Grenzenlose Biologie
Organogenese
Während der Organogenese differenzieren sich die drei Keimschichten des Embryos und spezialisieren sich weiter, um die verschiedenen Organe des Körpers zu bilden.
Lernziele
Den Prozess der Organogenese bei Wirbeltieren beschreiben
Wichtige Erkenntnisse
Wichtige Punkte
- Zellen im Ektoderm werden durch Moleküle, die Wachstumsfaktoren genannt werden, signalisiert, um die Neuralplatte zu bilden, die sich zu einer Struktur zusammenrollt, die als Neuralrohr bezeichnet wird; das Neuralrohr wird sich schließlich zum Gehirn und Rückenmark entwickeln.
- Die unterschiedliche Expression verschiedener Gene steuert die Differenzierung des Mesoderms in Bindegewebe sowie Rippen, Wirbelsäule, Skelettmuskulatur und Lunge.
- Das Endoderm bildet die Auskleidung des Verdauungstraktes sowie die Auskleidung aller Drüsen, die sich in den Verdauungstrakt entleeren; Es bildet auch eine Vielzahl von inneren Organen.
Schlüsselbegriffe
- Organogenese: die Bildung und Entwicklung der Organe eines Organismus aus embryonalen Zellen
- Ektoderm: äußerste der drei Gewebeschichten im Embryo eines metazoischen Tieres, die die Epidermis (Haut) und das Nervensystem des Erwachsenen produzieren
- Mesoderm: eine der drei Gewebeschichten im Embryo eines metazoischen Tieres, die viele innere Organe des Erwachsenen wie Muskeln, Wirbelsäule und Kreislaufsystem produzieren
- endoderm: eine der drei Gewebeschichten im Embryo eines metazoischen Tieres, die das Verdauungssystem und andere innere Organe des Erwachsenen
- Neuralplatte: ein dickes, flaches Ektodermbündel, das in Wirbeltierembryonen nach Induktion durch das Notochord gebildet wird
Organogenese
Organogenese ist der Prozess, durch den sich die drei Keimgewebeschichten des Embryos, das Ektoderm, Endoderm und Mesoderm, zu den inneren Organen des Organismus entwickeln. Organe bilden sich aus den Keimschichten durch die Differenzierung: der Prozess, durch den eine weniger spezialisierte Zelle zu einem spezielleren Zelltyp wird. Dies muss viele Male vorkommen, da eine Zygote zu einem voll entwickelten Organismus wird. Während der Differenzierung exprimieren die embryonalen Stammzellen bestimmte Sätze von Genen, die ihren endgültigen Zelltyp bestimmen. Zum Beispiel exprimieren einige Zellen im Ektoderm die für Hautzellen spezifischen Gene. Infolgedessen differenzieren sich diese Zellen zu Epidermiszellen. Daher wird der Differenzierungsprozess durch zelluläre Signalkaskaden reguliert.
Bei Wirbeltieren ist einer der primären Schritte während der Organogenese die Bildung des neuralen Systems. Das Ektoderm bildet Epithelzellen und Gewebe sowie neuronale Gewebe. Während der Bildung des neuronalen Systems signalisieren spezielle Signalmoleküle, sogenannte Wachstumsfaktoren, einigen Zellen am Rand des Ektoderms, dass sie zu Epidermiszellen werden. Die verbleibenden Zellen in der Mitte bilden die Nervenplatte. Wenn die Signalisierung durch Wachstumsfaktoren gestört wäre, würde sich das gesamte Ektoderm in neurales Gewebe differenzieren. Die Neuralplatte durchläuft eine Reihe von Zellbewegungen, in denen sie sich aufrollt und eine Röhre bildet, die als Neuralrohr bezeichnet wird. In der weiteren Entwicklung wird das Neuralrohr das Gehirn und das Rückenmark hervorbringen.
Neuralrohrbildung: Die zentrale Region des Ektoderms bildet das Neuralrohr, aus dem Gehirn und Rückenmark entstehen.
Das Mesoderm, das auf beiden Seiten des Wirbeltier-Neuralrohrs liegt, entwickelt sich zu den verschiedenen Bindegeweben des Tierkörpers. Ein räumliches Muster der Genexpression reorganisiert das Mesoderm in Gruppen von Zellen, die Somiten genannt werden, mit Zwischenräumen zwischen ihnen. Die Somiten entwickeln sich weiter zu Rippen, Lunge und Segmentmuskel (Wirbelsäule). Das Mesoderm bildet auch eine Struktur namens Notochord, die stabförmig ist und die zentrale Achse des Tierkörpers bildet.
Mesoderm: Das Mesoderm hilft bei der Produktion von Herzmuskeln, Skelettmuskeln, glatten Muskeln, Geweben in den Nieren und roten Blutkörperchen.
Das Endoderm besteht zunächst aus abgeflachten Zellen, die anschließend säulenförmig werden. Es bildet die Epithelauskleidung des gesamten Verdauungsschlauchs (mit Ausnahme eines Teils des Mundes und des Rachens) und des terminalen Teils des Rektums (der von Involutionen des Ektoderms ausgekleidet ist). Es bildet auch die Auskleidungszellen aller Drüsen, die in den Verdauungsschlauch münden, einschließlich der der Leber und der Bauchspeicheldrüse; das Epithel des Gehörgangs und der Trommelfellhöhle; die Luftröhre, Bronchien, und Luftzellen der Lunge; die Harnblase und ein Teil der Harnröhre; und die Follikelauskleidung der Schilddrüse und des Thymus. Darüber hinaus bildet das Endoderm innere Organe wie den Magen, den Dickdarm, die Leber, die Bauchspeicheldrüse, die Harnblase, die epithelialen Teile der Luftröhre, die Lunge, den Pharynx, die Schilddrüse, die Nebenschilddrüse und den Darm.