Morfogeneze ( angl. morphogenesis ← jiné řecké μορφή "forma" + γένεσις "vznik": doslova "tvarování") - vznik a vývoj orgánů, systémů a částí těla organismů jak u jedince ( ontogeneze ), tak v historickém, nebo evoluční vývoj ( fylogeneze ). Studium rysů morfogeneze v různých fázích ontogeneze za účelem řízení vývoje organismů je hlavním úkolem vývojové biologie , stejně jako genetiky , molekulární biologie , biochemie , evoluční fyziologie a je spojeno se studiem zákonitostí. dědičnosti .
Proces morfogeneze řídí organizovanou prostorovou distribuci buněk během embryonálního vývoje organismu. Morfogeneze může také probíhat ve zralém organismu, v buněčných kulturách nebo nádorech . Morfogeneze také popisuje vývoj nebuněčných forem života, které nemají ve svém životním cyklu embryonální fázi . Morfogeneze popisuje vývoj tělesných struktur v rámci taxonomické skupiny .
Morfogenetickou odezvu v těle mohou vyvolat hormony , chemické signály z okolního prostředí širokého rozsahu: od odpadních produktů jiných buněk a organismů až po toxické látky a radionuklidy nebo mechanické vlivy.
Existuje také druhý výklad pojmu morfogeneze . Jde o dynamiku morfologických změn tkání při patologických procesech a onemocněních. Takovou dynamiku je možné studovat na experimentálních modelech různých procesů a nemocí. Bez znalosti morfogeneze v tomto smyslu není možné plně porozumět patogenezi celého patologického procesu nebo onemocnění.
Některé z prvních myšlenek o tom, jak fyzikální procesy a matematická omezení ovlivňují biologický růst, byly autory D'Arcy Wentworth Thompson a Alan Turing . V roce 1952 tedy Turing publikoval práci nazvanou " Chemické základy morfogeneze " [1] , kde je poprvé [2] matematicky popsán proces samoorganizace hmoty . Práce těchto autorů předpokládají přítomnost chemických signálů a fyzikálně-chemických procesů, jako je difúze, aktivace a deaktivace, během růstu buněk a organismů. Kompletnější pochopení mechanismů morfogeneze přineslo studium DNA , molekulární biologie a biochemie a molekulárních mechanismů regulace genů.
Látky, které ovlivňují morfogenezi, se nazývají morfogeny. Morfogeny jsou funkční, nikoli chemický koncept, takže jednoduché chemikálie, jako je kyselina retinová, mohou také fungovat jako morfogen.
Důležitou třídou morfogenů jsou transkripční faktory , které určují osud buňky interakcí s DNA. Transkripční faktory katalyzují transkripci určitých genů zapojených do buněčné diferenciace, stejně jako genů pro další transkripční faktory. Regulace genové exprese tedy probíhá na principu kaskády.
Další třídou morfogenů jsou látky, které řídí mezibuněčné kontakty , včetně buněčné agregace . Například během gastrulace některé buňky embrya ztrácejí mezibuněčné kontakty, stávají se schopnými migrace, zaujímají v embryu novou pozici , kde mohou opět vytvářet mezibuněčné kontakty a vytvářet tkáně a orgány .
Morfogeneze nastává v důsledku změn v buněčné struktuře nebo v důsledku buněčných interakcí v tkáních. Podle moderních koncepcí je spojovacím článkem kontroly a regulace mezi buňkou a celým organismem nika kmenových buněk . Buňky některých typů jsou seřazeny . To znamená, že se buňky shlukují takovým způsobem, aby se maximalizoval kontakt s buňkami stejného typu (viz agregace buněk ). Dva dobře známé typy takových buněk jsou epiteliální a mezenchymální . Během embryonálního vývoje dochází k několika událostem buněčné diferenciace, když se mezenchymální buňky stanou epiteliálními a naopak (viz přechod mezi epitelem a mezenchymem ). V tomto případě mohou buňky migrovat z epitelu a asociovat se s jinými podobnými buňkami na novém místě.