MBG-313.1 Gelişim Biyolojisi Ders 1: Gelişim Biyolojisine Giriş Dr. Mehmet Enes ARSLAN

Nasıl bir döllenmiş yumurta bir hayvan haline gelir? İstridye yumurtası ve spermler

Gelişim Biyolojisi, tek bir hücrenin (döllenmiş yumurta) bölünmesi ve seçici olarak gen ifadelerinin aktive edilmesi sonucunda bir çok hücreden oluşan karmaşık bir organizmanın üretilmesini çalışır. Ex ovo omnia! Herşey yumurtadan gelir

Ne tür SÜREÇLER gereklidir? Bir embriyo oluşturmak için aşağıdakiler olmalıdır (ve daha fazlası!): Gametler oluşur ve birleşir (Reprodüksiyon) Hücre artışı (Büyüme) Asimetri oluşumu Eksen Belirlenmesi (Pozisyon bilgisi) - Anteriyor/Posteriyor (Baş-Kuyruk) - Dorsal/Ventral (Arka-Ön) - Sağ/Sol Hücre farklılaşması Yapılar hücrelerden inşa edilir (Morfogenezis) Hayvan hücreleri katmanlar haline getirilip hareket ederler. Bitki hücreleri hareket etmeden yapıları oluştururlar.

Farklılaşma, gelişimin merkezi düşüncesidir: Bütün hücreler aynı DNA’ya sahiptir, fakat FARKLI HÜCRELERDE FARKLI GENLER AKTİVE olur

Doğa, inanılmaz bir çeşitliliğe sahip bitki ve hayvan vücut yapılarının var olmasını sağlamaktadır.

Bununla birlikte, bu organizmaların tümü, ortak ve korunmuş gelişim mekanizmalarını paylaşmaktadır. Bizim için zor olan, hem bu çeşitliliği hem de bu ortak noktaları anlamaktır.

Gelişim Biyolojisi aşağıdaki ARAÇLARI kullanarak organizmalar üzerinde çalışmalar yapar. Hücre Biyolojisi Genetik Moleküler Biyoloji

Temelleri İnceleyelim Vücut yapısı milyarlaca hücreden oluşur Hücresel mekanizmalar büyük oranda proteinlerden oluşur Farklı görevleri nedeniyle, farklı hücreler farklı proteinler içerir Proteinler, amino asit zincirlerinden oluşur ve bu amino asitler, hücrenin DNA'sında "kodlanır". Bilgi, DNA'dan RNA'ya ve Proteine aktarılır Bir gen mutasyona uğradığında, bir protein etkilenir (genellikle devre dışı bırakılır). Tüm hücrelerin DNA'sı aynıdır, ancak farklı hücrelerde farklı genler ifade edilmektedir.

= Gelişme Alışılmadık Bir Ölçekte Oluşur Eğer hücre büyüklüğü basketbol topu kadar olsaydı (çapı 20 cm) Bir farenin boyutu yaklaşık Erzurum kadar olurdu Bir genin boyutu yaklaşık 2.5 cm olurdu   =

= Gelişme Alışılmadık Bir Ölçekte Oluşur Eğer bir proteinin büyüklüğü Volvo kadar olsayfı (3 metre) Bir Hücrenin boyutu yaklaşık Erzurum kadar olurdu Bir gen yaklaşık 1,5 kilometre uzunluğunda, ancak DNA sarmalı sadece birkaç metre genişliğinde olacaktır. =

1800'lerin sonlarından iki farklı gelişim modeli (İkisi de yanlış) Mozaik gelişim Düzenli gelişim

Mozaik Gelişim modeli, hücrelerin giderek belirli bir hücre kaderlerine bağlı kaldığını önermektedir. Roux’s landmark’ın kurbağa embriyosu üzerine deneyi: hücreler, komşularından etkilenmeden koruyabilecekleri sabit kimliklere sahipler mi? ‘2 hücre sıcak iğne ile öldürülür “EVET”! Ve geriye kalan 2 hücre gelişir 4-hücre dönemi Genetik potansiyelin diferansiyel ayrımı? Sadece embriyonun Yarısı gelişir

Roux’s landmark deneyi Şekil 3.16. 2 hücrelik bir kurbağa embriyosunun bir hücresini yok edilmesi (ancak çıkarmadan), embriyonun sadece yarısının gelişmesine neden olur.

Her hücre, bir bütün embriyo üretmek için gelişimini düzenledi. Düzenleyici Gelişim modeli, hücrelerin hücresel ortamlarına tepki olarak kaderlerini ayarlama yeteneğini koruduğunu önermektedir. Driesch’in deniz kestanesi üzerine deneyi: hücreler, komşularından etkilenmeden değiştirebilecekleri sabit kimliklere sahipler mi? “HAYIR”! Her hücre, bir bütün embriyo üretmek için gelişimini düzenledi. (Genetik potansiyelin diferansiyel ayrımı yok.)

C. elegans

Çoğu organizma iki farklı bilgi kaynağı kullanır Ebeveynler Hücreler hangi genlerin gelişme sürecinde aktifleşeceğini nasıl biliyor? Çoğu organizma iki farklı bilgi kaynağı kullanır Ebeveynler Komşu hücreler

Ebeveynlerden bilgi: Hücre soyu Ana Hücre Ancak "kırmızı" yı "mavi" den farklı kılan şey nedir?

Belirleyicilerin ayrımı. Ebeveynlerden gelen bilgiler: Belirleyicilerin ayrımı. Ana Hücre mekanizması asimetri üretmek ve ardından hücresel farklılaşma. determinantlar genellikle proteinler veya mRNA'dır. Bilgiler (protein/ RNA) eşit bir dağılım gösterebilir, veya bir nesil hücresine ayrılabilir Belirleyicilerin eşit Olmayan dağılımı Hücre bölünmesi Belirleyicileri tek bir yavru Hücreye bırakır Hücreler farklılaşmış olur A tipi hücre B tipi hücre

Komşu hücrelerden gelen bilgiler: Hücre etkileşimleri Ana hücre asimetri ve daha sonra hücre farklılaşmasının oluşturmak için alternatif bir mekanizma. hücre bölünmesi yavru hücleri farklı bölgelere yerleştirir farklı bölgeler hücre yapısımı farklılaşmasını sağlar Hücre bölünmesi A tipi hücre B tipi hücre

Hücreler birbirleriyle iletişim kurmak için bir hayvanın içinde olmak zorunda değildirler Örnekler Maya Cıvık mantar (Dictyostelium)

sadece farklı çiftleşme türlerinin hücreleri çiftleşebilir Tek maya hücreleri çiftleşmek istediklerinde birbirleriyle konuşurlar! 2 maya hücre tipi: "A" ve "alfa" "A" "alpha" cell cell sadece farklı çiftleşme türlerinin hücreleri çiftleşebilir Nasıl? "alpha" factor "alpha" factor receptor "A" "alpha" cell cell "A" factor receptor Her bir hücre tipi belirli bir sinyal (faktör) üretir ve sadece karşıt sinyaller için reseptörleri vardır. "A" factor

Bu hücre-hücre sinyalleri Maya hücrelerinin beraber Hareket etmesini, şekil Değiştirmesini sonuç olarak Birleşerek bir diploid hücre Oluşturmasını sağlar

Cıvık mantarlar sadece acıktıklarında Bir hayvan oluşumu gösterirler!

Bir cıvık mantarın olağanüstü hayat devri Slug/Grex cAMP signal Figure 2.10

Dictyostelium discoideum (cıvık mantar) sümüklü böcek dönemi

Grex dönüşümünün hücre tipleri

Sonuç: En basit ökaryotik organizmaların hücreleri bile çevrelerini hissediyor, göç ediyor, birbirlerine bağlanıyor, farklılaşıyor ve etkileşime giriyor. Şimdi, daha karmaşık olanlara bakalım!

Modern Biyolojide Yeni Gelişmeler 1. Tüm organizmalar benzer hücresel mekanizmaları paylaşıyor 2. Bütün hayvanlar, embriyonik gelişimlerini yönlendirmek için bu mekanizmaları benzer şekilde kullanırlar.

Gelişim Biyolojisinde Model Organizmalar Bitkiler Omurgasızlar Omurgalılar Neden model organizma kullanılır? Ortak özellikleri nelerdir?

SORULAR Gelişim için hücresel etkileşiminin önemi nedir? Belirleyici faktörler nasıl çalışır? Hücrelerin kaderi nasıl belirlenir? Gelişim biyolojisinde çalışabilecek model organizmalar: Maya? Bakteri? Fare? Nemadot? Sinek?