Теория морфогенеза Алана Тьюринга

Текст задачи
Теория морфогенеза Алана Тьюринга находит подтверждение во многих работах современных ученых. Как в скором будущем можно использовать теорию Тьюринга для исправления врожденных аномалий развития (например, фокомелии)? Четко опишите главные принципы предложенного Вами метода. Какие условия необходимы, чтобы Ваша идея могла быть реализована на практике?

Цели
Изучить основные положения теории морфогенеза А. Тьюринга.
Изучить генетические основы возникновения фокомелий у человека.
Оценить теоретические возможности применения теории А. Тьюринга для исправления фокомелий.
Оценить возможность применения принципов, предложенных А. Тьюрингом, в реальной клинической практике.

Модель Тьюринга
"Реакция-диффузия"
X– концентрация активатора,
Y – концентрация ингибитора,
Dx, Dy - коэффициенты скорости диффузии,
Pxy, Qxy – уравнения авто- и кросскаталитических звеньев
– о. Гамильтона

Разновидности морфогенов

Теоретическое обоснование

Механизм развития пальцев у позвоночных
Активатор-ингибитор
Гены-регуляторы

Фокомелии
Изменения генотипа
Синдром CHILD
Синдром Zellwerg
Синдром Du Pan
Синдром Adams-Oliver
Синдром Robert
Синдром Grebe
Метафизарная дисплазия
Синдром Hunter-Thompson
Фенокопии
Применение талидомида

Фенокопия
Талидомид — седативное снотворное лекарственное средство, получившее широкую известность из-за своей тератогенности.

Пример
Метафизарная дисплазия тип Шмидта
АД, COL10A1, 6q21-q22.3 Коллаген, тип X
Клинические симптомы: Карликовость с укорочением конечностей, нормальная голова и лицо, маленькая грудная клетка.

Пример
Акромелическая дисплазия Гребе
АР CDMP1, 20q11.2 Морфогенетический белок 1, D20S191:D20S195 гаплотип. Делеция нуклеотида.
Клинические симптомы: Короткие конечности, брахидактилия, гипоплазия малоберцовой и локтевой костей.

Синдром Hunter-Thompson
АР, гомозиготная мутация(дупликация) CDMP1, 20q11.2.
Клинические симптомы: Билатеральное отсутствие малоберцовых костей. Укорочение трубчатых костей

Синдром Du Pan
АР, 3 гетерозиготные мутации CDMP1, 20q11.22.
Клинические симптомы: Брахидактилия, укорочение малоберцовой кости.

А. Акромелическая дисплазия Гребе
CDMP1(cartilage-derived morphogenetic protein 1 = GDF5, growth and differentiation factor 5) – ген АКТИВАТОР
Молекула Noggin, связывающая BMP(bone morphogenetic protein).

В. Акромелическая дисплазия Гребе
CDMP1(cartilage-derived morphogenetic protein 1 = GDF5, growth and differentiation factor 5) – ген РЕГУЛЯТОР.
Молекула Noggin, связывающая BMP(bone morphogenetic protein).

С. Акромелическая дисплазия Гребе
CDMP1(cartilage-derived morphogenetic protein 1 = GDF5, growth and differentiation factor 5) – ген ИНГИБИТОР.

Теоретическое решение
Локальное управление глобальным поведением клеточного ансамбля определяется
Активностью отдельных клеток
Близкодействующими межклеточными связями

Теоретическое решение
Введение конкретного количества активатора поможет вернуть процесс локального морфогенеза в нужное русло.
Для коррекции деятельности генов-регуляторов изменения концентрации морфогенов будет недостаточно.
Введение ингибитора приведет к увеличению количества активатора и восстановлению целевого состояния равновесия.

Проблемы практической реализации
100% диагностика заболевания на ранних этапах эмбрионального развития (до 5 недели беременности).
Возможность изменения генотипа клеток в зачатке конечности зародыша.
Возможность изменения концентрации морфогена на конкретном этапе развития зародыша без возникновения УПБ.
Высокотехнологичные исследования этапов и генетических механизмов человеческого эмбриогенеза.

Редактирование генов
Protein & Cell: «Редактирование генов посредством CRISPR/Cas9 в триплоидных зиготах человека».

Выводы
Предложенная А. Тьюрингом диффузно-реакционная модель применима для четкого понимания механизмов дифференцировки человеческих тканей на этапе эмбрионального развития в условиях нормы и патологии.
Теоретически применение данной модели для исправления фокомелий возможно.

Выводы
С практической точки зрения внедрение принципов А. Тьюринга в реальную клиническую практику на сегодняшний день невозможно.