Name: Alina & Celine
Erstellungsdatum: 18.01.2014
Die Entwicklung des menschlichen Embryos
Wird die Eizelle 12 bis 24 Stunden nach dem Eisprung befruchtet, so entwickelt sich aus der Zygote, also der befruchteten Eizelle, innerhalb von 40 Wochen ein Kind.
Zum ersten Mal teilt sich die Zygote 36 Stunden nach der Befruchtung. Im weiteren Verlauf teilen sich die entstandenen Zellen dann alle 24 Stunden. Dieser Teilungsprozess wird Furchung genannt. Hierbei sind alle Zellen bis zum 8-Zell-Stadium totipotent; aus jeder Zelle kann sich folglich noch ein vollständiger Mensch entwickeln.
Etwa 96 Stunden nach der Befruchtung ist die Morula, ein kugeliger Zellhaufen bestehend aus 12 - 16 Zellen, entstanden. Die Aufteilung der Zellen in zwei Gruppen erfolgt anschließend beim Übergang vom 16- zum 32-Zell-Stadium. Dabei entwickelt sich eine Hohlkugel, die Blastocyste, in deren Inneren eine Ansammlung von Zellen liegt, aus welcher später der Embryo und dessen Umhüllungen hervorgehen. Daher wird dieser Bereich auch Embryoblast genannt.
Aus der äußeren Schicht der Blastocyste, dem Trophoblast , bildet sich später die Plazenta heraus. Weiterhin dient dieser zur Verankerung des Embryos in der Gebärmutterschleimhaut. Verlässt die Blastocyste die Eihülle, wird eine Einnistung möglich. Kommt es im weiteren Verlauf zu einem Kontakt zwischen Blastocyste und Gebärmutterschleimhaut, so sondert die äußere Schicht Enzyme ab, so dass die Schleimhaut lokal aufgelöst wird. Anschließend dringt die gesamte Blastocyste in die Schleimhaut ein und wird von dieser umwachsen. Die Fortsätze, die die Trophoblastenzellen ausbilden, verwachsen im weiteren Entwicklungsverlauf mit der Schicht, die die Gebärmutterschleimhaut umgibt, so dass ein Stoffauswechsel mit der Mutter ermöglicht wird.
Im Embryoblasten entstehen am 9. Entwicklungstag zwei Hohlräume, welche Amnion- und Dottersackhöhle genannt werden. Folglich füllt der Embryoblast einen großen Teil der Blastocystenhöhle aus. Etwa ab dem 12. Entwicklungstag ist die Amnionhöhle groß genug für die Bildung des Embryokörpers und dieser wird ausgebildet. Im Bereich zwischen den beiden Höhlen bildet sich die sogenannte Keimscheibe, welche aus zwei Zellschichten, den Keimblättern, besteht. Die innen liegende Schicht wird hierbei Entoderm, die außen liegende Ektoderm genannt. Aus letzterer lösen sich Zellen ab und lagern sich zwischen den beiden Keimblätter an. Das sogenannte Mesoderm wird gebildet. Der gesamte Vorgang wird Gastrulation genannt. Im weiteren Verlauf bilden sich alle Strukturen des Organismus aus den Keimblättern heraus. Nach der Gastrulation sind alle Zellen im Embryo determiniert, das heißt sie sind auf verschiedene Entwicklungsrichtungen ausgelegt und auf unterschiedliche Fähigkeiten spezialisiert. In ihnen wird also nur jeweils ein bestimmter Teil der genetischen Information exprimiert.
Die Nabelschnur des Kindes entwickelt sich aus dem Dottersack und einer Ausstülpung der embryonalen Darmanlage. Über die Nabelschnur wachsen dann auch die Blutgefäße in die Chorionzotten, also in die Fortsätze der Trophoblastenzellen. Dieser Vorgang findet ausschließlich in der Plazenta, welche auch Mutterkuchen genannt wird, statt. Wenngleich die Blutkreisläufe von Mutter und Kind stets getrennt bleiben, so kommt es dennoch zu einem Austausch von Nährstoffen und Sauerstoff zum Embryo und von dessen Abbauprodukten und Kohlenstoffdioxid zur Mutter.
Der Embryo schwimmt im Fruchtwasser der aus der Amnionhöhle entstandenen Fruchtblase, welche ihn vor Austrocknung und Stößen schützt. Nach der 9. Schwangerschaftswoche sind fast alle Organe vollständig ausgebildet. Daher wird der Embryo nun Fetus genannt. In der darauffolgenden Fetalzeit laufen fast ausschließlich Wachstums- und Reifungsvorgänge ab.
In der ersten Phase der Entwicklung des Embryos , ist dieser auch am empfindlichsten. Sogenannte mögliche Teratogene, also den Keim schädigende äußere Einflüsse sind beispielsweise Medikamente, Drogen, Alkohol, Nikotin, Krankheitserreger und Strahlung.
Genkontrolle
Die Steuerung der Embryonalentwicklung erfolgt durch die sogenannten Entwicklungskontrollgene, welche für die regulatorischen Proteine, die Transkriptionsfaktoren, codieren. Sie können bestimmte Gene aktivieren oder deaktivieren ,indem sie nach ihrer Synthese im Zellkern an bestimmte Regionen der DNA binden. Folglich werden in der Zelle immer nur die Proteine synthetisiert, die gerade für spezielle Funktionen benötigt werden. Es erfolgt eine gengesteuerte Entwicklungskontrolle.
Gengesteuerte Entwicklung am Beispiel der Fruchtfliege Drosophila
Am Beispiel der Drosophila wird die genetische Steuerung der Entwicklung von Embryonen deutlicher, da sich unter dem Lichtmikroskop Strukturänderungen an den Riesenchromosomen ihrer Larven beobachten lassen. Zu bestimmten Zeiten bilden einige Bereiche des Chromosoms Puffs, Orte an denen die DNA, welche schleifenförmig nach außen ragt, transkribiert wird. Je nachdem welche Gene gerade exprimiert werden, bilden sich die Puffs zu unterschiedlichen Zeitpunkten und an verschiedenen Stellen der Riesenchromosomen.
Die Entwicklungskontrollgene sind entweder zygotisch oder maternal. Wobei die Transkription bei letzteren noch vor der Befruchtung stattfindet. Die dabei gebildete mRNA wird anschließend in der Eizelle in entsprechende Proteine, welche als Transkriptionsfaktoren wirken und die zygotischen Gene der befruchteten Eizelle beeinflussen, translatiert.
Je nach Konzentration der maternalen Gene aktivieren diese drei verschiedene Klassen zygotischer Segmentierungsgenen: Die Lücken-Gene, durch deren Produkte der Embryo, im Falle einer Aktivierung, grob entlang der Längsachse unterteilt wird, die Paarregel-Gene, deren Produkte die Anlage der 14 Körpersegmente steuern und die Segmentpolaritäts-Gene ,welche von den Produkten der Paarregel-Gene kontrolliert werden und die endgültigen Grenzen und Ausrichtung entlang der Längsachse festlegen. Im nächsten Schritt werden die Segmente in Kopf- , Brust- und Hinterleib unterteilt, dieser Vorgang wird durch die Expression von homöotischen Genen gesteuert. Durch Mutationen entstehen Beine, Flügel, Fühler und Augen. Homöotische Gene kann man weiterhin in zwei Gruppen unterscheiden: Antennapedia-Komplex und Bithorax-Komplex. Der Antennapedia-Komplex ist hierbei für die Bildung der Körperteile an Brust und Kopf zuständig. Der Bithorax-Komplex hingegen ist für die Bildung vom Hinterleib und den hinteren Brust zuständig.
Walter Gehring entdeckte 1984 , dass die Drosophila bei den homöotischen Genen einen identischen DNA-Abschnitt besitzt, welcher aus 180 Basenpaaren besteht. Diese Sequenz wird Homöobox genannt und ist auch bei anderen Entwicklungskontrollgenen auffindbar. Diese Homöobox wird in ein Protein exprimiert, welches 60 Aminosäuren besitzt, und wird darüber hinaus auch als Transkriptionsfaktor verwendet, der die Genexpression entweder hemmt oder aktiviert.
Diese Homöobox-Gene sind nicht nur bei der Drosophila auffindbar, sondern ähneln sich sogar bei unterschiedlichen Lebewesen. So gibt es beispielsweise eine große Ähnlichkeit von Drosphila und Wirbeltiere bezüglich ihrer Basensequenzen. Weiterhin werden diese Gene entsprechend ihrer Reihenfolge, mit der sie auf den Chromosomen angeordnet sind, chronlogisch exprimiert. Diese Tatsache lässt den Schluss zu, dass die Entwicklung unterschiedlicher Tierarten/-gruppen auf gleichen Mechanismen basiert. Diese Übereinstimmung von Entwicklungskontrollgenen und den daraus exprimierten Transkriptionsfaktoren wird in der Biologie als Homologie bezeichnet. Diese kann am Beispiel von Maus und Drosophila veranschaulicht werden. Injiziert man den Zellen des Fliegenembryos der Drosophila die Produkte des sogenannten pax6-Gens der Maus, so entwickeln diese Zellen der Drosophila die für Insekten typischen Komplexaugen und nicht wie vermutet Linsenaugen, wie sie bei Mäusen auftreten. Daher kann man schlussfolgern, dass das pax6-Gen lediglich den Befehl zur Ausbildung von Augen gibt und somit eine hierarchische Reihe von Genaktivierungen auslöst, die unabhängig von der Art des Organismus abläuft.
Für die Herausbildung der Köperform spielen die Festlegung der Entwicklungsrichtung, sowie Gene, die gezielt das Absterben bestimmter Zellen steuern können, eine wichtige Rolle. Dies ist insofern von Bedeutung, als dass während der Entwicklung immer wieder Zellen und Gewebe angelegt werden, welche später allerdings nicht mehr gebraucht werden. Ein Beispiel hierfür sind die sogenannten "Schwimmhäute" bei menschlichen Embryonen, also Bindegewebe, das Finger und Zehen verbindet. Diese sterben später während des Entwicklungsprozesses ab,so dass Finger und Zehen frei beweglich werden. Dieses gezielte Absterben wird programmierter Zelltod oder auch Apoptose genannt. Aber auch bei der Regeneration von Zellen und Geweben, zum Beispiel nach einer Verletzung, sind Transkriptionsfaktoren beteiligt. So wird die Zellteilung von einem, von Blutplättchen freigesetzten, Wachstumsfaktor induziert, indem dieser an Rezeptoren in der Zellmembran umliegender Zellen bindet.