Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Ontomorfogenetika 3

1,302 views

Published on

Published in: Education
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

Ontomorfogenetika 3

  1. 1. Svarbiausios ontomorfogenetikos problemos II Donatas Žvingila
  2. 2. Aplinkos ir genotipo vaidmuo organizmo raidos metu• Aplinkos sąlygų jutimo mechanizmai.• Genotipo plastiškumas.• Vystymosi reakcijos norma.
  3. 3. Aplinkos sąlygų jutimo mechanizmai.
  4. 4. Genotipo plastiškumas• “Akių dėmių” polimorfizmas ant ventralinės sparnų pusės. Precis coenia A) vasarą, esant ilgai dienai; B) rudenį, trumpos dienos sąlygom; Bicyclus anynana C) drėgno šilto sezono metu; D) sauso ir vėsaus sezono metu.
  5. 5. Genotipo plastiškumas• B. anynana reakcija į temperatūros pokyčius.• A - dėmių dydis priklausomai nuo temperatūros; B - hormono ekdisteroido dinamika esant 20 ir 27°C.
  6. 6. Citoplazmos vaidmuo morfogenezėje• Zigotoje yra trys informacinės sistemos:• 1) branduolio DNR;• 3) citoskeletas;• 2) citoplazmoje išsidėstę informacinės makromolekulės;
  7. 7. Citoskeletas Trys filamentų tipai: A. Tarpiniai filamentai B. Mikrovamzdeliai C. MikrofilamentaiMikrovamzdelių ir tarpinių filamentų išsidėstymas ląstelėje labai panašus
  8. 8. Motoriniai baltymai1. Jie gali jungtis prie tam tikrų citoskeleto elementų2. Jie gali judėti filamentais arba mikrovamzdeliais3. Jie gali hidrolizuoti ATP
  9. 9. Motorinių baltymų tipai• Su aktinu susiję miozinai. Tradicinis (miozinas II) ir netradiciniai miozinai; Miozinų šeima: miozinas I - XVIII;• Su mikrovamzdeliais susiję motorai. a) dineinas; Žiuželių ir citoplazmos dineinai. Juda link MV minus galo. b) kinezinai; citoskeleto kinezinai. Juda link MV plius galo;• Su nukleorūgštimis susiję. DNR ir RNR polimerazės. Juda išilgai DNR.
  10. 10. Miozinų didžioji šeima
  11. 11. Miozinų veikla ląstelėjed d d d d
  12. 12. Judėjimui reikia, kad miozinas prisijungtų prie aktino filamento
  13. 13. Miozino motoro struktūra
  14. 14. Kinezino schema
  15. 15. mRNR paskirstymas citoplazmoje• Asimetrijai susidaryti;• Perduodant signalus;• Specifikuojant gemalines ląsteles;• Susidarant embrionų ašims;• mRNR ląstelėje labai priklauso nuo citoskeleto ir motorinių baltymų.
  16. 16. Moteriškos ir vyriškos lytinių ląstelių vaidmuo būsimo organizmo raidai
  17. 17. Imprintingas
  18. 18. ImprintingasK. Lorenz ir žąsys
  19. 19. • Genomo imprintingas – tai atmintis, žymė, iš ko palikuonis yra paveldėjęs chromosomą: iš tėvo ar motinos.
  20. 20. Motinos ir tėvo genomų ‘atžymos’ padaromos gametogenezės metu.• ICR - ‘imprinting control regions’. Jų ilgis - keletas kb. DNR metilinimo skirtumai. ICR - svarbiausi imprintingo požymiai.
  21. 21. IRC metilinimas Igf2-H19 lokuse ir jo palaikymas• “Smeigtukais” pažymėtos DNR metilinimo vietos.
  22. 22. Imprintingas ir ontogenezė• KAGUYA gimė iš dviejų kiaušialąsčių. Jos gimimas dar kartą įrodė, kad žinduolių reprodukcijai būtinas ir vyriškas genomas.
  23. 23. Imprintingas ir žmogaus ligos15 chromosomos fragmento delecija sukelia dvi skirtingas ligas Per tėvo liniją Per motinos liniją - Prader-Willi sindromas - Angelman’o sindromas
  24. 24. Genomo stabilumo ontogenezėje problema• August Weismann (1843-1914) “kas lemia skirtumus tarp lastelių raidos metu”• 1883 V. Roux - branduoliai susidarantys po zigotos skilimo nėra lygiaverčiai, taigi dukterinės ląstelės nėra totipotentiškos;• Įvairūs šiuolaikiniai metodai rodo, kad didžioji dalis organizmo ląstelių turi tą patį genotipą; Tačiau yra ir išimčių;
  25. 25. Somatinių ląstelių genomo ypatybės:• Somatinės ląstelės sudaro populiaciją nuo totipotencinių ikinegrįžtamai praradusių genetinę medžiagą ląstelių;• totipotentiška ląstelė turi visą genetinę informaciją, reikalingąorganizmui išsivystyti; ji lygiavertė generatyvinei ląstelei.• Ląstelės iš įvairių audinių ar organų nevienodai praradusios genetinępotenciją. Pavyzdžiui, augalų meristemų ląstelės yra totipotentiškos, odalis diferenciuotų ląstelių ją gali būti praradusios. Tai pirmasis įrodė H.Vinkleris (Winkler) 1919 m.
  26. 26. Endopoliploidija kukurūzo šaknies šalmelio ląstelių branduoliuose Ląstelių skaičius2C4C8C16C 2C 4C 8C 16C Endopoliploidijos lygis Endoreduplikacija gali siekti x200 kukurūzų endosperme: apima visą genomą.
  27. 27. SOMATINIŲ LĄSTELIŲ REGENERACIJA Vieno individo palikuonys, gaunami dauginat nelytinu būdu ar iš somatinių ląstelių, sudaro kloną. Jį sudaro ir somatinės ląstelės, kilusios iš vienos motininės. Somatinių ląstelių regeneracija nevienodai sėkminga įvairiuoseorganizmuose:• normaliai regeneruoja – regenerantų savybės visiškai sutampa su donoro savybėmis;• regeneracija visiškai nevyksta;• išauga pakitę regenerantai, pasireiškia – somakloninis kintamumas.
  28. 28. AUGALŲ SOMATINIŲ LĄSTELIŲ TOTIPOTENTIŠKUMO ĮRODYMAS Morkos šaknis Šaknies skersinis pjūvis Sodinuko kultūra ant agaro. Vėliau perkeliama į dirvą 2 mg fragmentai Laisvos ląstelės suspensijoje imant joms dalintis Kultūros fragmentai maistinėje terpėje “Embrioidas” (somatinė embrioninė ląstelė) Regenerantas – auganti iš laisvų ląstelių kultūros subrendusi morkaPaveikslas. Morkos klonavimas. Somatinės ląstelės gali būti atskirtos ir užaugintos terpėje.Taigi bent kai kurios diferenciuotos somatinės ląstelės yra totipotencinės.
  29. 29. AUGALŲ SOMATINIŲ LĄSTELIŲ KLONAVIMAS Somatinių ląstelių totipotenciškumas panaudojimas dauginant vertingus augalų genotipus, pavyzdžiui, pliusinius medžius, vertingus vaismedžius ir dekoratyvinius augalus. Toks augalo dauginimo būdas – klonavimas. Tai dauginimas vegetatyviškai, pavyzdžiuigyvašakėmis ar įskiepiais, o taip pat laboratorinėmis sąlygomis audinių fragmentais, panaudojantsomatinę embriogenezę ar audinių kultūras.Visi klonuoti individai teoriškai bus to patiesgenotipo, kaip ir motininis individas ar ląstelė.Klonuojant išsaugomas vertingasheterozigotinis ar homozigotinis genųderinys, kuris būtų prarastas dauginant lytiniubūdu. Tačiau, klonuojant neišvengiama somatinių ląstelių genotipų įvairovės. Todėl būtina nustatyti klonų genetinę 2 pav. Vienų metų vaismedžių klonai tapatybę.
  30. 30. FENOTIPINIS SOMAKLONINIO KINTAMUMO PASIREIŠKIMAS PAPRASTOJOJE EGLĖJE • a) skilčialapių raidos sutrikimai; • b) dalinis albinizmas; • d) 4-ių metų kloninės kilmės diploidas (2n= 24) ir nykštukas trisomikas- chimera (2n+1=25); • f) spyglių morfologijos skirtumai tarp diploido ir trisomiko; • g) 5-ių metų diploidas ir trisomikas (kairėje);
  31. 31. Varliagyvio klonavimas
  32. 32. R. Briggs’o atlikti bandymai (1952-1954) su varle Rana pipiens
  33. 33. Stebimi pastovūs branduolio pokyčiai labiau diferenciuotose ląstelėse
  34. 34. Žinduolių klonavimo būdai
  35. 35. PIRMO ŽINDUOLIO KLONAVIMAS Kiaušialąstė paimta iš avelės BKūno ląstelė Avelė Doli paimta iš su motina avelės A Ląstelės branduolys Branduolio G0 stadijoje pašalinimas Ląstelės suliejamos elektros impulsų poveikyje Prof. Ian Wilmut’as klonavęs avelę Doli Avis, kuri savogimdoje išnešiojo kloną Doli su savo pirmu Ėriukas iš klonuotos atsivestu ėriuku avelės A 1998 m.1 pav. Klonavimo metodo schema, gaunant kloną iš somatinės ląstelės –avelę Dolį. Doli gimė – 1996.07.05. Nugaišo 2003.02.14 d. nuo plaučių uždegimą sukėlusio viruso
  36. 36. Genomo pokyčių somatinėse ląstelėse pobūdis• Chromatino ir genų veiklos pokyčiai, pastovūs toje ląstelėje, kurioje jie įvyko, bet nepaveldimi dukterinių ląstelių;• Epigenetiniai pokyčiai, paveldimi, bet nekeičia DNR nukleotidų sekų;• Genomo pertvarka, kai somatinių ląstelių pokyčius sąlygoja grįžtamieji ar negrįžtamieji DNR nukleotidų sekų pokyčiai;
  37. 37. Genomo pertvarka organizmo raidos metu• Amplifikacija;• Diminucija;• DNR sekų rekombinacija;• Pastovi inaktyvacija.
  38. 38. Ribosominės RNR genų organizacija Xenopus laevis genome
  39. 39. Vaisinės muselės choriono baltymo genų amplifikacija
  40. 40. Chromatino diminucija ir chromosomų eliminacija T. Bovery (1862-1915)
  41. 41. Parascaris chromatino diminucija
  42. 42. Chromatino diminucija Parascaris aequorum embriogenezėje
  43. 43. Chromatino diminucija mitozės metu Ascaris embrioneDNR nudažyta DAPI šviesiai mėlynai. Dalis chromatino liekaekvatoriuje, kitos dvi – keliauja mitozės polių link.
  44. 44. V(D)J rekombinacija ir genetinėsmedžiagos praradimas limfocitų raidos metu
  45. 45. Antikūno (imunoglobulino) molekulės sandara • Limfoidinių ląstelių diferenciacija
  46. 46. Imunoglobulino G ir T ląstelių receptoriaus struktūra
  47. 47. Įvairias imunoglobulino dalis koduoja skirtingi genai
  48. 48. Pelės imunoglobulinų sunkiosios grandinės lokusas.VDJ segmentai koduoja variabiliąją molekulės dalį• Visa informacija apie pelės imunoglobulinų sunkiąją grandinę yra viename lokuse. Lengvąją grandinę pelėje koduoja du lokusai.
  49. 49. V(D)J rekombinacija• V(D)J rekombinacija būtina limfoidinių ląstelių subrendimui. Jos metu dalis genetinės medžiagos prarandama. Rekombinaciją vykdo RAG1 ir RAG2 baltymai. Vieta - RSS (rekombinacijos signalinės sekos).
  50. 50. Klasių kaitos rekombinacija
  51. 51. Genai, kurių raiška priklauso nuo Hin sukeliamos inversijos, koduoja dvi alternatyvias flagelino formas. Tai baltymas įeinantis į žiuželių sudėtį. Žiuželiai yra bakterijos paviršiuje ir juos pirmiausiai atakuoja šeimininko imuninė sistema.Panaudodamos Hin rekombinazės sukeltą perjungimą iš vienos flagelino formos į kitą, kai kurios bakterijos neatpažįstamos šeimininko imuninės sistemos Paveikslas. Salmonella (turinti žiuželius) užkrečia kultivuojamas žmogaus kraujo ląsteles
  52. 52. fljB koduoja H2 flageliną fljA koduoja H1 flagelino geno transkripcijos represoriųPaveikslas. Hin inversija
  53. 53. X chromosomos inaktyvacija kaip epigenetinis reiškinys
  54. 54. X chromosomos inaktyvacija• 1961 m. M. Lyon pasiūlė genų dozės kompensacijos teoriją;
  55. 55. Kaip vienoda genų, sukibusių su X chromosoma dozėužtikrinama skirtingų lyčių individuose?X inaktyvacija- Viena iš X chromosomų inaktyvojama pateliųsomatinėse ląstelėse;- Inaktyvacija yra atsitiktinė; Vienos ląstelės išjungia iš tėvo gautą X Kitos – iš motinos gautą XInaktyvuota X chromosoma patelių ląstelėse matomakaip Barr’o kūnelis - Murray Barr (1949)
  56. 56. 1961 Mary Lyon- Tyrė pelių kailio spalvos paveldėjimą;- žinojo, kad spalvos genas sukibęs su X chromosoma; - kryžmino grynas pagal tam tikrą spalvą peliųlinijas; - gautos heterozigotinės pelės skyrėsi kailio spalvanuo tėvų; - patinėlių ir patelių kailio spalva buvo skirtinga;- patelių - kailis buvo dėmėtas. Dėmių spalva, kaip tėviniųlinijų;- patinėliai - niekada nebuvo dėmėti;
  57. 57. Random X ChromosomeInactivation Involves anEpigenetic Change in theInactive XIn 1961, Mary Lyon and Liane Russelproposed the hypothesis of randomfemale X chromosome inactivation.
  58. 58. Study of Allozyme Alleles of the X-linked Glucose-6-LyonDehydrogenase Gene Provided atlikus su X chromosoma hipotezės įrodymas gautas Molecular Evidence for the susijusio Gliukozės-6-fosfatdehidrogenazės geno alozimų Lyon Hypothesis tyrimus
  59. 59. Test of the LyonHypothesisLyon hipotezėsįrodymai
  60. 60. Lyon padarė išvadą :Pelės patinėliai - hemizigotiniai - jų kailio spalva vienoda, nes turi tik vieną spalvosalelį savo genome;Pelių patelės - abu aleliai aktyvūs, tačiau ne toje pačiojeląstelėjeLyon hipotezė : patelių ląstelėse inaktyvuojama viena iš jų X- chromosomų embrioninio vystymosi metu, ir Barr’okūnelis yra ta neaktyvi chromosoma; Dabar žinoma Barr’o kūnelis yra neaktyvi kondensuota Xchromosoma.
  61. 61. Epigenetic Inheritance Barr’o kūnelis atrastas tiriant kačių ląstelesEpigenetic inheritance is based largely on covalent modifications ofnitrogenous bases and histone proteins. A Barr Trispalvių kačių kailio spalva susijusi su atsitiktine body is the visible manifestation inaktyvacija yra epigenetinis reiškinys X chromosomos of the epigenetic inactivation of the X- chromosome.
  62. 62. X-inaktyvacija heterozigotinėje patelėje sukeliakailio dėmėtumą, nes reiškiasi skirtingi geno aleliai genotipas yra Xruda/Xjuoda Rudi lopai: juodas alelis neaktyvus Xrudas/Xjuodas Juodi lopai: rudas alelis neaktyvus Xrudas/Xjuodas
  63. 63. Ektodermos displazijaRecesyvus požymis sukibęs su X chromosoma. Lopas, neturintis prakaito liaukųyra ląstelių klonas, kurio pradinėje ląstelėje inaktyvavosi X chromosoma su norm. genu
  64. 64. Santrauka: Lyon hipotezė- Tik viena X lieka aktyvi somatinėse ląstelėse- Inaktyvuota gali būti tiek iš tėvo, tiek iš motinos gauta Xchromosoma- Inaktyvacija įvyksta ankstyvoje embriogenezėje- Inaktyvacijos pobūdis persiduoda visomoms somatinėsląstelės palikuonėms- Dėl inaktyvacijos tiek vyriškose, tiek moteiškosesomatinėse ląstelėse veikia vienodas X chromosomos genųkiekis (!)- Išimtis – moteriškose generatyvinėse ląstelėse priešmejozę abi X chromosomos aktyvuojamos- Patelės yra mozaikos – jų somatinės ląstelės sudarytos išdviejų ląstelių tipų
  65. 65. X chromosomos inaktyvacijos mechanizmaiŽmogaus, pelės ir pelėno XIST geno konservatyvios sekos
  66. 66. X chromosomos inaktyvacijai svarbiausias Xic rajonas
  67. 67. XIST geno raiškos dinamika moteriškos lyties žinduolių embriono kamieninėse ląstelėseRNR fluorescensinė hibridizacija in situ
  68. 68. X inaktyvacijos modelis
  69. 69. XX embrioninių kamieninių ląstelių diferenciacija leidžia stebėti, kaip palaipsniui X chromosomos inaktyvacijaPilkai nuspalvinta zona parodo ontogenezės langą, kurio metu ląstelėsturi galimybę inaktyvuoti savo chromatiną XIST mRNR poveikyje
  70. 70. MCB ir Xist mRNR lokalizacija pelių somatinėse ląstelėse Mermoud, J. E. et al. J. Cell Biol. 1999;147:1399-1408 MCB – histono macroH2A1.2-turtingas rajonas, the macrochromatin body (MCB),Copyright ©1999 Rockefeller University Press
  71. 71. To a First Order Approximation, Only One X is Active in FemalesIš pirmo žvilgsnio tik viena X chromosoma aktyvi moterų ląstelėse Fenotipas Lytinių chromosomų Barr’o sudėtis kūnelių skaičius Normali moteris XX 1 Normalus vyras XY 0 Turner sindromas (moteris) X0 0 Trigubos X sindromas XXX 2 (moteris) Klinefelter sindromas (vyras) XXY 1 Faktas, kad X0, XXX irXXY individai turi pakitusį fenotipą rodo, kad Lyon hipotezė pernelyg supaprastintai atspindi situaciją. Esmė tame, kad ne visi neaktyvios X chromosomos genai inaktyvuoti. Be to yra svarbūs genai, kurie veikia tik neaktyvioje X chromosomoje

×