Общая характеристика процесса дробления.

После оплодотворения и активации (при партеногенезе) наступает период развития, который называется дроблением. Во время дробления организм становится многоклеточным. Рост отсутствует. Общая внешняя форма зародыша в процессе дробления не меняется, но образуется внутренняя (первичная) полость тела – бластоцель. Этим главным образом и ограничиваются качественные изменения структуры зародыша в этот период. Взаимное расположение частей цитоплазмы яйца в процессе дробления по большей части не меняется, но они попадают в разные бластомеры. Ядерно-плазменное соотношение низкое и в начале дробления достигает уровня, характерного для обычных соматических клеток.

В процессе дробления митотические циклы имеют следующие особенности. Синтез ДНК начинается одновременно уже в пронуклеусах. Это вполне объясняется тем, что все факторы инициации синтеза и репликации ДНК целиком принадлежат яйцу. Все они запасены в оогенезе, а запасов их столько и они распределены по объему цитоплазмы яйца так, что практически в любом месте способны инициировать ядерные синтезы. Сами клеточные циклы укорочены за счет редукции G1и G2 периодов. Это следствие того, что синтетические процессы, подготавливающие очередные деления, сведенные к минимуму, поскольку подавляющая часть продуктов, образующаяся при этих синтезах, уже запасена в зрелом яйце. S период укорочен благодаря синхронизации репликации во всех репликонах генома. Клетки эукариот полирепликонны. Каждый репликон может реплицироваться автономно. Иногда весь цикл деления дробления занимает 10 мин., из которых на М период приходится 3,5 мин.

Как уже говорилось ранее, переход от оплодотворения к дроблению осуществляется путем активации MPF. На ранних, синхронных, стадиях дробления клеточный цикл двухфазный. Он состоит из стадий М и S. На стадии М MPF имеет максимальную активность, на стадии S – минимальную. При этом большая субъединица MPF, а в синхронном дроблении это циклин В, регулирует малую субъединицу – киназу cdc2 (cdc2 – циклинзависимая киназа). Малая субъединица удерживает ядро на стадии М до тех пор, пока не деградирует большая. Деградация большой переводит клетку на стадию S интерфазы, и далее следует синтез циклина, активирующего большую субъединицу. И так продолжается весь синхронный период.

Наличие и динамика циклина контролируется несколькими белками, обеспечивающими периодический характер его появления и деградации. У большинства видов белковые регуляторы циклов деления транскрибированы еще в оогенезе и хранятся цитоплазмой яйца. Поэтому раннее дробление не зависит от работы генома дробящегося яйца. После того как запасенные регуляторы циклов расходуются, начинается их синтез в бластомерах. У разных животных это происходит на разных стадиях дробления. Так, у дрозофилы G2 интерфазы появляется в течение 14-го цикла дробления, а G1 – в течение 17-го цикла. У шпорцевой лягушки эти стадии появляются сразу после 12-го цикла. Момент включения собственного генома связан с достижением определенного ядерно-плазменного отношения в бластомерах. С появлением в цикле дробления G1 и G2 интерфазы бластомеры начинают расти, цикл их становится четырехфазным. Утрачивается синхронность клеточных делений, поскольку бластомерыначинают синтезировать различные регуляторы MPF. Регуляция цикла усложняется и происходит с помощью циклинов A,B,D,E и относящихся к ним киназ (рис. 14). Транскрибируется также новая иРНК, часть которой и кодируемые ею белки будут востребованы лишь на стадии гаструляции. Если блокировать их транскрипцию на этой стадии, то дробление завершится нормально, но гаструляции у такого зародыша не произойдет.

Цитотомия осуществляется с помощью двух механизмов, дополняющих друг друга: путем образования кольца сократимых микрофиламентов, которые гантелеобразно перетягивают разделяемые массы, и путем встраивания мембран, продолжающих цитомембраны формирующихся бластомеров. Кольцо сократимых филаментов образуется в кортикальном слое делящейся клетки в плоскости, перпендикулярной прямой, соединяющей клеточные центры. Образовавшись, филаментарное кольцо работает самостоятельно, независимо от ядра, и безъядерный фрагмент яйцеклетки может дробится. Мембранная борозда – продолжение цитомембран образующихся бластомеров – возникает путем встраивания запасенных предшественников.

Соотношение между первым и вторым механизмами таково, что процесс дробления цитоплазмы начинает первый, а завершает второй. Степень выраженности этих механизмов у яйцеклеток разных типов неодинакова. Умаложелтковых яйцеклеток ярче выражен первый, а у многожелтковых – второй.

Порядок дробления определяется так называемыми правилами Сакса: 1) клетки имеют тенденцию делиться на равные дочерние; 2) каждая новая борозда имеет тенденцию врезаться под прямым углом к предыдущей, а также законами О.Гертвига: 1) ядро стремится занять центр активной цитоплазмы; 2) активная ось веретена обычно совпадает с направлением наибольшей протяженности цитоплазмы, а деление обнаруживает тенденцию разделять плазму по центру перпендикулярно длинной оси.

Классификация типов дробления.

1. Голобластический – полное разделение яйца и бластомеров бороздами дробления (а-, олиго-, мезолецитальные, изо-, телолецитальные).

2. Меробластический тип – частичное разделение яйца. Борозды дробления проникают вглубь яйца, но не разделяют его полностью. Желток остается неразделенным:

· поверхностное дробление (полилецитальные, центролецитальные яйцеклетки) – разделение поверхностного слоя цитоплазмы с одиночными (предварительно многократно поделившимся) ядрами посредством перегородок, направленных нормально к поверхности яйца. Центральная часть яйца остается не разделившейся;

дискоидальное дробление (полилецитальные, телолецитальные яйцеклетки) борозды формируются вслед за делениями ядер, но неразделяют все яйцо, а только один из его полюсов.

3. По признаку объемов, образующихся в результате дробления:

· равномерное – объемы бластомеров одинаковы;

· неравномерное – объемы бластомеров неодинаковы.

4. По признаку продолжительности карио- и цитотомии в разных бластомерах дробящегося яйца:

· синхронное – дробление начинается и завершается во всех бластомерах одновременно;

· асинхронное – начало и время деления в разных бластомерах неодинаково.

5. По признаку взаимного расположения бластомеров в дробящемся яйце:

· радиальное дробление – взаимное расположение бластомеров таково, что исходная полярная ось яйца служит осью радиальной симметрии дробящегося зародыша;

· спиральное дробление – прогрессивное нарушение симметрии дробящегося яйца в результате спирального смещения завершающих деление бластомеров относительно друг друга;

· билатеральное дробление – бластомеры расположены так, что через зародыш можно провести только одну плоскость симметрии;

· анархическое дробление – отсутствие закономерности в расположении бластомеров у организмов одного вида.

Дробление завершается образованием бластулы – многоклеточной структуры с более или менее выраженной полостью внутри, которая называется полстью дробления, или бластоцелем.

Классификация бластул.

Целобластула состоит из однослойной бластодермы с более или менее одинаковыми бластомерами и крупным бластоцелем внутри, образующаяся в результате полного равномерного дробления.

Амфибластула состоит из неодинаковых микромеров и макромеров. Бластоцель невелик и сдвинут к анимальному полюсу.

Перибластула не имеет бластоцеля и образуется в результате поверхностного дробления.

Дискобластула представляет собой диск бластомеров, лежащий на нераздробившемся желтке. Образуется вследствие неполного дискоидального дробления. Бластула в виде двуслойной пластинки с щелевидной полостью называется плакулой.

Морулой иногда называют самую раннюю бластулу, когда зародыш содержит уже довольно значительное число клеток (32-64), но полость дробления еще не сформирована. Между бластомерами бластулы нет различий, связанных с дифференциальной активностью их генов. Бластомеры различаются величиной, количеством желтка, качеством цитоплазматических включений и своим местоположением в зародыше. Все эти различия связаны с работой материнского генома в период оогенеза, типом яйцеклетки, процессами сегрегации цитоплазмы при оплодотворении, характером дробления, расположением бластомеров и в итоге типом бластулы (рис.15).