Page 1
Embryogenesis & Gene Expression Presented by …PÒÓM-PuË [Med Peak]
B 1.3.1 Embryogenesis เรมตนกนตงแตแรกเลยนะ ยงจ าไดไหม ....
ตอมากจะเกดกระบวนการ Fertilization ประกอบดวย 6 ขนตอน คอ
Capacitation : Sperm สมผส female genital tract ขจด glycoprotein & seminal protein ทเคลอบผวออก
Acrosomal reaction : sperm จะเคลอนผาน corona radiata และ zona pellucida
Fusion : ระหวาง plasma membrane ของ oocyte กบ sperm โดย sperm จะทงเยอหมเซลลไว ไมเอาไปดวยหรอก
Cortical and zona reaction : เซลลไขหลง lyzosomal enzyme ท าใหเยอหมเซลลเปลยนสภาพ ปองกน polyspermy
Completion of meiosis II of secondary oocyte ได female pronucleus และได male pronucleus
Female pronucleus รวมกบ male pronucleus เกดเปน Zygote (รปอยหนาถดไปนะครช )
Page 2
จาก Zygote (1 cell) จะพฒนาตอไปเรอยๆ ขอสรปเปนการพฒนาในแตละสปดาหกอนนะครช ....
30 hr : เกดการ Clevage (แบงเซลลแบบ mitosis) ได blastomere 3-4 d : แบงตวจนได Morula (คลายมลเบอรหรอนอยหนาบานเรา) แลวเคลอนตวเขาสโพรงมดลก 4 d : Blastocyst formation ; เกด blastocyst cavity ; แบงเนอเยอเปน 2 สวน
Trophoblast - outer cell mass
Embryoblast - inner cell mass 5-6 d : Zona pellucida สลายตวหมด เกดการแบงตวอยางรวดเรว 6-7 d : Blastocyst ฝงตวทผนงดานหลงมดลก
Trophoblast แบงตวและเปลยนแปลงเปน
Cytotrophoblast (อยใน เหนเปน uninucleated cell)
Syncytiotrophoblast (อยนอก เหนเซลลหลายนวเคลยส) ** สราง hCG **
1
2
3
4
5
6
เพงเปนเซลลเองร
The First Week Development
ความผดปกตในชวงน : Ectopic pregnancy
Page 3
Rule of 2’s for 2nd week
2 germ layers (bilaminar disk): epiblast, hypoblast
2 cavity : amniotic cavity, york sac
2 component to placenta : cytotrophoblast, syncytio
8 d : Bilaminar embryo ; Embryoblast เปลยนแปลงเปน
Hypoblast (ตดกบ blastocyst cavity)
Epiblast (อยเหนอ hypoblast)
เกด amniotic cavity 9 d : Heuser’s membrane (hypoblast แบงตวแผไปบดานในรอบ syncitio) : Primary york sac (บดวย hypoblast กบ Heuser’s mb) : เกด lacunae บรเวณท syncytio เจรญเขาไปในเยอบโพรงมดลก 10-14 d : Blastocyst ฝงตวเสรจสน : เกด Extraembryonic mesoderm : เกด Extraembryonic coelom
Extraembryonic somatic mesoderm
Extraembryonic splanchnic mesoderm
The Second Week Development
Page 4
Notochord
เปนแกนกลางตวออน
ชกน าใหเกด neural plate
Gastrulation ; เกด primary germ layers (Trilaminar embryonic disc)
Ectoderm (epiblast), mesoderm (migrated cell), endoderm (hypoblast) Ectoderm - the outermost germ layer
- develops into skin, nervous system, eye lens Mesoderm - the middle germ layer - develops into muscle, connective tissue, blood vessels, kidneys Endoderm - the innermost germ layer
- develops into the lining of GI tract, liver, pancreas, thymus
Epiblast หนาตวมากขน เกดเปน primitive streak
Primitive node, groove, pit, fold
Mesenchymall cell เคลอนตวไปทางดาน cranial จาก primitive node และ primitive pit สรางเปนแทงเนอเยอ อยในแนว medial plane เรยก notochordal process ตอมามรกลวงเกดขนเรยก notochordal canal
Notochordal process เจรญไปทางดาน cranial ระหวาง ectoderm และ endoderm ถงบรเวณทเรยกวา prochordal plate จะไมสามารถแทรกได เพราะเปนบรเวณทเชอมกนแนนระหวาง ectoderm และ endoderm เรยก oropharyngeal membrane ซงจะเจรญไปเปน oral cavity
Neurulation คอ Ectoderm มการหนาตวขนตลอดแนวยาว เรยกวา neural plate พฒนาไปเปน CNS
Neural plate จะยดตวยาววางอยบน notochord และอย cranial ตอ primitive node
ในขณะท notochord ยดยาวออก neural plate กจะแผกวางออก และยดไปขางหนาจนไปชน
oropharyngeal membrane
Neural plate จะหว าลกลงตลอดแนวกลาง เรยกวา neural groove ขอบสองขางจะยกนนขนเรยกวา neural folds
The Third Week Development
Page 5
ขณะท neural fold เชอมกนเพอนสรางเปน neural tube ตรงกลางจะกลวงเรยก neural canal
neuroectoderm ทสนทงสองขางของ neural fold จะแยกตวออกจาก surface ectoderm และ neural tube
จะสรางเปนกอนแบนๆ เรยกวา neural crest
ชน mesoderm ทอยสองขางของ notochord จะเจรญขนเปนแนวยาวเรยก
paraxial mesoderm ถดไปดานขางคอ intermediated mesoderm และบางลงดานขางเปน lateral plate mesoderm ตอกบ extraembryonic mesoderm คลม yolk sac และ amnion
Neural Crest
Dorsal root ganglion
Sympathetic
Parasympathetic
Cartilage
Brachial arch
Pigment cell
Neural Canal
Ventricular system
Lateral ventricle
Third ventricle
Cerebral aqueduct
Fourth ventricle
Central canal
Pigment cell
Page 6
ปลายสปดาหท 3 paraxial mesoderm มการพฒนาเปนกอนครปลกบาศก เรยกวา somite ซงอยขางๆ neural tube
วนท 20-30 จะสราง somite ประมาณ 38 ค ปลายสปดาหท 5 จะสราง somite ประมาณ 42-44 ค
Organogenetic period มการสรางอวยวะทงภายนอกและภายใน
The most critical period to teratogens
Embryonic folding
head fold : foregut
lateral fold : midgut
tail fold : hindgut
ม pharyngeal arches
Anterior neuropore เรมปด
Upper limb buds UE
Otic pits internal ear
Lens placodes lens
Lower limb buds LE
หางหดสนลง
Posterior neuropore เรมปด
Paraxial mesoderm
Myotome -Skeletal system
Sclerotome -Vertebra, rib
Dermatome -Dermis, subcutaneous tissue
The Fourth Week Development
Page 7
5th wks - 6th wks
สวนศรษะจะเจรญอยางรวดเรว Elbows and hand plates
ใบหนาเจรญเรวมากจนสมผสกบ heart prominence digital rays
Upper limb buds เปนรปใบพาย (paddle shape) pigment ท retina
Lower limb buds มลกษณะคลายครบ (flipper like) external acoustic meatus
7th wks - 8th wks
แขนขาจะเจรญมากขน นวมอนวเทาแยกออกจากกน
เกดปม (notch) ระหวาง digital rays เรมเหน notches ท lower limb
เกด umbilical hernia จากการทล าไสเจรญเรวกวาชองทอง ขยบแขนขา
เกด ossification ท upper limbs ossification ท lower limbs (esp. femur)
Normal births occur 38 weeks after conception
Premature birth is one that occurs before 38 weeks
The Fifth-Eighth Week Development
The Fetal period
Page 8
การวเคราะหสายสมพนธของกลมเครอญาต (pedigree analysis) เพอทราบวาลกษณะกรรมพนธนนมการถายทอดแบบใด และสามารถคาดคะเนไดวาลกษณะกรรมพนธ
นนมโอกาสเกดขนไดมากนอยเพยงใดในคแตงงานแตละค ซงเปนประโยชนอยางยง ในการวางแผนส าหรบครอบครวทมยนทผดปกตอย
เขยนขนมาจากประวตการถายทอดลกษณะกรรมพนธทแสดงออกทาง phenotype อยางใดอยางหนงโดยใชสญลกษณตางๆแทนลกษณะ phenotype ของแตละคนในวงศตระกลนน ตามหลกมาตรฐานสากล
Pattern of Inheritance and Multifactorial - หากความผดปกตทางพนธกรรมนนเกดขนใน Somatic cells จะไมมการถายทอดสรนตอไป (non-inheritance) - หากเกดขนในเซลลสบพนธกจะสามารถถายทอดตอไปได (Inheritance) Genetic Disorder
1. Single-gene disorders 2. Multiple-gene disorders 3. Mitochondrial disorders 1. Chromosomal disorders
แบบแผนของการถายทอดโรคทางพนธกรรม มกใช single gene disorders เปนตนแบบในการดการถายทอดของโรค โดยขนอยกบ 2 ปจจย
1. ต าแหนงทเกยวของ 1.1 Autosomal Chromosome 1.2 Sex Chromosome
2. Phenotype 2.1 Dominant 2.2 Recessive
B.1.3.2 Pedigree Analysis
Page 9
Single Gene Disorders หรอ Mendelian Inheritant
แสดงออกในลกษณะเดนและดอย
มกผดปกตท locus เดยวกน (ต าแหนงเดยวกนบนแทงโครโมโซม)
มลกษณะเฉพาะในการถายทอด
ความผดปกตในรนลกจะมอตราสวนคงท ม 5 รปแบบ
1. Autosomal Recessive 2. Autosomal Dominant 3. X-linked Recessive 4. X-linked Dominant 5. Y-linked Pedegree
= เพศชาย = เพศหญง = ชายทเปนโรค
- = แตงงานกน = = การแตงงานระหวางญาต = แฝดรวมไข = แฝดตางไข , = จ านวนลกตอเพศ, ญ=2, ช=6 = คนทมาพบแพทย = Autosomal heterozygous recessive
= X-linked carrier (พาหะ) = ตาย Autosomal Recessive
ความเสยงในการเกดโรคเทากนทงชายและหญง
ทกรนไมจ าเปนตองมคนเปนโรค
คนทเปนโรคจะตองไดรบจนดอยจากทงพอและแม
คนทเปน Heterozygous recessive จะไมแสองความผดปกตเนองจากคโครโมโซมทปกตยงชวยท างานไดเตมทแทนตวโครโมโซมทผดปกตได
หากพอและแมเปน Heterozygote โอกาสทลกจะเปนปกต 25% : พาหะ 50% : เปนโรค 25% ตวอยางโรค
- Thalassemia (ปกต trait หมายความวา เปนโรคแตในโรคธาลสซเมย หมายความวา เปนพาหะ)
- Sickle Cell Anemia
- SCID (Severe Combined Immunodeficiency) เปนตน
2 6
Page 10
Autosomal Dominant
คนทรบจนทผดปกตเพยงแทงเดยวกสามารถแสดงความผดปกตได เนองจากมจนทผดปกตเขาไปแทรกแซงจนทท างานปกตอยของคโครโมโซม ท าใหจนปกตท างานเสยหายไปดวย
มกพบในทก ๆ รน ยกเวนการเกดการผาเหลา
หญงและชาย มโอกาสเทากนทจะเกดโรค ตวอยางโรค
- Huntington‘s chorea
- Marfan‘s syndrome
- Bradydactyly, Polydactyly เปนตน Term
1. New mutation : มวเตชนทไมพบในรนพอและแม 2. Incomplete penetrance : จนทถายทอดสรนลกจากพอและแม ท าใหลกเปนโรค (Trait)
แตวาลกไมมการแสดงออกของโรคในทกคน 3. Variable Expressivity : ในแตละคนมการแสดงออกของจนแตกตางกนตามปจจยตาง ๆ 4. Codominant : ทง 2 อลลลมการแสดงออกมาพรอมๆกน เชน AB-blood group
X-linked Recessive
- คนทเปนโรคมกเปน Trait ในหญงหรอชายมโอกาสเฉพาะโครโมโซม X ทผดปกตเพยง อนเดยวในชาย
- ชายจะไดรบผลเมอเปน Hemizygotes
- หญงจะไดรบผลเมอเปน Homozygotes
- ชายจะใหโครโมโซม X แกลกผหญงเทานน
- โอกาสทชายเปนโรคจะมากกวาเพศหญง ตวอยางโรค
- Hemophilia A,B
- G-6PD deficiency
- Color Blindness
- Duchene muscular Dystrophy Lyon Hypothesis ในเพศหญงจะมโครโมโซม X 2 ตวในโครโมโซมเพศ แตอกแทงทเปนคกนนนไมท างานจะกลายเปน Barr Body XIST (X-inactive transcript) ถกสรางจากบรเวณบนโครโมโซม X เรยกบรเวณนนวา XIC (X-inactive center) การแสดงออกของ XIST RNA ใน XIC Region จะปรากฏบน inactive X-chromosome
Page 11
X-linked Dominant
- พบไดนอย อตราสวนการเกดโรคหญง > ชาย 2 เทา
- อาการในเพศหญงจะรนแรงนอยกวาเพศชาย
- หากแมเปนโรคลกชายทกคนตองเปนโรคทงหมด ตวอยางโรค
Vitamin D resistant rickets Y-linked - พบนอย พบเฉพาะเพศชาย
- พบเฉพาะจนทอยในโครโมโซม Y เทานน ตวอยางโรค : Hairy Pinna (หมขนมาก) Other mode of inheritance
1. Genomic imprinting : จนทถายทอดมาจากฝายพอหรอฝายแมไมแสดงออก 2. Uniparental disomy : เดกไดรบจนจากพอหรอแมจากฝายเดยวทงหมด 3. Germline Mosaicism : ในเดกทเกดจากพอและแมทมจนปกต แตลกกลบเปนโรค อาจเนองจากการ
ผาเหลาในขณะทยงเปน Germline cell 4. Mitochondrial inheritance : ความผดปกตของสารพนธกรรมในไมโตคอนเดรย Mitochondrial DNA Disorders
- จะพบความผดปกตจากแมไปสลกเทานน เนองจากในขณะปฏสนธไขกบอสจจะเชอมนวเคลยสเขาหากน แตตวอสจจะเอาเฉพาะนวเคลยสเทานนเขาไปในเซลลไข ท าให Organelle อนในเซลลของ Zygote มาจากฝายแมเทานนรวมทงไมโตคอนเดรย
- ทงหญงและชายมโอกาสเปนโรคเทา ๆกน
- มกเปนโรคทเกยวของกบระบบประสาท เนองจากเซลลประสาทตองใชพลงงานสงจงเหนไมโตคอน เดรยมากในเซลลจงท าใหไดรบผลกระทบทเหนชดมากทสด
ตวอยางโรค Leber ‘s hereditary optic neuropathy
Page 12
Chromosomal DNA Disorders ความผดปกตดานจ านวน
Trisomy 21 = Down syndrome
Trisomy 18 = Edward syndrome
Page 13
Trisomy 13 = Patau syndrome
45 X0 = Turner syndrome
Page 14
47,XXY = Klinefelter syndrome
ความผดปกตทางโครงสราง
(deletion 22) = Di George syndrome
กลมอาการนประกอบดวย conotruncal cardiac malformation, hypocalcaemia, abnormal facial profiles และ immunodeficiency สาเหตเกดจากการพฒนาทผดปกตของ pharyngeal pouches ท 3 และ 4 สงผลใหมความผดปกตของการเกด parathyroid glands และ thymus gland ความผดปกตทางหวใจทพบบอยในโรคน คอ interrupted aortic arch, tetralogy of Fallot และ truncus arteriosus
Page 15
(deletion p5) = Cri-du-chat syndrome (Cat cry syndrome)
Term 1. Delay age of onset : ความผดปกตของจนทเลอนการแสดงออกของโรค เชน Polycystic Kidney
จะแสดงออกมาเมออาย 35 ป 2. Pleiotropy : ความผดปกตหลาย ๆจนจงจะท าใหเกดความผดปกตอยางเดยว ท าใหเกดอาการในหลาย
ระบบ เชน Marfan’s syndrome มการสราง elastic fiber ผดปกตทวรางกาย 3. Genetic heterogeneity : คามผดปกตหลายๆจนจงจะท าใหเกดความผดปกตเพยงอยางเดยว เชน
Congenital Deafness 4. Sex-limited phenotype : ลกษณะทแสดงออกเฉพาะบางเพศเทานน เชน มะเรงมดลก 5. Sex-influenced phenotype : เพศมอทธพลตอการเกดโรคลกษณะนน ๆ เชน ศรษะลาน
จะเกดขนในเพศชายมากกวาเพศหญงเนองจากอทธพลของฮอรโมนเพศชาย Multifactorial Inheritance
นยาม : Trait จะถกก าหนดจากการรวมตวของหลาย ๆ จนและปจจยทไมใชจน เชน สงแวดลอม Polygene : Trait ถกก าหนดโดยการรวมตวของจนมากกวา 2 จนขนไป
Multifactorial or Polygenetic trait แบงได 2 กลม 1. Continuous Trait : สวนสง,น าหนก,สผว 2. Discontinuous Trait : DM}Cleft lip cleft Palate
ลกษณะของ Multifactorial Inheritance
- มรปแบบการถายทอดไมแนนอน และมกมอทธพลของสงแวดลอมมาเกยวของดวย
- ยงคนทเปนญาตใกลชดกนมากเทาใดยงมอบตการณในการเกดโรคมากยงขน
- อตราการเกดโรคเหมอนกน(Concordance rate)ดงนคอ Identical twins > Non-identical Twins
Page 16
Normal Distribution หากลกษณะใดลกษณะหนงถกก าหนด ดวยจ านวนจนมากขนเทาใดโอกาสทจะไดพนธแทกยงมจ านวนนอยลงมากขน เชน ความสง หากถกก าหนดดวยจน A และ a คอจนเตย กจะพบวา อตราสวนของสงแทและเตยแทมถง ½ ในรนนน แตถามจ านวนจนทควบคมหลายจนเพมขนกจะพบอตราสวนของพนธแทลดลงในรนลก
กฎของฮารด-ไวนเบอรก (Hardy-Weinberg Law)
ในป 1908 ฮารด (G.H. Hardy) นกคณตศาสตรชาวองกฤษ และไวนเบอรก (W. Weinberg) นกฟสกสชาวเยอรมน นกวทยาศาสตรทงสองทานนไดคนพบกฎทเกยวของกบความถแอลลลของประชากรในเวลาใกลเคยงกน เกดเปนกฎของฮารด-ไวนเบอรก (Hardy-Weinberg Law) ซงเปนกฎทส าคญในการศกษาพนธศาสตรประชากร โดยใชกฎการถายทอดพนธกรรมของเมนเดลทวาดวยผลของการสรางเซลลสบพนธโดยกระบวนการแบงเซลลแบบไมโอซสมาอธบายความถจโนไทปและความถแอลลลของประชากร เนองจากแอลลล ซงอยในเซลลสบพนธถกสงจากประชากรรนหนงไปยงประชากรอกรนหนง เนอหาทส าคญของกฎอาจแบงออก ไดเปน 3 ขอ คอ 1. ในประชากรทปราศจากกระบวนการทจะท าใหมการเปลยนแปลง ซงไดแกการกลายพนธ (mutation) การอพยพ (migration) การผกผนทางพนธกรรม (genetic drift) และการคดเลอก (selection) คาความถของอลลลจะยงคงเหมอนเดมไมวาจะถายทอดไปกรนกตาม 2. กฏฮารด-ไวนเบรก ไดกลาวอกวาถาประชากร มระบบการผสมพนธแบบสม คาความถของจโนไทป จะสมพนธกบคาความถของอลลลดวยสตร (pA+qa)2=p2AA+2pqAa+q2aa 3. คาความถจโนไทปทสมดล (equilibrium) ของยนทอยบนออโตโซมจะเกดขนเมอมการผสมพนธแบบสม 1 รนถาความถของอลลลเรมตน ในเพศทงสองมคาเทากน โดยกฎของฮารด–ไวนเบอรกจะใชไดกบประชากรทมขอก าหนดดงน
1) ประชากรตองมขนาดใหญ คอจ านวนสมาชกตองมากพอเพอไมใหเกดความคลาดเคลอนจากการสม 2) การผสมของสมาชกในประชากรตองเปนการผสมแบบสม 3) จโนไทปทกจโนไทปทเกดจากการผสมแบบสมมโอกาสอยรอดและสบพนธไดเทา ๆ กน ไมมอทธพลของ
การคดเลอกตอจโนไทปใดจโนไทปหนง 4) ไมมการอพยพของสมาชกเขาหรอออกจากประชากร 5) ไมมการกลายพนธของแอลลล 6) ความถแอลลลในเซลลสบพนธเพศผตองเทากบในเซลลสบพนธเพศเมย
B.1.3.2 Population Genetics