ביולוגיה התפתחותית

חלק 1 - מבוא כללי והקדמה

ביולוגיה התפתחותית עוסקת בתהליכים המתרחשים מרגע שיצור נוצר ועד שהוא נהפך לבוגר.
זה מקשר אותנו למושג בסיסי הבא שנמצא תחת ביולוגיה התפתחותית:
אמבריולוגיה (התפתחות העובר) - עוסק בתהליכים שעובר העובר מרגע ההפרייה בו הוא מתחיל מתא אחד הזיגוטה ועד שהוא נולד.

בעבר היו חכמים רבים שכל אחד העלה תאוריות שונות לגבי היווצרות ייצורים חיים, זה מסכם לנו על שני סוגים מרכזיים:
1. פרפומציה (לפני יצירה) - העובר וכל חלקיו נוצרו מראש והיצור השלם כולו נמצא בתוך ביצה או הורה.
יש לשים לב שלפי תאוריה זו העובר כולל את הדורות הבאות כבר כי היצירה של הולד כוללת בתוכו הכול כולל מה שהוא מעביר הלאה וגם את העוברים העתידיים. 
2. אפיגנזה (מעל בריאה) - ההתפתחות הינה הדרגתית ובכל שלב נוצרים מבנים ואיברים חדשים.

הבדל בין השניים הוא צורת היווצרות וצורת התפתחות וייחוס לדורות, אלה שני תאוריות שונות לגמרי. 

אז איזו תאוריה היא נכונה?

אז ברור לנו כיום שאפיגנזה היא התאוריה הצודקת בסוף ויש תמיכות לכך למשל הוכחת שכבות נבט.
למעשה יצור מתחיל מתא אחד ונוצרות שכבות נבט בגסטולה: אקטודרם, מזודרם, אנדודרם, תאי רבייה. וכל אחד מהם אחראי על יצירת רקמות ואיברים משלו. לפי האפיגנזה האיברים ומבנים נוצרו אחר כך כמו שידוע לנו השכבות נבט נבנות אחר כך והם אלה שבונות איברים ולכן זה מתחבר. אף שכבה לא יוצרת לבד עובר ולכן זו הוכחה. 

שאלה: איך עובר של כל מיני יצורים חיים דומים בין אחד לשני מאוד אבל בגדילה נראים שונה?
זה בדיוק מסתדר עם אפיגנזה מדובר על התפתחות שונה עם הגדילה של העובר. העובר נראה דומה אבל מתפתח אחרת בין אחד לשני על פי הרכב הגנטי של כל אחד. 
ישנם יצורים שהתפתחות משמעותית של העובר מתרחשת גם לאחר הבקיעה\לידה.

השוואת איברים בין יצורים חיים:
איברים הומולוגים - בין יצורים שונים איברים שנוצרו מאותה שכבת נבט. לדוגמה גפה קדמית בין ציפור, אדם, לויתן יש את אותו הרכב של עצמות לאותו תפקיד מאותה שכבת נבט.

איברים אנלוגים - איברים המשמשים לאותה פונקציה תפקודית אבל לא מגיעים מאותו מקור עוברי כלומר לא מאותה שכבת נבט. למשל כנפיים של יצורים חיים לא כולם חייבים להתפתח מאותה שכבת נבט בין יצורים שונים. 
לשים לב שמה שמשותף לשני המושגים שהתפקיד שלהם זהה אבל לשים לב לשכבת נבט ממנה האיבר נוצר. 

בקרת צמיחה של תאים:

כשלון בבקרה על חלוקה תאית יוביל לגדילה יתר בגלל מספר גדול יותר של מחזורי חלוקת תא ועלול לגרום למחלה כמו סרטן. ומנגד, אם תאים המעורבים בגדילה של איבר מסוים למשל עצם יפסיקו להתחלק מוקדם מידיי אז העצם תהייה קטנה יותר ונתקעה בתהליך הגדילה. 

- רגנרציה (התחדשות) - ישנם יצורים היכולים להצמיח מחדש חלקים שונים מגופם למשל כוכבי ים וסלמנדרות. 
- תאי גזע - אצל יונקים הם יכולים ליצור מבנים מחדש גם בבוגר לדוגמה תאי כבד.

- הזדקנות.

דיפרנציאציה (התמיינות תאים) - יצירת מגוון רחב של תאים מתא אחד 

מוֹרְפוֹגֶנֶזָה - תהליך יצירה של צורה מסודרת ומתפקדת. תאים מתארגנים לרקמות, רקמות לאיברים, איברים מתארגנים למערכות שמרכיבות את האורגניזם

סימטריה ביצורים חיים: (תמונה)
- אסימטרי (ללא סימטריה) 
- סימטריה רדיאלית (סיבובית)
- סימטריה בי-לטרלית ( דו צידית) 

ביולוגיה משווה היא תחום במדעי החיים שבוחן את הדמיון וההבדלים הטבעיים בין אורגניזמים שונים. היא עוסקת בהשוואה של מבנים, תפקודים, התנהגויות ותהליכים ביולוגיים של יצורים חיים מגוונים, החל מחד-תאיים ועד ליונקים במטרה ללמוד על דפוסי החיים. כמו למשל צורת יציאה של אורגניזם לאוויר העולם. דו חיים - מביצה חיצונית, יונקים - מלידה, כריש - ביצה בתוך הגוף. 

מה ההבדל בין ביולוגיה התפתחותית לאמבריולוגיה?

ביולוגיה התפתחות היא עוסקת בתחום רחב יותר של נושאים התפתחותיים מעבר לאמבריולוגיה. אמביולוגיה עוסק רק בתחום מהפרייה לבוגר.

שאלות מסכמות פרק: 

1. מהן תאוריות הפרפורמציה והאפיגנזה? מהי השאלה עליה הן מנסות לענות? במה התאוריות שונות זו מזו? איזה הנחות נמצאות בבסיס כל אחת מהתאוריות? איזה תצפיות מפריכות את תאורית הפרפורמציה?
פרפורמציה - העובר וחלקיו נוצרו מראש והיצור נמצא בביצה\אצל הורה.
אפיגנזה - התפתחות היצור הדרגתית וכל שלב נוצרים מבנים ואיברים חדשים.
התצפית המפריחה את הפרפורמציה היא התפתחות של 3 שכבות נבט כי אף שכבה לא יוצרת לבד עובר. 

2.      במה עוסקת הביולוגיה המשווה? תנו דוגמה.
ביולוגיה משווה הוא תחום הבוחן את דמיון וההבדלים בין אורגניזמים שונים השוואה של מבנה, תפקוד, התנהגות, תהליכים ביולוגים וכל זה במטרה לבחון דפוסי חיים. 

3.      מה טוענת התאוריה הביוגנטית? מה הקשר בינה לבין תאוריית האבולוציה? הסבירו.
תאוריית הביוגנזה טוענת שיצורים חיים נוצרו מיצורים חיים קודמים, תאוריית האבולוציה טוענת שיצורים קיימים כיום התפתחו מאב קדמון משותף עם הופעת השינויים. שילוב של שניהם הוליד את תאוריית הביוגנטית כי נצפו התפתחויות של יצורים חיים והוסק מהם כך. 

4.      מהם ארבעת העקרונות של פון בר (von Baer)?
- העובר עובר שינויים הדרגתיים בהתפתחות
- התכונה הכללית מתפתחת ואז מתחולל שינוי ספציפי למין 
- העובר עובר שלבים הדומים בהתפתחות אבולוציונית של המין

5.      מהם איברים הומולוגיים ואיברים אנלוגיים?
איבר הומולוגי הוא איבר הנוצר מאותה שכבת נבט לעומת אנלוגית משכבת נבט שונה עם אותה פונקציה. 

6.      מה ההבדל בין התחום של "ביולוגיה התפתחותית" לתחום ה"אמבריולוגיה"?
ההבדל בתחום בין ביולוגיה התפתחות לאמבריולוגיה הוא שאמבריולוגיה עוסק בהתפתחות העובר משלב ההפרייה עד שלב שנולד לעומת ביולוגיה התפתחותית עוסק משלב שהוא נוצר ועד שלב שהוא בוגר. 

7.      מהן השאלות המרכזיות שמעסיקות את החוקרים בתחום הביולוגיה ההתפתחותית?
איך התפתחו היצורים והמבנים? איך לתקן מנגנונים? רבייה, חלוקה והתמיינות תאים, התארגנות תאים. 

8.      פיתוחים טכנולוגיים משפיעים על התפתחות ההבנה של תהליכים ביולוגיים. הסבירו ותנו דוגמה מהתחום של הביולוגיה ההתפתחותית.

מיחשוב וציוד מפותח כמו מיקרוסקופ. 

9.      שאלת מחשבה: ביולוגים מתחומים שונים מתעניינים במחזור התא. ביולוג שמתעניין בביוכימיה וביולוג התפתחותי ישאלו שאלות קצת אחרות על מחזור התא. איזו שאלה יכול לשאול כל אחד מהם?

חלק 2 - מחזור החיים ביצורים חיים

מחזור החיים הוא מבנה מעגלי כשמו הוא - מחזור - מחזוריות - מעגליות.

שלבי מחזור החיים:
1. שלב יצירת עובר:
- הפריה - התלכדות הגמטות ויצירת הגנום העוברי.
- התלמות - חלוקת תא מהירות נוצרת בלסטולה - כדור תאים עם חלל. נקבע צירים היכן נוצר כל איבר.
- גסטרולציה - האטה בחלוקת תא ומתחיל תנועה של תאים ליצירת 3 שכבות נבט. שינוי בארגון של תאים ונוצר צינור העיכול. 
- אורגנוגנזה - נדידה והשתלבות של תאים ממקורות שונים ליצירת הרקמות והאיברים השונים. 
התארכות של צינור עצבים וסומיטים (יחידות מזודרם שיוצרות שרירים עצמות וכ'ו)

אחריי שהעובר מאורגן הוא מוכן לעבור לשלבים הבאים
2. מעבר מעובר לבוגר:
- מטמורפוזה - גדילה והתפתחות - מעבר מן הפגית (רווה) ליצור בוגר שיכול להתרבות.
- גמטוגנזה - יצירת הגמטות: תאי זרע והביצית מתאי נבט.

אנחנו נחקור על יצורים חיים את התהליכים הללו שיש כאן. אנחנו יכולים להתחיל לחשוב מה עושה אורגניזם מודל למודל טוב – שאלה למחשבה.

מחזור חיים של צפרדע הנמר:

דוגמה ליצור שיש לו מטהמורפזה וזה מציג מחזור חיים שמתחיל בהפרייה ואז חלוקות תא עד שיש בלסטולה שזה כדור תאים שיש לו חלל, כדור צורה שונה תלוי בתאים ביצור
שלב הבא זה גסטרולציה שיש שינוי בארגון של התאים ונוצר צינור עיכול
אורגנוגנזה התארכנות של צינור עצבים (בעיקר) וסומטים (יח' מזודרם שיוצרות שרירים עצמות וכו)
גדילה והתפתחות – בוקע כראשן (ראש +זנב) הוא שוחה אוכל צמחים חי במים וצריך כל מה שהוא צריך כדי לחיות במים וכדי לעבור לשלב הבוגר הוא עובר מטמורפזה לגדל רגליים לאבד זנב. דוגמאות נוספות: הזימים מתנוונים והוא מגדל ריאות לנשימה. הגולגולת עוברת מסחוס לעצם. הפה גדל, לשון מתארכת, שיניים מתחלפות ועוד...
בשלב הבוגר יש לו את התאי הרבייה שאוכל לבצע את התהליך מחדש. 

-- אזור סגול הוא אזור שהוא מופרד הוא לבד והוא ייכנס לתהליך התמיינות ויצירה שלהם שהאזור שיהיה תאי רבייה בעתיד. אפילו משלב הביצה בהפרייה ניתן עוד להבחין בכך. לאזור תאי רבייה יש לו יחס מיוחד הוא מופרד בולט.
ניתן להבחין שבשלב ההתלמות אזור הכהה הוא קוטב אנימלי שיש בו הרבה מאוד שינויים 
במעבר מבלסטולה לגסטרולה זה שלב 

מחזור חיים של דו חיים מסוג צפרדע:
התפתחות מביצה ולא מהריון.

ניסוי של Vogt: לפי הניסוי שלו הוא לקח דיסקיות ושתל אותם בבלסטולה וצפה עם ההתפתחות היכן מיקום התאים המסומנים בדיסקית. מיומנות של סימון והסתכלות מסייע להבין מקור להתפתחות איפה אותו מקום בבלסטולה יתבטא בעתיד בהמשך ההתפתחות. 

ניסוי נוסף: ניסוי נוסף בוצע כאשר מבצעים הזרקת צבע אל תוך התאים ועוקבים אחריהם מאפשר לראות למה תא מתחלק באמצעות מעבר הצבע אליו. 

אפופטוזיס - מוות תאי מתוכנן מראש. תאים נוצרים ובשלב מוגדר מופעלים אנזימים שגורמים למות התא.

מפת גורל - האפשרות לקשר בין אזור חלוקה בשלב עובר מוקדם להתפתחות של היצור הבוגר. 
ניתן לסמן תאים על מפת גורל, לעקוב אחרי תאים לסמן תאים בשלב מוקדם ולראות לאן יתפתח בעתיד. סימון מבוצע באמצעות סימון קיים כמו צבע או סימון מלאכותי. 
המפת גורל עוזרת לנו להבין למה תא מסוים כמו שהוא ולאן הוא יגיע עם מי הוא באינטראקציה איך הוא יגיב עם השני ומה יש בתוכו. נוכל להיעזר בשיטות קודם כמו צבע שלו או שאנחנו שמים צבע ואז נוכל לעקוב אחרי ההתפתחות ולהבין איזה תאים נוצרים למה ולבנות כך מפת גורל. 
ניתן לדעת כבר בשלב הביצית משלבים מאוד מוקדמים . 

מאפייני חיות מודל שטובים למחקר תהליכי התפתחות:
1. גודל - גודל החיה שלא תהייה גדולה שיהיה קל לא יקר ואפשרי להשתלט עליה.
2. זמן דור - זמן דור יהיה קצר משלב הפריה לבוגר מאפשר לעקוב בקלות אחר התפתחות. 
3. נגישות עובר - קל להשיג הרבה עוברים, וקל לצפות בשלבי ההתפתחות כמו למשל ביצה שקופה. 
4. חקר גנום נגיש - מתאפשר לנו בקלות לחקור את הגנום ולדעת על פי כך איך זה משפיע.
5. מידת קושי לחקור אותו.
6. סוג אורגניזם ועד כמה הוא דומה לאחרים.

השוואת יצורים שונים וגילוי פעילות גנים - השוואה בין יצורים שונים יכול לעזור לנו להבין כיצד גן מסוים מתפקד.
למשל איבר משותף התפתחות מאותו מקור אבל מתפתח אחרת, לא צריך לזכור שם אבל נוכל לדעת היכן הגן הזה מתבטא ולצבוע אותו בצבע ונוכל לראות מה התפקיד של הגן הזה ולראות את ההבדלים. למשל גן מסוים מתבטא באזורים בגפה הקדמית של העכבר יש רווחים של תאים שמתו אפיפטוסיס שלמדנו.
הגן הזה מעקב תמותה של תאים ולכן מאפשר הישארות חיבור בין האצבעות.

 
כל אלה שלבים ראשונים בהבנה של התפתחות, ואנו נוכל לקשר את הדברים הללו בין יצורים שונים האם יש דימיון שגורם לכך. דוגמה של מוטציה בין עכבר לאדם זהה נוכל לשקף על אחד השני את המוטציה הזו. 

ביצוע מחקר גנטי או של תופעה מסוימת אצל בן אדם לדוגמה אדם שנולד עם גפיים מאוד קצרות וזה מוביל אותנו לשאול מה הגורם שגורם להתפתחות הבעייתית הזו. 
אז הדוגמה הספציפית הזו יכולה לשפוך אור על חשיפה על גורמים סביבתייים מסוימים שיכולים לפגוע בתהליך התפתחותי כמו חשיפה לתרופה שהיא טרטוגנים היא יכולה לפגוע בהתפתחות של העובר. אז ניתן לראות שהתפתחות הגפיים מתחילה מאוד מוקדם אחרי חודש וחצי . זו דוגמה למה לא חיסנו נשים בהריון בחיסון הקורונה בשלבים מוקדמים. 

אפשר לעקוב וללמוד על מפת גורל באמצעות צבעים, דסקיות, מלאכותי או טבעי, מוטנטים. אפשר גם להשתיל חלק בשלבים המוקדמים מיצור אחר ולראות את השינוי שמתחולל בו. למשל כנף שמתפתח לצבע אחר סימן שההשתלה שעשינו בשלב מוקדם האזור הזה משפיע על הכנף. 

חלק 3 - התמיינות תאים

עד עכשיו הבנו איזה תאים משתתפים במשהו מסוים, אבל איך הוא יודע מה עליו לעשות באמת? מה משפיע עליו?

תאים מחוברים אחד לשני עם קשרים בין תאיים באמצעות חלבון. 
כאשר נוצר תא (בשלב זה נקרא תא גזע) הוא הופך לתא ממויין עם תפקיד ומבנה משלו. ממצב שבו הם כל יכול מתמיינים ומתפתחים הופכים להיות מותאמים יותר לתפקיד ספציפי עוברים תהליך הדרגתי שבו הוא משתנה במבנה ובתפקיד. 

אז עד שתא מגיע לשלב שהוא ממוין הוא עובר שלבים - תהליכים מוגדרים שהוא הולך להיות מיועד לסוג תא מסוים ולאחר מכן הוא מחוייב לשושלת של התא המסוים ואז הוא ממויין. 
שלבי מיון תא:
שלב 1 - לא ממוין, תא גזע, נוצר ללא תפקיד וללא הגדרה.
שלב 2 - מוגדר - התא מוגדר להתפתח להיות תא מסוים אך התהליך עדיין הפיך והוא יתפתח בצורה זו אלא אם יהיה מה שישנה זאת. שלב זה בר שינוי - הפיך להגדרה אחרת.
שלב 3 - מחוויב - הוא מקבל מחוייבות ולא ניתן לשנות את ההגדרה בשלב זה והלאה - הגדרה לא הפיכה יותר גם אם יהיו השפעות סביבתיות (כמו תאים או חומרים). 
שלב 4 - ממויין - התא מוגדר ומחויב ומראה את סימני ההתמיינות שלו. 

-ניתן לשים לב שעם התפתחות התא יש צמצום של פוטנציאל ההתמיינות - עם השלבים הפוטנציאל יורד
-מושפע מגורמים חיצוניים ופנימיים - נראה בהמשך
-תהליך הדרגתי - יש שלבים

האם תא יודע מראש שהוא הולך להתמיין? נשאלת השאלה האם תא מסוים שנוצר נוצר כבר עם הגדרה וזהות משלו שהוא עתיד להתמיין אליה? אז הייתה תאוריה בעבר שהאמינו שההגדרה כתובה מראש ואז היא נשללה היא לא נכונה. ולפי התהליך שצויין הוא תהליך אחרי יצירתו. ערכנו ניסוי שיכול לחזק זאת - ולמעשה זה יכול לקשר אותנו לשאלה נוספת איך אנחנו יכולים לדעת אם תא מסוים הוגדר כבר? והאם הוא יכול לשנות את ההגדרה? 

ניסוי: האם תא בעובר בן 2 תאים יודע מה הוא יהיה בעתיד? אז הניסוי היה כך שפגענו באופן מכוון בתא אחד והוא מת, התא השני יצר רק מחצית עובר. מסקנה שכל תא יודע ליצור רק מה שהוא יועד אליו. דוגמה לספיפיקציה אוטונומית. 

ניסוי: האם תא בעובר בן 8 תאים יודע מה הוא יהיה בעתיד? אז הניסוי היה כך שחילקו את העובר לזוגות תאים ובסוף מה שיצא שכל זוג תאים התפתח לחלק אחר של עובר. המסקנה שכל תא יודע להתפתח והוגדר למה שהיה מיועד. דוגמה לספסיפיקציה אוטונומית.

ניסוי: האם תא בעובר בן 4 תאים יודע מה הוא יהיה בעתיד? אז הפרידו את ארבעת התאים לתאים בודדים ובסוף כל תא התפתח ללרווה שלמה.
מה שונה מניסויים קודמים? פעמים קודמות הוא לא זיהה את הפגיעה והתפתח לחלק ספציפי של עובר.
אז מה שקרה כאן שהתאים שמו לב שהופרדו מתאים סמוכים ומפצה על זה וזה דוגמה לספסיפיקציה מותנית סביבה - תלויה בסביבה. 

ניסוי 1 - אז לקחנו תא אחד מקבוצת נוירונים ותא אחד מקבוצה של עצב שעוד לא מוין הוא בשלב ההגדרה, בידדנו אותם בתרביות נפרדות כל אחד מהן לבד וכל אחת מהן התמיינה למה שהוגדרה מאיפה שלקחנו אותו תא עצב ותא נוירון. 

ניסוי 2 - לקחנו תא עצב שמנו אותו בסביבה של תאי נוירונים בתרבית והתא עצב הפך בהתמיינות לנוירון כמו כולם. מסקנה - הוא היה מוגדר אבל לא מחויב ולכן הוא שינה את ההגדרה שלו.

ניסוי 3 - בדומה לקודם לקחנו תא עצב שמנו אותו בסביבה של תאי נוירונים בתרבית והתא עצב הפך בהתמיינות לעצב בניגוד לסביבה שלו שהיו נוירונים. מסקנה - זהות התא מוגדר והוא מחויב ולכן לא שינה הגדרה. 

ספסיפיקציה - הגדרה של זהות תא. 
ספסיפיקציה אוטונומית - התא לא מושפע מהסביבה הוא מתפקד עצמאית. 
ספסיפיקציה מותנית סביבה - הזהות של התא מושפע מהסביבה ויש תקשורת בין תאים. 
ניסויים שבוצעו בין יצורים שונים הביא לתוצאות שונות מכאן מסיקים כי יש שינוי בין יצורים ברמת הספסיפיקציה והשלבים. גם תלוי איך מבצעים את הניסוי בדיוק.

אז מה ניתן ללמוד על הניסויים בכל זאת?
- תא בעובר מאבד עם הזמן את היכולת להתמיין עם הזמן
- ביצורים שונים קצת ההתמיינות הוא שונה
- אנחנו יכולים לחקור ולבחון את רמת הספסיפיקציה כאשר אנחנו מפרידים בין תאים ושמים בתרביות. 
- הגרעין משחק תפקיד חשוב בקביעת הזהות והוא מכיל את כל המידע ליצירת התאים השונים גם אם לא כל המידע מתבטא. 

שינוי סביבת ההתמיינות של תא מאפשרת אבחנה בין ספסיפיקציה אוטונומית ומותנית סביבה.
המיקום המקורי בתוך העובר קובע כמפת גורל למה התא יתמיין אלא אם הוא מושפע מהשפעות סביבתיות. היכולת של הסביבה לשנות נקרא אינדוקציה. 
היכולת להגיב לסביבה ולהחליף זהות נקרא קומפטנטיות ויש תקופה מוגבלת שבה תאים קומפטנטים להגיב לאותות מהסביבה. 

- שינוי סביבת ההתמיינות של תא מאפשרת אבחנה בין ספסיפיקציה אוטונומית ומותנית סביבהשינוי סביבת ההתמיינות של תא מאפשרת אבחנה בין ספסיפיקציה אוטונומית ומותנית סביבה. - כלי עזר להבחנה

נסכם על זהות של תאים:

עי ניסויים חוקרים מגלים את מצבם השונים של התאים בשלבי התמיינות. וכדי שנוכל לדעת מה קורה אצל התאים ממצב התחלתי למצב הממויין עי ניסויים ולעקוב אחריהם וכך ליצור את מפת הגורל על העובר המוקדם. ולדעת את גורל התאים הספציפים על העתיד.

בפועל, במפת גורל רואים למה תא יתפתח בעתיד כשהוא בתוך העובר

כדי להבין איך נקבעת זהות של תאים כלומר איך יודעים למה הוא צריך להפתח אז עושים ניסויים כמו שעשינו קודם.

גורמים פנימיים המשפיעים משפיעים על קביעת זהות התא היא ספסיפיקציה אוטונומית התא יודע למה להתמיין ללא השפעת הסביבה. גורמים חיצוניים זה ספסיפיקציה מותנית סביבה התא מתמיין בתלות בסביבה וכזה קורה תהליך זה נקרא אינדוקציה משתחרר מתאים אחרים אינדוסר מתאים קומפטנטנים בעלי יכולת לכך. 

פעם האמינו שחלק מהתאים קובעים את זהותם באופן אוטונומי וחלק באופן מותנה סביבה, אבל כיום אנחנו יודעים שלכל

התאים יש ייחוס גם וגם. רק שלכל תא יש השפעה יותר לצד מסוים נניח יותר אוטונומי וכ'ו אפשר לדרג כך.

חלק 4 - בקרת ביטוי גנים

בתאים יש הרבה גנים שמתבטאים ואותם התאים שמתבטאים עוברים שיעתוק ותרגום ומבטאים לפעולות ותכונות מסוימות. למשל יש התבטאויות גנים שמאוד יחודיים לתא ספציפי.

אז שיעתוק והתרגום גורם לביטוי גנים ומכאן מוביל אותנו לדרך בקרתית על הגנים, יש למעשה בקרת ביטוי גנים ברמת השעתוק, התעתיק, התרגום ולאחר התרגום. 

1. ברמת השעתוק - שילוב שונה של פקטורי שעתוק נקשרים לאנהנסרים שונים וגורמים לביטוי הגן באזורים מסוימים. 
ניתן להגביל את פקטורים לדנא עי מתילציה וכאשר הכרומטין סגור. זה עיכוב של ביטוי גנים ופקטורי שעתוק לא מצליחים להגיע לשעתק. 

הטרוכרומטין - כרומטין דחוס . אאוגרומטין - כרומטין פתוח ויותר קל לשעתק כאשר כרומטין פתוח. 
זנבות ההיסטונים עוברים מתילציה זה הוספת קבוצת מתיל ואתילציה וכך מושפעת פתיחה וסגירה של הכרומטין. 

2. בקרה ברמת התעתיק - ה-DNA שלנו מכיל הוראות ליצירת חלבונים. אבל ההוראות האלו לא רציפות, יש בהן קטעים שנקראים אינטרונים שהם כמו "רווחים" שצריך להוציא. תהליך השחבור הוא כמו "עריכה" של ה-RNA שליח (mRNA). מסירים את האינטרונים ו"מדביקים" את הקטעים שנשארו, שנקראים אקסונים, אחד לשני. נוצר רצף הוראות רציף ש"יודע" איך לבנות חלבון. הרבה גנים יכולים ליצור יותר מחלבון אחד! בזכות השחבור החליפי. במקום להוציא את כל האינטרונים באותו אופן, אפשר לבחור אילו אינטרונים להוציא ואיזה אקסונים לחבר יחד. זה יוצר רצפים שונים של הוראות, ולכן נוצרים חלבונים שונים! שלכל אחד תפקיד קצת שונה.

3. תרגום התעתיק - חלבונים וmirna מעכבים את התרגום של mrana במיקום ובזמן הרצוי. 

חלק 5 - תקשורת בין תאים

איך תא יודע למה להתפתח? איך תא יודע לתקשר עם הסביבה ולפעול לפיכך? 
אז יש שני סוגי תקשורת בין תאיים:

תקשורת ישירה בין תאים:

תקשורת ישירה בין תאים מתווכחת ע"י חלבון טראנס ממברני חלבוני - קדהרינים. כלומר החיבור מבוצע בין תאים באופן ישיר חודר ממברנה אל תוך שלד התא במטרה להעביר סיגנל. הקישור מיוצב ע"י סידן ומתחבר ע"י כוח הומופילי. 

כמות הקדהרינים בממברנה קובעת איזה סוגי תאים ייצמדו זה לזה, בוצע ניסוי שבו לקחו שתי קבוצות תאים שונות בודדות ונראה כי -
- תאים יצרו קשר אחד לשני לפי כמות קדהרינים שהם מבטאים.
- בזכות כמות וסוג הקדהרינים הושפע סידור המרחבי שלהם. 

- מי שיש לו הרבה קשרים יהיה במרכז, לעומת פחות קשרים כלפי חוץ.
- על מטריצה החוץ תאית חלבונים שיכולים לתקשר עם הסביבה ולא רק עם תאים, הזיהוי שלהם לסביבה והעברת אותות לשלד התא. 

תאים יכולים לשנות את את צורה שהם יוצרים והקשר ביניהם.

- תאים מכילים מטריקס חוץ תאים ECM ישנו אינטגרין, מולקולה טרנסממברנלית, נקשרת לפיברונקטין שבECM בתוך התא, מולקולת אינטגרין נקשרת לשלד התא ומייצבת את התא חלבונים שקשורים לחלק התוך תאי של אינטגרין יכולים להפעיל מערכת העברת אותות אל תוך התא וכך לשנות ביטוי של גנים או להשפיע על תנועה

- שכבת אפיתל היא שכבת תאים שהקשרים בינהם (כמו קדהרינים) חזקים קרובים צמודים מסודרים ממש כחומה. יש אותות שאומרים לתא להפחית קשרים בין תאיים ואז התא יוכל להיפרד מהתאים הסמוכים לו בשכבה האפיתלית ולהפוך להיות תא מזנכימלי בודד עם שלוחות וכיווניות (פולריות) ולנוע למקום אחר. תהליך זה נקרא EMT, התהליך ההפוך שלו מתא מזנכימלי לתא אפיתלי נקרא MET. 

- זוהי דוגמה להיווצרות של גרורות תאים סרטניים כאשר תא סרטני במקום מסוים שגדל ותא אחד משתחרר מהרקמה המקורית (ע"י תהליך EMT) ועוברת למקום אחר חדש בגוף (עי תהליך MET). 

תקשורת לא ישירה בין תאים:
תקשורת לא ישירה בין תאים מתקיים במסלול הבא:
תא משחרר הורמון ליגנד (אינדוסר) -> ליגנד נקלט עי רצפטור תאי -> התא מקבל אות ועוברת סיגנל תוך תאי -> נוצרת שינוי בהתבטאות גנים. 

1. ליגנד זה שם כללי - חומר שנקשר לרצפטור ומפעיל אותו. אינדוסר ומורפוגן מתארים את ההשפעה של ליגנד על התאים שבסביבתו.
2. אינדוסר משנה את ביטוי הגנים והרבה פעמים גם את הצורה של תאים שמגיבים לו.
3. מורפוגן  משנה את ביטוי הגנים והרבה פעמים גם את הצורה של תאים שמגיבים לו ומשפיע בצורה שונה על תאים שנחשפים לריכוזים שונים שלו.

תקשורת לא ישירה זו למעשה ביטוי של אינדוקציה (מי שמשחרר ליגנד) על רקמה קומפטנטית (מי שמבטא את הרצפטור).

- תוצאות האינדוקציה תלויה באות שמגיע מהתאים ששולחים את הסיגנל, כלומר זה תלוי איזה תא שולח אות בזכות ביטוי גנים שונה של כל אחד. סיגנל מתא ביד יהיה שונה מתא בבטן למשל.

- התאים מקבלים סיגנל להפעיל ביטוי מסוים נניח ביטוי פה ואצל כל אחד המידע הגנטי שונה בהתאם למה שמוגדר. בפועל הוא מסייע רק לבטא את הגן שיש לו כבר.

- דוגמה: סיגנל FGF8 נצמד לרצפטור הגורם לתא לעבור שינוי תוך תאי, הוא גורם לחלק הפנימי של הרצפטור לעבור זירחון וכך לזרחן חלבונים אחרים ולהשפיע על פעילותם - מפעיל ביטוי גנים. 

- רקמה אנדוקטיבית משחררת סיגנל, ורקמה קומפטנטית מבטאת את רצפטור ויכולה להגיב. 

- בונוס - להכיר בדוגמה של העין ושל צינור עצבים באופן שיטת פעולה להשפעה על תאים אחרים.

-הליגנד משתחרר בצורת דיפוזיה אל תא אחר.

- הריכוז של הליגנד בסביבה של התא קובע את סוג התא שיווצר. לכן סוג אחד של ליגנד וסוג אחד של רצפטור למעשה יכול ליצור כמה סוגי תאים בזכות הריכוז ליגנד בסביבה. 

- תנועת המורפוגן מתווכת ע"י ECM, ECM יכול להאט\לעצור התפשטות של מורפוגן, על ידי כך שהוא יקשור את המורפוגן ולא יתן לו להמשיך לעבור דיפוזה ולהתפשט ולהגיע לתאים רחוקים יותר.אי

חלק 6: תאי גזע ושיבוט 

כאמור מפרק קודם במהלך ההתפתחות יש צמצום בפוטנציאל ההתמיינות למה שתא יכול להתפתח. 
יש מספר דרגות של פוטנציאל התמיינות של תאים:
-תאים טוטיפוטנטים - יכולת על - יכולים להתפתח לעובר ולשליה
-תאים פלוריפוטנטים - תאים משלושת שכבות הנבט של העובר 
-תאים מולטיפוטנטים - תאי גזע בעלי התמחות ספציפית לסוג רקמה מסוים.
-תאים אוניפוטנטים 
-תאי גוף בוגרים סומאטים ממויינים.

תאי גזע הם תאים בעלי יכולת התחלקות וליצור תאי בת שלפחות אחד מהם יכול להמשיך להתחלק כמוהו. 

כל תא גזע שונה בעל פוטנציאל התמיינות שונה. אותם רמות דרגות פוטנציאל התמיינות משתנות מתא לתא. 

הסביבה של תאי הגזע שומרת עליהם ככאלה באמצעות תקשורות סביבתיות שונות כמו ליגנדים, אותות עצביים, חלבונים...

בתוך רקמות בוגרות קיימות תאי גזע שמהוות תפקיד בהתחדשות הרקמה, ישנן רקמות שמתחלפות באופן מהיר כמו עור מעי ודם שיש שם תאי גזע שמוכנים להוות התחדשות. הפעילות שלהם מבוקרת כלומר אותות מסוימים יכולים להפעיל או לעקב אותם. 
התאים העובריים הם תאים שיכולים ליצור הרבה סוגי תאים – יש להם פוטנציאל רחב התאים העובריים הם תאים שיכולים ליצור הרבה סוגי תאים – יש להם פוטנציאל רחב, אבל כמו שלמדנו שיש גם בבוגר תאי גזע ברקמות. 

ברגע שתא נבט מתמיין הוא איבד את פוטנציאל המיון שלו אין דרך חזרה זה חד כיווני. 
החוקר שפמן הצליח להוכיח כי בעובר בן 16 תאים יש עדיין מידע על התפתחות עובר שלם כי הוא לקח גרעין תא מעובר בן 16 תאים לתא חסר גרעין ויצא עובר. 

אבל בהמשך הם מאבדים את היכולת הזו לחזור אחורה כלומר להתמיין לתא אחר, ונשאלת השאלה למה? בגלל שהם מאבדים את המידע ? או איבדו את היכולת לבצע את זה?
החוקר גורדון ביצע ניסוי שבו הוא לקח גרעין של תא ממויין למערכת העיכול של צפרדע והכניס אותה לתוך ביצית שהוציא ממנה את הגרעין ובסוף נוצר צפרדע.

מסקנה: כל המידע עדיין קיים בתאים ממויינים אך הם אינם יכולים לממש את הפוטנציאל שלהם.
הציטופלסמה של הביצית גרם ל"תכנות" מחדש.

החוקר בדק אם הוא מבצע את הפעולה הזו בשלבי התפתחות שונים והוא גילה שבשלב מסוים לכל יצור יש שלב שהוא כבר מאבד את הפוטנציאל. השלב משתנה בין יצורים שונים. 

מסקנה נוספת שלמדנו מהניסויים הם שמה שקובע את התכונות היצור זה הגרעין ולא התא. למשל חוקר ששם בביצית של צפרדע חום גרעין של צפרדע בהירה ובסוף נוצר צפרדע בהיר.

ביונקים:
הצליחו לקחת תא עוברי ולגרום לו להתמיין לתא ממויין בתרבית לטובת רקמות למשל.
את אותו הרעיון של הצפרדעים הצליחו לעשות גם על הכבשה המפורסמת דולי היונקת הראשונה שהצליחו לשבט. 

שאלות סיכום פרק 6:

1.  מהו "פוטנציאל ההתמיינות" של תאים? כיצד הוא משתנה במהלך ההתפתחות? לאיזה קבוצות אנחנו מחלקים תאים לפי פוטנציאל ההתמיינות שלהם?

פוטנציאל התמיינות של תאים מבטא את יכולת תא להתפתח לזהות שלו ויצירת סוגים שונים של תאים. משנה בזכות גורמים פנימיים\חיצוניים ויש מספר דרגות התמיינות של תאים טוטיפוטנטים, פלוריפוטנטים, מולטיפוטנטים.

2.      מה הקשר בין פוטנציאל ההתמיינות והשלבים של ההתמיינות שהגדרנו בשיעור 3 (הגדרה, מחוייבות, התמיינות סופית)?
קיים קשר בין פוטנציאל ההתמיינות והשלבים בהתמיינות שלמדנו מכיוון שהשלבים מבטאים את איבוד הפוטנציאל התמיינותי. בהתחלה הוא מוגדר ובעל פוטנציאל התמיינותי גבוהה וכאשר הוא כבר מחויב אז הפוטנציאל יורד.

3.      מה מאפיין תא גזע? איזה סוגים של תאי גזע יש ביצור בשלבים שונים - מהעובר ועד לבוגר?
תא גזע יכול להתחלק וליצור תאי בת שלפחות אחת מהן תמשיך להתחלק כמוהו. הם שומרים על פוטנציאל התמיינות גבוהה. והדרגות הם טוטיפוטנטים > פלוריפוטנטים> מולטיפוטנטים>אוניפוטנטים.

4.      מהי ה"נישה של תאי הגזע" (stem cell niche)?
הנישה של תאי גזע הכוונה שהסביבה שומרת על תאי גזע ככאלה, מתבצעים תקשורות המשפיעות על תאי הגזע. 

5.      איזה תכונות של תהליך ההתמיינות מודגשות באיור של Waddington שבו רואים כדור שעומד להתגלגל במורד גבעה?
ברגע שתא ממויין מתמיין הוא איבד את יכול המיון שלו הדרך היא חד כיוונית ללא יכולת חזרה אחורה. לא ניתן לחזור ולהתמיין לתא אחר. 

6.      מה היה הניסוי של ג'ון גורדון שנקרא "somatic cell nuclear transfer"?
גורדון לקח תא ביצית מופרית הוציא את הגרעין שלה ושתל גרעין של תא ממויין ובסוף נוצר צפרדע שלם. המסקנה העולה שכל המידע קיים עדיין בתאים ממויינים אבל הם אינם יכולים להשתמש בפוטנציאל שלהם. 

7.      במה דומים ושונים הניסויים של גורדון והניסוי של שפמן (קשירת עובר בן שני תאים שגרם להפרדת חלק מהציטופלסמה של העובר)? מה הם מראים לגבי הגרעין בתהליך ההתמיינות?
כאשר גרעין של תא אחר שיועד להיות תא אחר נכנס לתא הוא בסוף עבור תחנות מחדש (כאשר הוא כבר ממויין). גרעין בתהליך התמיינות מכילים את כל המידע התורשתי של היצור אבל במיון הוא מבוטא רק לפי מיון שלו. 

8.      מה דרוש כדי שגרעין תא יעבור "תכנות מחדש"? מה משתנה בגרעין בתהליך זה?
אם נלקח גרעין מתא ממויין לתא ביצית העברה אחרונה גורמת להם לעבור תכנות מחדש ומשתנה בגרעין חזור ביטוי הגנים.

9.      למה מתכוונים כשאומרים "שיבוט של יצור"? מהו שיבוט לצורך רפואי ושיבוט לצורך רביה?
שיבוט של יצור מבוא כאשר נלקח תא ביצית מוציאים גרעין ולוקחים תא ממויין של יצור אחר מכניסים לתוך הביצית את הגרעין ועובר תכנות מחדש ומפתח יצור לפי המידע התורשתי בגרעין שהוכנס.
שיבוט זה לצורך רבייה כאשר מעוניינים ליצור יצור חדש עם תכנות של גרעין שהוכנס, לעומת שיבוט לצורך רפואי הוא כאשר רוצים ליצור איבר באופן שיבוט. 

10.  החוקרים ששיבטו את דולי רצו להבטיח שאם נוצר עובר הוא באמת בגלל שהם הצליחו לשבט את הכבשה ולא בגלל טעות ניסויית. ממה הם חששו? כיצד הם תכננו את הניסוי כך שיוכלו לזהות שזה באמת תוצאה של השיבוט?
חששו שההצלחה לא נוצרה מסיבות אחרות אלא מתוך ווידוא שבאמת הדבר קרה בזכות השיבוט שלהם וההוכחה הוא שהיצור נוצר עם תכונות לפי הגרעין שהוכנס ויכול לבטא את הצלחתה של השיבוט.

11.  לאיזה צרכים משתמשים בשיבוט? ציינו לפחות שתי סיבות לרצון לשבט והסבירו אותן בקצרה.
שחזור בעלי חיים נכחדים, תרפיה כמו תיקון רקמות פגועות או הדמייה של רקמות עם מחלה. 

12.  מהם תאי ES (Embryonic Stem Cells)? מה אפשר לעשות עם תאים אלה? מה הבעיה האתית שבשימוש בתאים אלה?
תאי גזע שניתן לבודד בקלות הם תאי ES , ניתן לגדל בתרבית לצורך רפואי . ישנה בעיה אתית שהוא ממקור חשוב בלסטוציט. 

13.  מהם תאי iPS (induced pluripotent stem cells)? במה הם שונים מתאי ES? מה היתרון של תאי iPS על תאי ES בתרפיה?
IPS גורם לתא ממויין לעבור חזרה לתא גזע ע"י הכנסת ארבעה גורמי שיעתוק מוגדרים. היתרון של IPS שניתן לקחת תא ממויין לתא גזע! 

14.  לאיזה שימושים רוצים להשתמש בתאי iPS?

הנדסת רקמות, ייצור מזון, ניסויים....

חלק 7: יצירת הגונדות (איברי הרבייה) 

התפתחות הגונדות (איברי רבייה) וגמטות (תאי הרבייה). נתחיל בגונדות שהם איברים שבתוכם יש את תאי הרבייה שמתמיינים בתוכם. 

בלוטות הרבייה - אשכים בזכר, שחלות בנקבה. הגונדות. 
צינור הרבייה - צינור זרע בזכר וצינור הביצים החצוצרה בנקבה. 

תאי הרבייה נוצרים מחוץ לגונדה, ונודדים אליה ושם מתמיינים בתהליך הגמטוגנזה. 

הגמטות התאי הרבייה הזכריים נקראים תאי זרע והנקביות נקראות ביציות. בעוד תאי הגוף (הסומה) הם דיפלואידים ומתרבים במיטוזה, תאי הרביה הם הפלואידים ונוצרים במיוזה. 

רבייה זווגית - אורגניזם חדש נוצר מהתלכדות של תא זרע ותא ביצית וכל אחד מהם תורם חומר גנטי כך שהצאצא הוא דיפלואידי. 

מחזור חיים סטנדרטי הוא: הפריה > התלמות > גסטרולציה > אורוגנזה > גדילה והתבגרות > גמטוגנזה. 

מה קובע האם הפרט יהיה זכר או נקבה? יש גורמים סביבתיים כמו טמפ' כמו בתנינים לטאות וצבים מסוימים באדמה יש גרדיאנט של טמפרטורות. 
ויש יצורים אחרים שנקבע באופן כרומוזומלי - לפי כרומוזום וואי ואיקס.  Y קובע זכר, X קובע נקבה. 
בחרקים קביעת המין היא על פי שרשרת שחבור חליפי. 

הגונדה בהתחלה מתחילה כבי פוטנציאלית כלומר יש לה יכולת להתפתח לשני סוגי הגונדות, אך בסוף הקביעה היא כרומוזומלי. 

קביעת זויג ראשוני מתאר איזה גונדות יהיו מהגונדה הבי-פוטנציאלית מבקרה גנטית הוא כרומוזומלי.
קביעת זוויג שניוני מתאר צנרת פנימית ואיברי רבייה חיצוניים מבקרה הורמונלית. 


הגונדה מתפתחת מהרכס הגינטלי הוא אזור מזודרמלי בעובר שקרוב לכליה המתפתחת. 
במקביל חלה תנועה של תאי נבט לתוך הגונדה עי סיגנלים ואז יש אינטראקציה בין תאים ותחול שינוי מה יתפתח ממיתרי מין ראשוניים. התאים הללו יבנו את הגונדה של אותו יצור לפי מינו:

התפתחות תאי רבייה:

אצל זכר - בעל גנוטיפ XY - התאים המזודרמלים הללו ממשיכים להתחלק ויתחילו להתמיין:
- לתאי סרטולי - מפרישי הורמון AMH המעכב צינור רביה נקבי . הם יוצרים צינוריות אשך. (עכוב נקבי)
- תאי ליידינג - מקיפים את תאי סרטולי ומפרישים הורמון הטסטוסטרון. (עידוד זכרי) 

אצל נקבה - בעל גנטויפ XX - התאים המזודרמלים הללו ממשיכים להתחלק ויתחילו להתמיין:
- לתאי גרנולוזה - הם מקיפים את תאי הנבט שיתחילו לעבור מיוזה וליצור את הביציות - אאוציט. 
האאוציט הוא תא נבט שמתחיל להיות תא נקבי.
- תאי תקה - המקיפים את תאי הגרנולוזה.

הביצית האאוציט המוקף תאי גנולוזה ומוקף תאי תקה נקרא זקיק.

התפתחות צינורות מערכת הרבייה:

לנקבות יש צינור מולריאן, לזכרים יש צינור וולפיאן.
ההורמונים שמפרישה הגונדה גורמת להתנוונות הצינור הלא רלוונטי למין.

בזכרים - הפרשת הורמון AMH גורם לניוון של מולריאן, וקיומו של הורמון הטסטרון גורם להשאיר את צינור וולפיאן. 
צנרת זו תוביל את תאי זרע החוצה. 
הורמון אנדרוגני טסטוסטרון יוצר סממנים זכריים . בהיעדר סממנים זכריים יווצר נקבה. 
בנקבות - בזכות אסטרוגן בנקבות נשאר צינור מולריאן, לעומת זאת כשאין טסטוסטרון מתנוון צינור וולפיאן. 
הצנרת הזו תוביל את תאי הזרע אל הביצית .

כרומוזומי זוויג:

על כרומוזום Y יש מעט גנים, כ-76 גנים. אבל על כרומוזום Y יש גן SRY שמקודד לגורם קובע אשכים. שעתוק ותרגום של הגן גורם להתפתחות הזכר. על כרומוזום X יש כאלף עד אלפיים גנים. 

קביעת מין ראשוני מבוצע עי הגנוטיפ המשפיע על הגונדות איזה גונדות יתפתחו, וקביעת מין משנית נקבעת עפ ההורמונים שמפרישים התאים המזודרמלים שהתפתחו ומשפיעים על צינורות מותאמים למין ואיברי רבייה חיצוניים. אם לא תהייה קריאה של גן SRY למשל אז יתפתח נקבה על אף שיש XY גנוטיפ. 

כלומר - קביעת המין הראשונית ביונקים היא גנטית והיא קובעת את סוג הגונדה שתתפתח. קביעת מין שניונית היא דרך שחרור הורמונים (אסטרוגן/ טסטוסטרון) מהגונדה. משפייעים על התפתחות הצנרת.

חלק 8: גמטוגנזה - תהליך יצירת הגמטות

תהליך הגמטוגנזה - יצירת הגמטות נחלק ל-4 שלבים:
1. נדידה של תאי הרבייה הראשונים PGC אל הגונדות - תאי נבט שייצרו את הגמטות נקראות תאי PGC
2. עלייה במספר תאי הרבייה ע"י מיטוזה והגעה סופית לגונדה
3. חלוקת הפחתה בשיטת מיוזה של תאי הרבייה 
4. התמיינות סופית של תאי הרבייה (הביצית והזרע)
בין הזכרים לנקבות מתרחש תהליך שונה המוכתב עי הגונדות לפי המידע התורשתי אם הוא זכר או נקבה. 

השלב הראשון תקף לשני המינים, תאי הנבט שייצרו את הגמטות נקראים PGC הם מגיעים מחוץ לגונדה כתאי מזנכימה בעלת משמעות חשובה לתפקוד שלהם במבנה, בצורה, בתנועה המאפשר להם לנדוד אל הגונדות. בתוך התא הזה יש הפעלה של גנים הנחוצים ליצירת תאי נבט ועוצרים התמיינות לסוגי תאים אחרים . יש סביבם תאים המקיפים אותם כדי לבודד אותם מסינגלים אחרים שישפיעו עליהם. בהתחלה הם נמצאים מחוץ לעובר בשק החלמון מתפתחים שם בנפרד ונודדים אל הגונדות והם אלה שיקבעו אם יתפתחו לתאי ביצית או תאי זרע. עם זאת הם עדיין תאי נבט טוטיפוטנטים.
תאי PGC הם תאים טוטיפוטנטים בעלי יכולת מיון ופוטנציאל מיון גבוה לכל התאים וגם לזרע וביצית, הם נמצאים מחוץ לעובר בשק החלמון ונודדים עם התפתחות הגונדות.

-תאי מוצא לגמטות הם תאי PGC ומיקומם בנפרד מאחורי השליה. 

-אצל עופות תאי המוצא PGC הם בשק החלמון בנפרד לעובר, ועם ההתפתחות הם נעים עם זרם הדם אל הגונדות ע"י ליגנטים שהיא מפרישה שמאותת להם להגיע.
גם אצל בני האדם זה מגיע בסוף לגונדות אבל לא ע"י זרם הדם.

- אצל יונקים - הם נמצאים מחוץ לעובר בשק החלמון ונודדים עם התפתחות הגונדות דרך המעי אליהן (דרך מערכת העיכול ולא דרך מערכת הדם).

-הגונדה קובעת את התפתחות התאים לתאי ביצית או תאי זרע. 

- בזמן הנדידה התאים מתחלקים ואינם מושפעים מהסביבה יש שמירה עליהם בפני אותות וסיגנלים אחרים, עד שהם מגיעים לרכסים הגניטליים ולאחר מכן הם יתמיינו על פי הגונדות:
א. באשכים התאים מתמיינים לספרמטוגניה שהם תאי מוצא לתאי זרע
ב. בשחלה התאים מתמיינים לאואוגוניה שהם תאי מוצא לתאי ביצית

-היות והתאים הם טוטיפוטנטים וכאשר הם מחוץ לסביבה הטבעית שלהם ולא מתים הם עלולים לא להתמיין ולהתחלק וליצור גידולים כמו טרטומה או להתמיין בצורה לא נורמלית. התאים הם בעלי יכולות מיון גבוהות אז הם עלולים גם להתמיין לתאים אחרים. 

השלב השני של הגמטוגנזה הוא התרבות התאים במיטוזה שבה נוצרים תאי מוצא בעלי תכולה גנומית כמו כל התאים הסומטיים. 

השלב השלישי מבוצע מיוזה שבה יש שני חלוקות תא כך שבסוף יש ארבעה תאים הפלואידים בעלי חצי ממספר הכרומוזומים במקור. 
היתרון הביולוגי הוא שכל אחד תורם כרומוזום להשלמה וגם למגוון הביולוגי. 

השלב הרביעי זה התמיינות סופית לתא זרע או תא ביצית

תהליך יצירת תאי זרע:
-מיטוזה - מתחוללת חלוקות מיטוטיות שמתחילות בעובר וממשיכות בגיל ההתבגרות המכפילות את מספר תאי הזרע לתאי זרע בסוף. - ספרמטוגניה
-מיוזה - חלוקות מיוטיות שגורמות להיווצרות של תאים הפלואידים, נוצרים הספרמטידות. - ספרמטוציטים
-ספרמיוגנזה - התמיינות וקבלת המבנה והצורה הסופית. מעבר מספרמטידות לתאי זרע.
>הספרמטידות עוברות שינוי צורה שנקרא ספרמיוגנזה או מטמורפוזה כך שבסוף מתקבל תאי זרע בשלים הנקראים ספרמטוזואה. 
>בשלב הספרמיוגנזה התא מקבל את השוטון ע"י התארכות של מיקרוטובולי מהצנטריול.
הזנב בעל מבנה של 9+2 של מיקרוטובולי המאפשר תנועה ע"י דינאין שמחובר למיקרוטובולי. דינאין ממיר אנרגיית ATP באנרגייה מכנאית שמקבל מהמטוכונדריות. 

>ובחלק הקדמי מתפתח שלפוחית אקרוזומלית מהגולג'י ומהווה מרכיב חשוב להפרייה. 
השלפוחית עוטפת את החלק הקדמי של הגרעין ומכילה אנזימים המסוגלים לפרק חלבונים וסוכרים המאפשר לתא לחדור את המעטפות של תא ביצית. 
>מתקטן נפח הציטופלסמה 
>הגרעין נדחס נוצר הטרוכרומטין 
>המיטוכונדריה מסתדרים סביב הזנב ולאחר מכן מתקבצים סביב הגרעין התא. מהווה מקור אנרגיה לתנועה.

תאי זרע בין יצורים שונים בהתאם לתפקיד ולצורך שלהם,

אאוגנזה:

-מיטוזה - בשלב הראשון מגיעים התאים אל השחלה המתפתחת ועוברים חלוקות מיטוטיות רבות ונוצרות כ-7 מיליון אואוגוניה, ובמהלך הזמן הם עוברים מוות תאי. 
-מיוזה - האואוגוניה הנותרות נכנסות לחלוקה מיוטית ראשונה והופכים להיות אואציטים ונעצרים בפרופאזה עד גיל ההתבגרות. 
הפרשת LH בגיל ההתבגרות הם משלימים ונכנסים למיוזה שנייה והם נקראים אואוציטים שניוניים. בסוף אמור להיות תא אחד גדול ו-3 קטנים סה"כ 4 במיוזה אבל רק תא ביצית אחת מתפקדת בניגוד לתאי זרע שכולם מתפקדים.
- במידה והתרחשה הפרייה אז האואוציט השניוני ישלים את המיוזה השנייה ויהפוך לביצית מופרית.

שלב עצירת המיוזה משתנה בין יצורים שונים. 
בתחילת דרכו של אורגניזם יש לה כמות גבוהה של תאי ביצית והיא פוחתת עם ההתפתחות עם הזמן. 

אם נערוך השוואה בין תאי זרע לתאי הביצית נוכל לראות ש-

זקיק:

זקיקים מוקדמים - השלב הראשוני להתפתחות הזקיקים.
הזקיק המוקדם הגמטה מתפתחת מאואוגוניה ונכנסת לחלוקה מיוטית ראשונה והיא נקראת אאוציט ראשוני.
האאוציט הראשוני מוקף בתאי אפיתל פשוט של תאי גרנולוזה המספקים חומרים מזינים להבשלה.
כשתאי הגרנולוזה נהייה קובייתיים ומופיע אזור שקוף הזונה פלוסידה - הזקיק ייקרא זקיק ראשוני.

הביצית למעשה מורכבת מאאוציט המורכבת מגרעין וציטופלסמה. ברגע שהתא יעבור הפרייה הוא יתחלק ויהיה לו צידה לדרך והוראות, כמו שיוצאים לטיול לוקחים תיק צידה ומפה הוראות.
אז יהיה לו בציטופלסמה חלבוני הזנה שהם מהויים אנרגיה וחומרי בניין, ריבוזומים, TRNA, MRNA, לזרז יצירת חלבונים, גורמים מורפוגנטיים המכוון את התפתחות העובר בשלבים הראשונים וגם חומרי הגנה מקרינה מטורפים וכו...

חלק 9 דוגמת קיפוד ים 

מה מבדיל בין קיפוד ים ליונקים ?

בתא זרע - צורת אקרוזום, פיזור מיטוכונדריות, הרכב איזור הגוף של התא. 
בתא ביצה - השכבות המקיפות את התא ומחזור התא.

סוג הפרייה - בקיפוד ים ההפרייה היא חיצונית לעומת יונקים שזה פנימי. 
הקיפודי ים הרי לא נעים בים ויש הרבה מינים בים אז איך בעצם תאי הרבייה יוכלו להיפגש אחד עם השני וליצור הפרייה? שלבי הפרייה:
1. משיכה כמוטקסיס (תנועת לחומר) - מציאה והכרות בין תאי הזרע והביצית ונצמדים.
2. בקרה כניסת התא זרע לביצית ע"י יצירת מעטפת הפרייה.
3. איחוי תאים איחוי גרעינים ואיחוי החומר הגנטי. 

למרות ההבדל בסוג ההפרייה בין חיצוני לפנימי עדיין יש דימיון בשיטת ההפרייה בין קיפודי ים ליונקים, בזה שהתא זרע נצמד ונחדר לביצית. 

שלב ראשון בהפרייה: 

הקיפודים משחררים את תאי הרבייה באופן טבעי לים אבל נוכל לעשות זאת באופן מלאכותי ע"י הזרקת מלח לחלל הבטן ואז משתחרר תאי הרבייה. זה משמש לצורך מחקר למשל. 

כמוטקסיס בקיפודי ים - ניתן לראות באמצעות ניסוי כי קיים כמוטקסיס של תא זרע כאשר שמו לידו חומר הנקרא resact שהוא מהג'לי סביב התא ביצה הבחינו כי תאי זרע מצברים סביב אותו מקום שבו החומר הזה טופטף. זה חומר משיכה שבודד ממעטפת הג'לי של ביצת קיפודת ים. 

החומר הזה הוא פפטיד המפעיל רצפטור בממברנה על תא הזרע וגורם לפתיחת תעלות סידן שבסופם התא נע אל עבר הפפטיד. 

תא הזרע נע במעגלים כאשר אין מוקד משיכה, אבל כאשר כן יש הוא נע במעגלים בשילוב של תנועה ישר המאפשר לתא להתקדם אל עבר המקור. 

כמות פחמן דו חמצני גבוה גורם לעלייה בPH התוך תאי והדיאנין מתחיל לפעול ונע. לכן צריך להפסיק לפגוע במים זה פוגע בהפריות. 

שלב שני בהפרייה:

כאשר התא הזרע פוגש את תא הביצית הוא מתחיל בראקציה ראשונית שהיא האקרוזמלית הממברנה של התא הזרע מתאחה עם הממברנה של השלפוחית האקזומלית וחלל השלפוחית יוצא החוצה. 
בתוך החלל יש אנזימים פרוטאוליטים שהם מפרקי חלבונים הם מפרקים את שכבת הג'לי של תא הביצה ויוצרים נתיב אל תא הביצה. 
הראקציה הקרוזמלית השנייה היא מפגש בין סיבי האקטין יוצרים בנדין מעין מחט כזו האצבע האקרוזומלית ונקשר למעטפת הוטלינית של תא הביצה.

חשוב להדגיש שיש הפעלה ספציפית של הראקציה האקרוזומלית רק לאותו זן שממנו הוא בא. הפוליסכרידים בתא הביצה מפעיל את הרצפטורים ממברנה בתא הזרע יש קישור מאוד ספציפי. 
כלומר הרצפטורים בממברנה התא הזרע הם ספציפים לפוליסכריד שבמעטפת הג'לי. 

פוליספרמיה:
הוא מצב שבו נכנסים כמה גרעינים של תאים לתא הביצה נוצר תא טריפלואידי הוא עובר מיטוזה עם הרבה כרומוזומים ואז נעצר ולא מתפתח.

בקיפודי ים יש שני תהליכים שגורמים למנוע פוליספרמיה:
מחסום מהיר - שינוי במתח ממברנה של הביצית ממינוס שבעים לאפס - הפוטנציאל המממברנה. 
מחסום איטי - כאשר תא זרע עובר איחוי ונוצרת מעטפת הפרייה שנוצרת ברווח במעטפת הג'לטינית שחוסמת כניסת תאי זרע נוספים ומעכלת את כל מה שנקשר. 

המעטפת הפרייה נוצרת בעקבות שחרור של תוכן הגרנולה הקורטיקלית יוצר ספיחה של מים פנימה. 

בעקבות ההפרייה:
גרעין התא יוצר איחוי עם גרעין תא הביצה, הצנטריול יוצר קישור בין שני הגרעינים הפלואידים זה לזה. שוטון ומיטוכונדריה מתפרקים. 
השלב הראשוני שקורה זה קודם כל מניעת פוליספרמיה אחכ יש איחוי חומר תורשתי והפעלת המטבוליזם של תא הביצה.

לאחר תגובה מהירה של מניעת פוליספרמיה ע"י שינוי מתח ממברנלי יהיה אחכ יהיה את הראקציה הקורדיקלית שזה האיחוי של הגרנולות הקורדיקליות עם הממרנה של התא השחרור של התוכן שלהם ואז נוצר תהליך איטי למניעת פוליספרמיה יצירת מעטפת חיצונית. 

פרק 10: הפרייה באדם

איפה ההפריה עצמה מתרחשת?
באמפולה שבחצוצרות

המעבר של תאי הזרע אל מיקום המפגש תוך תנועה כנגד הזרם ויש להם יכולת כזו ונקרא ראו-טקסיס. 
וגם שרירי הרחם מסייעים לתאים להתקדם לכיוון החצוצרה. 

בהיסתמוס התאי זרע עוברים הכשרה את ההיפראקטיבציה והם יכולים לנוע מהר יותר ולהפעיל כמוטקסיס ותרמוטקסיס שיסייעו לו למפגש עם תא הביצית להפרייה. 

בשחלה בוגרת יש ביציות בשלבי הבשלה שונים. הורמונים משוחררים מהמוח מבקרים את הבשלה וחריגה של ביציות.  

מידי מחזור חודשי יש מספר של ביציות שמגיעות לזקיק שלישוני ויכולות להשתחרר.

הורמונים שמשתחררים מהמוח מבקרים את חריגת ביציות מהשחלה. כמות גבוהה של אסרוגן גורם לשחרור של LH. 

כאשר רמת האסטרדיול (סוג של אסטרוגן) מגיעה לשיא, יש שחרור של LH ו-FSH מההיפופיזה, שגורמים לביוץ. לאחר הביוץ יש ירידה ברמת האסטרדיול ועליה ברמת הפרוגסטרון. אם הביצית מופרית ומשתרשת ברחם, רמת הפרוגסטרון תישאר גבוהה.

אצל הזכר מופרשים אותם הורמונים LH ו- FSH שמשפיעים על תאי ליידינג ועל סרטולי המשפיעים על התמיינות תאי זרע 


הפרייה:

1. שלב ראשון המפגש:

הביצית החורגת מהשחלה עוברת אל החצוצרה ע"י מעין ריסים זרועות כאלה שמעודדת למשוך את הביצית הלאה לחצוצרה. 

תא זרע שמכילים הרבה אנרגיה וחלבונים שמסייע להם לנוע מתחילת מערכת הרבייה אל עבר החצוצרות גם. מספר תאי הזרע שמתחילים את הדרך גבוה לעומת כמות התאים שמגיעים באמת לאזור הביצית. 

התנועות הללו מבוצעות כנגד הזרם ויש שימוש גם בתנועת שרירים בצוואר הרחם כדי לסייע לתהליך. 

קבוצות תאי זרע ביחד מסייע להם להגיע אל המטרה כמנוע משוכלל מאשר שיהיה תא אחד בודד. 

2. קפסיטציה - הכשרה היפראקטיבציה - התא זרע מגיב לאותות מהתא נקבה שיכול להגיב לזה ולנוע במהירות . באמצעות כמו כמוטקסיס למשל. 
הדבר מתבצע ע"י חשיפה של רצפטורים על גבי הממברנה מאותות מביצית למשל הגורם לשינוי בפוטנציאל הממברנה ומתחולל תהליך שבסופו התא נהייה היפראקטיבציה עלייה בתנועתיות של התא זרע. 
הם נעים לעבר טמפרטורה גבוהה יותר וגם אותות . כל זה בסופו של דבר מאפשר לתאים להגיע ולנוע אל המטרה הביצית. 


zone פלוסידה היא שכבה מסביב לביצית יש חלבונים וסוכרים שתא זרע נקשר אליה מפרק אותה. מסביבה יש קומולוס. 

הפוליסרמיה - 
אין שלב מהיר 

פרק 11 - הפרייה ביונקים

האם התרומה של האמא והאבא זהים?

שניהם תורמים את אותו כמות חומר תורשתי אבל אללים שונים. 
- האברונים והמרכיבים הציטופלסמתיים מגיעים מכל הורה הם שונים:
מהאם מתקבל מיטוכונדריה ותכולה ציטופלסמטית
מהאב מתקבל צנטרוזום - שלד התא

רביית בתולין היא רבייה אל זווגית שנוצר מתא ביצה בלבד קורה באופן טבעי אצל מינים בודדים ולא אצל יונקים.
ביונקים זה לא קיים כי יש החתמה גנומית זה מנגנון שומנע רביית בתולין:
גן שעובר החתמה אמהית הוא גן שמגיע מהאם והוא לא מתבטא אלא זה שהגיע מהאב מתבטא.
גן שעובר החתמה אבהית הוא גן שמגיע מהאב והוא לא מתבטא אלא זה שהגיע מהאם מתבטא. 



התלכדות --> זיגוטה --> התלמות (חלוקות תא) --> בלסטולה (כדור מלא תאים עם חלל בלסטוצל --> גסטרולציה (יצירת צינור עיכול) --> גסטרולה ( יצירת 3 שכבות נבט)

קריוקינזה - חלוקת גרעין בשלבים הראשונים של החלוקה
ציטוקינזה - חלוקת התא לקראת תום החלוקה

התלמה באה מהמילה תלם שהוא חריץ או תעלה ובחלוקת הזיגוטה עומק התלם תלוי בהתנגדות החלמון.
כמות חלמון והפיזור שלו משתנה ומשפיע על עומק התלם, הדגם משתנה. 

א. חלוקה הולובלסטית - כל התא מתחלק-

זיגוטה איזולציטלית - חלמון מועט מפוזר ברחבי התא.
זיגוטה מזולציטלית - חלמון לא רב מצטבר בחלק התחתון-הוגטלי של התא

ב. חלוקה מרובלסטית - רק חלק מהתא מתחלק-

זיגוטה טלולציטלית - חלמון רב וצמיג מפוזר בצורה אחידה בתא
זיגוטה צנטרולציטלית - חלמון רב וצמיד נמצא במרכז התא

הציר קדמי אחורי בדרוזפילה נקבע עוד בביצית ומה שקובע זאת זה עיכוב תרגום גנים 

שלבי התפתחות מוקדמת בקיפודי ים: