Teratologie - Teratology

Teratologie ist die Untersuchung von Anomalien der physiologischen Entwicklung bei allen Organismen einschließlich Pflanzen während der gesamten Lebensspanne. Eine Teildisziplin der Medizinischen Genetik, die sich auf die Klassifikation angeborener Anomalien konzentriert, ist die Dysmorphologie . Der verwandte Begriff Entwicklungstoxizität umfasst alle Manifestationen einer abnormalen Entwicklung, die durch Umweltbelastungen verursacht werden. Dazu können Wachstumsverzögerung, verzögerte geistige Entwicklung oder andere angeborene Störungen ohne strukturelle Fehlbildungen gehören.

Teratogene sind Stoffe, die über eine toxische Wirkung auf einen Embryo oder Fötus Geburtsfehler verursachen können . Bekannte Teratogene sind: Thalidomid , Quecksilber , Alkohol , Blei und polychlorierte Biphenyle (PCBs).

Etymologie

Der Begriff wurde 1842 von Französisch entlehnt teratologie , wo er im Jahr 1830 aus dem gebildeten wurde griechische τέρας teras ( Wortstamm τέρατ- terat- ), was bedeutet , „von den Göttern gesandt Zeichen, Omen, Wunder, Monster“, und -ologie Ology , verwendet, um einen Diskurs, einen Vertrag, eine Wissenschaft, eine Theorie oder ein Studium eines Themas zu bezeichnen.

Bereits im 17. Jahrhundert bezeichnete die Teratologie einen Diskurs über Wunder und Wunder von allem, was so außergewöhnlich erscheint, dass es anormal erscheint. Im 19. Jahrhundert erhielt es eine Bedeutung, die eher mit biologischen Missbildungen verwandt war, vor allem im Bereich der Botanik. Derzeit ist seine wichtigste Bedeutung die medizinische Untersuchung von Teratogenese, angeborenen Fehlbildungen oder Personen mit signifikanten Fehlbildungen. In der Vergangenheit haben Menschen viele abwertende Begriffe verwendet, um Fälle von erheblichen körperlichen Missbildungen zu beschreiben/zu kennzeichnen. In den 1960er Jahren machte David W. Smith von der University of Washington Medical School (einer der Forscher, der 1973 durch die Entdeckung des fetalen Alkoholsyndroms bekannt wurde ) den Begriff Teratologie populär . Mit dem wachsenden Verständnis der Ursprünge von Geburtsfehlern überschneidet sich das Gebiet der Teratologie ab 2015 mit anderen Wissenschaftsgebieten, einschließlich Entwicklungsbiologie , Embryologie und Genetik . Bis in die 1940er Jahre betrachteten Teratologen Geburtsfehler als primär erblich. 1941 wurden die ersten gut dokumentierten Fälle von Umwelteinflüssen als Ursache schwerer Geburtsfehler gemeldet.

Säugetiere

Teratogenese

Zusammen mit diesem neuen Bewusstsein für die in utero Verwundbarkeit der Entwicklungssäugerembryo kam die Entwicklung und Verfeinerung Die sechs Prinzipien der Teratologie , die noch heute angewendet werden. Diese Prinzipien der Teratologie wurden von Jim Wilson 1959 und in seiner Monographie Environment and Birth Defects dargelegt . Diese Prinzipien leiten das Studium und das Verständnis teratogener Wirkstoffe und ihrer Auswirkungen auf sich entwickelnde Organismen:

  1. Die Anfälligkeit für Teratogenese hängt vom Genotyp des Konzeptus und der Art und Weise ab, in der dieser mit ungünstigen Umweltfaktoren interagiert.
  2. Die Anfälligkeit für Teratogenese variiert mit dem Entwicklungsstadium zum Zeitpunkt der Exposition gegenüber einem negativen Einfluss. Es gibt kritische Phasen der Anfälligkeit gegenüber Erregern und Organsystemen, die von diesen Erregern betroffen sind.
  3. Teratogene Mittel wirken in spezifischer Weise auf sich entwickelnde Zellen und Gewebe, um Sequenzen abnormaler Entwicklungsereignisse zu initiieren.
  4. Der Zugang nachteiliger Einflüsse zu sich entwickelnden Geweben hängt von der Art des Einflusses ab. Mehrere Faktoren beeinflussen die Fähigkeit eines Teratogens, mit einem sich entwickelnden Konzeptus in Kontakt zu treten, wie die Art des Erregers selbst, Weg und Ausmaß der mütterlichen Exposition, Rate des Plazentatransfers und der systemischen Absorption sowie die Zusammensetzung des mütterlichen und embryonalen/fetalen Genotyps.
  5. Es gibt vier Erscheinungsformen abweichender Entwicklung (Tod, Fehlbildung, Wachstumsverzögerung und Funktionsstörung).
  6. Die Manifestationen einer abweichenden Entwicklung nehmen in Häufigkeit und Ausmaß zu, wenn die Dosis vom No Observable Adverse Effect Level (NOAEL) auf eine Dosis ansteigt, die eine Letalität von 100 % (LD100) erzeugt.

Studien zum Testen des teratogenen Potenzials von Umweltagenten verwenden Tiermodellsysteme (z. B. Ratte, Maus, Kaninchen, Hund und Affe). Frühe Teratologen setzten trächtige Tiere Umwelteinflüssen aus und beobachteten die Föten auf grobe viszerale und skelettale Anomalien. Während dies heute noch Teil der teratologischen Bewertungsverfahren ist, bewegt sich das Gebiet der Teratologie auf eine molekularere Ebene und sucht nach den Wirkmechanismen, nach denen diese Wirkstoffe wirken. Ein Beispiel hierfür ist die Verwendung von Säugertiermodellen der molekulare Rolle der Teratogene bei der Entwicklung von embryonalen Populationen, wie die bewerten Neuralleiste , die zur Entwicklung von führen können Neurocristopathies . Zu diesem Zweck werden häufig gentechnisch veränderte Mäuse verwendet. Darüber hinaus handelt es sich bei Schwangerschaftsregistern um große, prospektive Studien, die die Exposition von Frauen während ihrer Schwangerschaft überwachen und den Ausgang ihrer Geburten aufzeichnen. Diese Studien geben Aufschluss über mögliche Risiken von Medikamenten oder anderen Expositionen bei menschlichen Schwangerschaften. Pränatale Alkoholexposition (PAE) kann zu kraniofazialen Fehlbildungen führen, einem Phänotyp, der beim fetalen Alkoholsyndrom sichtbar ist. Aktuelle Erkenntnisse deuten darauf hin, dass kraniofaziale Fehlbildungen auftreten durch: Apoptose von Neuralleistenzellen, Störung der Neuralleistenzellmigration sowie Störung der Sonic Hedgehog (shh) Signalübertragung.

Zu verstehen, wie ein Teratogen seine Wirkung verursacht, ist nicht nur wichtig, um angeborene Anomalien zu verhindern, sondern hat auch das Potenzial, neue therapeutische Medikamente zu entwickeln, die für die Anwendung bei schwangeren Frauen sicher sind.

Alkohol

Alkohol ist bekannt dafür, teratogen zu wirken. Pränatale Alkoholexposition (PAE) bleibt die Hauptursache für Geburtsfehler und neurologische Entwicklungsstörungen in den Vereinigten Staaten und betrifft 9,1 bis 50 pro 1000 Lebendgeburten in den USA und 68,0 bis 89,2 pro 1000 in Bevölkerungen mit hohem Alkoholkonsum.

Menschen

Beim Menschen führten angeborene Erkrankungen im Jahr 2010 weltweit zu etwa 510.000 Todesfällen.

Etwa 3% der Neugeborenen haben eine „major Physical Anomalie“, d. h. eine körperliche Anomalie, die kosmetische oder funktionelle Bedeutung hat.

Impfen während der Schwangerschaft

Beim Menschen ist die Impfung leicht verfügbar und ist wichtig für die Prävention einiger Krankheiten wie Polio, Röteln, Pocken und Covid-19, unter anderem. Es gab keinen Zusammenhang zwischen angeborenen Fehlbildungen und Impfungen, wie in Finnland gezeigt wurde, wo werdende Mütter den oralen Polioimpfstoff erhielten und keinen Unterschied in den Ergebnissen bei Säuglingen sahen als Mütter, die den Impfstoff nicht erhalten hatten. Es wird jedoch weiterhin nicht empfohlen, während der Schwangerschaft gegen Polio zu impfen, es sei denn, es besteht ein Infektionsrisiko. Eine weitere wichtige Auswirkung davon ist die Möglichkeit, den Grippeimpfstoff während der Schwangerschaft zu erhalten. Während der Influenza-Pandemien von 1918 und 1957 betrug die Sterblichkeit bei schwangeren Frauen 45%. Aber auch mit Impfprävention bleibt die Influenza-Impfung bei Schwangeren mit 12% niedrig. Munozet al. zeigten, dass bei den Neugeborenen oder Müttern kein nachteiliger Ausgang beobachtet wurde.

Ursachen

Ursachen der Teratogenese können grob eingeteilt werden als:

Andere Tiere

Fossilien

Die im Fossilienbestand gefundenen Beweise für angeborene Missbildungen werden von Paläopathologen, Spezialisten für antike Krankheiten und Verletzungen untersucht. Fossilien mit Hinweisen auf angeborene Missbildungen sind wissenschaftlich bedeutsam, da sie Wissenschaftlern helfen können, die Evolutionsgeschichte der Entwicklungsprozesse des Lebens abzuleiten. Da zum Beispiel ein Tyrannosaurus rex- Exemplar mit einem Blockwirbel entdeckt wurde , bedeutet dies, dass sich die Wirbel zumindest seit dem jüngsten gemeinsamen Vorfahren von Dinosauriern und Säugetieren auf die gleiche Weise entwickelt haben. Andere bemerkenswerte fossile Missbildungen umfassen ein Jungtier des vogelähnlichen Dinosauriers Troodon , dessen Kieferspitze verdreht war. Ein weiteres bemerkenswert deformiertes Fossil war ein Exemplar des Choristodere Hyphalosaurus , der zwei Köpfe hatte – das älteste bekannte Beispiel für Polyzephalie .

Entwicklung der Gliedmaßen des Kükenembryos

Thalidomid ist ein Teratogen, von dem bekannt ist, dass es die Entwicklung bestimmter Körperteile und Organe im Körper wie die Augen oder das Herz erheblich beeinträchtigt. Während der Embryogenese wird beobachtet, dass viele verschiedene Organismen unterschiedliche Auswirkungen von Teratogenen auf die Organmorphogenese und Entwicklung insgesamt erfahren. Einer dieser Organismen, die beliebt sind, um die durch Thalidomid verursachten Fehlbildungen zu untersuchen, sind Hühnerembryonen. Es wird beobachtet, dass Thalidomid durch die Induktion von oxidativem Stress Fehlbildungen der Gliedmaßen induziert und dadurch die genetische Signalübertragung durch unregelmäßige Expression von knochenmorphogenen Proteinen , Bmp, verstärkt. Laut einer Studie, die 2007 durchgeführt wurde, zeigten die Ergebnisse, dass Thalidomid mit dem erhöhten oxidativen Stress die Hochregulation des Bmp-Zielgens und des Wnt-Antagonisten (Dkk1) fördert, was wiederum die kanonische Wnt/B-Catenin-Signalgebung hemmt und an ein Anstieg des Zelltods wurde beobachtet. Der durch Thalidomid induzierte Zelltod wurde signifikant reduziert, wenn die Einführung von Inhibitoren gegen Bmp, Dkk1 (Wnt-Antagonist) und Gsk3B (B-Catenin-Antagonist) in die Hühnerembryonen verabreicht wurde und der Zelltod des Gliedmaßengewebes wurde verringert. Diese Ergebnisse trugen zu der Schlussfolgerung bei, dass diese drei Wege durch Thalidomid für die Entwicklung der Gliedmaßen von Hühnern signifikant beeinflusst werden und dass die teratogenen Folgen der von Thalidomid verursachten Gliedmaßenentwicklungsmängel umgekehrt werden können, wenn diese drei Wege gehemmt werden.

Entwicklung der Gliedmaßen des Mausembryos

Retinsäure (RA) ist für die Embryonalentwicklung von Bedeutung. Es induziert die Funktion der Gliedmaßenmusterung eines sich entwickelnden Embryos bei Arten wie Mäusen und anderen Vertebratengliedmaßen Zum Beispiel während des Regenerationsprozesses eines Molchgliedmaßes bewegt eine erhöhte Menge an RA die Gliedmaße näher zum distalen Blastom und das Ausmaß der Proximalisierung der Extremität nimmt mit der während des Regenerationsprozesses vorhandenen RA-Menge zu. In einer Studie wurde die intrazelluläre RA-Aktivität bei Mäusen in Bezug auf die regulierenden CYP26-Enzyme des Menschen untersucht, die eine entscheidende Rolle bei der Metabolisierung von RA spielen. Diese Studie hilft auch zu zeigen, dass RA in verschiedenen Aspekten der Gliedmaßenentwicklung in einem Embryo von Bedeutung ist, jedoch können eine unregelmäßige Kontrolle oder übermäßige Mengen an RA teratogene Auswirkungen haben, die zu Fehlbildungen der Gliedmaßenentwicklung führen. Sie untersuchten insbesondere CYP26B1, das in Regionen der Gliedmaßenentwicklung bei Mäusen stark exprimiert wird. Es wurde gezeigt, dass das Fehlen von CYP26B1 eine Ausbreitung des RA-Signals in Richtung des distalen Abschnitts der Extremität verursacht, was zu proximo-distalen Musterunregelmäßigkeiten der Extremität führt. Es zeigte nicht nur eine Ausbreitung von RA, sondern ein Mangel an CYP26B1 zeigte auch einen induzierten Apoptoseeffekt in der sich entwickelnden Mausgliedmaße, aber verzögerte die Chondrozytenreifung , die Zellen sind, die eine Knorpelmatrix sezernieren, die für die Gliedmaßenstruktur signifikant ist. Sie untersuchten auch, was mit der Entwicklung der Gliedmaßen bei Wildtyp-Mäusen passiert ist, das sind Mäuse ohne CYP26B1-Mangel, die jedoch eine übermäßige Menge an RA im Embryo aufwiesen. Die Ergebnisse zeigten einen ähnlichen Einfluss auf die Musterbildung der Gliedmaßen, wenn die Mäuse einen CYP26B1-Mangel aufwiesen, was bedeutet, dass bei übermäßiger RA immer noch ein proximaler distaler Musterungsmangel beobachtet wurde. Daraus wird geschlossen, dass RA die Rolle eines Morphogens spielt, um das proximale distale Muster der Gliedmaßenentwicklung in Mäuseembryonen zu identifizieren, und dass CYP26B1 signifikant ist, um die Apoptose dieser Gliedmaßengewebe zu verhindern, um die richtige Entwicklung von Mausgliedmaßen in vivo zu fördern.

Pflanzen

In der Botanik untersucht die Teratologie die theoretischen Implikationen abnormer Exemplare. Beispielsweise lieferte die Entdeckung abnormer Blüten – zum Beispiel Blüten mit Blättern statt Blütenblättern oder Blüten mit staminoiden Stempeln – wichtige Beweise für die „ Blatttheorie “, die Theorie, dass alle Blütenteile hochspezialisierte Blätter sind.

Arten von Verformungen in Pflanzen

Pflanzen können Mutationen aufweisen, die zu verschiedenen Arten von Verformungen führen, wie zum Beispiel:

  • Fasziation  : Entwicklung des Apex (Wachstumsspitze) in einer flachen Ebene senkrecht zur Elongationsachse,
  • Variegation  : Degeneration von Genen, die sich unter anderem durch anomale Pigmentierung manifestiert,
  • Vireszenz  : anomale Entwicklung einer grünen Pigmentierung in unerwarteten Teilen der Pflanze,
  • phyllody  : Blütenorgane oder Früchte werden in Blätter umgewandelt,
  • Hexenbesen  : ungewöhnlich hohe Verzweigung der Äste im oberen Teil der Pflanze, hauptsächlich Baum,
  • pelory  : zygomorphe Blüten regressieren sich zu ihrer aktinomorphen Symmetrie ihrer Vorfahren,
  • Proliferation: wiederholtes Wachstum eines ganzen Organs wie einer Blume

Gallen gehören nicht zur pflanzlichen Teratologie, da sie aufgrund äußerer Faktoren wie Insektenstiche oder Parasiten auswachsen.

Siehe auch

Verweise

Externe Links