Биология развития - Барреси М. Дж. Ф.

Книга "Биология развития"

Автор: Барреси М. Дж. Ф.

ISBN 978-5-00101-323-5

Перевод нового, дополненного 12-го издания «Биологии развития» М. Дж. Ф. Барреси и С. Ф. Гилберта привлекает своей основательностью и возможностью эффективно узнавать о классических принципах и о передовых разработках в этой обширной междисциплинарной области. Книга очень любима, хорошо иллюстрирована и предельно понятно написана.

Обновлены главы об оплодотворении, дроблении, гаструляции, раннем развитии позвоночных, клеточной дифференцировке и клеточных взаимодействиях в процессе развития. Включена информация о биологии растений в те из них, которые посвящены клеточной спецификации, регуляции генов, клеточной коммуникации, производству гамет, оплодотворению, определению осей, формированию органов и регенерации.

Представлен новый материал о морфомеханике развития во время гаструляции у дрозофилы и формирования легких млекопитающих. Особое внимание уделено использованию полногеномных подходов, выводящих наше понимание дифференцировки клеток на новый уровень.

Для студентов и аспирантов биологических и медицинских вузов, а также их преподавателей, будет полезна старшеклассникам для более глубокого изучения предмета.

Содержание книги "Биология развития" - Барреси М. Дж. Ф.

Часть I • Раннее развитие: дробление, гаструляция и формирование осей

Возникновение тела и области: введение в биологию развития

«Как ты? Кто ты?». Сравнительная эмбриология и вопросы биологии развития

Жизненный цикл

Жизненный цикл животного

Жизненный цикл цветкового растения

Пример 1: жизнь лягушки

Гаметогенез и оплодотворение

Дробление и гаструляция

Органогенез

Метаморфоз и гаметогенез

Пример 2: даже в жизни сорняков есть место цветам

Фазы репродукции и гаметофита

Эмбриогенез и созревание семени

Вегетативные фазы: от роста спорофита до определения соцветия

Обзор раннего развития животных

Способы дробления

Гаструляция: важнейшее событие в нашей жизни

Первичные зародышевые листки и первые органы

Постигая поведение клеток в эмбрионе

Принципиальный подход к наблюдению развития

Подход к проблеме: обнаружить, утратить, переместить

Прямое наблюдение за живыми эмбрионами

Мечение красителями

Генетические метки

Химеры с трансгенной ДНК

Эволюционная эмбриология

Понимание древа жизни позволяет увидеть взаимосвязи в развитии его представителей

История развития наземных растений

Медицинская эмбриология и тератология

Генетические аномалии и синдромы

Нарушения и тератогены

Определение идентичности: механизмы разметки тела в развитии

Уровни коммитирования

Дифференцировка клеток

Созревание согласно траектории развития клетки

Автономная спецификация

Цитоплазматические детерминанты и автономная спецификация у оболочника

Условная спецификация

Синцитиальная спецификация

Положение определяют противонаправленные градиенты вдоль осей

Дифференциальная экспрессия генов: механизмы дифференцировки клеток

Определение дифференциальной экспрессии генов

Короткий курс по центральной догме

Доказательства геномной эквивалентности

Анатомия гена

Состав хроматина

Экзоны и интроны

Основные части гена эукариот

Продукт транскрипции и его процессинг

Некодирующие регуляторные элементы: включение, выключение, регулировка активности гена

Механизмы дифференциальной экспрессии генов: транскрипция

Эпигенетические модификации: настройка доступности генов

Транскрипционные факторы регулируют транскрипцию генов

Генная регуляторная сеть: определение отдельных клеток

Механизмы дифференциальной экспрессии генов: процессинг пре-мРНК

Создание семейств белков путем альтернативного сплайсинга пре-мРНК

Механизмы дифференциальной экспрессии генов: трансляция мРНК

Дифференциальная стабильность мРНК

мРНК, запасенные в ооцитах: избирательное ингибирование трансляции мРНК

Избирательность рибосом: избирательная активация трансляции мРНК

МикроРНК: специфическая регуляция трансляции и транскрипции мРНК

Контроль экспрессии РНК за счет локализации в цитоплазме

Механизмы дифференциальной экспрессии генов: посттрансляционные модификации белка

Послесловие

Межклеточная коммуникация: механизмы морфогенеза

Основы межклеточной коммуникации

Адгезия и сортировка: юкстакринные взаимодействия и физика морфогенеза

Дифференциальное сродство клеток

Термодинамическая модель взаимодействия клеток

Кадгерины и клеточная адгезия

Внеклеточный матрикс как источник сигналов для развития

Интегрины: рецепторы молекул внеклеточного матрикса

Эпителио-мезенхимный переход

Клеточная сигнализация

Индукция и компетенция

Паракринные факторы: молекулы- индукторы

Градиенты морфогенов

Каскады передачи сигнала: ответ на индукторы

FGF и сигнальный путь JAK-STAT

Семейство Hedgehog

Семейство Wnt

Суперсемейство TGFбета

Другие паракринные факторы

Клеточная биология паракринной сигнализации

Локальные выросты мембраны как источник сигналов

Юкстакринная сигнализация в определении идентичности клеток

Сигнальный путь Notch: юкстапозиция лигандов и рецепторов в установлении разметки тела

Координация паракринной и юкстакринной сигнализации: индукция вульвы у C. elegans

Стволовые клетки: ниши стволовых клеток и их потенциал

Концепция стволовой клетки

Деление и самовоспроизведение

Потенции определяют типы стволовых клеток

Регуляция стволовых клеток

Плюрипотентные клетки в эмбрионе

Клетки меристемы у эмбриона Arabidopsis thaliana

Клетки внутренней клеточной массы в эмбрионе мыши

Ниши стволовых клеток у взрослых животных

Стволовые клетки стимулируют развитие половых клеток в яичнике Drosophila

Постнатальная ниша стволовых клеток в вентрикулярно-субвентрикулярной зоне

Нейронная ниша стволовых клеток в В-СВЗ

Постнатальная ниша стволовых клеток кишечника

Самообновление клеток в крипте

Стволовые клетки обеспечивают поддержание клеточного состава крови

Гемопоэтическая ниша стволовых клеток

Мезенхимные стволовые клетки: поддержание разнообразия тканей взрослого организма Регуляция развития МСК

Модели систем человека для изучения развития и болезней

Плюрипотентные стволовые клетки в условиях лаборатории

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки

Органоиды: изучение органогенеза человека в культуральной чашке

Стволовые клетки: надежда или шумиха?

Часть II • Гаметогенез и оплодотворение: определение пола

Определение пола и гаметогенез

Определение пола

Хромосомное определение пола

Способы определения пола у млекопитающих

Гонадное определение пола у млекопитающих

Вторичное определение пола у млекопитающих: гормональная регуляция полового фенотипа Хромосомное определение пола у Drosophila

Определение пола путем дозировки

Х-хромосомы

Ген Sex-lethal

Doublesex: ген переключения определения пола

Определение пола в зависимости от внешних факторов

Гаметогенез у животных

ППК млекопитающих: от половых валиков до гонад

Мейоз: переплетение жизненных циклов

Сперматогенез у млекопитающих

Оогенез у млекопитающих

Определение пола и гаметогенез у покрытосеменных растений

Определение пола

Гаметогенез

Пыльца

Семязачаток

Оплодотворение: начало нового организма

Структура гамет

Сперматозоид

Яйцеклетка

Узнавание сперматозоида яйцеклеткой

Наружное оплодотворение у морского ежа

Привлечение сперматозоидов: действие на расстоянии

Акросомная реакция

Распознавание оболочки яйцеклетки

Слияние мембран сперматозоида и яйцеклетки

Предотвращение полиспермии: одна яйцеклетка, один сперматозоид

Активация метаболизма яйцеклетки морского ежа

Объединение генетического материала морских ежей

Внутреннее оплодотворение млекопитающих

Проникновение гамет в яйцевод: перемещение и капацитация

Вблизи ооцита: гиперактивация, направленное движение сперматозоидов, акросомная реакция

Распознавание zona pellucida

Слияние гамет и предотвращение полиспермии

Активация яйцеклетки млекопитающих

Слияние генетического материала

Оплодотворение у покрытосеменных растений

Опыление и не только: прогамная фаза

Прорастание пыльцы и удлинение пыльцевой трубки

Ориентирование пыльцевой трубки

Двойное оплодотворение

Послесловие

Часть III • Раннее развитие: дробление, гаструляция и формирование осей

Улитки, цветы и нематоды: разные механизмы для схожих паттернов спецификации

Напоминание об эволюционном контексте, в котором возникли стратегии регуляции раннего развития

Двухслойные животные: стрекающие и гребневики

Трехслойные животные: первично- и вторичноротые

Что дальше?

Раннее развитие у улиток

Дробление эмбрионов улиток

Материнская регуляция дробления улиток

Детерминация осей эмбриона улиток Гаструляция у улиток

Нематода C. elegans

Дробление и формирование осей у C. elegans

Ротационное дробление яйца

Формирование передне-задней оси

Формирование дорсально-вентральной и право-левой осей

Контроль идентичности бластомеров

Гаструляция 66 клеток у C.elegans

Генетика спецификации осей у Drosophila

Раннее развитие Drosophila

Оплодотворение

Дробление

Переход на средней бластуле

Гаструляция Генетические механизмы разметки тела Drosophila

Сегментация и передне-задняя разметка тела

Материнские градиенты: регуляция полярности цитоплазмой ооцита

Передний организующий центр: градиенты Bicoid и Hunchback

Группа концевых генов

Обобщение ранней спецификации переднезадней оси у Drosophila

Гены сегментации

Сегменты и парасегменты

Gap-гены Гены pair rule

Гены сегментной полярности

Гомеозисные селекторные гены

Формирование дорсально-вентральной оси

Дорсально-вентральная разметка в ооците

Формирование дорсально-вентральной оси в эмбрионе

Оси и зачатки органов: модель в картезианских координатах

Морские ежи и асцидии: вторичноротые беспозвоночные

Раннее развитие морских ежей

Раннее дробление

Формирование бластулы

Карты презумптивных зачатков и детерминация бластомеров морского ежа

Генные регуляторные сети и спецификация скелетогенной мезенхимы

Спецификация вегетативных клеток

Гаструляция морского ежа

Ингрессия скелетогенной мезенхимы

Инвагинация архентерона Раннее развитие оболочников

Дробление

Карта презумптивных зачатков асцидий

Автономная и зависимая спецификация бластомеров оболочников

Амфибии и рыбы

Раннее развитие амфибий

Оплодотворение, кортикальная ротация и дробление

Неравномерное радиальное голобластическое дробление

Переход к средней бластуле: подготовка к гаструляции

Гаструляция амфибий

Эпиболия проспективной эктодермы

Вегетативная ротация и инвагинация бутылковидных клеток

Инволюция на губе бластопора

Конвергентное удлинение дорсальной мезодермы

Прогрессивная детерминация осей тела амфибий

Спецификация зародышевых листков

Дорсально-вентральная и передне-задняя оси

Работа Ганса Шпемана и Хильды Мангольд: первичная эмбриональная индукция Молекулярные механизмы формирования осей земноводных

Как образуется организатор?

Функции организатора

Индукция нейроэктодермы и дорсальной мезодермы: ингибиторы BMP

Сохранение передачи сигналов BMP в ходе дорсально-вентральной разметки

Региональная специфичность нейронной индукции вдоль антерио-постериорной оси Спецификация лево-правой оси

Раннее развитие Danio rerio

Дробление яйцеклетки Danio rerio: изучение процесса

Гаструляция и формирование зародышевых листков

Развитие эпиболии Интернализация гипобласта

Зародышевый щиток и нейральный киль

Процесс формирования дорcально-вентральной оси

Губа бластопора у рыб

Разделение сил Nodal и BMP во время детерминации оси

Формирование лево-правой оси

Птицы и млекопитающие

Раннее развитие птиц Дробление у птиц

Гаструляция у птиц

Спецификация осей и роль организатора в эмбрионах птиц

Формирование лево-правой асимметрии

Раннее развитие млекопитающих

Дробление у млекопитающих

Трофобласт или ВКМ? Первое решение, определяющее всю дальнейшую жизнь

Гаструляция у млекопитающих

Формирование осей тела у млекопитающих

Близнецы

Послесловие

Формирование и разметка нервной трубки

Трансформация нервной пластинки в нервную трубку: рождение ЦНС

Первичная нейруляция

Вторичная нейруляция

Разметка центральной нервной системы

Передне-задняя ось

Дорсально-вентральная ось

Противостоящие морфогены

Все оси сходятся

Рост мозга

Нейроанатомия развивающейся центральной нервной системы

Клетки развивающейся центральной нервной системы

Ткани развивающейся центральной нервной системы

Механизмы развития, регулирующие рост мозга

Поведение нейральных стволовых клеток во время деления

Нейрогенез: стройка снизу вверх (или изнутри наружу)

Глия как матрикс для мозжечка и неокортекса

Сигнальные механизмы, регулирующие развитие неокортекса

Развитие человеческого мозга

Фетальный рост нейронов после рождения

Холмы высятся на горизонте обучения

Гены роста мозга

Изменения в количестве транскриптов

Подростковый мозг: подключен и раскован

Клетки нервного гребня и специфичность аксонов

Нервный гребень

Регионализация нервного гребня

Нервный гребень: мультипотентные стволовые клетки?

Спецификация клеток нервного гребня

Миграция клеток нервного гребня: из эпителия в мезенхиму и не только

Деламинация

Движущая сила контактного ингибирования

Коллективная миграция

Пути миграции клеток туловищного нервного гребня

Вентральный путь

Дорсально-латеральный путь

Головной нервный гребень

Модель «преследуй и беги»

Тянитолкай: хитроумное сотрудничество

Скелет черепа, образующийся из нервного гребня

Сердечный нервный гребень

Установление аксональных путей в нервной системе

Конус роста: водитель и двигатель аксона в поиске мишени

Rho действует на актиновые филаменты под влиянием сигнальных каскадов

Наведение аксона

Внутреннее программирование навигации моторных нейронов

Клеточная адгезия: механизм, чтобы удержаться на пути

Местные и дальнодействующие направляющие молекулы: дорожные знаки для зародыша Паттерн избегания: эфрины и семафорины

Как аксон пересекает дорогу?

Нетрин

Slit и Robo

Путешествие аксонов ганглиозных клеток сетчатки

Рост аксонов ганглиозных клеток к зрительному нерву

Рост аксонов ганглиозных клеток сетчатки сквозь зрительную хиазму

Выбор мишени: «Мы уже на месте?»

Хемотактические белки

Выбор мишени аксонами сетчатки: видеть — значит верить

Формирование синапса

Эктодермальные плакоды и эпидермис

Черепные плакоды: чувства нашей головы

Индукция черепных плакод

Развитие слуховой и эпибранхиальной плакод: общий опыт

Морфогенез глаза позвоночных

Формирование глазного поля: образование сетчатки

Индукционный каскад хрусталик–сетчатка

Эпидермис и кожные придатки

Происхождение эпидермиса

Эктодермальные придатки

Сигнальные пути, в которые мы можем вонзить зубы

Стволовые клетки эктодермальных придатков

Часть V • Позднее развитие мезодермы и энтодермы: органогенез

Параксиальная мезодерма: сомиты и их производные

Клеточные типы сомита

Определение параксиальной мезодермы и клеточного развития вдоль передне-задней оси Спецификация параксиальной мезодермы

Пространственно-временная колинеарность экспрессии Hox-генов определяет идентичность структур туловища

Сомитогенез

Удлинение оси: каудальная зона предшественников и межтканевая адгезия

Как формируется сомит: модель часов и волнового фронта

Связь часов и волнового фронта с Hox- опосредованной осевой идентичностью и завершением сомитогенеза Развитие склеротома

Формирование позвонков

Формирование сухожилий: синдетом

Развитие дермомиотома

Детерминация центрального дермомиотома

Детерминация миотома

Промежуточная мезодерма и мезодерма боковой пластинки: сердце, кровь и почки

Промежуточная мезодерма: почка

Спецификация промежуточной мезодермы: Pax2, Pax8 и Lim1

Реципрокные взаимодействия тканей развивающейся почки

Механизмы реципрокной индукции

Мезодерма боковой пластинки: сердце и кровеносная система

Развитие сердца

Миниатюрное сердце

Формирование полей сердца

Спецификация кардиогенной мезодермы

Миграция клеток-предшественников сердца

Начало дифференцировки клеток сердца

Образование петли сердечной трубки

Формирование кровеносных сосудов

Васкулогенез: начало формирования кровеносных сосудов

Ангиогенез: ветвление кровеносных сосудов и перестройка сосудистого русла Кроветворение: стволовые клетки и долгоживущие клетки-предшественники

Места кроветворения

Ниша ГСК в костном мозге

Послесловие

Развитие конечности тетрапод

Анатомия конечности

Почка конечности

Дифференцировка скелета конечности за счет Hox-генов

От проксимального к дистальному: Нох- гены в конечности

Как определить, какую конечность формировать и где ее расположить

Спецификация полей конечности

Индукция ранней почки конечности

Рост: формирование проксимально- дистальной оси конечности

Апикальный эктодермальный гребень

Спецификация мезодермы конечности: детерминация проксимально-дистальной полярности Модель Тьюринга: реакционно-диффузионный механизм проксимально-дистального развития конечности

Спецификация передне-задней оси

Sonic hedgehog определяет зону поляризующей активности

Спецификация идентичности пальцев под влиянием Sonic hedgehog

Sonic hedgehog и FGF: еще одна петля положительной обратной связи

Нох-гены как часть регуляторной сети, обеспечивающей спецификацию идентичности пальцев

Формирование дорсально-вентральной оси

Гибель клеток и формирование пальцев и суставов

Формирование аутоподия

Формирование суставов

Эволюция путем изменения сигнальных центров конечности

Энтодерма: трубки и органы для пищеварения и дыхания

Глотка

Кишечная трубка и ее производные

Спецификация кишечной ткани

Придаточные органы: печень, поджелудочная железа и желчный пузырь

Дыхательная трубка

Эпителио-мезенхимные взаимодействия и биомеханика ветвления в легких

Часть VI • Постэмбриональное развитие

Метаморфоз: гормональная реактивация развития

Метаморфоз у амфибий

Морфологические изменения, связанные с метаморфозом амфибий

Гормональный контроль метаморфоза амфибий

Программы развития с региональной специфичностью

Метаморфоз у насекомых

Имагинальные диски

Гормональный контроль метаморфоза у насекомых

Молекулярная биология активности 20-гидроэкдизона

Детерминация имагинального диска крыла

Регенерация: развитие на службе восстановления

Определение проблемы ргенерации

Регенерация: повторение эмбрионального развития?

Эволюционный взгляд на регенерацию

Механика регенерации

Регенерация у растений

Тотипотентный способ регенерации

Чудесные целительные силы меристемы растений

Регенерация всего тела у животных

Гидра: регенерация за счет стволовых клеток, морфаллаксис и эпиморфоз

Регенерация за счет стволовых клеток у плоских червей

Тканеспецифичная регенерация у животных

Саламандра: эпиморфная регенерация конечности

Определение клеток в регенерационной бластеме

Рыбка Danio: извлекая механизмы регенерации

Регенерация у млекопитающих

Компенсаторная регенерация печени млекопитающих

Иглистые мыши: грань между регенерацией и образованием рубца

Нормальное развитие и патология: врожденные дефекты, вещества, нарушающие эндокринную систему, и онкологические заболевания

Роль случая

Генетические ошибки в развитии человека

Развитие и природа генетических синдромов у человека

Генетическая и фенотипическая гетерогенность

Тератогенез: атаки среды на развитие животного

Алкоголь как тератоген

Ретиноевая кислота как тератоген

Вещества, нарушающие эндокринную систему: эмбриональные истоки заболеваний Диэтилстильбэстрол

Бисфенол А

Атразин: эндокринные нарушения, вызываемые нарушением синтеза гормона Гидравлический разрыв пласта: новый потенциальный источник веществ, нарушающих эндокринную сферу

Наследование нарушений развития

Рак как заболевание, связанное с развитием

Онкотерапия, основанная на факторах развития

Послесловие

Предпосылки эволюции

Структура развития в геноме

Модульность: дивергенция через диссоциацию

Молекулярная экономия: дупликация генов и дивергенция

Механизмы эволюционных изменений

Гетеротопия

Гетерохрония

Гетерометрия

Гетеротипия

Ограничения, накладываемые развитием на эволюцию

Физические ограничения

Морфогенетические ограничения

Плейотропные ограничения и избыточность

Экологическая эволюционная биология развития

Пластичность — первая эволюция

Генетическая ассимиляция в лабораторных условиях

Генетическая ассимиляция в природной среде

Отбираемые эпигенетические вариации

Эволюция и симбиоз развития

Эволюция многоклеточности

Эволюция плацентарных млекопитающих

Послесловие

Приложение

Краткое руководство по поиску и пониманию научных статей по биологии развития Исследование для исследования

Поисковое исследование

Навигация по базе данных PubMed

Получение PDF-файла статьи

Определение анатомии исследовательской работы

Примеры страниц из книги "Биология развития" - Барреси М. Дж. Ф.

Предисловие к книге  "Биология развития" - Барреси М. Дж. Ф.

«Биология развития», написанная Скоттом Гилбертом, давно стала настольной книгой российских биологов. Несмотря на наличие учебников российских авторов, именно к ней обращаются студенты, аспиранты и молодые ученые самых различных биологических специальностей. Энциклопедическая широта, умелое изложение фундаментальных основ классической биологии во взаимосвязи с достижениями современных дисциплин делают эту книгу уникальной для формирования научного мировоззрения.

Сегодня биология развития — наиболее динамично развивающаяся область, открывающая все новые подходы и объекты. Впору говорить уже о вновь сформировавшихся направлениях биологии, которые наряду с evo-devo становятся самостоятельными научными дисциплинами. Клеточная эмбриология, биология столовых клеток, в том числе и биология плюрипотентности, eco-evo-devo — вот нс полный список дисциплин, в которых открываются завораживающие перспективы.

Казалось бы, что можно добавить в ставшее классическим издание «кирпича» С. Гилберта? Тем не менее новую книгу нельзя назвать несколько дополненным переизданием хорошо известной предыдущей. В издании, подготовленном С. Гилбертом совместно с М. Барреси, читатель встретит новые объяснения уже известных процессов, новые данные о молекулярных и клеточных механизмах развития. По-иному сформированы многие главы, описаны дополнительные объекты, несколько иначе расставлены акценты. Несмотря на привычную фундаментальность, в книге уделено значительное внимание инновационным подходам в биологии, даны отсылки к механизмам заболеваний, наследственных нарушений или к экологическим и общественным проблемам. Вероятно, это справедливая дань времени, требующего большей прагматичности и технологичности даже от классических биологических дисциплин.

Следует отметить, что читателю русскоязычного варианта книги придется встретиться с рядом русскоязычных терминов, которые не эквивалентны англоязычным определениям. Экспериментальная эмбриология и биология развития имеют в России многолетнюю самобытную историю, поэтому ряд терминов давно сформирован и занял свое место в лексиконе ученых. Надеюсь, что это не составит большой проблемы, поскольку в тексте все термины подробно раскрыты, кроме того, в книге впервые представлен глоссарий, где мы постарались использовать и русскоязычные и англоязычные определения для объяснения важных понятий.

Среди авторов перевода — активно работающие ученые Института биологии развития имени Н. К. Кольцова РАН и кафедры эмбриологии Биологического факультета Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (благодарим И. Романову за участие в подготовке книги). Общим принципом перевода было уважительное отношение к исходному тексту, авторскому описанию и объяснению процессов и механизмов, даже если собственное мнение переводчика несколько отличалось от изложенной. Нам приходилось помнить, что в этом случае мы, прежде всего, переводчики и редакторы. Итак, действительно новая книга «Биология развития» М. Барреси и С. Гилберта состоялась и на русском языке, а значит студенты, аспиранты, молодые и опытные исследователи и преподаватели получили источник актуальной информации о бурлящем океане под названием биология развития!