекрозРозповсюдженістьОдиночна клітинаГрупа клітинПусковий факторАктивується фізіологічними або патологічними стимуламиШвидкість розвитку, годин1-12В межах 1Зміна розміру клітиниЗменшення Збільшення Зміни клітинної мембраниВтрата мікроворсинок,утворення здуття,цілість атину, пікноз, фрагментація Набухання , порушення енергетики клітиниПорушення цілісності мембраниСтан ДНКРозриви з утворенням спочатку великих, потім дрібних фрагментівНеупорядкована деградаціяЕнергозалежністьЗалежитьНе залежитьЗапальна відповідьНемає Зазвичай єВидалення загиблих клітинФагоцитоз сусідніми клітинамиФагоцитоз нейтрофілів та макрофаз

Апоптоз універсально поширений у світі багатоклітинних організмів: аналогічні йому прояви описані у дріжджів, трипаносом та деяких інших одноклітинних. Апоптоз сприймається як умова нормального існування організму.

В організмі апоптоз виконує такі функції:

§ підтримка сталості чисельності клітин. Найбільш простою ілюстрацією значущості апоптозу для багатоклітинного організму є дані про роль цього процесу у підтримці постійної чисельності клітин нематоди Caenorhabditis elegans.

§ захист організму від збудників інфекційних захворювань, зокрема від вірусів. Багато вірусів викликають такі глибокі порушення в обміні речовин зараженої клітини, що реагує на ці порушення запуском програми загибелі. Біологічний сенс такої реакції полягає в тому, що смерть зараженої клітини на ранній стадії запобігає поширенню інфекції по організму. Щоправда, у деяких вірусів виробилися спеціальні пристосування для придушення апоптозу в клітинах, що заражаються. Так, в одних випадках у генетичному матеріалі вірусу закодовані речовини, що виконують роль клітинних антиапоптозних білків-регуляторів. В інших випадках вірус стимулює синтез клітиною власних антиапоптозних білків. Таким чином, створюються передумови безперешкодного розмноження вірусу.

§ видалення генетично дефектних клітин Апоптоз є найважливішим засобом природної профілактики ракових новоутворень. Існують спеціальні гени, які контролюють порушення в генетичному матеріалі клітини. У разі потреби ці гени зрушують рівновагу на користь апоптозу, і потенційно небезпечна клітина гине. Якщо такі гени мутують, то клітинах розвиваються злоякісні новоутворення.

§ визначення форми організму та його частин;

§ забезпечення правильного співвідношення чисельності клітин різних типів;

Інтенсивність апоптозу вища у початкові періоди онтогенезу, зокрема під час ембріогенезу. У дорослому організмі апоптоз продовжує відігравати велику роль лише в тканинах, що швидко оновлюються.

клітина пухлинна диференціація

3. Пухлинна трансформація клітин

Ми багато чого дізналися про те, як живе та еволюціонує клітина, хоча недостатньо – про те, як запобігати раку. Швидше навпаки: ми побачили різноманіття факторів та механізмів, що його індукують, а це послаблює надію на універсальні способи терапії. Тому згадуються слова Еклезіаста: багато мудрості багато печалі; і хто множить пізнання, множить скорботу. Але вчені працюють.

Хесін Р.Б., радянський вчений

Проблема онкологічних захворювань одна із головних сучасного суспільства. За прогнозами Всесвітньої організації охорони здоров'я захворюваність і смертність на онкологічні захворювання у всьому світі за період з 1999 року по 2020 рік зросте в 2 рази (з 10 до 20 млн. нових випадків і з 6 до 12 млн. реєстрованих смертей).

Пухлиною називають надмірні патологічні розростання тканин, що складаються з якісно змінених, що втратили диференціювання клітин організму.

Термін "рак" прийшов до нас із давніх часів. У ті часи хворобу називали за основною, найбільш помітною ознакою захворювання. За аналогією між виростами злоякісної пухлини в навколишні тканини та кінцівками раку, це захворювання отримало назву рак (по лат. cancer). Цей стародавній термін у наш час добре відомий усім і лякає кожного. При спілкуванні із хворими його краще не використовувати.

У виникненні пухлин визначальним є два фактори: виникнення зміненої клітини (трансформація) та наявність умов для її безперешкодного росту та розмноження в організмі.

Протягом усього життя у багатоклітинному організмі відбувається величезна кількість клітинних поділів. Наприклад, в людському організмі це число становить приблизно 10 16. Періодично у соматичних клітинах виникають мутації, у тому числі й ті, що можуть призвести до утворення пухлинних клітин. Причому що більше циклів поділу пройшла клітина, то більше ймовірність появи дефектних клітин у її потомстві. Це пояснює різке збільшення ймовірності виникнення онкологічних захворювань із віком. Більше 50% всіх випадків раку виявляються у людей віком 5 років і старше. Статистичні дані показують, що якщо прийняти смертність від раку в 20-річному віці за одиницю, то після 50 років ризик померти від цього захворювання збільшиться в десятки разів.

З дефектними клітинами, що утворилися, організм бореться за допомогою імунної системи. Оскільки виникнення дефектних клітин неминуче, ймовірно, саме порушення імунної системи є визначальними у розвитку пухлин. Концепція про роль імунних механізмів у розвитку злоякісних новоутворень була висунута ще 1909 р. Ерліхом. Дослідження останніх років підтвердили істотну роль імунодефіцитних станів у розвитку пухлин.

Очевидно, що чим більше в організмі з'являється дефектних клітин, тим вище ймовірність пропуску таких клітин імунної системи. Трансформацію клітин викликають канцерогенні чинники.

Канцерогенними факторами називаються фактори зовнішнього та внутрішнього середовища, які можуть бути причинами виникнення та розвитку пухлин.

До факторів внутрішнього середовища умови місцезнаходження клітини, генетичну схильність організму. Так, чим більш несприятливих умов знаходиться клітина, тим більша ймовірність виникнення помилок при її розподілі. Травматизація шкіри, слизових оболонок або інших тканин організму будь-якими механічними або хімічними подразниками призводить до збільшення ризику виникнення пухлини в цьому місці. Саме це визначає підвищений ризик виникнення раку тих органів, слизова оболонка яких піддається найбільш інтенсивному природному навантаженню: раку легень, шлунка, товстого кишечника та ін. цього ризику. У розвитку деяких пухлин важливе значення мають генетичні чинники. У тварин роль генетичної схильності експериментально підтверджена з прикладу високо- і низкораковых ліній мишей.

Зовнішні канцерогенні фактори умовно можна поділити на три основні групи: фізичні, хімічні та біологічні.

До фізичних факторів відноситься іонізуюче випромінювання – радіація. В останні десятиліття виникло і досягло великих масштабів забруднення Землі радіонуклідами внаслідок господарської діяльності. Викид радіонуклідів відбувається в результаті аварій на атомних електростанціях і атомних підводних човнах, скидання в атмосферу слабоактивних відходів з ядерних реакторів та ін. ). Джерелом більшості хімічних канцерогенів у довкіллі є викиди промислового виробництва. До біологічних факторів належать віруси (вірус гепатиту В, аденовірус та деякі інші).

За характером та темпами зростання прийнято розрізняти доброякісні та злоякісні пухлини.

Доброякісні пухлини ростуть відносно повільно та можуть існувати роками. Вони оточені власною оболонкою. При зростанні, збільшуючись, пухлина відсуває навколишні тканини, не руйнуючи їх. Клітини доброякісної пухлини трохи відрізняються від нормальних клітин, з яких пухлина розвивалася. Тому доброякісні пухлини носять назви тканин, у тому числі вони розвинулися, з додаванням суфікса " ома " від грецького терміна " онкома " (пухлина). Наприклад, пухлина з жирової тканини називається ліпома, із сполучної - фіброму, з м'язової - міома і т. д. Видалення доброякісної пухлини з її оболонкою веде до повного лікування хворого.

Злоякісні пухлини ростуть значно швидше та не мають власної оболонки. Пухлинні клітини та тяжи їх проникають у навколишні тканини та ушкоджують їх. Проростаючи в лімфатичну або кровоносну судину, вони струмом крові або лімфи можуть переноситися в лімфатичні вузли або віддалені органи з утворенням вторинного вогнища пухлинного росту - метастазу. Клітини злоякісної пухлини значно відрізняються від клітин, з яких вони розвинулися. Клітини злоякісної пухлини атипові, у них змінена клітинна мембрана та цитоскелет, через що вони мають більш менш округлу форму. Пухлинні клітини можуть містити кілька ядер, не типових за формою та розмірами. Характерною ознакою пухлинної клітини є втрата диференціювання і внаслідок цього втрата специфічної функції.

Навпаки, нормальним клітинам притаманні всі властивості повністю диференційованих клітин, що виконують в організмі певні функції. Ці клітини поліморфні та його форма визначається структурованим цитоскелетом. Нормальні клітини організму зазвичай діляться до утворення контактів із сусідніми клітинами, після чого поділ зупиняється. Таке явище відоме як контактне гальмування. Виняток становлять ембріональні клітини, епітелій кишечника (постійна заміна клітин, що відмирають), клітини кісткового мозку (кровотворна система) і пухлинні клітини. Таким чином, найважливішою відмітною ознакою пухлинних клітин є неконтрольована проліферація вважається

Перетворення нормальної клітини на трансформовану - процес багатостадійний.

1.Ініціація. Майже кожна пухлина починається із пошкодження ДНК в окремій клітині. Цей генетичний дефект може бути викликаний канцерогенними факторами, наприклад, компонентами тютюнового диму, УФ-випромінюванням, рентгенівськими променями, онкогенними вірусами. Очевидно, протягом людського життя чимало клітин організму із загального їх числа 10 14зазнає пошкодження ДНК. Однак для ініціації пухлини важливими є лише пошкодження протоонкогенів. Ці ушкодження є найважливішим чинником, визначальним трансформацію соматичної клітини в пухлинну. До ініціації пухлини може призвести й ушкодження антионкогену (ген-онкосупресор).

2.Промоція пухлини це переважне розмноження змінених клітин. Такий процес може тривати роками.

.Прогресія пухлини - це процеси розмноження малігнізованих клітин, інвазії та метастазування, що ведуть до появи злоякісної пухлини.

Диференціювання - це процес, у результаті якого клітина стає спеціалізованою, тобто. набуває хімічних, морфологічних та функціональних особливостей. У найвужчому сенсі це зміни, які у клітині протягом одного, нерідко термінального, клітинного циклу, коли починається синтез головних, специфічних для даного клітинного типу, функціональних білків. Прикладом може бути Диференціювання клітин епідермісу шкіри людини, при якій у клітинах, що переміщаються з базального в шипуватий і потім послідовно в інші, більш поверхневі шари, відбувається накопичення кератогіаліну, що перетворюється в клітинах блискучого шару в елеїдин, а потім у роговому шарі - в кератин. При цьому змінюються форма клітин, будова клітинних мембран та набір органоїдів.

Процес, в результаті якого окремі тканини в ході диференціювання набувають характерного для них вигляду, називають гістогенез.Диференціювання клітин, гістогенез та органогенез відбуваються в сукупності, причому у певних ділянках зародка та у певний час. Це дуже важливо, тому що вказує на координованість та інтегрованість ембріонального розвитку.

Ембріональна індукція

Ембріональна індукція - це взаємодія елементів зародка, що розвивається, при якому одна ділянка зародка впливає на долю іншої ділянки. Явище ембріональної індукції початку XX в. вивчає експериментальну ембріологію.

Генетичний контроль розвитку

Очевидно, що генетичний контроль розвитку існує, бо як тоді зрозуміти, чому з крокодилового яйця розвивається крокодил, а з яйця людини - людина. Як гени визначають процес розвитку? Це центральне і дуже складне питання, до якого вчені починають підходити, але для всеосяжної та переконливої ​​відповіді на нього даних явно недостатньо. Головним прийомом вчених, які вивчають генетику індивідуального розвитку, використання мутацій. Виявивши мутації, що змінюють онтогенез, дослідник проводить порівняння фенотипів мутантних особин із нормальними. Це допомагає зрозуміти, як цей ген впливає нормальний розвиток. За допомогою численних складних та дотепних методів намагаються визначити час та місце дії гена. Аналіз генетичного контролю утруднюється кількома моментами.

Насамперед тим, що роль генів неоднакова. Частина геному складається з генів, що визначають так звані життєво важливі функції та відповідають, наприклад, за синтез тРНК або ДНК-полімерази, без яких неможливе функціонування жодної клітини. Ці гени названі "house keeping" або генами "домашнього господарства". Інша частина генів безпосередньо бере участь у детермінації, диференціювання та морфогенезі, тобто. функція їх, мабуть, більш специфічна, ключова. Для аналізу генетичного контролю необхідно, ще, знати місце первинного впливу даного гена, тобто. слід розрізняти випадки відносної або залежної, плейотропії від прямої, або істинної, плейотропії. У разі відносної плейотропії, як, наприклад, при серповидно-клітинній анемії, існує одне первинне місце дії мутантного гена - гемоглобін в еритроцитах, а всі інші симптоми, що спостерігаються при ній, такі, як порушення розумової та фізичної діяльності, серцева недостатність, місцеві порушення кровообігу , збільшення та фіброз селезінки та багато інших, виникають як наслідок аномального гемоглобіну. При прямій плейотропії всі різноманітні дефекти, що виникають у різних тканинах або органах, викликаються безпосереднім дією одного і того ж гена саме в різних місцях.

Цілісність онтогенезу

Детермінація

Детермінацією (від латів. determinatio - обмеження, визначення) називають виникнення якісних відмінностей між частинами організму, що розвивається, які визначають подальшу долю цих частин перш, ніж виникають морфологічні відмінності між ними. Детермінація передує диференціюванню та морфогенезу.

Головним змістом проблеми детермінації є розкриття чинників розвитку, крім генетичних. Дослідників зазвичай цікавить, коли настає детермінація та чим вона обумовлена. Історично явище детермінації було виявлено та активно обговорювалося наприкінці XIX ст. В. Ру в 1887 р. заколював гарячою голкою один з перших двох бластомерів зародка жаби. Вбитий бластомір залишався у контакті з живим. З живого бластомера розвивався зародок, але з кінця і лише вигляді половини. З результатів досвіду Ру зробив висновок про зародок як мозаїку бластомерів, доля яких зумовлена. Надалі стало ясно, що в описаному досвіді Ру вбитий бластомер, залишаючись у контакті з живим, служив на заваді розвитку останнього в цілий нормальний зародок.

Диференціювання - це процес, у результаті якого клітина стає спеціалізованою, тобто. набуває хімічних, морфологічних та функціональних особливостей. У найвужчому сенсі це зміни, які у клітині протягом одного, нерідко термінального, клітинного циклу, коли починається синтез головних, специфічних для даного клітинного типу, функціональних білків. Прикладом може служити диференціювання клітин епідермісу шкіри людини, при якій у клітинах, що переміщаються з базального в шипуватий і потім послідовно в інші, більш поверхневі шари, відбувається накопичення кератогіаліну, що перетворюється в клітинах блискучого шару в елеїдин, а потім в роговому шарі - . При цьому змінюються форма клітин, будова клітинних мембран та набір органоїдів. Насправді диференціюється не одна клітина, а група подібних клітин. Прикладів можна навести безліч, оскільки в людини налічують близько 220 різних типів клітин. Фібробласти синтезують колаген, міобласти – міозин, клітини епітелію травного тракту – пепсин та трипсин.

У більш широкому значенні під диференціюваннямрозуміють поступове (протягом кількох клітинних циклів) виникнення все більших відмінностей і напрямів спеціалізації між клітинами, що походять із більш менш однорідних клітин одного вихідного зачатку. Цей процес обов'язково супроводжують морфогенетичні перетворення, тобто. виникнення та подальший розвиток зародків певних органів у дефінітивні органи. Перші хімічні та морфогенетичні відмінності між клітинами, що обумовлюються самим перебігом ембріогенезу, виявляються в період гаструляції.

Зародкові листки та їх похідні є прикладом раннього диференціювання, що призводить до обмеження потенцій клітин зародка. На схемі представлений приклад диференціювання мезодерми (за В. В. Яглова, у спрощеному вигляді).

Можна виділити цілу низку ознак, які характеризують ступінь диференційованості клітин. Так, для недиференційованого стану характерні відносно велике ядро ​​та високе ядерно-цитоплазматичне відношення V ядра /V цитоплазми ( V-об'єм), диспергований хроматин та добре виражене ядерце, численні рибосоми та інтенсивний синтез РНК, висока мітотична активність та неспецифічний метаболізм. Усі ці ознаки змінюються у процесі диференціювання, характеризуючи придбання клітиною спеціалізації.

Процес, в результаті якого окремі тканини в ході диференціювання набувають характерного для них вигляду, називають гістогенез.Диференціювання клітин, гістогенез та органогенез відбуваються в сукупності, причому у певних ділянках зародка та у певний час. Це дуже важливо, тому що вказує на координованість та інтегрованість ембріонального розвитку.

У той же час дивно, що, по суті, з одноклітинної стадії (зиготи) розвиток із неї організму певного виду вже жорстко визначено. Всім відомо, що з яйця птиці розвивається птах, а з яйця жаби – жаба. Правда, фенотипи організмів завжди розрізняються і можуть бути порушені до ступеня загибелі або виникнення вад розвитку, а нерідко можуть бути навіть штучно сконструйовані, наприклад, у химерних тварин.

Потрібно зрозуміти, яким чином клітини, що володіють найчастіше однаковими каріотипом і генотипом, диференціюються та беруть участь у гісто- та органогенезі в необхідних місцях та у визначені терміни відповідно до цілісного «образу» даного виду організмів. Обережність при висуванні положення про те, що спадковий матеріал усіх соматичних клітин є абсолютно ідентичним, відображає об'єктивну реальність та історичну неоднозначність у трактуванні причин клітинного диференціювання.

В. Вейсман висунув гіпотезу про те, що тільки лінія статевих клітин несе в собі і передає нащадкам всю інформацію свого геному, а соматичні клітини можуть відрізнятися від зиготи та одна від одної кількістю спадкового матеріалу і тому диференціюватись у різних напрямках.

Вейсман спирався на дані про те, що в ході перших поділів дроблення яєць кінської аскариди відбувається відкидання (елімінація) частини хромосом у клітинах соматичних ембріона. Надалі було показано, що ДНК, що відкидається, містить головним чином часто повторювані послідовності, тобто. практично не несуть інформації.

В даний час загальновизнаною є точка зору, що веде початок від Т. Моргана, який, спираючись на хромосомну теорію спадковості, припустив, що диференціювання клітин у процесі онтогенезу є результатом послідовних реципрокних (взаємних) впливів цитоплазми та мінливих продуктів активності ядерних. Таким чином, вперше прозвучала ідея про диференційної експресії генівяк основний механізм цитодиференціювання. Нині зібрано багато доказів те, що у більшості випадків соматичні клітини організмів несуть повний диплоїдний набір хромосом, а генетичні потенції ядер соматичних клітин можуть зберігатися, тобто. гени не втрачають потенційної функціональної активності.