Embryologie

• Anwendungsbereiche (Pränatal, Postnatal)
• Indikationen (Pränatal: Auffälliger US, positive Tests etc, Postnatal: Dysmorphien, Fehlbildungen etc.)
• Relevanz (Sichere Diagnosestellung aufgrund gezielter Therapien, Prävention, Familienplanung, Personalisierte Medizin)

Anpassung der Therapie an den Gesundungsfortschritt. 

• ECM = Enzephalomyopathie
• SIDS = plötzlicher Kindestod
• LS = Leigh-Syndrom (Enzephalopathie mit Entmarkung und atropische Degeneration im Bereich der Basalganglien und des Hirnstammes)

Myoklonus Epilepsie mit Ragged Red Fasern. In der Histologie sind bei solchen Patienten rote Stellen zu sehen. Diese zeigen eine sehr hohe Mitchondriale Aktivität an, wo das Mitchondrium für den Mangel an Energie versucht aufzukommen, welche der Patient allein nicht aufbringen kann.

Leitsymptom: Myoklonien, generalisierte Krampfanfälle, zerebelläre Ataxie

Mitochondriale Enzephalopathie, LactatAzidose und Schlaganfallähnliche Episoden. 

Symptom: Krampfanfälle, Rezidivierende Kopfschmerzen (Auch wieder ragged red Fasern)

Die mtDNA wird nur von der Mutter übernommen. Diejenigen vom Spermium vom Vater werden komplett weggeworfen. Eine mutierte mtDNA wird also definitiv weitergegeben bei einer Heteroplasmie (muss aber nicht heissen, dass die Nachkommen definitiv die Krankheit entwickeln, da zuerst ein Schwellenschwert an mutierter mtDNA* überschritten werden muss. Bei einer Homoplasmie kann es aber noch die Chance eines homologen wildtyp-Gemisches haben.

*Bei Überschreitung des Schwellenwertes, kann der Nachkommen leicht oder schwer betroffen sein, je nach Menge an mutierter mtDNA

Intergenomische Kommunikation.

• Nukleäre Mutation (z.B. durch mtDNA-Integrität) -> Veränderung der mtDNA (Deletion, Depletion)

Es kann nur eine BP-Länge von 600-1000 ablesen. Solche von Phagen/Bakterien usw. sind aber viel länger

Ein Gen-Panel beinhaltet diagnostisch relevante Gene, die für ein Krankheitsbild verantwortlich sind. Diese Panel können wenige bis hunderte Gene enthalten, die sich in einem Arbeitsschritt sequenzieren lassen.

Eine Anreicherungsmethode für DNA, bei der ein Magnet verwendet werden kann, um gewünschte DNA-Sequenzen einzusammeln. Solche die sich nicht binden, werden dann weggewaschen und dann die gewünschte DNA die noch am Magnet hängt, vom Magneten entnommen.

• Weniger genau als Sanger-Methode (Durch Mehrfachlesung jedoch ausgeglichen)
• Extrem aufwendig (hohe Rechenkapazität und Speicher benötigt für das grosse Datenvolumen)

Spezifikation: Schicksal einer Zelle wurde festgelegt, ist aber noch reversibel. Die Zelle kann sich in einem neutralen Umfeld in einen bestimmten Zelltypen verwandeln, weil sie sich phenotypisch noch nicht verändert hat. (Konditionierte Spezifikation wäre, dass sich die Weiterentwicklung der Zelle stark umgebungsabhängig verhält. z.B. bei Wirbeln: Positionswert bestimmt zwar das Muster, nicht aber die Funktion)

Determination: Schicksal einer Zelle ist irreversibel festgelegt. Entwickelt sich in den festgelegten Zelltyp unabhängig vom äusseren Milieu. Erfüllen aber NOCH NICHT ihre Funktion.

Differenzierung: Zelle nimmt ein bestimmtes Erscheinen und eine bestimmte Funktion ein (Die Verwandlung)

Induktion: Prozess, bei welchem eine Zellgruppe einer anderen signalisiert, wie sie sich entwickeln soll (z.B. Induktor = Entoderm, Zielgewebe = Ektoderm, Resultat = Mesoderm)

1. Kann allein einen ganzen Organismus bilden (bis zum Blastomer vorhanden bis es die Plazenta bildet)
2. Kann sich in egal welche Zellstruktur / Gewebeart verwandeln, aber im Gegensatz zu Omnipotent keinen ganzen Organismus bilden
3. Kann sich zu vielen Gewebearten in einer Region verwandeln, aber eine Stammzelle im Hirn kann sich nicht in eine Leberstruktur verwandeln

• Chemotaxis (Komm zu mir!)
• Zellteilung (Vermehre dich!)
• Zelladhäsion (Halt mich fest!)
• Zellrepulsion (Ich mag dich nicht!)
• Zellmigration (Weg von hier!)
• Apoptose (Ich will sterben)

• Prolieferation
• Apoptose
• Determination
• Spezifikation
• Differenzierung
• Zell-Zell-Kommunikation
• Migration (Kollektive/individuelle Migration)
• EMT-MET

• Parakrine Signaltransduktionkaskade: Sekretierte Moleküle (Regulation der Expression von Genen, dessen Genprodukte diverse zelluläre Mechanismen induzieren: Prolieferation, Migration, Apoptose, Differenzierung)
• Juxtakrine Signaltransduktionkaskade: Zell-Zellkontakt

Kodieren für Proteine, welche dei räumliche Anordnung sowie die Differenzierung von Zellen (Positionswert, Identität, Funktion) bestimmen. Sie sind sowohl embryonal wie auch im adulten Organismus aktiv

• Meist sekretierte Proteine, die parakrin auf andere Zellen wirken
• unterschiedlich im Raum verteilt
• je nach Konzentration/Kombination der Morphogene, lösen sie in Zellen verschiedene Reaktionen aus: Prolieferation, Schutz vor Apoptose, Chemotaxis, Differenzierung, usw.

Beispiele für Morphogene:

• FGFs (Gliederung des Neuralrohrs, Prox. - distale Achse Gliedmassen, Mesoderm Induktion)
• BMP / TGF-Beta Familie (Mesoderm Induktion, Ventralisierung, Dorso-ventrale Spez. Neuralrohr)
• shh (Dorso-ventrale Achse Neuralrohr, Gliedmassen)
• Retinsäure (Cranial-Caudale Achse, Induktion Beinknospe)

Sekretierte Proteine          Zellmembranproteine          Transkriptionsfaktoren

Retinsäure/FGFs/shh       Notch/Cadherine/Ephrine    Hox Gene, Tbx5, SRY

1. Die Extremitätenentwicklung beginnt dadurch, dass noch nicht differenziertes, uniformes mesenchymes Zellgewebe des lateralen Mesoderm aus den Somiten auswächst und sich das oberhalb liegende Ektoderm zu einer paddelförmigen Extremitätenknospe ausstülpt
   1. --> Ausbildung des Organisators AER (apikale ektodermale Randleiste),  das ist eine lange, wulstartige Struktur an der abgeflachten Spitze der Knospe, die das weitere Wachstum der Knospe in Richtung vom Körper weg steuert
2.  

Ein basisches Protein des Zellkerns, welches die DNA umwickelt und eine Spiralisierung zu Heterochromatin ermöglicht.

Verteilung der mütterlichen und väterlichen Chromosomen zufällig

Rekombination der homologen Chromosomen durch Crossing-Over

Schwesterchromatiden der Chromosomen werden am Centromer gespalten

Detailiert:

1. Interphase: DNA-Replikation von Chromatiden zu Chromosomen
2. Prophase I: Chromosomen bilden homologe Paare (Vater-Chromosom an Mutter-Chromosom)
   1. Leptotän: Chromosomen kondensieren
   2. Zygotän: Paarung
   3. Pachytän: Crossing-Over durch Überkreuzen der verschiedenen Chromatiden. Danach trennen sich die Chromatide (nicht die Chromosomen!)
   4. Diplotän: Die homologen Chromosomenpaare trennen sich, bleiben an den Kreuzungsstellen allerdings verbunden.
   5. Diakinese: Kernmembran löst sich auf und es entsteht ein Spinderlapparat
3. Metaphase I: Die homologen Chromosomenpaare werden in der Äquatorialebene ausgerichtet.
4. Anaphase I: Die homologen Chromosomenpaare wandern zu den entgegengesetzten Zellpolen und werden dadurch getrennt (Also die Chromosomenpaare trennen sich und teilen sich in je eine Zelle ein)
5. Die Chromosomen teilen sich wieder in Chromatide, welche sich wieder in zwei neue, diesmal haploide Tochterzellen teilen.
6. Interphase
7. Prophase II: Chromosomen kondensieren sich erneut. Nach Auflösung der Kernhülle entsteht eine Teilspindel
8. Metaphase II: Ordnen nach Äquatorial-Ebene
9. Anaphase II: Schwesterchromatiden am Zentromer getrennt. Gehen zum jeweiligen Zellpol.
10. Telophase II: Die Chromatiden befinden sich an den Zellpolen und die Kerne bilden sich. Durch die Teilung der diploiden Mutterzelle entstehen 4 Zellen mit jeweils einem haploiden Chromosomensatz.

Beide machen zwar Meiose, aber die weibliche Keimzellteilung verläuft asymmetrisch. Die weibliche Keimzelle (Oocyte) teilt sich in eine sekundäre Oocyte und dann in ein Polarkörperchen auf. Die sekundäre Oocyte in eine reife Oocyte und in ein Polarkörperchern und das Polarkörperchen von der 1. Reifeteilung in zwei Polarkörperchen. 

Der Grund dafür liegt darin, dass es nicht genug Cytoplasma gibt bei den weiblichen Keimzellen und deshalb keine zweite Tochterzelle gebildet werden (dafür eben nur ein kleines Polarkörperchen). Die Polkörperchen sind nicht überlebensfähig und gehen zugrunde!

Beim Mann (Spermatocyte) verläuft alles symmetrisch wie es "sein sollte" und es entstehen vier gleiche Spermatiden ("Tochterzellen" der sekundären Spermatocyten, nach 2. Reifeteilung)

1. Die Entstehung der Eizelle
2. Die Entstehung der Spermien

In der dritten Woche beginnt es:

1. Dritte Woche: Urkeimzellen wandern vom Ektoderm in die Dottersackwand
2. Sechste Woche: Urkeimzellen wandern zurück in den Embryo und gelangen in die Gonadenanlagen (durch den Dottergang in die Genitalleiste)
3. Sollte ein Y-Chromosom vorhanden sein, so schickt dieses ein Signal durch das SRY-Gen (Sex determining region of the Y-Chromosom, Transkriptionsfaktor), welches die männliche Entwicklung zum Zeitpunkt der Geschlechtsdeterminierung induziert. Ist kein Y-Chromosom und somit kein SRY-Gen vorhanden, so geht es mit der weiblichen Entwicklung weiter.  (Nebenbemerkung: Sollten die Keimzellen männlich sein, so bildet sich das Urnierenkanälchen Wolff-Gang)
4. Geschlechtsdeterminierung in der siebten Woche (Bildung Testis/Spermatogonien oder Ovar/Oocyten)

1. Die Urkeimzellen wandern auf die Rinde der Keimstränge
2. Mitotische Teilung und somit Bildung von Oogonien (unreife Oocyten)
3. Eintritt Prophase I und Bildung des Primordialfollikels (--> Oocyte)

Zusatzinfos: Ruhephase bis Pubertät bei der Frau:

• Zelltod: 7. Monat: 1-2 x 10^6  Oogonien
• Zelltod: Pubertät: 4 x 10^4 Oogonien
• Erwachsene Frau: 40'000 Oocyten
• Eisprung: 400 reife Oocyten

1. Primordialfollikel (Prophase I): Bildung von Follikelepithelzellen und Basalmembran um die Oocyte
2. Primärfollikel: 
   1. Follikelepithel kubisch
   2. Zona pellucida (Schutzhülle um Oocyt, bestehend aus den kubischen Follikelepithelzellen/Granulosazellen)
   3. Oocyte Wachstum
   4. Reifung von ca. 5-15 Primordialfollikel pro Zyklus (Pubertät)
3. Sekundärfollikel: 
   1. Follikelepithel mehrschichtig
   2. Bildung von Thecazellen (weiter von der Oocyte entfernt
   3. Oocyte Wachstum
4. Teritärfollikel:
   1. Thecazellen (Oe Produktion)
   2. Follikelepithel --> Granulosazellen
   3. Oe Produktion:
      1. Antrum (Zwischenraum)
      2. Cumulus ooophorus
   4. Oocyte Wachstum
5. Graafscher Follikel:
   1. Ca. 24h vor Ovulation: Beenden der Meiose I
   2. Ausstossen des ersten Polkörpers
   3. Eintreten in Meiose II bis Metaphase
6. ODER statt 5.) kann auch Zelltod eintreten!
7. Ovulation, bzw. Austreten vom Graafschen Follikel und Freisetzung der freien Oocyte mit
   1. Corona radiata (aus Granulosazellen)
   2. Zona pellucia
   3. Dem Polkörper
   4. Oocyte in der Metaphase von Meiose II
   5. Beim Austreten bleibt aber das Corpus Luteum zurück (der Gelbkörper, welcher aus den zurückgebliebenen Theca- und Granulosazellen gebildet wird unter Einfluss von LH). Sind dann für die Progesteron-Synthese zuständig. Ein hoher Progesteronspiegel verhindert die weitere Reifung von Follikel.
      1. Bei Befruchtung der Eizelle wird die Degeneration des Gelbkörpers vom HCG (human chorionic gonadotropin) verhindert. Es kommt zur Prolieferation und somit bildet es sich zum Corpus graviditatis, welches die schwangerschaftserhaltenden Hormone (Östrogene und Progesteron) bildet. Später wird die Hormonproduktion von der Planzenta bzw. der fetoplazentaren Einheit übernommen.

1. Ins Mark statt in die Rinde der Keimzellstränge
2. 12.-20. Woche:
   1. Testosteronproduktion (Leydigzellen: Wichtigste interstitielle Zellen der Hoden. Vom Mark "geliefert")
   2. Differenzierung zum männlichen Phänotypen
   3. Samenkanäle in der Markregion
   4. Spermatogonien in der Ruhephase: bis Pubertät
3. Ab 5. Monat: Leydigzellen bilden sich zurück: Ruhephase bis Pubertät
4. Kurz vor Pubertät:
   1. FSH, LH --> Reaktivierung Leydigzellen --> Testosteron
   2. Mitotische Teilung der Spermatogonien
   3. Differenzierung zu Sertolizellen (Schutz/Ernährung der Basalmembran)

1. Spermatogonien Typ A (Stammzellpopulation): Mitose, 16 Tage
2. Spermatogonien Typ B: Mitose + Differenzierung. Prophase
3. Primäre Spermatozyten (1): Meiose I, 24 Tage
4. Sekundäre Spermatozyten (2): Meiose II, einige Stunden
5. Spermatiden (4): Spermiogenese zu 6.)
6. Spermien (4)
7. Pubertät: Einsetzen der Spermatogenese

Spermiogenese:

1. Akrosomenbildung
2. Kondensierung des Zellkerns
3. Bildung des Schwanzfadens
4. Anordnung der Mitochondrien am Mittelstück
5. Abstossen des Cytoplasmas, Residualkörper phagozytiert durch Sartolizellen

1. Kapazitation (Abbau der Schutzhülle zum erreichen der vollen Beweglichkeit)
2. Spermium dringt in Corona Radiata und Zona Pellucida ein
3. Interaktion mit spermienspezifischen Rezeptoren der zona pellucida löst Akrosomenreaktion aus: Freisetzen der lytischen Enyzme aus dem Akrosom (Spermiumspitze) ermöglicht das Durchdringen der zona pellucida.
4. Kontakt und Fusion mit der Zellmembran der Oocyte. Fertilin-Proteine auf der Zellmembran des Spermiums bindet an spezielle Intergrine auf der Oocyten-Membran.
5. Loslösen des Kerns vom Spermienschwanz (Schwanz und Mitochondrien degenerieren)
6. Aufschwellen des Kerns

Später:

• Nach Eintritt vom Spermium in die Zona pellucida gibt es Veränderungen. Kein Durchdringen anderer Spermien möglich, da die Akrosomenreaktion verunmöglicht wird. Verdickung der Zona pellucida
• Nach der Befruchtung kommt die zweite Reifeteilung bzw. die das Beenden der zweiten meiotischen Teilung mit Ausstossen des 2. Polkörpers
• Reduplizieren der m + w Chromosomen, die sich in der Äquatorialebene anordnen für die erste Furchungsteilung (1h nach Befruchtung)

1. Mitotische Zellteilung: Duplikation der DNA in beiden Kernen, gemeinsame mitotische Spindel
2. 2-Zell-Stadium mit je einem diploiden Kern
3. 4-Zell-Stadium
4. 8- und 16-Zell-Stadium (Kompaktion des Embryos fängt im 8-Zell-Stadium an)
5. Morula
6. Polarisierung der äusseren Zellschicht: Trophoblast / Keine Polarisierung der inneren Zellschicht: Embryoblast
7. Bildung der Blastozystenhöhle nach Sekretion einer Flüssigkeit und Abdichtung der äusseren Zellschicht (und nachdem der Embyroblast am Trophoblast klebt). Entstehung Blastozyst.
8. Festlegung Dorsal/Ventral-Achse
   1. Kontakt Embryoblast - Trophoblast: Ektoderm, Dorsal
   2. Kontakt Embryoblast - Blastocoel: Entoderm, Ventral
9. Weiter mit Zellteilung ohne Wachstum. Blastozyst tritt aus der Zona Pellucida aus (Hatching) und nistet sich in die Uterusschleimhaut (Endometrium) ein. Animaler Pol (der Teil der Blastozyste, der sich zuerst einnistet) ist voraus. Ankunft an Uterusschleimhaut nach dem 4.-5. Tag

Ab der 2. Woche (2-Blättrige Keimscheibe):

1. Unterteilung des Embyroblast in zwei Keimblätter: Epiblast und Hypoblast
   1. Epiblast bildet die Amnionhöhle mit Amnion
   2. Hypoblast bildet den primären Dottersack
   3. Trophoblast unterteilt in Zytotrophoblast und Synzytiotrophoblast

Ab der dritten Woche: Gastrulation

1. Bildung eines Primitivstreifens beim Epiblast, welcher Richtung cranial weiter zieht (Beginn caudal). Bestimmung der cranial/caudal-Achse aufgrund AVE (Anterior Visceral Entoderm. Ein Zellgrüppchen am vorderen Ende des extra-embryonalen Entoderms zeigt Kopfseite an)
2. Während der Weiterbildung des Streifens, gelangen spezialisierte Epiblasten (Jetzt neu das Mesoderm) zwischen Epiblast und Hypoblast und bildet das Mesoderm
3. Sekretion von BMP4 und Chordin/Nogin/Follistatin zur Bestimmtung der Ventral/Dorsal-Achse.
   1. BMP4 -> Ventral (ventralisiert Mesoderm)
   2. Chordin/Nogin/Follistatin -> Dorsal (Hemmen aber auch BMP4-Aktivität zur Entstehung des dorsalen Mesoderms)
   3. Organisator: Primitivknoten (Vorderseite des Primitivstreifens)
4. Bestimmung von links/rechts-Achse
   1. Nodal-Protein als Marker für die Linke Seite (geht an die linke Seite) durch einen Cilienschlag (wichtig für die asymmetrische Verteilung von Nodal)
   2. FGF-8 als "Organisator/Leiter" für Development
   3. Nebenbemerkung: Ciliopathien können zu Organfehlstellungen/Infertilität usw. führen. Nodal wird dann nicht richtig  / in die richtige Richtung verteil. Dynein-Genmutation: Nodal nach rechts. Fehlen von Dynein-Gen: Zufallsverteilung
5. Jetzt: Drei Keimblätter

1. Ektoderm: Nervensystem und Haare
2. Mesoderm: Stützskelett und Muskeln, Herz und Gefässe, Haut usw.
3. Entoderm: Organogenese

Ein Teil der Mesodermzellen wird kurzfristig ins Entoderm eingebaut (Chordaplatte) und als zusammengeballter Ballen wieder entlassen. (Bildung der Chroda: Vorläufer der Wirbelsäule. Umwandlung des primitiven zum definitiven Entoderm)

1. Einteilung des Mesoderms in ein Paraxiales und ein intermediäres Mesoderm
2. Bildung einer Neuralrinne, während das intermediäre Mesoderm das Ekto- und Entoderm einhüllt.
   1. Kontakt Mesoderm - Ektoderm: Parietales Mesoderm
   2. Kontakt Mesoderm - Entoderm: Viszerales Mesoderm
3. Bildung des Neuralrohrs fertig.
   1. Paraxiale Mesoderm wurde zu Somiten
   2. Bildung einer Zölomhöhle an den Seiten

1. Bildung des Neuralrohrs aus dem Ektoderm (Vorbeugen des unvollständigen Verschlusses des Neuralrohrs: Folsäure-Administration während Schwangerschaft)
2. Beim Verschluss des Neuralrohrs bildet sich dann auch ein sogenannter Neuroporus Anterior (bildet später das Gehirn, der ganze Rest dann das Rückenmark)
   1. Gibt dann eine Verdickung auf cranialer Seite (beim Kopf) des Neuralrohrs für das Gross-, Mittel- und Kleinhirn.
3. Beim Verschluss schiesst auch das Spinalganglion raus und zerteilt sich in das Ganglion des Sympathikus, welches sich wiederum in der Anlage der Nebenniere und am Peripheren Plexus anlagert. Die Teilchen werden als Präaortales Ganglion bezeichnet

1. Somiten teilen sich in kleinere Einheiten ein
   1. Sklerotom --> Wirbel
   2. Myotom --> Muskulatur
   3. Dermatom --> Bindegewebsschicht der Haut
2. Somitenverteilung von Kranial nach Kaudal

1. Laterale Abfaltung:
   1. Das parietale Mesoderm schliesst das viscerale Mesoderm ein und stösst einen Grossteil des Dottersacks aus (Entstehung des Darms/Darmrohrs und der Zölomhöhle, welches den Darm einschliesst)
   2. Alles eingeschlossen in der Amnionhöhle (Rand ist das parietale Mesoderm)
   3. Kurz: Amnionhöhle schliesst unteren Teil ein mit Abschnürung Dottersack.
2. Cranial-Caudale Abfaltung:
   1. Amnionhöhle schliesst alles ein, bei dem Herzanlage und Allantois (embryonale Harnblase) mit rein genommen werden.
   2. Dottersack wird auch wieder abgeschnürt
   3. Abschluss des Embryso gegen den extraembryonalen Raum