Каким образом из одной клетки развивается целый организм как можно влиять на этот процесс кратко
Обновлено: 18.05.2024
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.
План-конспект урока
"Онтогенез. Эмбриогенез". Урок с использованием ИКТ
Багатырова Гулбарият Абдуллаевна ,
учитель химии и биологии
Цель: сформировать у учащихся представление об индивидуальном развитии организма .
Задачи. Обучающие – сформировать понятия онтогенез, эмбриогенез, постэмбриогенез, бластула, гаструла, нейрула, гистогенез, органогенез, морула, бластоцель; познакомить с периодами онтогенеза; охарактеризовать процессы, протекающие на стадиях эмбриогенеза; познакомить с законом зародышевого сходства.
I . Оргмомент.
II. Актуализация знаний .
Фронтальный опрос.
- Что называется размножением?
(Способность организма воспроизводить себе подобных).
- Какие Вы знаете способы размножения?
(Бесполое и половое).
- В чём различие между бесполым и половым размножением?
(При бесполом размножении принимает участие одна особь и дочерние организмы наследуют идентичную генетическую информацию материнской особи, а при половом –участие принимают два организма, которые производят гаметы и при слиянии гамет образуются особи с генетической информацией от обоих родителей ).
- Что такое гамета?
(Половая клетка )
- Какие Вы знаете гаметы?
( Яйцеклетка и сперматозоид или спермии ).
- Где они образуются?
(В половых железах).
- Что называется оплодотворением?
(Процесс слияния гамет).
- При каких условиях происходит оплодотворение у животных?
(Одновременное созревание гамет, встреча гамет, определённая концентрация гамет ).
- В чём биологическое значение оплодотворения?
(Восстановление диплоидного набора хромосом).
- Что образуется в результате оплодотворения?
- Что такое зигота?
(Это клетка с диплоидным набором хромосом, половина из которых получена от материнского организма , а половина – от отцовского).
Зигота – это одна клетка. Все живые организмы (грибы, растения, животные) начинают своё развитие с зиготы, то есть с одной клетки. О чём это свидетельствует?
(О родстве и единстве происхождения).
- Каким же образом из зиготы развивается целый организм? Из яйца курицы - цыплёнок, из икринки рыбы - малёк, из икринки лягушки – головастик, у млекопитающих – детёныш? Ведь зигота у большинства животных имеет микроскопические размеры, например, у млекопитающих 0,1 мм?
( Благодаря делению и росту клеток).
Правильно. Зигота претерпевает ряд изменений и благодаря вначале делению клеток, затем росту и дифференцировке клеток формируется организм. Деление клеток – рост клеток – дифференцировка клеток – это основа онтогенеза. Цель урока : изучить процесс онтогенеза, периоды онтогенеза (подробно эмбриогенез), этапы онтогенеза и процессы, протекающие на этих этапах, познакомиться с явлением эмбриональной индукции и влиянием внешней среды на развитие зародыша (эмбриона). План урока на доске.
1. Онтогенез. Этапы онтогенеза.
2. Эмбриогенез. Стадии эмбриогенеза.
- дробление
- бластула
- гаструла
- нейрула
- гистогенез и органогенез
3.Влияние частей развивающегося зародыша.
4. Влияние внешней среды на развитие зародыша.
III. Изучение нового материала .
Слово учителя.
Онтогенез ( греч.ontos – сущее, genesis - происхождение) – процесс, присущий любому живому организму, независимо от сложности его организации.
- Что же такое онтогенез? Найдите определение в учебнике на стр.145.
(Онтогенез – это процесс индивидуального развития особи от момента её выделения в самостоятельный организм и до конца жизни ).
Онтогенез одноклеточных организмов заключается в том, что возникшие после деления дочерние особи растут и в них происходит замена органелл материнского организма. В ходе онтогенеза у одноклеточных организмов (так же как и у многоклеточных) в ответ на изменения условий среды синтезируются определённые белки, меняется чувствительность к различным факторам внешней среды. В онтогенезе многоклеточных организмов выделяют два периода развития – эмбриональный (греч.embrion - зародыш ) и постэмбриональный. Эмбриональный период начинается с момента образования зиготы и до рождения или выхода из яйцевых оболочек. Он заключается в размножении клеток, их дифференцировке и формировании тканей и органов. Постэмбриональный период начинается с момента рождения или выхода из яйцевых оболочек и до смерти. Он заключается в развитии организма, взрослении, старости и смерти. Различные периоды онтогенеза по-разному выражены у разных многоклеточных. Например, у грибов, водорослей и лишайников зародыш отсутствует. Относительная продолжительность различных периодов онтогенеза также отличается. Так, у млекопитающих наиболее продолжительным является постэмбриональный. У многих насекомых, наоборот, постэмбриональный короче, чем эмбриональный.(Подёнки). Рассмотрим подробнее этапы эмбриогенеза на примере эмбрионального развития ланцетника. (Схема на доске и в тетрадях).
Дробление Бластула Гаструла Нейрула Гистогенез Органогенез
Этапы эмбриогенеза.
Работа с интерактивной доской - этапы эмбриогенеза.
Первый этап эмбриогенеза называется дроблением, потому что образовавшиеся клетки не увеличиваются в размерах. Эти клетки называются бластомерами (греч. blastos – росток, meros – часть ) и сильно отличаются от клеток взрослого организма. Вдавление цитоплазмы, образующееся при делении клетки на две, получило название борозд дробления. Первая борозда дробления проходит в вертикальной плоскости и зигота делится на две одинаковые клетки − стадия двух бластомеров. Бластомеры не расходятся, а делятся второй бороздой дробления так же в вертикальной плоскости, образуя четыре бластомера, затем третьей бороздой дробления в горизонтальной плоскости все четыре бластомера делятся с образованием восьми бластомеров. В дальнейшем, т. е. начиная с четвертого деления, борозды дробления чередуются: вслед за горизонтальным дроблением всегда идет вертикальное и т. д., образуется многоклеточный зародыш.
- Каким способом клетки делятся?
- Что предшествует митозу?
- Какие периоды интерфазы Вы знаете?
( Пресинтетический (G1), постсинтетический (G2 ), синтетический (S)).
Митотические деления следуют быстро одно за другим. Интерфазы очень короткие, в основном состоят из синтетического периода, где происходит редупликация ДНК, постсинтетический период (G2)очень короткий, а пресинтетический (G1) отсутствует совсем. По мере увеличения числа клеток деление их становится неодновременным. Бластомеры все дальше и дальше отходят от центра зародыша, образуя полость. В конце дробления зародыш принимает форму пузырька со стенкой, образованной одним слоем клеток, тесно прилегающих друг к другу. Внутренняя полость зародыша, по началу (соприкасавшаяся) сообщавшаяся с внешней средой через щели между бластомерами, в результате их полного смыкания становится полностью изолированной.
Эта полость получила название первичной полости тела − бластоцель . Завершается дробление образованием одного многоклеточного зародыша − бластулы .
У разных организмов возникающие при дроблении бластомеры располагаются по-разному (это зависит от характера распределения питательных веществ в цитоплазме яйцеклетки). У ланцетника, лягушки, бластула представляет собой полый пузырек, оболочка которого образована одним слоем бластомеров. Внутри полость - бластоцель. У птиц, например, бластоцель практически отсутствует, и бластомеры плотно прилегают друг к другу, образуя плотный шар клеток. В этом случае говорят о моруле (лат.morum – тутовая ягода).
У всех животных по размерам бластула не отличается от зиготы, то есть клетки одинаковые по размерам.
- Почему клетки маленькие по размерам?
( Не происходит роста ).
Так как митотическое деление зиготы и бластомеров не сопровождается ростом образовавшихся дочерних клеток до объема материнской, после каждого деления размеры бластулы уменьшались. То есть если диаметр зиготы 0,1 мм (млекопитающие), то и диаметр бластулы 0,1 мм. Когда число клеток бластулы достигает нескольких сотен тысяч (у разных видов по-разному), начинается следующая стадия − гаструляция (греч. gaster −желудок).
- Гаструла.
Во время гаструляции продолжающие быстро размножаться клетки становятся очень подвижными и начинают быстро перемещаться относительно друг друга. Гаструляция происходит либо путём впячивания стенки бластулы внутрь (ланцетник) (демонстрация на детском мячике), либо путём перемещения клеток бластулы, либо путём иммиграции клеток в бластоцель. В результате гаструляции зародыш становится двухслойным, у него возникают чётко выраженные пласты клеток, называемые зародышевыми листками. Наружный зародышевый листок – эктодерма (греч. ectos – снаружи, derma- кожа), внутренний – энтодерма (entos- внутри). У всех животных, кроме губок и кишечнополостных, вслед за гаструляцией или параллельно ей образуется третий зародышевый листок мезодерма (греч. mesos - средний), который образуется из клеток, лежащих на границе между эктодермой и энтодермой. В ходе гаструляции, как и во время дробления, рост клеток не происходит и зародыш на этапе гаструлы по размерам схож с зиготой. Следующим периодом эмбриогенеза является гистогенез и органогенез.
- Гистогенез и органогенез.
У позвоночных животных он начинается с образования зачатка нервной системы. Эта стадия носит название нейрула (новолат. neurula, уменьшит. от греч. neuron - нерв ). У нейрулы на будущей спинной стороне зародыша обособляется часть клеток эктодермы в виде пластинки. Эктодерма спинной стороны прогибается по средней линии , края пластинки сближаются и образуется сначала желобок , затем края желобка смыкаются и образуется нервная трубка. Она оказывается погружённой под клетки эктодермы. В последующем из нервной трубки будут формироваться органы нервной системы. Спинная часть энтодермы, располагающаяся непосредственно под нервной трубкой, обособляется от остальной энтодермы и сворачивается в плотный тяж – хорду. Из остальной части энтодермы образуется мезодерма и эпителий кишечника. Таким образом образуется осевой комплекс клеток , называемый так потому, что его клетки оказывают влияние на развитие других частей зародыша. Дальнейшая дифференцировка (различия) клеток приводит к образованию тканей и органов из зародышевых листков. Каким же образом, из зиготы образуются клетки, специализированные на выполнение различных функций? Первые этапы дифференцировки определяются цитоплазмой зиготы. Ведь вещества, при образовании яйцеклетки, располагаются в цитоплазме неравномерно. И при дроблении дочерние клетки получают более или менее различные участки цитоплазмы материнской клетки. И бластомеры, имея одинаковый набор хромосом, оказываются неравноценными по составу цитоплазмы. Эти различия и определяют начальные этапы клеточной дифференцировки (различия).
Влияние частей развивающегося зародыша. Дифференцировка клеток. Эмбриональная индукция.
Влияние внешней среды на развитие зародыша .
IV. Закрепление.
Подведём итоги изученного на уроке.
- Что такое онтогенез?
- Какие периоды он включает?
- Эмбриогенез – это……?
- Назовите стадии эмбриогенеза?
- Кратко охарактеризуйте каждую из них? ( использование интерактивной доски.)
- Что называют зародышевым листком? Назовите их?
- Какие органы развиваются из эктодермы, энтодермы, мезодермы?
В самом начале развития мы представляем собой одну-единственную клетку — зиготу. Она возникает при слиянии двух других клеток: мужской и женской гамет. Зигота делится, и её прямые потомки-клетки некоторое время после деления выглядят одинаково. Но потом из них получаются совершенно разные органы: мозг, сердце, кости. Как клетки понимают, кем стать и куда расти?
Эта статья была опубликована в журнале OYLA №4(32). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.
В те времена, когда о ДНК и других биологических молекулах фактически ничего не знали, процессы, лежащие в основе превращения зиготы в многоклеточный эмбрион с различными (или, как ещё говорят, дифференцированными) тканями и органами, были для учёных неразрешимой загадкой. Поэтому объяснения того, как происходит индивидуальное развитие организма до его рождения или вылупления, могли быть самыми фантастическими.
Овисты помещали план строения человека в яйцеклетку
Но не столь важно, в чьей гамете, по мнению учёных прошлого, находился миниатюрный человечек — гомункул. Важно, что эта концепция неверна. Смотрите: если в каждой мужской половой клетке (сперматозоиде) уже содержится будущий человек, то у него тоже есть сперматозоиды, только ещё более мелкие. И так далее. А если зародыш женского пола, как он передаст потомкам информацию об их будущем облике? Ну и потом, даже с развитием технологий микроскопии никакого гомункула внутри сперматозоидов не увидели. Так что предположение о его существовании провалилось не только на уровне теории, но и при столкновении с практическими данными.
Несмотря на явные нестыковки, представление о том, что судьба каждой клетки зародыша предопределена, а развитие эмбриона в целом детерминировано, было популярно долгое время, особенно в XVII–XVIII веках. Оно называлось преформизм, а его сторонники — преформистами.
Миниатюрный будущий организм в представлении анималькулистов
Научное обоснование преформизма звучало так. Многие яйцеклетки содержат солидный запас питательных веществ — желток. Содержимое желтка может быть неоднородным. Мужская половая клетка, по крайней мере у животных, не участвует в формировании этого запаса, а значит, не меняет состав желтка и расположение в нём веществ. После оплодотворения зигота дробится — делится на клетки, но не растёт. Таким образом, каждой клетке, образующейся в ходе дробления (теперь их называют бластомерами), достаётся часть желтка, немного отличающаяся по составу от того, что получили её соседки. Поэтому и свойства потомков различных бластомеров различаются. Одни способны дать начало наружному слою клеток зародыша, эктодерме, другие — внутреннему, энтодерме, третьи — среднему, мезодерме. Когда дробление заканчивается, клетки начинают расти, но ни в одной из них уже нет всех тех компонентов, что были в целом желтке. Поэтому их свойства уже никогда не станут одинаковыми. Звучит неплохо, по крайней мере разумнее, чем история с гомункулами.
Результат эксперимента по разделению двух бластомеров, образовавшихся при первом делении зиготы тритона
Но есть как минимум одна загвоздка. Эксперименты с зародышами амфибий показали, что, если специальной ниткой аккуратно отделить один бластомер от другого на той стадии развития, когда их всего два (то есть после первого деления зиготы), из каждого вырастают вполне себе нормальные животные. Это верно и для людей, только в нашем случае никто специально клетки не разделял. Иногда они расцепляются сами, и получаются идентичные близнецы. Их ещё называют однояйцевыми — именно потому, что они появились из одной и той же яйцеклетки. Если бы первые два бластомера уже отличались друг от друга по свойствам, ни нормальных амфибий в упомянутых опытах, ни однояйцевых близнецов у человека быть бы не могло.
На самом деле и преформисты, и приверженцы концепции эпигенеза правы и неправы одновременно. Развитием организма в оплодотворённой яйцеклетке управляет и изначально заложенная информация (то есть гены), и факторы внешней среды, и вещества, выделяемые клетками в пространство между ними.
Конечно, у отдельных клеток нет органов чувств и мозга, способного обрабатывать информацию и посылать мышцам сигнал совершить некое действие. Но мини-аналоги таких структур в клетках всё же имеются. Это рецепторы и сигнальные молекулы. Они управляют работой ферментов — веществ, ускоряющих биохимические реакции.
Благодаря особым белковым молекулам на мембране, рецепторам, клетки воспринимают сигналы из окружающей среды. Разные клетки, в зависимости от выполняемых функций, имеют характерный набор рецептов. Внешние химические посредники-молекулы, связываясь с ними, влияют на протекание химических реакций внутри клетки.
Как правило, рецепторы — это белки, встроенные в мембрану клетки. Концы рецептора выступают за пределы мембраны: один внутрь клетки, другой наружу. Наружные концы, находясь в межклеточном пространстве, способны взаимодействовать с молекулами сигнальных веществ (медиаторов), образовывая с ними химические связи. Чаще всего эти связи слишком слабы, чтобы комплекс рецептора с медиатором существовал долго. Но их хватает, чтобы временно изменить форму молекулы рецептора (ещё говорят — его конформацию). Тот его конец, что внутри клетки, тоже не остаётся нетронутым. Изменение его формы приводит к запуску (или, наоборот, торможению) некоторых биохимических процессов внутри клетки. Это влияет на активность её генов, а следовательно, на количество кодируемых ими белков. От них во многом зависит, что за функции выполняет клетка.
Зародыш курицы в конце четвёртого дня развития. В центре виден сам эмбрион. Во все стороны от него отходят кровеносные сосуды, получающие питание из остатков желтка. Возникновение этих структур из однородной бесклеточной массы и наблюдал Каспар Фридрих Вольф.
Помимо химических процессов на клетки, разумеется, влияют и физические факторы: температура окружающей среды, сила тяжести, солнечный свет вместе с другими видами излучения, натяжение мембран. Все эти воздействия рецепторы также регистрируют. Только теперь их конформация меняется не от контакта с медиаторами, а под влиянием соответствующих физических процессов. Как и в других случаях, это приводит к изменению набора и интенсивности химических реакций в клетке. Всё в итоге сводится к химии.
Хорошо, получается, что каждая клетка эмбриона указывает соседним, что им делать. А как клетке определить, с какой скоростью выполнять то или иное действие? Например, делиться ей раз в час или раз в сутки?
Оказывается, и тут есть хитрый механизм — воздействие на рецепторы натяжения. У взрослого организма они находятся на клетках органов, которые часто подвергаются натяжению, например в коже. Основу клеточных мембран составляют фосфолипиды. С водой эти вещества не смешиваются, а поскольку львиную долю внешней и внутренней среды клетки составляет вода, молекулы фосфолипидов образуют плёнку, примерно как подсолнечное масло на поверхности воды.
Рецепторы натяжения заякорены в этой плёнке и состоят из нескольких субъединиц белков, связь между которыми способна видоизмениться. За счёт этого меняется и конформация всего рецептора. Например, если раньше все его субъединицы прилегали друг к другу фактически без зазоров, то при растяжении фосфолипидной мембраны они немного расходятся и между ними появляется отверстие — пора. Фактически открывается канал. В зависимости от диаметра поры и заряда участков субъединиц, их образующих, через неё могут проходить разные типы заряженных частиц — ионов. Ионы, как и другие частицы в растворе, переходят из области, где их много, туда, где их мало (ещё говорят — по градиенту концентрации). Так осуществляется диффузия. Концентрация различных ионов в любой живой клетке отличается от таковой снаружи. Подытожим: части рецептора натяжения раздвигаются и открывают проход ионам определённого типа, благодаря чему по градиенту концентрации они поступают внутрь клетки или наружу. В любом случае это меняет их содержание в клетке. А это влияет на набор и интенсивность протекающих в ней реакций.
Исследования ДНК, РНК и белков примирили эпигенез с преформизмом. Оказалось, что большинство химических реакций в клетке осуществляется при участии белков. В одних случаях их молекулы преобразуются и их изменённые формы выполняют роль продуктов реакции. В других — белки ускоряют химические превращения других веществ, в том числе ДНК, а сами после реакции остаются такими же, как прежде. Все белки кодируются генами — участками ДНК, а РНК позволяет считывать с генов информацию и переводит её на язык, понятный клеточным машинам по производству белков — рибосомам. Таким образом, передающаяся по наследству ДНК несёт информацию о том, какие белки могут образоваться в данном организме (и это проявление преформизма), а эти белки уже воздействуют друг на друга и другие классы соединений, определяя, какие реакции и с какой интенсивностью будут идти в клетке.
Так выглядит современная концепция. Но до 1950‑х годов, пока не выяснили окончательно, какой класс молекул несёт наследственную информацию — ДНК или белки,— учёные исследовали влияние одних фрагментов зародышей на другие. Одним из важнейших экспериментов в этой области стала серия опытов Ганса Шпемана и его ученицы Хильды Мангольд, проведённая в начале 1920‑х годов. Немецкие эмбриологи тоже экспериментировали с земноводными: их икра крупная и прозрачная, поэтому за происходящим в ней сравнительно легко наблюдать.
Шпеман и Мангольд позволили эмбрионам тритонов развиться до состояния гаструлы — двуслойного зародыша с углублением посередине. Это углубление носит название первичного рта, или бластопора. Бластопор окружают губы — дорсальная (верхняя) и вентральная (нижняя). Из дорсальной губы бластопора образуются структуры, которые окажутся на спине зародыша, из вентральной, соответственно,— на животе. Учёные отрезали кусочек верхней губы бластопора от тёмноокрашенного эмбриона тритона и подсадили его светлоокрашенному практически на противоположную сторону.
Чем дальше, тем больше молекул морфогенов открывали биологи. Чаще всего ими оказывались белки. В какой-то момент стало понятно, что различные их концентрации неодинаково влияют на окружение. Логично, что высокий уровень отдельно взятого морфогена сильнее меняет работу и судьбу клеток, имеющих рецепторы к нему. Поэтому говорят о градиенте морфогенов — плавном изменении их концентрации по мере перемещения от одной части зародыша к другой.
Гомеозисные гены весьма похожи даже у таких далёких организмов, как человек и плодовая мушка дрозофила (но называются у позвоночных и беспозвоночных они по-разному). А всё потому, что у большинства животных набор частей тела приблизительно одинаковый и почти всегда включает голову, туловище, конечности и хвост. В каждом из сегментов тела, хорошо различимых у эмбрионов, но редко заметных у взрослых особей, зачастую главенствует какой-то один гомеозисный ген — и, конечно, кодируемый им белок.
Мутации в гомеозисных генах могут приводить к развитию новых конечностей. Впрочем, не так, как на этой иллюстрации.
Нормальная муха (слева) и насекомое с мутацией в гене ultrabithorax (справа). Видно, что муха-мутант имеет не одну, а две пары крыльев.
Ответ на вопрос, как определяется судьба клеток развивающегося организма, предстоит уточнять и дополнять. Но основные принципы формирования тканей и органов эмбрионов известны. Есть в них немного и от преформизма, и от эпигенеза. Зигота несёт всю информацию, нужную для развития зародыша, в ДНК. По мере её дробления клетки, посылая друг другу сигналы в виде химических веществ и некоторых физических воздействий, начинают приобретать отличия в наборе активных генов. Из-за этого появляется разница и в составе клеток, и в их размере, и в функциях.
Эмбриональное (зародышевое) развитие охватывает процессы от первого деления зиготы до выхода из яйца или рождения и у большинства животных включает три основных этапа: дробление, гаструляцию и органогенез.
При дроблении дочерние клетки ( бластомеры ) не расходятся и не увеличиваются в размерах. С каждым следующим делением их размеры уменьшаются.
Яйцеклетки с небольшим запасом питательных веществ делятся полностью, т. е. происходит полное дробление. Если яйцеклетка содержит большое количество желтка, то наблюдается частичное дробление — делится только диск цитоплазмы с ядром, а сам желток остаётся без изменений (например, у птиц).
Бластула — это шарообразный зародыш, стенка которого ( бластодерма ) образована одним слоем клеток, а внутри — полость ( бластоцель ).
После дробления начинается гаструляция — часть клеток бластодермы перемещается внутрь зародыша. В результате этих перемещений образуется гаструла.
Гаструла — двухслойный зародыш, состоящий из двух зародышевых листков: наружного ( эктодермы ) и внутреннего ( энтодермы ).
У ланцетника образование гаструлы происходит в результате впячивания части бластодермы внутрь бластоцеля.
Внутренняя полость гаструлы называется первичной кишкой . Её связывает с внешней средой отверстие ( бластопор ), которое становится первичным ртом .
На стадии гаструлы (двух зародышевых листков) прекращается развитие двухслойных животных — губок и кишечнополостных.
У всех остальных животных развитие продолжается, и образуется третий зародышевый листок — мезодерма . Она формируется из энтодермы и всегда расположена между экто- и энтодермой в первичной полости тела.
Дальнейшая специализация клеток зародышевых листков обеспечивает формирование тканей и органов, т. е. гисто- и органогенез .
Из энтодермы образуется хорда — внутренний скелет в виде гибкого тяжа, расположенный на спинной стороне. Позже вместо хорды у позвоночных развивается позвоночник, и только у некоторых животных (например, у хрящевых рыб) её остатки сохраняются в течение всей жизни.
Из эктодермы, расположенной над самой хордой, выделяется нервная пластинка . Затем края пластинки поднимаются и смыкаются. Образуется нервная трубка — зачаток центральной нервной системы. Формируется нейрула .
Нервная трубка, хорда и кишечник создают осевой комплекс органов зародыша, который определяет двустороннюю симметрию тела.
Из эктодермы у позвоночных животных образуется нервная система, органы чувств, покровный эпителий с его железами и производными структурами (волосы, перья, копыта, когти и т. п.).
Из энтодермы формируются органы пищеварительной и дыхательной системы: эпителий средней кишки, печень и поджелудочная железа, жабры, лёгкие, плавательный пузырь, а также щитовидная железа.
Из мезодермы формируются все виды мышечной и соединительной ткани (например, дерма кожи, тела позвонков), кровеносная система, органы выделения, половые железы.
• Опухоль развивается из одной мутировавшей клетки и затем дает метастазы
• Опухоли имеют клональное происхождение
• Опухоли классифицируются по клеточному типу
Рак представляет собой болезнь клеток, которые развиваются в организме в неправильное время и в несоответствующем месте. Когда в клетках происходят мутации, нарушающие регуляцию деления, они размножаются, образуя массы, которые называются опухоли. Опухоли незлокачественного происхождения (доброкачественные) не проявляют инвазивности и не влияют на остальные ткани, в то время как раковые опухоли (злокачественные) проявляют деструктивные свойства.
Опухолевый рост сопровождается ростом новых кровеносных сосудов, питающих опухоль; этот процесс называется ангиогенез. Наконец, злокачественные клетки могут покидать свою первоначальную локализацию и перемещаться на новые места в организме. Этот процесс называется метастазирование. Перечисленные события схематически представлены на рисунке ниже.
Вся масса клеток опухоли представляет собой моноклональный вырост, в котором все клетки являются потомками одной клетки-предшественника. Эта клетка-предшественник сохранила исходное повреждение, в результате которого она вступила на путь аберрантного роста и стала злокачественной. Хотя повреждение могло произойти за десятки лет до момента обнаружения опухоли, мы предполагаем, что потомки клетки-предшественника продолжают обнаруживать многие полученные от нее аберрации.
Таким образом, если мы будем учитывать характер аберраций в клетке-предшественнике, мы можем многое выяснить о свойствах ее потомков и, в свою очередь, прогнозировать свойства опухоли как целого. С этой точки зрения, рак представляется заболеванием клеток, и многие, если не все, свойства распространенных опухолей можно прогнозировать на основании свойств индивидуальных составляющих их клеток.
Рак может развиваться как в виде локальной опухоли, так и давать обширные метастазы.
На схеме показаны основные этапы опухолевого роста эпителиальных клеток в результате возникновения в них мутаций.
В организме человека клетки многих различных типов могут образовывать опухоли. При этом опухоль каждого типа характеризуется характерными гистологическими (т. е. микроскопическими) чертами и биологическими свойствами. Поэтому раковые опухоли могут развиваться более чем в 100 различных участках тела и обнаруживают широкий спектр свойств.
Даже в пределах опухолей одного типа наблюдается большая вариабельность гистологических и биохимических свойств клеток. Тем не менее, хотя специфика клеток может определять свойства опухоли (например, по сравнению с базальноклеточными карциномами, меланомы более инвазивны), все раковые клетки обладают такими общими фундаментальными биохимическими свойствами, как неконтролируемый рост и деление.
Опухоли классифицируются на четыре основные группы, которые определяются типом клеток, из которых происходят эти различные неоплазии или растущие массы аномальных клеток. Наиболее часто встречающиеся опухоли человека представлены карциномами, которые образуются при трансформации эпителиальных клеток, выстилающих полости и поверхности различных органов. К числу распространенных относятся карциномы легкого, кишки, молочной железы, предстательной железы, желудка, поджелудочной железы и кожи.
Несколько реже развиваются саркомы, которые возникают из мезенхимальной ткани, образующейся из фибробластов и близких по типу клеток; к этой же группе относятся опухоли костей и мышц. Частыми мишенями при канцерогенезе служат органы гемопоэза (кроветворения), и злокачественная трансформация соответствующих клеток приводит к развитию лейкозов, лимфом, миелом и близких заболеваний. К четвертой группе относятся опухоли из нейроэктодермальных клеток. Они включают нейробластомы, глиобластомы, нейромы, нейрофибросаркомы и меланомы. В таблице ниже представлена частота заболевания различными формами рака в США в 2017 г.
Онкология быстро развивается от простого описания различных и как будто бы не связанных между собой феноменов в стройную систему, в которой свойства клеток и опухолей можно выразить в рамках нескольких основных характеристик. В настоящем разделе описаны эти характеристики и то, каким образом с их помощью можно объяснить сложный и изменчивый характер опухолей человека.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Читайте также: