Лекция 2. Основные понятия. Методы
advertisement
Лекции Р.П.Костюченко Биология развития 2. Основные понятия. Методы Лекции Р.П.Костюченко РАЗВИТИЕ ДРОЗОФИЛЫ РАЗВИТИЕ ЛЯГУШКИ Xenopus laevis Лекции Р.П.Костюченко РАЗВИТИЕ КУРИЦЫ Лекции Р.П.Костюченко АНИМАЛЬНО-ВЕГЕТАТИВНАЯ ОСЬ Анимальный полюс сперматозоид яйцо Вегетативный полюс Лекции Р.П.Костюченко ОСИ БИЛАТЕРАЛЬНЫХ ЖИВОТНЫХ Дорсальная (спинная) сторона Правая сторона Задний конец Передний конец Левая сторона Вентральная (брюшная) сторона Лекции Р.П.Костюченко Зародышевые листки • Эктодерма формирует внешний слой зародыша. Она образует поверхностный слой кожи (эпидермис), головной мозг и нервную систему Лекции Р.П.Костюченко Зародышевые листки • Энтодерма станет внутренним слоем зародыша и сформирует эпителий пищеварительного тракта и связанные с ним органы (в том числе легкие) Лекции Р.П.Костюченко Зародышевые листки • Мезодерма оказывается между энто- и эктодермой. Она сформирует кровь, сердце, почки, гонады, кости, мышцы и соединительную ткань Лекции Р.П.Костюченко Gilbert, 2000 Лекции Р.П.Костюченко Основные методологические подходы в биологии развития 1) утрата функции (loss of function) 2) приобретение функции (gain of function) 3) прослеживание судьбы (tracing, cell lineage) Gilbert, 2000 Лекции Р.П.Костюченко Картирование судьбы частей зародыша прослеживание линий клеток Cell lineage Лекции Р.П.Костюченко Картирование судьбы частей зародыша прослеживание линий клеток Cell lineage по Гилберт, 2010 Лекции Р.П.Костюченко Картирование судьбы частей зародыша Фогт, 1929 по Гилберт, 2010 Лекции Р.П.Костюченко Картирование судьбы частей зародыша Карты презумптивных зачатков по Гилберт, 2010 Лекции Р.П.Костюченко Картирование судьбы частей зародыша Карты презумптивных зачатков Рыба Данио Лягушка по Гилберт, 2010 Лекции Р.П.Костюченко Методы Cell lineage 19 век - прямое наблюдение и реконструкция по фиксированным образцам Wilson, 1892 Лекции Р.П.Костюченко Методы Cell lineage 1960 – появление оптики Номарского Лекции Р.П.Костюченко Флуоресцентная микроскопия Р.П.Костюченко Лекции Р.П.Костюченко Микроинъектор и микроманипулятор микропипетка держатель препарат микроманипулатор Лекции Р.П.Костюченко Методы Cell lineage Клональный анализ, маркеры Р.П.Костюченко Лекции Р.П.Костюченко Методы Cell lineage Клональный анализ, маркеры Лекции Р.П.Костюченко Методы Cell lineage Р.П.Костюченко Лекции Р.П.Костюченко Digital scanned laser light sheet microscopy (DSLM) to map the behavior of all cells during embryogenesis Keller et al., 2008 Лекции Р.П.Костюченко Скорость перемещения ядер Keller et al., 2008 Лекции Р.П.Костюченко Фаза клеточного цикла Keller et al., 2008 Лекции Р.П.Костюченко Перемещение (ядер) клеток Keller et al., 2008 Лекции Р.П.Костюченко Прослеживание миграции клеток, формирующих определенный орган Keller et al., 2008 Лекции Р.П.Костюченко Клеточные аспекты гаструляции (формирование зародышевых листков) Keller et al., 2008 Лекции Р.П.Костюченко трансплантации или пересадки зачатков в несвойственные им, или эктопические, области тела. гомо - и гетеротрансплантации методы эксплантации in vitro удаление или экстирпация зачатка, когда исследуется вопрос о значении этого зачатка для нормального морфогенеза для понимания роли межклеточных взаимодействий широко используется диссоциация зародыша или его органов на клетки и, наоборот, агрегация клеток разных типов в единую систему. Лекции Р.П.Костюченко Изоляция бластомеров Автономная спецификация (мозаичное прототроха зародыша моллюска Patella развитие) клеток по Гилберт, 2010 Зависимая спецификация регулятивное развитие по Гилберт, 2010 Лекции Р.П.Костюченко Лекции Р.П.Костюченко РЕГУЛЯТИВНЫЙ ХАРАКТЕР РАЗВИТИЯ МЛЕКОПИТАЮЩИХ по Гилберт, 2010 Лекции Р.П.Костюченко У броненосца Daspus novemcintus первоначальный зародыш разделяется на четыре группы клеток и из каждой развивается полноценный зародыш по Гилберт, 2010 Лекции Р.П.Костюченко химеры по Гилберт, 2010 Лекции Р.П.Костюченко трансплантации области туловищного нервного гребня от зародыша пигментированной породы кур зародышу непигментированной породы по Гилберт, 2010 Лекции Р.П.Костюченко Нозерн-гибридизация Northern blotting. (F) Drawing of a developmental Northern blot showing the presence of Pax6 et al. 1991.) mRNA in the eye, brain, and pancreas of a mammalian embryo. (F after Ton Gilbert, Developmental Biology http://10e.devbio.com/ Лекции Р.П.Костюченко обратная транскрипция и полимеразная цепная реакция Reverse-Transcriptase Tolymerase Chain Reaction (RT-PCR) Gilbert, Developmental Biology http://10e.devbio.com/ Лекции Р.П.Костюченко Микроэррей Microarrays Лекции Р.П.Костюченко Микроэррей Microarray Gilbert, Developmental Biology http://10e.devbio.com/ Макроэррей Лекции Р.П.Костюченко Macroarray Gilbert, Developmental Biology http://10e.devbio.com/ Лекции Р.П.Костюченко Гибридизация in situ In Situ Hybridization Gilbert, Developmental Biology http://10e.devbio.com/ Лекции Р.П.Костюченко Nereis virens Гибридизация in situ Hox4 Р.П.Костюченко lox5&en&a-tub Гибридизация in situ +иммуноцитохимия Р.П.Костюченко Изучение функций генов, действующих в ходе развития Трансгенные клетки и организмы Лекции Р.П.Костюченко инъекции электропорация использование конструкций транспозонного элемента или ретровирусного вектора химеры Insertion of new DNA into embryonic cells. Here, DNA (from cloned genes) is injected into the pronucleus of a mouse egg. (From Wagner et al. 1981; photograph courtesy of T. E. Wagner.) Gilbert, Developmental Biology http://10e.devbio.com/ Лекции Р.П.Костюченко Гилберт, 2010 Лекции Р.П.Костюченко Лекции Р.П.Костюченко ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО НАПРАВЛЕННОМУ РАЗРУШЕНИЮ («НОКАУТУ») ГЕНОВ Гилберт, 2010 Лекции Р.П.Костюченко ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО НАПРАВЛЕННОМУ РАЗРУШЕНИЮ («НОКАУТУ») ГЕНОВ Morphological analysis of Bmp7 knockout mice. (A) Wild-type and (B) homozygous Bmp7-deficient mouse at day 17 of their 21-day gestation. The Bmp7deficient mouse lacks eyes. (C) The kidneys of these mice at day 19 of gestation. The kidney of the Bmp7-deficient mouse (right) is severely atrophied. Microscopic sections reveal the death of the cells that would otherwise have formed the nephrons. (From Dudley et al. 1995; photographs courtesy of E. Robertson.) Gilbert, Developmental Biology http://10e.devbio.com/ Лекции Р.П.Костюченко Определение функции иРНК. Антисмысловые РНК Use of antisense RNA to examine the roles of genes in development. (A) An antisense message (in this case, to theKrüppel gene of Drosophila) is produced by placing a cloned cDNA fragment encoding theKrüppel message between two strong promoters (where RNA polymerases bind to initiate transcription). The two promoters are in opposite orientation with respect to theKrüppel cDNA. In this case, the T3 promoter is in normal orientation and the T7 promoter is reversed. These promoters are recognized by different RNA polymerases (from the T3 and T7 bacteriophages, respectively). T3 polymerase enables the transcription of “sense” mRNA, whereas T7 polymerase transcribes antisense transcripts. (B) Result of injecting the Krüppel antisense message into an early embryo (syncytial blastoderm stage) of Drosophila before the normal Krüppel message is produced. The central figure is a wild-type embryo just prior to hatching. Above it is a mutant lacking the Krüppel gene. Below it is a wild-type embryo that was injected with Krüppel antisense message at the syncitial blastoderm stage. Both the mutant and the antisense-treated embryos lack thoracic and anterior abdominal segments. (B after Rosenberg et al. 1985.) Gilbert, Developmental Biology http://10e.devbio.com/ Лекции Р.П.Костюченко РНК-ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ МОРФОЛИНОВЫЕ АНТИСЕНС-ОЛИГОМЕРЫ Лекции Р.П.Костюченко Региональная специфичность индукции по Гилберт, 2010 Лекции Р.П.Костюченко Морфогены – растворимые биологически активные молекулы, определяющие поведение (реакцию, судьбу) клеток, их воспринимающих. Морфоген может отвечать за судьбу нескольких типов клеток через систему градиента концентрации Моделирование развития Лекции Р.П.Костюченко Регенерация – феномен регулятивного развития Лекции Р.П.Костюченко Роль позиционной информации в морфогенезе на примере модели “французского флага” (L. Wolpert). Лекции Р.П.Костюченко Роль позиционной информации в морфогенезе на примере модели “французского флага” (L. Wolpert). Лекции Р.П.Костюченко 10 100 по Гилберт, 2010 Лекции Р.П.Костюченко по Gurdon et al. 1994 Лекции Р.П.Костюченко по Gurdon et al. 1994 Лекции Р.П.Костюченко по Гилберт, 2010 Лекции Р.П.Костюченко МОРФОГЕНЕТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ Морфогенетическое поле может быть описано как группа клеток, чьё расположение и назначение задано в отношении одних и тех же границ каждое конкретное поле клеток будет отвечать за образование конкретного органа (передней конечности, глаза, сердца и т.д.) даже если эту группу клеток трансплантировать в различные части зародыша судьбы отдельных клеток внутри поля зафиксированы не столь жёстко (клетки широко коммитированы), так что они могут, в известных пределах, менять своё назначение, восполняя функции утраченных из поля клеток Лекции Р.П.Костюченко МОРФОГЕНЕТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ Морфогенетическое поле может быть описано как группа клеток, чьё расположение и назначение задано в отношении одних и тех же границ если клетки из одного поля поместить внутри другого поля, они способны воспринимать позиционную информацию по месту своей новой локализации, хотя и сохраняют исходное органоспецифическое коммитирование Лекции Р.П.Костюченко эритроциты по Гилберт, 2010
