Embriogeneza

Embriogeneza (lat. embryogenesis), proces oblikovanja i razvoja zametka. Ovaj izraz označava rane stadije prenatalnog razvića, dok plod i fetalni razvoj opisuju kasnije stadije.

Embriogeneza počinje oplodnjom jajne ćelije spermatozoidom. Pritom nastaje diploidna ćelija zigota, koja prolazi kroz mitotičke deobe, ali bez rasta i diferencijacije ćelije (proces poznat kao brazdanje).

Oplodnja i zigota

Jajna je ćelija uvek asimetrična. Sastoji se od animalnog pola (kasnije ektoderma i mezoderma) i vegetativnog pola (kasnije endoderma). Pokrivena je različitim zaštitnim ovojnicama. Prva ovojnica, koja je povezana sa ćelijskom membranom jajeta, sastoji se od glikoproteina i poznata je pod nazivom membrana vitellina (kod sisara zona pellucida).

Oplodnja (poznata i pod nazivima koncepcija, fekundacija, singamija i fertilizacija) stapanje je muških i ženskih gameta. Oplođenu ćeliju nazivamo zigotom. Zavisno od životinjske vrsti oplodnja može biti vanjska ili unutarnja.

Brazdanje i morula

Deoba ćelija (brazdanje)

Brazdanje je niz brzih mitotičkh deobi oplođene jajne ćelije, ali bez rasta i diferencijacije nastalih ćelija. Nakon barem četiri početne deobe nastaje nakupina od šesnaest ćelija koju zovemo morula. Ćelije koje nastaju brazdanjem sve do stadija blastule nazivaju se blastomerama. Zavisno od količine žumanca u jajetu brazdanje može biti holoblastično (totalno) ili meroblastično (parcijalno).^[1]

Holoblastično brazdanje javlja se kod životinja s malom količinom žumanca u jajetu, kao što su čovjek i drugi sisari koji uzimaju hranu od majke preko posteljice ili mleka, koje može biti izlučeno iz tobolca kod tobolčara. S druge strane, meroblastično brazdanje javlja se kod životinja čije jaje ima više žumanca (npr. ptice i gmizavci).

Kod amniota ćelije morule su ispočetka zbijene, ali se kasnije raspoređuju po vanjskom ili rubnom području, trofoblastu, koji ne pridonosi oblikovanju pravog zametka i embrioblastu, iz kojeg nastaje zametak. Između trofoblasta i dela embrioblasta skuplja se tečnost i tako se morula pretvara u blastodermalni mehurić. Embrioblast ostaje u dodiru trofoblastom na jednom delu ćelije koji se naziva embrionalni pol, jer ukazuje na mesto gde će se zametak ubuduće razvijati.

Nastanak blastule

Nakon sedmog brazdanja nastala je nakupina od 128 ćelija – blastula.^[2] Blastula je obično kružni sloj ćelija (blastoderm) koji ispunjava šupljinu ispunjenu tekućinom ili žumanjkom (blastocel). Kod sisara blastula ima naziv blastocista.^[3]

Pre gastrulacije ćelije trofoblasta diferenciraju se u dva sloja: vanjski sloj, sinciciotrofoblast, i unutarnji sloj, citotrofoblast. Kao što je rečeno, stanice trofoblasta ne doprinose oblikovanju zametka; one oblikuju ektoderm koriona i imaju važnu ulogu u razvoju posteljice. Na dubokoj površini embrioblasta diferencira se endoderm, sloj spljoštenih ćelija za koji se pretpostavlja da stvara žumanjčanu vrećicu. Između preostalih ćelija nastaju prostori koji oblikuju amnionsku šupljinu. Unutar te šupljine formira se embrionalni disk, tanjurasta nakupina prizmatičnih ćelija iz koje se razvija embrion.^[4]

Zametni listići

Embrionalni disk postaje izdužen, poprima oblik kruške i potom se širi. Javlja se tamni i uski dio, primitivna pruga, koji raste u duljinu dok ne dosegne polovicu embrionalnog diska; na prednjem kraju pruge javlja se dugmasto zadebljanje, primitivni čvor (poznat kao Hensenov čvor kod ptica). Celom dužinom primitivne pruge javlja se plitko udubljenje, primitivna brazda. Primitivnu prugu stvara zadebljanje osnog dela ektoderma, ćelije koje se umnožavaju rastu prema dole i mešaju se sa ćelijama endoderma. Treći sloj ćelija, mezoderm, širi se bočno sa strana primitivne pruge između ektoderma i endoderma; na kaudalnom kraju primitivne pruge nastaje kloakalna membrana. Blastoderm se sad sastoji od tri sloja: ektoderma, mezoderma i endoderma; svaki ima različite odlike i dovodi do razvoja različitih tkiva u telu.^[5]

Nastanak gastrule

Tokom gastrulacije ćelije migriraju iz unutarnjeg dela blastule, zatim oblikuju dva zametna listića. Zametak se tokom ovog procesa zove gastrula. Zametni se listići nazivaju ektoderm, mezoderm i endoderm. Kod diploblastičnih životinja (npr. žarnjaka i rebraša) postoje samo ektoderm i endoderm.^[6]

• Među različitim životinjama javljaju se različite kombinacije sledećih procesa u unutrašnjosti zametka:
  • epibolija – obraštanje jednog sloja ćelija oko drugog sloja ćelija^[7]
  • ingresija – premeštanje pojedinih ćelija u unutrašnjost gastrule (stanice se kreću lažnim nožicama)^[8]
  • invaginacija – skupine ćelija utiskuju se u unutrašnjost gastrule te oblikuju usta, anus i pracrijevo^[9]
  • delaminacija – jedan sloj razdvaja se u dva sloja
  • involucija – ćelije se utiskuju u unutrašnjost gastrule i protežu se po unutrašnjoj površini na dva sloja: ektoderm i endoderm
  • polarna proliferacija – množe se ćelije na polarnim krajevima blastule/gastrule, većinom na animalnom polu.

• Druge promene tokom gastrulacije:
  • transkripcija RNA korištenjem embrionalnih gena
  • ćelije započinju procese ćelijske diferencijacije i gube totipotentnost.

Kod većine životinja blastopor nastaje na mestu gdje ćelije ulaze u zametak. Prema nastanku blastopora životinje su podeljene na dve skupine. Kod deuterostoma analni otvor nastaje iz blastopora, dok se kod protostoma razvija u usta.

Nastanak ranog živčanog sustava – neuralni žleb, neuralna cev i svitak

Ispred primitivne pruge dva uzdužna grebena uzrokuju savijanje ektoderma, pa nastaju neuralni nabori. Između tih nabora formira se neuralni žleb. Neuralni se žleb postupno udubljuje dok se neuralni nabori uzdižu i naposlijetku se neuralni nabori sjedinjuju u središnju liniju i pretvaraju neuralni žleb u neuralnu cijev, ektodermalni zid iz kojeg se počinje razvijati nervni sistem. Nakon spajanja neuralnih nabora blastopor ulazi u zatvoreni kanal neuralne cijevi, neurenterični kanal, preko kojeg neuralna cijev komunicira s primitivnim probavnim traktom. Srastanje neuralnih nabora najprije se javlja u području rombastog mozga, odakle se širi prema naprijed i prema natrag; krajem treće nedelje prednji otvor cevi (rostralni otvor) zatvara se na prednjem delu budućeg mozga i oblikuje udubljenje koje je u kontaktu s ektodermom; zadnji dio neuralne cevi neko vreme ima oblik romba i naziva se sinus rhomboidalis. Pre zatvaranja neuralne cevi na mestu spajanja dorzalnih rubova nastaje neuralni greben (crista neuralis) iz kojeg se razvijaju spinalni i kranijalni ganglij te ganglij simpatičkog živčanog sustava. S uzlaznim rastom mezoderma neuralna se cijev konačno odvaja od ektoderma.

presjek čovječjeg zametka

Na cefaličkom kraju neuralnog žleba izdiže se nekoliko nabora koji kasnije postaju tri primarna moždana mehurića i odgovaraju budućem prednjem mozgu (prosencephalon), srednjem mozgu (mesencephalon) i rombastom mozgu (rhombencephalon). Zidovi mehurića razvijaju se u živčano tkivo mozga i njihove se šupljine pretvaraju u moždane komore. Ostatak cevi formira kičmenu moždinu (medulla spinalis); iz ektodermalnog zida razvijaju se neuroni i glija ćelije kičmene moždine, dok šupljina tvori središnji kanal kičmene moždine.

Razvoj ranih pregrada

Širenje mezoderma događa se kroz celo embrionsko i izvanembrionsko područje, osim u određenim područjima. Jedno od njih se nalazi odmah ispred neuralne cevi. Ovde se mezoderm širi naprijed u obliku dvije polumjesečaste mase, koje se nalaze u središnjoj liniji da ograde područje na kojem nema mezoderma. Preko ovog područja ektoderm i endoderm dolaze u izravan kontakt jedno s drugim i sačinjavaju tanku membranu, ždrijelnu membranu (membrana buccopharyngea), koja formira pregradu između primitivnih usta i ždrijela.^[10]

Rano oblikovanje srca i drugih primitivnih struktura

Ispred ždrijelnog područja, gdje se bočni polumesečasti mezoderm spaja u središnjoj liniji, kasnije se razvija perikard i ovo područje se naziva perikardijalno područje. Drugo područje u kojem nema mezoderma nalazi se odmah ispod perikardijalnog područja i zove se proamnionsko područje; međutim, kod ljudi tog proamnionskog područja nema. Treće područje bez mezoderma nalazi se na stražnjoj strani embrija, gde ektoderm i endoderm tvore kloakalnu membranu.^[11]

Somitogeneza

Somitogeneza je proces u kojem nastaju primitivni segmenti, somiti, koji se diferenciraju u skeletne mišiće, kralješke i dermis kod svih kralježnjaka. Somitogeneza započinje nastankom somitomera u paraksijalnom mezodermu. Iz somitomera nastaju parovi somita identični po izgledu, ali koji tvore različite strukture zavisno od anteroposteriorne ose (npr. prsni pršljenovi imaju rebra, dok ih slabinski pršljenovi nemaju). Somiti imaju jedinstvene položaje duž ose, a pretpostavlja se da na to deluju homeotički geni.

Krajem druge nedelje trudnoće počinje poprečna segmentacija paraksijalnog mezoderma i nastaju somiti najčešće kockastog oblika. Oni zauzimaju dobar deo zatiljnog područja glave. Svaki somit ima središnju šupljinu (miocel), koju kasnije ispunjavaju angularne i vretenaste stanice. Somiti su položeni odmah ispod endoderma na lateralnom delu neuralne cevi i svitka i povezani su s lateralnim mezodermom preko intermedijarnog mezoderma. Somiti trupa dele se na: 8 vratnih, 12 prsnih, 5 slabinskih, 5 križnih i od 5 do 8 repnih. Onih u zatiljnom delu glave najčešće ima četiri. Kod sisara somiti se nalaze samo u zatiljnom delu glave, a kod nižih kralježnjaka ima ih još devet u prednjem delu glave.

Napomene

1. ↑  What is a cell? Arhivirano 2006-01-18 na Wayback Machine-u 2004. A Science Primer: A Basic Introduction to the Science Underlying NCBI Resources. NCBI.
2. ↑  Campbell, Neil A.; Reece, Jane B.; Biology Benjamin Cummings, Pearson Education Inc. 2002.