Cơ chế điều khiển sự phát triển cá thể -Tài liệu ôn thi bác sĩ nội trú - Môn Y sinh học Di truyền

I. Các cơ chế điều khiển sự phát triển cá thể ở giai đoạn phôi

Chương trình thông tin di truyền

- Quá trình phát triển cá thể là 1 quá trình tự điều chỉnh . Nếu phôi pt trong cơ thể mẹ thì mẹ chỉ cung cấp dinh dưỡng và các yếu tố bên ngoài có thể ảnh hưởng tới phôi nhưng yếu tố quyết định cho sự biệt hóa tế bào , hình thành tổ chức ở từng giai đoạn thì chỉ do tự phôi điều chỉnh , yếu tố quyết định này đã được chương trình hóa trong bộ gen của TB , hợp tử

- Bộ gen đơn bội của trứng đã đủ thông tin di truyền quyết định cho sự phát triển 1 cơ thể hoàn chỉnh :VD kích thích trứng ếch = châm kim -> phát triển thành ếch trưởng thành mà ko cần thụ tinh . Trong thiên nhiên , hiện tượng đơn tính ở 1 số loài cũng chứng tỏ điều này.

- Nhân lưỡng bội của hợp tử là cần thiết cho sự phát triển phôi :thụ tinh tạo hợp tử lưỡng bội -> tạo các cặp gen alen làm cho cơ thể có sức sống tốt ,kết hợp tính tốt của 2 nguồn gen,thúc đẩy sự tiến hóa của loài.

- Trong quá trình phát triển phôi , chương trình thông tin di truyền trong nhân tế bào dần chuyển từ trạng thái đa tiềm năng sang trạng thái tiềm năng bị hạn chế : hợp tử là tế bào đa tiềm năng. Giai đoạn phôi dâu , phôi nang , các tế bào con còn đồng nhất, chưa biệt hóa và ở trạng thái đa tiềm năng.

- Từ gđ phôi vị trở đi , tế bào biệt hóa và nhân tế bào có tiềm năng bị hạn chế dần . Lấy nhân tế bào phôi vị thế nhân hợp tử thì chỉ phát triển đến gđ phôi nang. Lấy nhân tế bào lá phôi giữa thế nhân hợp tử thì hợp tử mới ko phát triển hoặc pt nhưng thần kinh và biểu bì ko đầy đủ…

Cơ chế điều chỉnh trong giai đoạn phân cắt-vai trò của các phôi bào

- Tùy theo quan hệ giữa các phôi bào trong gđ phân cắt người ta phân biệt 2 loại trứng

o Trứng khảm : tế bào chất của nó chia thành các vùng khác nhau cần cho sự biệt hóa các mầm cơ quan khác nhau. Với các trứng này , ở gđ 2 phôi bào , nếu tách ra 1 phôi bào hoặc cắt đi 1 phần phôi thì phôi bào phát triển ko hoàn chỉnh .VD: trứng thân mềm

o Trứng điều hòa: trứng ếch hoặc cầu gai , nếu tách dọc phôi ở gđ 2 phôi bào thì từ mỗi phôi bào sẽ phát triển thành 1 cơ thể hoàn chỉnh tuy kích thước nhỏ hơn .

o Tuy nhiên ko có sự phân biệt tuyệt đối giữa trứng khảm và trứng điều hòa , nếu dùng dây thắt ngang trứng điều hòa thì mỗi tế bào chỉ phân cắt đến 1 gđ nhất định rồi dừng

Tác động tương hỗ giữa các phôi bào trong giai đoạn phôi vị hóa

Sự cảm ứng phôi

- Thí nghiệm sử dụng phôi vị ếch :

o Lấy mảnh cắt từ môi lưng -> ghép vào môi bụng của phôi

thì pt thành ếch 2 đầu. Đầu 2 ko pải chỉ do các TB mảh ghép mà còn do biệt hóa TB vùng bụng xq mảnh ghép

o Ko phải bộ phận ghép nào cũng chuyển biến được TB xung quanh. Lấy mảnh ở bụng ghép vào môi lưng,TB vùng bụng ko có khả năng chuyển các TB vùng lưng-> bụng

o Lấy mảnh ngoại bì ghép vào vùng bụng

=> ko tạo ống thần kinh mà tạo tổ chức da

o Lấy mảnh như vậy ghép vào môi lưng, sau 1 t/g lại lấy mảnh đó ghép vào bụng

thì tạo được ống thần kinh

- Như vậy , ở phôi có những vùng có ảnh hưởng đến sự phân hóa của những mô lân cận , được gọi là trung tâm tổ chức tố(như ếch là vùng môi lưng), sản xuất ra tổ chức tố.

- Trong 1 gđ nhất định của phôi , các mô được ghép vào trung tâm tổ chức tố có thể thu nhận được tổ chức tố . Tổ chức tố quyết định hướng biệt hóa của tế bào tạo các mô, đó là hiện tượng cảm ứng phôi . Vậy , cảm ứng phôi là sự thực hiện tự điều tiết trong quá trình pt và biệt hóa phôi , là khả năng của 1 mô xđ hướng biệt hóa và tiến triển của mô xung quanh.

- Quá trình pt của phôi gồm 1 chuỗi các cảm ứng mà cảm ứng tố đầu tiên là tinh trùng. Trong gđ phôi vị , tổ chức tạo tấm thần kinh là cảm ứng tố sơ cấp , tiếp đó vùng nhận sự cảm ứng thuộc môi lưg lại tạo các tổ chức tố thứ cấp ,chuỗi dây chuyền cảm ứng tiếp diễn ->cơ thể hoàn chỉnh

Tính chất của tổ chức tố

- Ko đặc hiệu loài : VD tiến hành thí nghiệm như trên giữa ếch và kì giông, kết quả cũng vậy

- 1 trung tâm tổ chức tố có thể tạo nhiều tổ chức tố : VD sự có mặt của củng mạc cần cho hình thành nhân mắt và giác mạc

- Tế bào càng biệt hóa , hiện tượng cảm ứng càng giảm : các gđ phát triển về sau , khi phôi bào càng biệt hóa thì tác dụng cảm ứng càng giảm . Khi cơ thể trưởng thành , cơ chế cảm ứng được thay hoàn toàn bằng cơ chế điều tiết thần kinh và nội tiết . VD: lấy môi lưng phôi vị ếch ghép vào vùng lưng phôi khác khi chưa hình thành thượng bì thì có tạo được tấm thần kinh , khi đã hình thành thượng bì -> ko tạo được ống thần kinh

- Vị trí trung tâm tổ chức tố có liên quan đến nơi tạo ra hệ thần kinh , nhiều TN đã chứng minh.

Bản chất của tổ chức tố

- Sự biệt hóa gồm 2 phần

o 1 là xác định hướng phát triển , gđ này chưa có sự phân biệt về hình dáng. VD lấy mảnh môi bụng ếch nuôi trong dd nghiền môi lưng phôi vị gà , ghép vào môi bụng phôi vị ếch khác -> cũng tạo ếch 2 đầu .Vậy dịch nghiền môi lưng phôi gà ko quyết định sự biệt hóa tạo thành tế bào cụ thể mà chỉ định hướng phát triển thành đầu

o Sau là sự biệt hóa, gđ này đã quan sát thấy sự thay đổi về hình dạng , sự xác định hướng càng tăng thì tác dụng cảm ứng càng hạn chế .

- Nếu giết chết các tế bào mảnh ghép vùng trung tâm tổ chức trước khi ghép lên bụng

thì mảnh ghép vẫn làm thay đổi khuynh hướng phát triển TB vùng bụng => Sự ảnh hưởng của cảm ứng không phải do bản thân các tế bào ngoại bì môi lưng mà do những sản phẩm TĐC của chúng => KL: hiện tượng cảm ứng phôi thể hiện bằng sự điều tiết hóa học tác động lên các tế bào của vùng nhận cảm ứng

- Chất gây cảm ứng ngấm được qua màng tế bào, nhưng bản chất là gì còn chưa hoàn toàn rõ. Ng ta xác định đó là các chất có phân tử lớn như a.nuleic , nuleoprotein , steroid…

Giả thuyết operon vê sự phát triển cá thể

- Operon là 1 hệ thống gồm : gen điều chỉnh (R), vùng khởi động (Protein), gen vận hành(O) và 1 hoặc nhiều gen cấu trúc (Ct)

o Gen cấu trúc cung cấp thông tin để tổng hợp protein

o Gen vận hành kiểm tra sự hoạt động của gen cấu trúc

o Gen điều chỉnh : điều chỉnh operon qua chất kìm hãm or chất hoạt hóa do nó sản xuất ra

o Vùng khởi động : chỉ định nơi bắt đầu phiên mã

- Chất kìm hãm : ở ĐV đơn bào chưa rõ là gì , ở ĐV đa bào là histon . Histon được sản xuất trong hạch nhân . Cơ chế histon kìm hãm các gen chỉ bắt đầu hoạt động tử gđ phôi vị hóa

- Bằng kích thích nào đó, VD bằng hiện tượng cảm ứng, hiện tượng giải kìm hãm xảy ra và gen vận hành bước vào hoạt động

- Sự kìm hãm và cảm ứng trong quá trình phát triển phôi : ở trong trứng mọi quá trình ở trạng thái kìm hãm . Khi tinh trùng xâm nhập vào trứng thì cùng 1 lúc các quá trình bị kìm hãm trong trứng và tinh trùng được giải kìm hãm . Ng ta cho rằng trong 2 hệ gen của hợp tử, 1 hệ liên quan đến phân chia tế bào , hệ kia liên quan đến sự thực hiện chức năng biệt hóa . Vào giai đoạn phân cắt , chỉ hệ thống thứ nhất được giải kìm hãm còn hệ thống thứ 2 chỉ đến giai đoạn phôi vị mới được giải kìm hãm ở 1 số khu vực ,sau đó quá trình giải kìm hãm theo dây chuyền tiến hành đã dẫn tới sự biệt hóa các tế bào phôi

- Trung tâm tổ chức tố sản xuất chất cảm ứng đầu tiên , chất này kết hợp với histon -> giải kìm hãm. Chất cảm ứng thực hiện sự giải kìm hãm 1 hay nhiều operon . Khi đó các gen cấu trúc bắt đầu hoạt động , sự biệt hóa tế bào bắt đầu , các sản phẩm của các gen cấu trúc sẽ là các chất cảm ứng tiếp theo để gây cảm ứng ở TB lân cận .Như vậy, chuỗi cảm ứng tạo ra sự biệt hóa TB

- Trong TB đang định hướng phát triển , đa số operon bị kìm hãm, chỉ 1 vài operon được giải kìm hãm nên chưa có dấu hiệu về hình thái bên ngoài . Đó là gđ biến đổi về lượng , thay đổi ở mức độ hóa sinh . Tiếp đến , gen cấu trúc hoạt động-> protein -> thay đổi hình thái và biệt hóa

- Bản chất quá trình phát triển phôi là quá trình phát triển và biệt hóa , bản chất của sự biệt hóa là cơ chế đóng mở các gen . Các phôi bào có gen giống nhau nhưng trong quá trình biệt hóa chỉ 1 số gen hoạt động . Ng ta đã chỉ rõ các gen , họ gen qđ sự biệt hóa ở từng gđ, từng mô, từng CQ

II. Các nhân tố ảnh hưởng sự phát triển phôi

Các nhân tố từ mẹ

- Ngoài lượng VCDT của mẹ trong bộ nhân đơn bội của trứng , tương tác với bộ nhân đơn bội của tinh trùng để quyết định các đặc điểm kiểu hình của cơ thể mới, trong TBC của trứng còn chứa các nhân tố từ nguồn mẹ có tác động lên sự pt phôi và thậm chí cơ thể trưởng thành là:

- Cảm ứng tố cơ sở: Là chất được tổng hợp trong khi hình thành trứng , thường phân bố ở lớp vỏ trứng , phân bố

nhau ở các vùng

nhau trên vỏ trứng . Chúng đóng vai trò cảm ứng tố cơ sở , hoạt hóa các gen khác nhau để các TB phôi biệt hóa thành các lá phôi khác nhau, các mầm cơ quan khác nhau. Dựa vào phân bố cảm ứng tố trên bề mặt và trong TBC của trứng mà chia ra trứng khảm và trứng điều hòa

- Các sản phẩm gen từ nguồn mẹ

o ARN thông tin có đời sống dài, các ribosom , ti thể được tổng hợp với trữ lượng lớn . Khi hình thành ,trứng ở trạng thái bất hoạt .Sau thụ tinh , trứng được hoạt hóa và các t/phần trên cũng vậy . ARN thông tin của mẹ -> tổng hợp protein ở các gđ phát triển sớm của phôi , các thông tin DT này có thể ko đồng hợp và có thể trội so với gen của hợp tử tạo nên hiệu quả kiểu hình giống mẹ trong gđ phát triển sớm của phôi , đôi khi suốt đời cá thể . Người ta thấy ARN thông tin của hợp tử ở cuối gđ phôi nang, thậm chí gđ phôi vị mới bắt đầu được tổng hợp và hoạt động sx protein

o VD: ngựa cái lai lừa đực đẻ con la mang nhiều đặc điểm của ngựa và ngược lại con boocđô. Ở người , con giống mẹ hơn bố về 1 số đặc điểm vân tay và chân.

Các nhân tố khác

Ngoại cảnh

- Quá trình phát triển phôi và cơ thể chỉ tiến triển bình thường trong những đk nhất định (nhiệt độ, nồng độ oxy có vai trò quan trọng)

o VD: trứng gà chỉ phát triển ở 38 độ C, trứng giun pt trong môi trường acid…

- Phôi Đv có vú tuy được nuôi trong cơ thể mẹ , các đk tương đối ổn định ,song những biến đổi sinh lí của mẹ , các biến động của môi trường đều có tác động đến phôi

- Ảnh hưởng của nhân tố khác nhau sẽ tác động khác nhau ở các gđ phát triển . Trong đó , gđ phôi là gđ các tế bào mẫn cảm mạnh nhất với các nhân tố MT

- Sự vi phạm đến những đòi hỏi thiết yếu của phôi và cơ thể đều dẫn đến những rối loạn quá trình pt .Các nhân tố MT như chiếu xạ , hóa chất, vi khuẩn , virus ..có thể gây bất thường pt phôi, gây quái thai

Cơ sở sinh học của sự phát sinh quái thai

- Những bất thường trong pt phôi là do nguyên nhân MT hoặc do di truyền , những bất thường nặng về hình thái dẫn tới xuất hiện quái thai . Về cơ chế, các tác nhân gây quái thai có thể gây

o Rối loạn cấu trúc VLDT -> pt ko bình thường của 1 hoặc 1 số cơ quan

o Rối loạn quá trình phân bào-> pt quá mức bt hay ngược lại -> pt ko đầy đủ 1 or 1 số CQ

o Gây chết TB có định hướng, làm cho 1 hoặc 1 số loại TB ko phát triển dẫn tới sự phát triển ko đầy đủ hoặc ko phát triển 1 hoặc 1 số cơ quan