ІНСТИТУТ БІОЛОГІЇ ТВАРИН НААН
Федорова Світлана
Володимирівна
МЕХАНІЗМИ РАННЬОГО ЕМБРІОНАЛЬНОГО РОЗВИТКУ
Реферат до здачі кандидатського іспиту
по спеціальності 03.00.23 – біотехнологія
Науковий керівник
Доктор сільськогосподарських наук
Мадіч А.В.
Львів-2007
Зміст
Вступ
1. Будова і рівні регуляції репродуктивної системи ссавців
2. Ранній ембріональний розвиток ссавців
2.1 Доімплантаційний розвиток
2.2 Імплантація
2.3 Роль стероїдних гормонів в імплантаційних процесах.
3. Фізіологічні та молекулярні механізми імплантації
3.1 Модель імплантації у ссавців
3.2 Функціональні зміни у тканинах матки при імплантації
3.3 Процеси адгезії
3.4 Апоптоз на ранніх стадіях ембріонального розвитку
3.5 Роль трофобласта у процесах інвазії
4. Роль білкових ростових факторів у становленні вагітності.
4.1 Ростові фактори – регулятори ембріонального розвитку
4.2 Механізми дії ростових факторів
4.3 Взаємодія рецепторів факторів росту з лігандами
4.4Фактори росту на різних стадіях ембріонального розвитку
4.5Ростові фактори під час децидуалізації
4.6Ростові фактори під час імплантації
5. Список літератури
Вступ
Керівники тваринницьких господарств звичайно зацікавлені у підвищенні продуктивності сільськогосподарських тварин. Їх кінцевою метою є підвищення якості та кількості продукції без зростання видатків на утримання поголів’я. Біотехнологічні методи дозволяють поліпшити продуктивність худоби за допомогою різних варіантів селекційного розведення.
Велика рогата худоба відноситься до одноплідних видів – тому від однієї корови за звичайних умов можна отримати у ліпшому випадку одне теля на рік, в той час як у її яєчнику містяться сотні тисяч статевих клітин (ооцитів), які являють собою необмежений генетичний резерв. Кардинальне вирішення проблеми прискореного відтворення худоби полягає в тому, щоб перейти до нетрадиційних способів збільшення плідності. Для цього застосовується ціла низка біотехнологічних методів, які розроблені на основі поглиблених досліджень репродуктивної функції, її регуляції, а також на вдосконаленні прийомів маніпуляцій з ембріонами, статевими та соматичними клітинами. В перспективі біотехнологія розглядається як основа прискореного відтворення високопродуктивних тварин та цілих популяцій.
За останній час набула практичного застосування трансплантація ембріонів, яка розглядається як ефективний метод біотехнології прискореного відтворення високоцінних племінних тварин.
Однією з най поширених проблем, які перешкоджають стопроцентному виходу телят після трансплантації – це переривання вагітності на різних критичних стадіях розвитку ембріона. Звичайно виділяють три критичних періоди розвитку ембріона – це стадія дроблення зиготи, стадія імплантації ембріона в порожнину матки і стадія плацентації. На стадії дроблення зиготи проблема порушень корегується, як правило в умовах дозрівання ембріонів invitro шляхом використання поживних середовищ, які містять специфічних біологічно-активні речовини, серед яких гормони, специфічні білки, енергетичні субстанції, мікро- і макроелементи. Друга стадія – імплантація не вивчена досконало і являє певні труднощі для дослідження в умовах invitro. За умов invivo, під час підготовки репродуктивних органів самки до прийняття зиготи в дію вступають складні регуляторні системи, що пов’язані з білковими ростовими факторами. Це низькомолекулярні сполуки, які специфічно впливають на проліферацію клітин. В результаті взаємодії ростових факторів з клітинними рецепторами активується комплекс клітинних реакцій Тому дослідження участі різних специфічних для ранніх стадіях вагітності білків до сих пір є актуальним і потребує подальшого вивчення.
1.Будова і рівні регуляції репродуктивної системи ссавців
Репродуктивна система, подібно до інших систем організму, є функціональною системою – тобто містить периферичну та центральну ланку і працює на принципах прямого і зворотнього зв’язків. На відміну від інших систем, репродуктивна система функціонує нерівномірно у період повного існування організму – оптимальна функціональна активність настає після періоду статевого дозрівання і знижується до кінця життя. Це називається періодом фертильності. Організована репродуктивна система по принципу ієрархії – в ній розрізняють 5 рівнів, кожен з яких регулюється вищими системами. [20]
Перший рівень – це тканини-мішені (статеві органи, матка, молочні залози). Вони є локусами безпосередньої дії гормонів. В тканинах цих органів містяться рецептори до статевих гормонів (цитозольні рецептори) – таких, як естрадіол, прогестерон, тестостерон. Вільні молекули стероїдних гормонів захоплюються специфічним рецептором білкової природи і утворюють гормон-рецепторний комплекс, який транспортується до клітинного ядра, де взаємодіє безпосередньо з нуклеїновими кислотами.
Крім гормонів, до першого рівня відносяться також внутрішньоклітинні медіатори, які регулюють всі обмінні процеси і простагландини, які відіграють велику роль у протіканні вагітності [23].
Другий рівень – яєчники, в яких відбувається синтез стероїдів і розвиток фолікулів. Яєчник – це парний орган, є основним органом репродуктивної системи. Саме в ньому йде дозрівання фолікулів. В першій фазі циклу – фолікулярній фазі, або фазі проліферації зростає концентрація фолікулінів, а в матці відбувається активна проліферація епітелію. В середині циклу відбувається овуляція - розрив стінки яєчника і вихід яйцеклітини, після чого вона потрапляє у яйцепровід. Яйцеклітина може бути запліднена при злитті із сперматозоїдом або може розсмоктатись у черевній порожнині, а замість фолікула розвивається жовте тіло, яке синтезує та секретує другу половину циклу прогестерон і розсмоктується до початку нового циклу. При настанні вагітності воно називається жовтим тілом вагітності. Прогестерон утримує матку в стані нормотонусу. [11]
Кожен цикл слизова матки готується до імплантації – ендометрій активно проліферує, стає рихлим, з великою кількістю секреторних залоз. Запліднення відбувається в ділянці ампулярних відділів рогів матки, запліднена яйцеклітина – зигота починає рухатись по рогу матки у її порожнину. Під час руху вона дробиться і на стадії бластули відбувається імплантація. [9]
У фолікулярну фази яєчники активно синтезують естроген, пік цього настає у лютеїнову фазу, після овуляції збільшується синтез прогестерону і зменшується відповідно рівень естрогену. 80% стероїдних гормонів знаходяться у зв’язаному стані і транспортуються стероїдзв’язуючими білками або по неспецифічній системі (альбумінами і еритроцитами).
Також в яєчниках синтезуються простогландини, інгібіни – білкові речовини, які гальмують виділення фолікулостимулюючого гормону (ФСГ) та речовини місцевої дії – окситоцин, релаксин – які сприяють зворотньому розвитку жовтого тіла.
Третій рівень – це гіпофіз. Його клітини секретують гонадотропні гормони:
· ФСГ – сприяє розвитку фолікула
· лютеїнізуючий гормон – сприяє розвитку жовтого тіла
· лютеотропний гормон також сприяє розвитку жовтого тіла
ЛГ и ЛТГ сприяють овуляції: якщо овуляція не настала, то вони спричиняють такий розвиток яйцеклітини, що вона може бути запліднена.
· пролактин – сприяє атрезії фолікула і регулює лактацію
Четвертий рівень – гіпоталамус, який виробляє так звані рілізінг-фактори (соматоліберин, адренокортикотропний рілізінг-фактор, тиреоліберин, ФСГ рілізінг-фактор, люліберин). Завдяки портальному кровообігу між гіпоталамусом і гіпофізом забезпечується генетично запрограмований ритм їх секреції і обміну.
П’ятий рівень – церебральні структури, які сприймають імпульси із зовнішнього середовища і передають їх через нейротрансмітери.
2. Ембріональний розвиток ссавців
2.1 Доімплантаційний розвиток
У ссавців живлення за рахунок яйцеклітин відбувається тільки на ранніх стадіях, а далі, навіть до народження, воно здійснюється виключно за рахунок організму матері. Яйцеклітини вкриті двома оболонками – первинною і вторинною. Первинна – це плазмолемма клітини, вторинна утворюється фоллікулярними клітинами, з яких побудовані стінки фоллікула і які оточують яйцеклітину після її виходу з яєчника [2].
Дроблення у різних тварин відбувається по-різному. Процес дроблення великої рогатої худоби триває 8 днів, з яких 4 дні – в яйцепроводі і 4 дні в матці. У щурів доімплантаційний період складає 6 днів. Повне дроблення ссавців відбувається несинхронне - в результаті утворюються бластомери різної величини і зародок відповідно складається з 3,5,7 і т.д. бластомерів. Останні звичайно лежать у вигляді купки клітин (ця стадія носить назву морули). Вже у процесі дроблення відбувається відокремлення зародкових частин від незародкових – бластомери утворюються двох типів: дрібні світлі і більш грубі темні. [1]
Дрібні і світлі бластомери розташовуються ззовні і утворюють трофобласт, поступово обростаючи більш грубими темними бластомерами. Трофобласт в подальшому не приймає участі у побудові тіла зародка, але відіграє велику роль при імплантації та подальшому живленні ембріона.
Грубі і темні клітини утворюють ембріобласт, за рахунок якого формується тіло зародка, а пізніше виникають всі зовнішньозародкові органи.
Дроблячись, зародок пересувається по яйцепроводу у напрямку матки і поглинає секрет маткових залоз, який накопичується між трофо- і ембріобластом. Клітини трофобласту поглинають рідину і формують порожнину, розміри якої швидко збільшуються - утворюється трофобластичний пухирець. Він складається із зовнішнього шару клітин – трофобласту і внутрішнього скупчення клітин - ембріобласту, які, прилягаючи до трофобласту формують зародковий вузлик та порожнину бластули, яка заповнена рідиною. Ця стадія носить назву бластоцисти. [4]