Морфологические особенности эмбриона человека на 28-й день развития: генетическая регуляция и возможные пороки

К концу четвертой недели беременности эмбрион человека достигает 4–6 мм в длину и приобретает характерную С-образную форму. В этот период он имеет от 24 до 28 пар сомитов, что отражает активный процесс сегментации. Тело эмбриона сильно изогнуто, голова наклонена к сердцу, а боковые части туловища начинают формировать зачатки конечностей.

Развитие нервной системы

Нервная система представлена замкнутой нервной трубкой, за исключением небольших участков краниального и каудального невропоров, которые закрываются в ближайшие сутки. В переднем отделе нервной трубки различимы три мозговых пузыря: передний, средний и ромбовидный. Они определяют будущую топографию головного мозга. На боковых стенках переднего мозга образуются оптические пузырьки, являющиеся зачатками глаз, а на латеральной поверхности головы — слуховые плакоды, дающие начало внутреннему уху.

Спинной мозг начинает дифференцироваться: выделяются базальные и крыловые пластинки, что в дальнейшем обеспечит разделение на двигательные и чувствительные зоны. Замыкание нервной трубки обеспечивают гены PAX3, PAX6, SOX2, OTX2 и каскады SHH и FGF. Эти молекулы задают дорсовентральную и краниокаудальную ось нервной трубки и обеспечивают дальнейшую дифференцировку нейронов. Нарушения их работы могут привести к анэнцефалии, спинномозговым грыжам (spina bifida), краниорахишизису и аномалиям развития глаз (аниридия при дефекте PAX6) и слуха.

Формирование внутренних органов

Сердечно-сосудистая система

Сердце эмбриона находится в стадии интенсивного развития и имеет вид S-образной петли. В его полости различимы зачатки предсердий и желудочков, хотя перегородки окончательно не сформированы. Начинает появляться межжелудочковая перегородка.

Сердце активно функционирует, обеспечивая циркуляцию крови по примитивному сосудистому руслу. Хорошо выражены первые артериальные дуги, связанные с фарингеальными дугами, и система пупочных сосудов, обеспечивающих связь с плацентой.

Ключевую роль в кардиогенезе играют:

• Ген NKX-2.5 — выступает в роли главного кардиогенного фактора и задает развитие сердечной трубки;
• TBX5 — регулирует формирование предсердий и перегородок; 
• HAND1 и HAND2 — контролируют морфогенез желудочков;
• GATA4 — участвует в закладке миокарда и эндокарда; 
• Сигналы BMP и NOTCH — координируют процессы деления и миграции клеток сердца; 
• Под контролем HOXA3 и TBX1 формируются артериальные дуги, а FGF8 стимулирует их развитие. 

Ошибки в этих процессах приводят к дефектам межжелудочковой и межпредсердной перегородок, транспозиции магистральных сосудов, тетралогии Фалло, персистированию артериального ствола. При нарушении экспрессии TBX1 возможно развитие синдрома Ди Джорджи (гипоплазия тимуса и сердечные пороки).

Пищеварительная и дыхательная системы

На 28-й день развития пищеварительная трубка подразделяется на переднюю, среднюю и заднюю кишку. 

Из передней кишки формируются зачатки глотки, пищевода и желудка, а также печеночный дивертикул, из которого развиваются печень и желчный пузырь. В области дорсальной стенки кишки появляется поджелудочная закладка.

Средняя кишка соединена с желточным мешком через желточный проток, а задняя заканчивается у клоакальной мембраны. Из вентральной стенки передней кишки выделяется ларинготрахеальная трубка — зачаток дыхательной системы, которая к данному сроку начинает разветвляться на два легочных бугорка, определяющих будущие бронхи.

Закладка печени и поджелудочной железы контролируется генами SOX17, FOXA2, PDX1, HHEX. При нарушении их функционирования возможно формирование атрезии пищевода, стеноза кишечника, агенезии или гипоплазии печени и поджелудочной железы, врожденного порока желчных протоков. Дефекты в сигнальных путях могут приводить к гастрошизису или омфалоцеле.

Мочеполовая система

Мочеполовая система представлена мезонефросом, или первичной почкой, которая активно функционирует на данном этапе. От нее отходит мезонефральный проток, выполняющий роль выводного канала. В области аллантоиса формируется зачаток мочевого пузыря. Вдоль мезонефроса закладываются структуры, из которых впоследствии разовьются половые железы. 

Ген WT1 обеспечивает формирование почечной мезодермы, PAX2 и PAX8 контролируют развитие мезонефроса, EYA1 и SIX1 участвуют в развитии почечных канальцев, а система GDNF/RET стимулирует рост мочеточникового зачатка. В зачатках гонад начинают работать гены половой дифференцировки: у эмбрионов мужского пола активируются SRY и SOX9, запускающие образование семенников, у женского — WNT4, RSPO1 и FOXL2, направляющие развитие яичников. Дефекты этих генов могут привести к агенезии почек, мультикистозной дисплазии, удвоению мочеточника, гипоспадии, дизгенезии гонад, нарушению формирования пола.

Сегментарная организация осевого скелета и ранний морфогенез конечностей

Соматическая сегментация выражена очень четко. 

Сомиты дифференцируются на:

• Cклеротом;
• Миотом;
• Дерматом. 

Из них образуются зачатки будущих позвонков, сегментированной мускулатуры и дермы. В боковых отделах туловища видны небольшие бугорки — зачатки конечностей. Верхние конечности появляются немного раньше и выражены отчетливее, чем нижние. 

MESP2 контролирует сегментацию сомитов; PAX1 регулирует развитие склеротома, из которого формируются позвонки; PAX3 — миотом, источник мышц туловища и конечностей; MYF5 и MYOD активируют миогенез. Гены кластера HOX задают топографию сегментов, а сигналы SHH, WNT и Notch регулируют дифференцировку клеток в пределах сомита. 

Нарушения сегментации могут вызвать пороки позвоночника (спинальные дисплазии, клиновидные и добавочные позвонки), врожденные кривошеи, дефекты сегментации ребер.

Конечности начинают закладываться в виде небольших почкообразных выступов. Верхние конечности формируются раньше нижних. Их развитие зависит от экспрессии TBX5 (верхние конечности) и TBX4 (нижние), а также FGF10, инициирующего рост конечности, и FGF8, продуцируемого апикальным эктодермальным гребнем и поддерживающего рост зачатка. Сигнал SHH в зоне поляризирующей активности определяет переднезаднюю ось конечности. При нарушении регуляции возможны амелия (отсутствие конечности), фокомелия (резко укороченные конечности), синдактилия, полидактилия, эктродактилия.

Найдите больше научно обоснованных материалов в наших социальных сетях

Подпишитесь и не пропустите новейшие ресурсы

Ранний органогенез органов чувств и фарингеального аппарата

Начинают формироваться органы чувств. Помимо оптических пузырьков, заметны обонятельные плакоды в области переднего мозга, а слуховые плакоды погружаются вглубь и превращаются в слуховые пузырьки. Таким образом, к концу четвертой недели развития намечаются зачатки зрения, слуха и обоняния.

• Оптические пузырьки развиваются под контролем PAX6 (главный фактор глазного морфогенеза), RAX (индукция сетчатки) и OTX2 (задание переднего мозга и зрительных структур). 
• Слуховые плакоды закладываются при участии PAX2 и PAX8 (формирование слухового пузырька), EYA1 и SOX10 (развитие сенсорных клеток внутреннего уха). 
• Обонятельные плакоды формируются под действием PAX6, DLX5 и FGF8, задающих развитие эпителия обонятельной области.

При нарушении работы PAX2, PAX8, EYA1 страдает закладка уха — возможны врожденная глухота, аплазия улитки и слуховых косточек. Дефекты в генах PAX6 и DLX5 могут вызвать гипоплазию обонятельных луковиц (например, при синдроме Кальмана).

Особое значение в морфологической картине имеют фарингеальные дуги. К 4-й неделе их насчитывается четыре пары. Между дугами формируются глоточные карманы и щели. Эти структуры являются источником развития миндалин, тимуса, паращитовидных желез, наружного слухового прохода и других элементов головы и шеи.

Фарингеальные дуги, формирующиеся при участии HOX-генов, TBX1, EYA1, FGF8, обеспечивают развитие лица, шеи и ряда органов. Их аномалии приводят к лицевым расщелинам (заячья губа, волчья пасть), аномалиям наружного и среднего уха, аплазии или гипоплазии тимуса и паращитовидных желез.