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 )

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Chromosomal DNA Disorders ความผดปกตดานจ านวน

Trisomy 21 = Down syndrome

Trisomy 18 = Edward syndrome

Trisomy 13 = Patau syndrome

45 X0 = Turner syndrome

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

(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

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