Morfogenes ( eng. morfogenes ← annan grekisk μορφή "form" + γένεσις "uppkomst": bokstavligen "formning") - uppkomsten och utvecklingen av organ, system och kroppsdelar av organismer både hos individen ( ontogenes ), och i det historiska eller evolutionär , utveckling ( fylogenes ). Studiet av egenskaperna hos morfogenes i olika stadier av ontogenes för att kontrollera utvecklingen av organismer är utvecklingsbiologins huvuduppgift , såväl som genetik , molekylärbiologi , biokemi , evolutionär fysiologi, och är förknippad med studiet av lagarna av ärftlighet .
Morfogenesprocessen styr den organiserade rumsliga fördelningen av celler under den embryonala utvecklingen av en organism. Morfogenes kan också ske i en mogen organism, i cellkulturer eller tumörer . Morfogenes beskriver också utvecklingen av icke-cellulära livsformer som inte har ett embryonalt stadium i sin livscykel . Morfogenes beskriver utvecklingen av kroppsstrukturer inom en taxonomisk grupp .
Det morfogenetiska svaret i kroppen kan orsakas av hormoner , kemiska miljösignaler av ett brett spektrum: från avfallsprodukter från andra celler och organismer till giftiga ämnen och radionuklider , eller mekanisk påverkan.
Det finns också en andra tolkning av begreppet morfogenes . Detta är dynamiken i morfologiska förändringar i vävnader under patologiska processer och sjukdomar. Det är möjligt att studera sådan dynamik på experimentella modeller av olika processer och sjukdomar. Utan kunskap om morfogenes i denna mening är det omöjligt att helt förstå patogenesen för en hel patologisk process eller sjukdom.
Några av de tidigaste idéerna om hur fysiska processer och matematiska begränsningar påverkar biologisk tillväxt var av D'Arcy Wentworth Thompson och Alan Turing . Så, 1952, publicerade Turing ett arbete som heter " Kemiska grunder för morfogenesen " [1] , där för första gången [2] processen för självorganisering av materien beskrivs matematiskt . Dessa författares verk postulerade närvaron av kemiska signaler och fysikalisk-kemiska processer, såsom diffusion, aktivering och deaktivering, under tillväxten av celler och organismer. En mer fullständig förståelse av mekanismerna för morfogenes kom med studiet av DNA , molekylärbiologi och biokemi, och de molekylära mekanismerna för genreglering.
Ämnen som påverkar morfogenesen kallas morfogen. Morfogener är ett funktionellt, inte ett kemiskt koncept, så enkla kemikalier som retinsyra kan också fungera som en morfogen.
En viktig klass av morfogener är transkriptionsfaktorer som bestämmer cellens öde genom att interagera med DNA. Transkriptionsfaktorer katalyserar transkriptionen av vissa gener involverade i celldifferentiering, såväl som gener för andra transkriptionsfaktorer. Regleringen av genuttryck sker således enligt kaskadprincipen.
En annan klass av morfogen är ämnen som kontrollerar intercellulära kontakter , inklusive cellaggregation . Till exempel, under gastrulation förlorar vissa celler i embryot intercellulära kontakter, blir kapabla att migrera, inta en ny position i embryot , där de igen kan bilda intercellulära kontakter och bilda vävnader och organ .
Morfogenes uppstår på grund av förändringar i cellulär struktur eller på grund av cellinteraktioner i vävnader. Enligt moderna koncept är den förbindande länken för kontroll och reglering mellan cellen och hela organismen stamcellsnisch . Celler av vissa typer sorteras . Detta innebär att celler klusterar sig på ett sådant sätt att kontakten med celler av samma typ maximeras (se cellaggregation ). Två välkända typer av sådana celler är epiteliala och mesenkymala . Under embryonal utveckling inträffar flera händelser av celldifferentiering när mesenkymala celler blir epiteliala och vice versa (se epitelial-mesenkymal övergång ). I det här fallet kan celler migrera från epitelet och associera med andra liknande celler på en ny plats.