Кіріспе
Гаструляция – көптеген жануарлардың ерте эмбрионалды даму кезеңіндегі, бластула (бір қабатты қуыс жасушалар шар тәрізді құрылымы) немесе сүтқоректілерде бластоцисттің екі қабатты немесе үш қабатты эмбрионға қайта ұйымдастырылатын сатысы. Гаструляцияға дейін эмбрион клеткалардың үздіксіз эпителийлік қабатынан тұрады; гаструляция аяқталған кезде эмбрионда жасушалардың нақты түрлері қалыптаса бастайды, дене осінің негізгі бағыттары (мысалы, дорсальды-вентральды, алдыңғы-артқы) белгіленеді және болашақ ішек сияқты бір немесе бірнеше жасуша түрлері ішке қабылданады.
Gastrulation is the stage in the early embryonic development of most animals, during which the blastula (a single layered hollow sphere of cells), or in mammals the blastocyst, is reorganized into a two layered or three layered embryo known as the gastrula. Before gastrulation, the embryo is a continuous epithelial sheet of cells; by the end of gastrulation, the embryo has begun differentiation to establish distinct cell lineages, set up the basic axes of the body (e. g. dorsal–ventral, anterior–posterior), and internalized one or more cell types including the prospective gut.
Гаструла қабаттары
Триплобласты организмдерде гаструла үш қабатты (триламинар) болып келеді. Бұл үш бастама қабаты – эктодерма (сыртқы қабат), мезодерма (ортаңғы қабат) және эндодерма (ішкі қабат). Диплобласты организмдерде, мысалы, Cnidaria және Ctenophora, гаструла тек эктодерма мен эндодермадан тұрады. Екі қабатты кейде гипобласт және эпибласт деп те атайды. Губкалар гаструла сатысынан өтпейді. Гаструляция жарылудан (оқшаулаудан) кейін және бластула немесе бластоцист пайда болғаннан кейін жүзеге асады. Гаструляциядан кейін органогенез басталады, осы кезде жаңадан қалыптасқан бастама қабаттарында жеке мүшелер дамиды. Әрбір қабат дамушы эмбрионда белгілі бір тіндер мен мүшелерді құрайды. Эктодермадан эпидермис, нерв жүйесі және омыртқалы жануарлардағы нейрондық гребене пайда болады. Гаструляциядан кейін денедегі жасушалар біріккен жасушалардың қабаттарына (эпителий сияқты) немесе мезенхима сияқты оқшауланған жасушалардың торына ұйымдастырылады.
Этимология
"Гаструла" және "гаструляция" терминдерін Эрнст Геккель 1872 жылы "Кәдімгі кальцийлі губкалардың биологиясы" атты еңбегінде ұсынды. Гаструла (сөзбе-сөз "кішкентай қарны") – көне грек тіліндегі γαστήρ (gastḗr) сөзінен ("қарны") туындаған нео-латынша кішіртеу атау.
Маңыздылық
Льюис Вулперт, осы саладағы даму биологиясының іргелі ғалымы, "Туу, неке немесе өлім емес, гаструляция – өміріңдегі ең маңызды кезең" деген тұжырымын айтқандығымен белгілі.
Үлгі жүйелері
Гаструляция жануарлар әлемінде әртүрлі болып келеді, бірақ оның негізгі ұқсастықтары бар. Гаструляция көптеген жануарларда зерттелген, алайда кейбір модельдер басқаларына қарағанда ұзақ қолданылған. Сонымен қатар, анасынан тыс дамытын жануарлардың дамуын зерттеу жеңілдеу. Гаструляциясы ең толық зерттелген үлгілік организмдерге моллюск, теңіз кірпісі, бақа және тауық кіреді. Адам моделі – гаструлоид.
Теңіз қаздар
Теңіз кірпілері 19 ғасырдан бері даму биологиясында маңызды модельдік организмдер болып табылады. Олардың гаструляциясы омыртқасыздардың деутеростомаларының архетипі ретінде жиі қарастырылады. Теңіз кірпілерінің гаструляциясы туралы білім алу үшін тәжірибелермен қатар компьютерлік модельдеулер қолданылған. Жақында жасалған модельдеулер теңіз кірпілерінің гаструляциясын қамтамасыз ету үшін жазық жасушалық полярлықтың жеткілікті екенін көрсетті.
Өсімдіктің тұқымдық қабатын анықтау
Теңіз кірпілері өте стереотипті жарылу үлгілері мен жасуша тағдырларын көрсетеді. Аналық жасушада жиналған мРНК теңіз кірпісінің эмбрионының ұйымдастыру орталығын қалыптастырады. Каноникалық Wnt және Delta Notch сигналдары прогрессивті эндедерма мен мезодерманы біртіндеп бөліп шығарады.
Жасушаның ішкіленуі
Теңіз кірпілерінде ең бірінші ішкілендірілетін жасушалар – блястула кезеңінде енетін, скелет түзуге бағытталған бастапқы мезенхима жасушалары (ПМЖ). Гаструляция – болашақ эндодерма және скелет түзбейтін мезодерманың ішкілендірілуі – одан кейін шамалы уақыттан соң өсімдік полюсінде инвагинация және басқа жасушалардың қайта орналасуымен басталады, бұл соңғы аркентерон ұзындығының шамамен 30% құрауына ықпал етеді. Ішектің соңғы ұзындығы аркентерон ішіндегі жасушалардың қайта орналасуына байланысты.
Құмтазылар
Ксенопус туысы гаструляцияны зерттеу үшін модельдік организм ретінде қолданылып келеді.
Симметрияны бұзу
Сперматозоид алғашқы бөлінуді аяқтау үшін қажетті екі митоздық астердің бірін қамтамасыз етеді. Сперматозоид жұмыртқаның жануарлық жартысының кез келген жерінен енуі мүмкін, бірақ оның кіретін нақты орны цитоскелетті ұйымдастыра отырып, жұмыртқаның радиалдық симметриясын бұзады. Алғашқы бөлінуге дейін жұмыртқаның қабығы ішкі цитоплазмаға қатысты микротүтіктердің үйлестірілген әрекеті арқылы айналады, бұл процесс қабық айналымы деп аталады. Бұл жылжу аналық детерминанттарды – жасуша тағдырын анықтайтын экваторлық цитоплазма мен вегеталды қабықтан – жақындастырады, ал осы детерминанттар бірлесіп ұйымдастырушыны құрайды. Осылайша, сперматозоид кіретін жерге қарама-қарсы вегеталды жақтан болатын аймақ ұйымдастырушы болады. Ханс Шпеманның зертханасында жұмыс істеген Хильда Мангольд эмбриондағы осы ерекше "ұйымдастырушының" гаструляцияны тудыру үшін қажетті және жеткілікті екенін көрсетті.
Өсімдіктің тұқымдық қабатын анықтау
Эндодерманың қалыптасуы аналық организмге жинақталған детерминанттардың қайта орналасуына байланысты, нәтижесінде Бета-катениннің ядролануы жүзеге асырылады. Мезодерма, егер ол қалыптаспаса, эндодермадан шығатын сигналдар арқылы эктодермаға айналатын жасушаларға әсер етеді. Бұл организмдегі RA (ретиноидтық қышқыл) сигналдауы эндодерманың қалыптасуына ықпал етеді және сигнал беру уақытына қарай, оның тағдыры – панкреатикалық, ішектік немесе тыныс алу жүйесіне қатысты болады. Wnt және BMP сияқты басқа да сигналдар, Xenopus-тың тыныс алу тағдырына клеткалық тектің іздерін белсендіретін арқылы әсер етеді. Алғашқы сызықтың (примитивтік сызық) қалыптасуы nodal сигналдауына тәуелді. Сонымен қатар, Cer1 және Lefty1 nodal сигналдауын тежеу арқылы алғашқы сызықты тиісті орнымен шектейді. Алғашқы сызық деп аталатын аймақ дистальды ұшына қарай өсе береді. Сызықты құру үшін рептилиялар, құстар және сүтқоректілер мезенхималық жасушаларды болашақ орталық сызық бойымен орналастырады, бұл эмбрионның бірінші осін құрады, сондай-ақ гаструляция және ұрықтық қабаттардың қалыптасу процесінде жасушалардың еніп кіретін және қоныс аударатын жерін анықтайды. Алғашқы сызық осы орталық сызық арқылы өтеді және дене алдыңғы-артқы осін жасайды, бұл эмбриондағы алғашқы симметрияны бұзу оқиғасы болып табылады және гаструляцияның басталуын көрсетеді. Бұл процесте мезодерма және эндодерманың алғырт жасушаларының енуі және олардың соңғы орнына миграциясы жүзеге асырылады, онда олар үш ұрықтық қабатқа дифференциалданады. Фибробласт өсу факторлары (FGF), канондық Wnt жолы, сүйек морфогенетикалық протеині (BMP) және ретиноидтық қышқыл (RA) эндодерманың қалыптасуы мен дамуында маңызды рөл атқарады, сондай-ақ эмбрионалды дің жасушаларын (ЭДЖ) немесе индуцирленген плюрипотентті дің жасушаларын (ИДЖ) қолдана отырып, 3D жасушалар (эмбрионалды органоидтар) өсіру әдістері қолданылады. Бұл тіндерді өсіруге негізделген протоколдарды қолданудың бірқатар айқын артықшылықтары бар, олардың кейбіреулері in vivo жұмысының құнын төмендетуді қамтиды (осылайша, эксперименттерде жануарларды пайдалануды азайту, алмастыру және жетілдіру; 3R), агонисттерді/антагонисттерді кеңістіктік және уақытша нақты түрде қолдануға мүмкіндік береді. In vitro ұрықтандыру зертханада жүзеге асырылады. In vitro ұрықтандыру процесінде жетілген жұмыртқалар жұмыртқалықтардан алынып, сперматозоидтармен ұрықтандыру үшін өсірілген ортаға орналастырылады. Ортада эмбрион қалыптасады. Ұрықтанғаннан кейін 14 күн өткен соң алғашқы сызық пайда болады. Кейбір елдерде алғашқы сызықтың пайда болуы "адамның жекелігі" деп аталады. Бұл эмбрионның өзі жеке тұлға екенін білдіреді. Осыған сенедін елдер 14 күндік ережені жасады, онда in vitro жағдайында 14 күндік кезеңнен кейін адам эмбрионын зерттеу немесе тәжірибе жүргізу заңсыз. Эмбрионның алғашқы 14 күнінде зерттеулер жүргізілген, бірақ 14 күннен кейін зерттеулер жүргізілген жоқ. Бұл ережеге сәйкес, тышқан эмбрионы 14 күннен кейінгі дамуды түсіну үшін қолданылады, бірақ тышқан мен адам арасындағы дамуда айырмашылықтар бар.
In vitro fertilization occurs in a laboratory. The process of in vitro fertilization is when mature eggs are removed from the ovaries and are placed in a cultured medium where they are fertilized by sperm. In the culture the embryo will form. 14 days after fertilization the primitive streak forms. The formation of the primitive streak has been known to some countries as "human individuality". This means that the embryo is now a being itself, it is its own entity. The countries that believe this have created a 14 day rule in which it is illegal to study or experiment on a human embryo after the 14 day period in vitro. Research has been conducted on the first 14 days of an embryo, but no known studies have been done after the 14 days. With the rule in place, mice embryos are used understand the development after 14 days; however, there are differences in the development between mice and humans.