background image

[

Introduction to Embryology                                      

   Prof. Dr. Malak A. Al-yawer

]

 

September 27, 

2012

 

 

1

 

 

This lecture will discuss the following topics :  

•  Definition of Embryology 

•  Significance of Embryology  

•  Old and New Frontiers  

•  Introduction to Molecular Regulation and Signaling 

•  Descriptive terms in Embryology  

•  Mitosis & Meiosis (quick review)  

Definition of Embryology  

Literally, embryology means the study of embryos; however, the term generally refers 

to prenatal development of embryos and fetuses.  

Developmental anatomy  

     

 

is the field of embryology concerned with the changes that cells, tissues, organs, and the 

body as a whole undergo from a germ cell of each parent to the resulting adult . 

     Prenatal development is more rapid than postnatal development and results in more 

striking changes.  

SIGNIFICANCE OF EMBRYOLOGY  

•  Bridges the gap between prenatal development and obstetrics, perinatal 

medicine, pediatrics, and clinical anatomy.  

•  Develops knowledge concerning the beginnings of human life and the changes 

occurring during prenatal development.  

•  Is of practical value in helping to understand the causes of variations in human 

structure.  

•  Illuminates gross anatomy and explains how normal and abnormal relations 

develop.  

HISTORY OF EMBRYOLOGY  

Scientific approaches to study embryology have progressed over hundreds of years.  

•  Anatomical approaches  

•  Experimental embryology   

•  Grafting experiments   

•  Molecular approaches 

Anatomical approaches dominated early investigations 

Observations became more sophisticated with advances in optical equipment and dissection 

techniques.  

Comparative and evolutionary studies  

  comparisons among species to understand the progression of developmental 

phenomena.  

  investigated offspring with birth defects, and these were compared to organisms 

with normal developmental patterns.  

Experimental embryology 

trace cells during development to determine their cell lineages 

o

 

Observations 

o

 

vital dyes 

o

 

Radioactive labels and autoradiographic techniques 

o

 

Genetic markers 

Grafting experiments 


background image

[

Introduction to Embryology                                      

   Prof. Dr. Malak A. Al-yawer

]

 

September 27, 

2012

 

 

2

 

 

provided the first insights into signaling between tissues e.g. grafting the primitive node 

from its normal position on the body axis to another and showing that this structure 

could induce a second body axis.  

Molecular approaches 

Numerous means of identifying cells using  

o

 

reporter genes,  

o

 

fluorescent probes, and  

o

 

other marking techniques have improved our ability to map cell fates. 

o

 

other techniques were used to alter gene expression, such as knockout, knock-

in, and antisense technologies has created new ways to produce abnormal 

development and allowed the study of a single gene's function in specific 

tissues.  

Molecular biology 

Molecular biology has opened the doors to new ways to study embryology and 

 to enhance our understanding of normal and abnormal development.  

Each nucleosome consists of  an octamer of histone proteins and 

 approximately 140 base pairs of DNA.  

Nucleosomes are joined into clusters by linker DNA and other histone proteins.  

Chromatin  

Heterochromatin

     In inactive state, chromatin appears as beads of nucleosomes on a string of DNA.  

     Nucleosomes keep the DNA tightly coiled, such that it cannot be transcribed.  

Euchromatin

  It is the uncoiled state .   

    DNA must be uncoiled from the beads for transcription to occur  

Induction and Organ Formation 

Organs are formed by interactions between cells and tissues. Most often, one group of 

cells or tissues causes another set of cells or tissues to change their fate, a process called 

Induction.  

In each such interaction, one cell type or tissue is the inducer that produces a signal, and 

one is the responder to that signal 

Competence:  IS the capacity to respond to such a signal. It requires activation of the 

responding tissue by a competence factor 

Induction- Epithelial mesenchymal interactions 

Epithelial cells are joined together in tubes or sheets, whereas mesenchymal cells are 

fibroblastic in appearance and dispersed in extracellular matrices  

Although an initial signal by the inducer to the responder initiates the inductive event, 

cross talk between the two tissues or cell types is essential for differentiation to 

continue (arrows in this figure ).   

Examples of epithelial -mesenchymal interactions include the following:  

♣  gut endoderm and surrounding mesenchyme to produce gut-derived organs, 

including the liver and pancreas; 

♣  limb mesenchyme with overlying ectoderm (epithelium) to produce limb 

outgrowth and differentiation; and  

♣  endoderm of the ureteric bud and mesenchyme from the metanephric blastema 

to produce nephrons in the kidney.  


background image

[

Introduction to Embryology                                      

   Prof. Dr. Malak A. Al-yawer

]

 

September 27, 

2012

 

 

3

 

 

♣  Inductive interactions can also occur between two epithelial tissues, such as 

induction of the lens by epithelium of the optic cup.  

Cell Signaling  

Cell-to-cell signaling is essential for 

 induction,  

conference of competency to respond,  

cross-talk between inducing and responding cells.  

 ( 1 ) paracrine interactions,  

whereby proteins synthesized by one cell diffuse over short distances to interact with 

other cells. The diffusable proteins responsible for paracrine signaling are called 

paracrine factors or growth and differentiation factors (GDFs).  

Paracrine factors act by: signal transduction pathways either by activating a pathway 

directly or by blocking the activity of an inhibitor of a pathway (inhibiting an inhibitor),  

2 )  juxtacrine interactions,  

which do not involve diffusable proteins.  

Juxtacrine factors may include products of the extracellular matrix, ligands bound to a 

cell's surface, and direct cell-to-cell communications  

Mitosis  

Is the process whereby one cell divides giving rise to  two  daughter cells that are 

genetically identical to the parent cell . Each daughter cell receives the complete 

complement of 46 chromosomes .  

Mitosis occurs in most somatic cells       

Interphase (replication phase) :Before a cell enters mitosis, each chromosome replicates 

its deoxyribonucleic acid (DNA).  

The chromosomes are extremely long, they are spread diffusely through the nucleus, 

and they cannot be recognized with the light microscope. 

Meiosis  

♣  Is the cell division that takes place in the germ cells to generate male and female 

gametes, sperm and egg cells, respectively.  

♣  The number of chromosomes is halved to the haploid number and when 

fertilization takes place the diploid number is restored  

♣  Meiosis requires two cell divisions, meiosis I and meiosis II , to reduce the 

number of chromosomes to the haploid number of 23 

♣  Mitosis and meiosis resemble each other in many respects differing chiefly in the 

behavior of the chromosomes during early stages of cell divisions  

Characteristic events during meiosis I 

Synapsis : homologus chromosomes align themselves in pairs ( the pairing is exact and 

point for point except for the XY combination.  

crossover interchange of chromatid segments between paired homologus chromosomes 

. Points of interchange are temporarily  united and form an x- line structure ( a chiasma ) 

. Approximately 1 or 2 crossovers per chromosome with each meiotic I division and most 

frequent between genes that are far apart on a chromosome 

At  the end of meiosis I , two separate cells each with haploid ( n ) number of 

chromosomes 

Meiosis II 

similar to mitosis; the cross over and non cross chromatids separate randomly  


background image

[

Introduction to Embryology                                      

   Prof. Dr. Malak A. Al-yawer

]

 

September 27, 

2012

 

 

4

 

 

At the end of meiosis II , 4 daughter cells chromosome number remaining haploid , DNA 

is reduced to the haploid amount   

 

Results of meiotic divisions  

1. Genetic variability is enhanced through  

Cross over which creates new chromosomes  

Random distribution of homologus chromosomesb to daughter cells 

2. each germ cell contains a haploid number of chromosomes so that at fertilization the 

diploid number of 46 is restored   

Clinical correlations  

1. chromosomal abnormalities  

A. numerical ( nondisjunction , translocation )   

B. structural 

2. gene mutations    

Meiotic non disjunction  

During meiosis ,homologous chromosomes normally pair and then separate .if 

separation fails ( nondisjunction )   

Non disjunction may involve  

1. autosomes ( trisomy 21 , trisomy 13 , trisomy 18 )  

2. sex chromosomes  

Klinefelter syndrome (XXY ) 47 chromosomes , XXXY 48 chromosomes )   

Turner syndrome (XO )   

 Mitotic nondisjunction  

Nondisjunction may occur during mitosis in an embryonic cell during earliest cell 

divisions . Such conditions produce mosaicism . Some cells having an abnormal 

chromosome number and others being normal ) 

Translocation  

Sometimes , chromosomes break , and pieces of one chromosome attach to another  

Balanced translocation : breakage and reunion occur between two chromosomes but no 

genetic material is lost and individuals are normal  

unbalanced translocation : part of one chromosome is lost and an altered phenotype is 

produced   

Translocations are particularly common between chromosomes 13, 14, 15, 21, and 22 

because they cluster during meiosis. 

Structural abnormalities 

 Results from chromosomal breakage  

Partial deletion of a chromosome e.g. partial deletion of the short arm of chromosome 

5 ( Cri-du-chat syndrome )  

Microdeletions  : spanning only a few contiguous genes may result in microdeletion 
syndrome or contiguous gene syndrome. e.g. microdeletion on the long arm of 
chromosome 15  
Gene Mutations  

8% of human malformations  

A change in the structure or function of a single gene ( single gene mutation ) 

 * Dominant : Affection of one gene of an allelic pair  

** Recessive : both allelic gene pairs must be mutant  

Gene mutation cause  congenital abnormalities , inborn error of metabolism e.g 

phenylketone uria , galactosemia with various degrees of mental retardation.   


background image

[

Introduction to Embryology                                      

   Prof. Dr. Malak A. Al-yawer

]

 

September 27, 

2012

 

 

5

 

 

 

Thank you 
  

Next lecture: Gametogenesis    

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 3 أعضاء و 130 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل