Upload
doankhanh
View
223
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1 Sexuele differentiatie en organogenese van het genitaal stelsel
EMBRYOLOGIE SAMENVATTING
1 Sexuele differentiatie en organogenese van het genitaal stelsel
1.1 Inleiding
Urogenitaal stelsel
uropotisch stelsel
genitaal stelsel: gonaden, inwendige genitalin en uitwendige genitalin
Ontwikkeling urogenitaal stelsel: grotendeels samen, maar
ontwikkeling uropotisch systeem loopt voorop in tijd
ontwikkeling uropotisch systeem is identiek bij man en vrouw
ontwikkeling genitaal systeem hangt af van genotype
1.2 het SRY-gen
SRY (sex-determining Region op het Y-chromosoom)
ontwikkeling van mannelijk genitaal fenotype ( transcriptie thv SRY regio vereist ( vrouwelijk fenotype = default status
codeert voor DNA binding protein (SRY protein)
vroeger TDF: Testis Determining Factor
Ontwikkeling van geslacht: 2 fasen die in relatie staan
primaire sex determinatie: differentiatie van de gonade
secundaire sex determinatie: fenotypische differentiatie
Sex determinatie
testis ontwikkelt igv Y
ovarium ontwikkelt igv XX
als X0: afunctioneel ovarium
als gonade afwezig: default fenotype (v)
Turner Syndroom
45, X0
1 op 2500 pasgeboren meisjes
missen 1 of gedeelte van X-chromosomen die genen dragen voor
ontwikkeling van eierstokken
geslachtshormonenproductie
lichamelijke geslachtsrijping
lengte
oorzaken onbekend
kenmerken:
bij geboorte: (verdwijnt meestal)
opgezwollen hand- en voetruggen
huidplooien aan weerskanten van nek
geringe lengte (niet groter dan 1m47) ( groeihormonen toedienen
pubertijd treedt niet altijd spontaan op omdat eierstokken onvoldoende werken ( behandeling met vrouwelijke geslachtshormonen
brede borstkas met wijd uitstaande tepels
lage haargrens
laagstaande oren en gehoorproblemen
ellebogen die zich niet geheel kunnen strekken
eventuele afwijkingen aan hart, nieren of schildklier
over het algemeen normale intelligentie, met meer gevoel voor taal dan voor ruimtelijk inzicht
Sexuele differentiatie van reptielen is afhankelijk van de temperatuur bij het uitbroeden van eieren: aromatase (zet mannelijke hormonen om tot vrouwelijke) meer tot expressie en/of actiever bij hogere temperatuur
Actuele menselijke Y-chromosoom:
housekeeping genes
testis-specifieke genen voor primaire sex-determinatie en mannelijke gametogenese
Uitsterven van het Y-chromosoom
tropische vlinder Acrea encedon: ontwikkelt chemische stof die iedere zaadcel met Y-chromosoom erin doodmaakt
van alle mannen heeft 7% een ernstig vruchtbaarheidsprobleem waarvan veroorzaakt door nieuwe defecten aan het Y-chromosoom
zeldzame, erfelijke aandoening waarbij X-chromosoom het Y-chromosoom het zwijgen oplegt
Maar er is hoop:
Kaukasische veldmuis Ellobius lutescens: mannelijkheidsgenen ingebouwd in andere gewone chromosomen, dus geen geslachtschromosomen
Y-chromosoom kan zichzelf enigszins repareren
SRY-gen codeert voor transcriptiefactor die lid is van HMG-box transcriptie factor familie (High Mobility Group)
evolutionair sterk geconserveerde familie van transcriptiefactoren
induceren een DNA bending: herkent sequentie ATAACAAT, bindt en zal verschillende delen DNA bij mekaar brengen voor transcriptie ( startsignaal voor primaire sex-determinatie
1.3 Hermafroditisme en pseudohermafroditisme
= intersexualiteit: het lichaam vertoont zowel mannelijke als vrouwelijke kenmerken, hetzij fenotypisch, hetzij geslachtelijk
Hermafroditisme = individu zowel ovaria als testes (vb slakken, wormen, sommige vissen)
Pseudoharmafroditisme = gonade van 1 geslacht gepaard met fenotypische kenmerken van andere geslacht
Androgeen Ongevoeligheid Syndroom (AOS AIS):
XY-chromosomen
niet-functionerende testes in de onderbuik
9/10 uitwendig geen verschil met meisjes met XX-chromosomen
vaak pas ontdekt als menstruatie uitblijft
Andere aandoeningen 46,XY-chromosomen gepaard met vrouwelijk fenotype:
46,XY gonadale dysgenesie (Syndroom van Sweyer)
leydigcelhypoplasie
hermafroditisme
enzymstoornissen in steroidsynthese (17(hsd en 5-alpha-reductase deficintie)
( hoeveelheid testosteron is bepalend voor richting waarin het lichaam zich ontwikkelt
46, XX mannelijk fenotype, SRY positief
azospermie (afwezigheid van zaadcellen in ejaculaat)
ongedifferentieerde gonade differentieert in testis, maar kan geen zaadcellen aanmaken omdat genen voor spermatogenese ontbreken
gevolg van recombinatie in pseudo-autosomale regio van korte arm van Y-chromosoom met X-chromosoom ( X-chromosoom die SRY-regio incorporeerde
46, XX mannelijk fenotype, SRY negatief
( onder SRY-gen regulatoir gennetwerk dat leidt tot primaire sex-determinatie:
DAX-1 (anti-testis gen, op X-chromosoom) in competitie met SRY-gen
(
SRY-gen inactiveert DAX-1 en activeert SF-1
(
SF-1 activeert SOX-9 gen
(
finaal wordt AMH gen (Anti Mullerian Hormone) actief waardoor testis ontwikkelt
46, XY vrouwelijk fenotype:
wanneer SRY-regio ontbreekt
2 kopijen van DAX-1 aanwezig
DAX-1 activeert WNT4 ( ontwikkeling ovarium
4 Siciliaanse broers: XX, fenotype man en huidaandoening (extra dik eelt op handpalmen en voetzolen en sterke aanleg om huidkanker te krijgen) ( foutje in RSPO1 gen (huidcellen en geslachtsorganen)
Zonder werkend RSPO1 is SRY niet eens nodig voor overwinning van mannelijke kant!
1.4 Ontwikkeling van de gonaden
3 fasen:
week 4: ontwikkeling genitale kammen ( WT-1 en SF-1
week 4-6: migratie primordiale kiemcellen in genitale kammen ( expressie van c-kit
week 5 6: ontwikkeling indifferente dipotentile gonaden tot
testis ( SRY en SOX-9
ovarium ( DAX-1 en WNT-4
Week 3-4
regressie pronephros (bij bepaalde vissoorten = definitieve nier)
ontwikkeling mesonephros (bij meeste vissen en amfibien = definitieve nier)
bestaat uit verschillende gesegmenteerde nephrotomen die draineren in mesonephrische ductus (= kanaal van Wolff)
ligt in urogenitale plooi van embryo
Week 4-5: urogenitale plooi bevat:
ductus mesonephricus
nefrotomen
germinale epitheel (afgeleid van mesoderm)
primitieve geslachtsstrengen van gonade
Week 6-7: urogenitale plooi
vorming ductus paramesonephricus (= kanaal van Mller) vanuit uitstulping van oppervlakkig epitheel van urogenitale plooi
indifferente gonade
ductus mesonephricus
mesonephros
vorming metanephros (definitieve nier, caudaal in plooi) vanaf ureterknop die uitstulping is van ductus mesonephricus
1.4.1 De ontwikkeling van de testis
Ductus mesonephricus ontwikkelt, ductus paramesonephricus regresseert
verbinding tussen ductus mesonephricus en primitieve geslachtsstrengen ( SRY codeert voor chemotactische factor
primitieve geslachtsstrengen ontwikkelen zich medullair en vormen primitieve zaadbuisjes zonder lumen
rete testis anastomoseert met buisjes die uitgroeien vanaf mesonephrische ductus
mesonephrische ductus vormt bijbal en zaadleider (vas deferens)
cortex degenereert en wordt tunica vaginalis en albuginea
caudaal fuseert ductus mesonephricus met pars prostatica van sinus urogenitalis voor vomring van ducti ejaculatori (week 9)
Descensus testis
regresserende mesonephros vormt craniaal en caudaal (gubernaculum) een ligament dat aan testis vastzit
gubernaculum begeleidt afdaling van testis naar scrotum
afdaling gebeurt retroperitoneaal
testis via lieskanaal in huidsplooi (scrotum)
Cryptorchidie (lege balzak)
incorrecte afdaling van testis
behandeling aangewezen, anders:
kan testikel verschrompelen
vruchtbaarheidsproblemen
verhoogd risico op testikelkanker
1.4.2 Ontwikkeling van het ovarium
Ductus mesonephricus regresseert en ductus paramesonephricus ontwikkelt verder
primaire geslachtsstrengen regresseren
secundaire corticale strengen vormen vanaf het oppervlakkig epitheel van de coeloomholte
medulla celarm en geen verbinding van geslachtsstrengen met afvoersysteem
ducti paramesonephrici fuseren caudaal tot canalis uterinus
canalis uterinus fuseert met sinus urogenitalis ( vorming vaginale plaat vanuit tuberkel van Mller
regesserende mesonephros vormt ligamenten welke zich vasthechten aan ovarium
Kyste van Gartner = resten van ductus mesonephricus
Mulleriaanse afwijkingen: afwijkingen thv ductus paramesonephricus
1.5 Migratie van de primordiale kiemcellen
Primordiale kiemcellen
ontstaan in epiblast
migreren tijdelijk naar extra-embryonaal mesoderm
migreren terug in embryo naar posterieure wand van dooierzak
migreren via dorsale mesenterium naar genitale kammen
Migratie van primordiale kiemcellen bij vogels
dag 1: thv anterieure kiemschijf
dag 2: in bloedvaten
dag 3: via diapedese gonade gekoloniseerd
Kiemcellen tijdens migratie geleid door C-kit-steel-factor systeem:
c-kit is membraangebonden tyrosine-kinase receptor welke op gametogene kiemcellen, hematopotische kiemcelle nen melanocytogene kiemcellen voorkomt ( ligand: Steel-factor (Stam Cell Factor)
cellen gelegen op migratiepad van primordiale kiemcellen produceren Stam Cell Factor
ligand-receptor binding ( cel met c-kit receptor niet in apoptose
c-kit of Steel mutaties
c-kit gen: migrerende cel heeft geen c-kit receptor, vb: piebaldisme
afwijkingen van pigmentatie: verstoring van ontwikkeling van huidmelanocyten
anemie: onvoldoende ontwikkeling van hematopotische systeem
steriliteit
mutant steel: begeleider cel secreteert geen stam cell factor
Teratomas tg migratieproblematiek:
= congenitale tumoren opgebouwd uit verschillende weefseltypes
ontstaan vanaf verkeerd gemigreerde primordiale kiemcellen die niet de gepaste ontwikkelingsfactoren ontvangen en daarom verschillende weefseltypes gaan vormen
1.6 Secundaire sex-determinatie
= ontwikkeling van het fenotype
2 fasen:
organogenese
pubertaire ontwikkeling
Vrouwelijk fenotype is default ( afunctioneel ovarium bij
wegname indifferente gonade
X0 genotype
Vrouwelijk fenotype oestrogeen-dependent
van foetale gonade
van moeder en placenta
1.6.1 De ontwikkeling van het mannelijk fenotype
Mannelijk fenotype is actief hormoon-dependent proces
anti-Mullerian hormoon van sertoli cel in geslachtsstrengen ( Mulleriaanse structuren regresseren
testosteron van leydig cel in interstitium van testis
Ontwikkeling van externe genitalia tijdens organogenese
week 4: uitwendig is cloacale regio herkenbaar met ventraal genitaal tuberkel en beiderzijds afgezoomd met cloacale plooien
externe genitalia vormen rond cloacale membraan (overdekt cloaca waarin primitieve sinus urogenitalis en einddarm uitmonden)
cloaca splitst in canalis anorectalis en primitieve sinus urogenitalis
week 6: primitieve sinus urogenitalis ontwikkelt, urogenitaal en ano-rectaal deel zijn gescheiden, er is een anale en urogenitale plooi
blaas
pars pelvina:
: wordt parauretrale klier en uretra
: wordt prostaat en uretra
ductus mesonephricus anastomoseert met blaas
urether zal vanaf metanephros afsplitsen
dustus mesonephricus wordt ductus ejaculatorius (m) of regresseert (v)
mesodermale structuren anastomoseren met endodermale blaas
Onder invloed van testosteron: meerbepaald door biologisch meer actieve gereduceerde vorm hydrotestosteron
genitale tuberkel ontwikkeld tot fallus met distaal de glans
urethrale plooien met urethrale groeve sluiten tot penisschacht
genitale wallen zullen scrotum vormen waarin testes indalen
Hypospadias
wanneer vergroeiing urethrale plooien onvolledig gebeurt
glanulaire of coronaire hypospadias: uitmonding urethra thv penis lichtjes naar onder gericht
1.6.2 De ontwikkeling van het vrouwelijk fenotype
sinus urogenitalis (endoderm) vormt vaginale plaat naar craniaal toe
ducti paramesonefrici (kanalen van Muller, mesoderm) versmelten tot uterus met eileiders
vaginale plaat anastomoseert met aanleg van uterus = Mulleriaanse tuberkel
mulleriaanse tuberkel vormt lumen dat tot vagina ontwikkelt
maagdenvlies (hymen) sluit sinus urogenitalis af
urogenitale plooien vormen labia minora
genitale wallen vormen labia majora
tuberculum genitale ontwikkelt tot clitoris
1.6.3 Intersex
Androgen insensitivity syndrome (AIS)
feminising testicle syndroom
XY individu met vrouwelijk fenotype veroorzaakt door mutatie in androgeen receptor (X-linked)
testis produceren mannelijke hormonen maar eindorganen reageren hierop niet
5-alpha-reductase deficientie
interne genitalia ontwikkelen mannelijk, extern vrouwelijk
bij puberteit: testosteron piek ( penis ontwikkelt
gesoleerde families in Turkije en Dominicaanse Republiek (consanguiniteit)
2 Oogenese
2.1 Inleiding tot de gametogenese
Rol van gametogenese: cruciale stap in sexuele reproductie
behoud van ploidie (aantal chromosomen)
verhogen van overlevingskansen
Stappen in de gametogenese
mitotische expansie van primordiale kiemcellen
meiotische recombinatie
productie van haploide cellen om het gemodifierde genoom te verspreiden
Zaadcelproductie:
200 miljoen per dag
ong 5 miljoen per gram testisweefsel
levenslang: 2 triljoen
Eicel productie:
1 per maand
vanaf puberteit tot aan menopauze
500-tal in hele leven van vrouw
2.2 Algemene aspecten van de ogenese
Ogenese
interactief proces tussen somatische cellen en gameten
resulterend in eicellen in meiotic arrest
meiotic resumption leidt tot eisprong
bij bevruchting wort de meiose afgewerkt en kan een embryo zich vormen
De ogenese is een uniek proces
aanmaak grootste cel: 30 m naar 120m
totipotent: induceert embryonale cellijnen na fertilisatie
gespecialiseerd:
maakt zich op voor fertilisatie (zona pellucida, corticale granules )
maakt zich op voor embryogenese (accumuleert mRNAs, cytoplasmatische organellen, eiwitten, vet en glycogeen)
embryogenesis is rooted in oogenesis ( evolutionaire reductie
van aantal eicellen
van grootte
Want:
beschermende en nutritieve eileider
verminderde noodzaak aan dooiermateriaal
Bij differentiatie van eicellen in ovarium belangrijke rol voor:
endodermaal gemigreerde primordiale kiemcellen
mesodermale epitheliale coeloomcellen ( granulosacellen: supportieve rol
mesodermale mesenchymale cellen ( interstitile thecacellen: endocriene rol
Vorming primordiale follikels
kiemcellen differentiren tot ogonia
ogonia worden omringd door 1 laagje mesodermale cellen = granulosacellen
hierrond ontwikkelen vanuit mesenchym laag thecacellen
meiose start tussen week 8 en 12
Verloop ogenese
toename aantal ogonia en vorming van voorraad primordiale follikels (FSH-independent)
nucleaire eicel maturatie
groei en maturatie van de follikel (FSH-dependent)
preantrale groeifase tot secundaire follikel
antrale groeifase vanaf puberteit
ovulatie en bevruchting
2.3 De aanmaak van de voorraad primordiale follikels
Week 8: mitotische expansie
Week 20-24: piek
Ontstane ogonia vatten snel meiose aan en associren met somatische cellen
Ogonia worden enkel tijdens foetale leven aangevuld door mitosen, vanaf geboorte heeft vrouw geen ovarile stamcellen meer en neemt het aantal voortplantingscellen enkel af
Vrouw produceert toch eitjes
verklaring waarom kwaliteit van eitjes van vrouw na 30 afneemt
gemaakt uit stamcellen
afsterfsnelheid van follikels hoog
na chemokuurmiddel Busulfan die eicellen vernietigt, muizen toch weer vruchtbare eitjes
Follikelatresie:
bepaalt aantal follikels in voorraad
apoptose van antrale en pre-antrale follikels
vanaf week 12 in ogonia die
niet in meiose gaan voor maand 7
niet gencorporeerd zijn in follikel structuur
atresie treedt op bij antrale follikels die niet in dominantie gaan
na menopauze alle follikels in atresie
Ovarile reserve = voorraad aan follikels in oarium
Primaire ovarile insufficintie = premature menopauze: bij zeer beperkte ovarile reserve zal vroegtijdige menopauze optreden (voor leeftijd van 40 jaar)
Vruchtbaarheid van een vrouw
afhankelijk van aantal verder uitrijpbare eicellen in ovarile reserve
hoogst tussen 15 en 25 jaar
fecunditeit = kans op zwangerschap op maandbasis
kwalitatief ook afname van ovarile reserve
blootstelling aan mutagene factoren
meer aneuplodie (trisomie 21, miskramen)
Down syndroom
oorzaak: trisomie (deel van) 21
risico stijgt bij vorderende leeftijd van moeder (vanaf 36 jaar)
diagnose stellen voor geboorte:
bij foetus is nekplooi vaak verdikt
meting van neusbotje
bepaling van een aantal stoffen in moederlijk bloed (PAPP-A en beta-HCG)
Fertiliteitspreservatie bij de vrouw
GnRH analogen behandeling: schade aan gonaden voorkomen door tijdelijk stilleggen van ovarile functie middels toedienen van GnRH-analogen voor en tijdens chemo
preservatie van primordiale follikels
oocyte/embryo preservatie
preservatie van ovariumweefsel (ovariumchips)
in vivo bescherming door transpositie of transplantatie
2.4 De preantrale groeifase
2.4.1 De differentiatie van de folliculaire structuur
Pre-antrale groeifase
vorming primordiale follikels
FSH-dependent (follikel stimulerend hormoon)
foetale hypofyse secreteert FSN vanaf week 12
piek FSH rond week 28 (postmenopausale waardes)
hypofysaire secretie dooft rond 2-jarige leeftijd
Primordiale follikel groeit tot secundaire follikel
primordiale follikels aangemaakt tot 6 maand postpartum
vanaf week 16 worden primaire follikels gevormd vanaf sommige primordiale follikels
Primordiale follikel:
1 laagje folliculaire cellen die differentiren tot granulosacellen
omringd door stromale cellen die differentiren tot thecacellen
Primaire follikels
eicellen
omringd door 1 laag cubodale granulosacellen
Secundaire follikel
volume eicel toegenomen
zona pellucida rondom eicel
omgeven door verschillende lagen granulosacellen (stratum granulosa)
waarrond 2 lagen thecacellen: theca interna en externa
Follikel klassificatie
primordiale follikels
oocyten
omringd door afgeplatte pre-granulosa of folliculaire cellen
onderverdeeld in type 1, 2 en 3
primaire follikels
oocyte met 1 laag cubodale granulosacellen
onderverdeeld in type 4 en 5
ook preantrale follikes wanneer tussen granulosacellen nog geen vochtopstapeling
secundaire en tertiaire follikels
oocyte omringd met vele lagen granulosacellen
vochtopstapeling tussen granulosacellen (in antrum) ( antrale follikels
onderverdeeld in type 6 en 7
pre-ovulatoire of Graafse follikel
oocyte met groot antrum
type 8
Pre-antrale groeifase
vorming zona pellucida: mucopolysacchariden van granulosacellen
extracellulaire matrix met dikte van 15 m
opgebouwd door 3 types glycoprotenes: ZP1, ZP2 en ZP3
ZP1 verbindt ZP2 en ZP3 ketens
ZP2 : sperm receptor bij fertilisatie, verzorgt penetratie van zaadcel
ZP3 : sperm receptor bij fertilisatie, beinding eicel-zaadcel en acrosoomreactie
vorming gap-junctions tussen granulosacellen en naar oolemma
proliferatie granulosacellen en FSH-receptor ontwikkeling op granulosacelmembraan
Ontwikkeling van secundaire follikels (3de trimester van foetale periode)
verdere toename aantal granulosacellen met FSH-receptoren
toename aantal thecacellen met LH-receptoren (luteniserend hormoon
Follikel is avasculaire structuur ( bloedvoorziening rond en tussen de follikels
Interactie oocyte en granulosacellen: vorming van een functioneel syncitium om
voldoende nutrinten aan te brengen voor oocyte
metabole beperkingen van oocyte te compenseren
maturisatiestatus van oocyte te controleren
Bloedvoorziening rond follikel speelt belangrijke rol bij endocriene functie van eierstok:
LH gesecreteert door hypofyse
(
thecacellen maken androgenen aan vanaf cholesterol
(
androgenen (androsteendion en testosteron) diffunderen en komen terecht in granulosacellen
(
granulosacellen zullen oiv FSH (hypofyse) androgene aromatiseren tot vrouwelijke hormonen oestron en oestradiol
(
oestrogenen diffunderen naar bloedbaan
Intercellulaire communicatie in ovarium
endocrien: tussen granulosacellen en andere lichaamscellen via oestrogenen
paracrien:
tussen granuloasacellen en thecacellen via te aromatiseren testosteron
granulosacellen wisselen groeifactoren uit met eicellen
autocrien: in oocyte zelf (cytoplasmatische ruimtelijke ordening van mRNAs en protenes = spatial patterning ( polariteit)
vb leptine: doet eetlust afnemen en zorgt ervoor dat adipocyten efficinter vet verbranden
2.4.2 De nucleaire maturatie
= heropstarten van meiose
Tijdens ftale leven: enkel profase van meiose voltrekken(DNA gedupliceerd en door recombinatie gemodifeerd)
Fasen tijdens profase:
leptoteen
chromatine van chromosomen is sterk uitgerekt
onmogelijk individuele chromosomen identificeren
reeds DNA replicatie
elk chromosoom heeft 2 parallelle chromatiden
zygoteen
homologe chromosomen gaan zij aan zij gaan liggen = synapsis
vorming van een eiwitachtige brug = synaptonemale complex
( elk homoloog chromosoom heeft 2 chromatiden (bivalent) en 4 chromatiden door synaptonemale complex verbonden (tetrade)
pachyteen
chromatiden verdikken en verkorten
individuele chromatiden kunnen onderscheiden worden
crossing-over (uitwisseling van genetisch materiaal waarbij genen van ene chromatide uitgewisseld worden met de homologe genen van de andere chromatide)
diploteen
synaptonemale complex wordt ontbonden
2 homologe chromosomen zullen scheiden, maar blijven toch op verschillende plaatsen nog verbonden = chiasmata (crossing-over gaat verder door)
hoge transcriptieactiviteit ( soms vorming RNA lussen rond DNA (lamp brush chromosomen)
diakinese
centromeren gaan uit mekaar
chromosomen zijn nog aan mekaar verbonden aan uiteinden van chromatiden
Dictiaat stadium:
bij oocyte zal meiose stoppen thv diploteen stadium
homologe chromosomen die nog met chiasmata aan mekaar zitten, zijn opgeborgen in een grote kern = germinaal vesikel
= diploteenblok
onderhouden door granulosacellen: secreteren meiotische inhibitoren naar eicel via gap junctions
c-AMP:
aangemaakt in granulosacellen
via gap junctions naar eicel
hoge c-AMP stabiliseren germinal vesicle
c-AMP thv eicel op peil gehouden door
stimulatie adenylaat cyclase ( zet ATP om naar c-AMP
aanvoer purine nucleosiden (vb hypoxanthine) ( inhibitie c-AMP fosfodiesterase ( c-AMP niet verder afgebroken tot 5-AMP
andere inhibitoren, vb: OMI of oocyte maturation inhibitor
2.5 De antrale groeifase
2.5.1 De hypothalame hypofysaire gonadale as
Antrale groeifase
vanaf puberteit
FSH afhankelijk
Hypothalame hypofysaire gonadale hormonale as
gonadotrophine releasing hormoon (klein decapeptide, GnRH) afgescheiden thv hypothalamus
(
via portaal systeem van hypofysesteel in voorkwab
(
basofiele cellen scheiden gonadotrofines (FSH en LH ( zoeken ahw de gonaden op) af in bloedbaan
(
LH en FSH actief thv theca- en granulosacellen
(
secretie van oestrogenen thv ovarium
(
oestrogenen benvloeden andere organen hormonaal + oefenen negatieve feedback uit naar hypofyse en hypothalamus toe
Tijdens foetale leven: Hpt-Hp-gonadale as actief
foetaal FSH
foetale en maternele oestradiol
GnRH-pompje
sommige vrouwen zullen geen eicellen uitrijpen omdat ze geen GnRH afscheiden
via infuuspompje wordt met enige regelmaat een kleine hoeveelheid GnRH in bloedbaan gebracht ( hypofyse weer FSH en LH afgeven
2.5.2 De puberteit
Tijdens kinderjaren: Hpt-Hp-gonadale as in rust
laag FSH
zeer laag oestradiol
genduceerd door zeer gevoelig feedback mechanisme: laag oestradiol inhibeert as
centrale niet-steroidale GnRH suppressor
Vanaf puberteit: Hpt-Hp-gonadale as start op
toename van FSH secretie
toename oestradiol secretie door ovarium
feedback minder gevoelig
afname centrale genera suppressor functie
( afscheiding GnRH thv hypothalamus neemt toe
toename puls frequentie
toename puls amplitude
( ovarile cyclus orchestreren
Start puberteit afhankelijk van
erfelijke factoren
socio-economische en psychologische factoren ( in Westerse landen steeds op jongere leeftijd
Klinische fases van de puberteit
borstontwikkeling (thelarche): rond leeftijd van 9 10 jaar
pubarche: aanvang schaamhaargroei (10 11 jaar)
groeispurt (12 13 jaar): belangrijke toename in lichaamslengte
menarche (13 jaar): eerste periode van vaginaal bloedverlies = doorbraakbloeding teweeg gebracht door continue lage oestrogeenstimulatie naar het baarmoederslijmvlies toe
1ste ovulatie (14 jaar)
2.5.3 De cytoplasmatische en nucleaire eicel uitrijping in het antrale follikel
Antrale groeifase = eindfase folliculaire groei
belangrijke opbouw van zona pellucida
verhoogde transcriptieactiviteit en protenesynthese
heropstarten meiotische deling
cytoplasma
voorraad intracellulair calcium ( activatie
proteolytische enzymes opgeslagen in granules net onder zona pellucida ( polyspermieblok
oiv glutathion afbouw van disulfidebruggen thv protamines die DNA verpakken ( vorming pronucleus
belangrijke opbouw aan voorraad mRNAs ( vroege embryogenese ondersteunen tot aan het moment dat het embryonaal genoom geactiveerd zal worden
Resumption of meiosis: productie MPF (meiosis-promoting factor, maturation-promoting factor)
inactief MPF:
cycline-B ( neemt toe naarmate eiceluitrijping vordert
P34CDC2 ( constante hoeveelheid
tijdens G2-fase bindt CDC2 met cycline-B ( preMPF (gefosforiliseerde toestand)
inactieve preMPF gedefosforileers ( actief MPF
afbraak kernmembraan = germinal vesicle breakdown
chromosoom condensatie
vorming spoelfiguur
activatie cycline proteolyse ( cycline afgebroken waardoor cel terug in G1 fase van celcyclus
diploteenblok: inactief MPF niet gedefosforileer door hoge c-AMP
antrale fase: afname c-AMP waardoor actief MPF ontstaat en M-fase celcyclus aangevat kan worden ( LH-piek induceert daling c-AMP:
LH-piek
(
vrijmaken van calcium en inositol trifosfaat (intracellulaire mediator ( calcium vanaf ER vrijgemaakt) thv granulosacellen
(
via gap juncties in cytoplasma eices
(
afbraak van c-AMP promoten door toename Ca2+ in eicel
(
hervatten meiose
Na LH-piek:
diakinese voltrekt zich
metafase zal zich vormen
actief MPF wordt door proteolyse gedegradeerd
cel in anafase: homologe chormosoomparen gaan uit elkaar
eerste telofase ( 2 dochtercellen met haplod aantal chromosomen
proteolyse van cycline-B opgehouden en opnieuw cycline-B aangemaakt
cycline-B bindt opnieuw P34CDC2 ( actief MPF ( eicel in metafase-II (metafaseplaat van chromosomen)
Metafase I ongelijke opdeling cytoplasma ( ontstaan oocyt in metafase-II en eerste poollichaampje (polocyte)
( ovulatie: eicel in arrest metafase II
2.5.4 De morfologische en hormonale veranderingen van de antrale follikel
Morfologische verandering thv follikel tijdens antrale groeifase:
vochtholte tussen granulosacellen neemt toe in volume door actieve secretie door granulosacellen ( ontstaan enorme vochtholte afgelijnd met granulosacellen waarin oocyte vastgehecht is en omringd wordt door krans van granulosacellen (corona radiata)
cumulus oophorus = corona radiata met daarin oocyt
geheel: mature of Graafse follikel
granulosacellen hebben ook LH receptoren ontwikkeld net als thecacellen
toename aantal FSH receptoren op granulosacellen ( hoge aromatase activiteit ( massaal oestrogenen aanmaken ( opbouw endometrium baarmoeder + negatieve feedback hypofyse en hypothalamus
follikel die best kan aromatiseren bijkomende FSH-receptoren ( bij lage FSH spiegels blijven functioneren (rest in apoptose) = dominante follikel
Polycysteus-ovariumsyndroom (PCOS) of Stein-Leventhal syndroom
bijna 1 op 10 vrouwen
aromatisatie van testosteron naar oestrogeen niet naar wens ( follikeluitrijping in gedrang
vaak cysten op eierstokken aanwezig
veroorzaakt of gepaard met hormonale afwijkingen
overmaat aan androgenen ( hirsutisme:
acn
vet haar
overdreven haargroei in het gelaat, op ledematen en romp
diagnose indien 2 van de 3 criteria:
hyperandrogenisme: vetzucht, overbeharing en verhoogde androgenen in bloed
chronische anovulatie (uitblijven eisprong)
polycysteuze ovaria: vergroot en vertonen kralensnoer van ophelderingen (follikels)
verminderde vruchtbaarheid
behandeling: anti-oestrogenen of gonadotrofines of ovarile drilling
2.6 De ovulatie
Stijging LH doet granulosacellen
(cumuluscellen) hyaluronzuur secreteren ( mucinatie van de cumuluscellen: gap juncties naar oocyte onderbroken en stop in transfer
meer c-AMP aanmaken waardoor
enzymes geactiveerd die lyse van follikelstructuur induceren
plasmine
collagenase
lysozymes
hydrolases
prostaglandines, histamines en bradykinines aangemaakt worden waardoor ruptuur optreedt
Toegenomen antrale vochtdruk en enzymatische lyse onderlinge cellen
(
folliculaire ruptuur met loskomen cumulus oophorus die samen met antralevocht in buikholte vrijkomt
(
metafase-II oocyt vrij in buikholte omringd door laag cumuluscellen
+ granulosacellen die in follikel overblijven maken oestrone, oestradiol en progesteron (vanaf cholesterol)
Corpus luteum = geel lichaampje
geluteniseerde granulosacellen (gele kleur ( lutene)
geen zwangerschap ( degeneratie corpus luteum = luteolyse ( afschilferen van endometrium thv baarmoederwand ( menstruatiebloeding
Gonadotrofines in de kliniek
menopauzale vrouwen ( FSH en LH in urine: ovarile reserve uitgeput ( geen oestrogenen meer aangemaakt ( geen negatieve feedback naar hypothalamus en hypofyse ( gonadotrofines in verhoogde mate afgescheiden
2.7 De ovulatie
Hormonale veranderingen door uitrijpen van een follikel:
folliculaire fase: vanaf menstruatie tot eisprong ( oestrogeen
endometrium ontwikkelt, epitheel groeit aan en doorbloeding neemt toe
cellen binnenzijde baarmoederhalskanaal maken meer slijm aan ( natuurlijke barrire om opstijgende infectie te vermijden vanuit de vagina naar de uterus toe
kwaliteit slijm verandert: minder taai en meer rekbaar, 3D herorganisatie om als het ware kanalen te vormen = varenbladvorming of ferning ( doorgankelijkheid voor zaadcellen
luteale fase: na eisprong tot menstruatie ( progesteron
kwantiteit en kwaliteit slijm nemen af
endometrium wordt doorspekt met gekronkelde bloedvaten ( endometriale crypten (( eventuel implantatie)
thermoregulatorisch centrum thv CZ benvloed ( stijging kerntemperatuur
zwangerschap: endometrium decidualiseert en vormt decidua
geen zwangerschap: endometrium sterft en schilfert af ( menstruele bloed
3 Spermatogenese
3 soorten celtypes in de testis:
germinale cellen: exocriene functie van de testis
leydigcellen
sertolicellen
endocriene functie van de testis ( rol in
sexuele differentiatie van het individu
regulatie van spermatogenese
aanmaak van semnaal plasma door accessoire geslachtsklieren
potentie en ejaculatie
3.1 Spermatogonia: de testiculaire stamcellen
Spermatogenese
in testis
start vanaf puberteit (12-14 jaar)
foetaal: vanaf primordiale kiemcellen ontwikkelen zich gonocyten die slechts verder differentiren tot spermatogonia van type A
spermatogonia type A ~ progenitorcellen: onbeperkt mitosen en verdere differentiatie)
spermatogonia unipotent ( ontwikkelingshirarchie (! vanaf spermatogonia kunnen toch cellen van andere weefsels gedifferentierd worden in vitro ( pluripotent !)
primordiale germinale cellen (PGCs)
(
migratie naar genitale kammen
(
inclusie in primaire geslachtsstrengen
(
gonocyten
(
proliferatie
(
arrest in G1 fase
(
herstart van de celcyclus
(
aanmaak spermatogonia type A
Primordiale kiemcellen enkel in co-cultuur samen met somatische cellen ( geen syncytia
gonocyten noodzaak voor co-cultuur met specifieke somatische cellen: Sertolicellen ( gelimiteerde differentiatie potentiaal
spermatogonia type A in co-cultuur met sertolicellen, duidelijke incomplete cytokinese ( syncytiumvorming
Spermatogonium type A is progenitorcel van adulte testis, kan 3 richtingen uit:
mitose ondergaan en zichzelf hernieuwen (self-renewal)
differentiren naar een ander type spermatogonium (in principe pas vanaf puberteit)
geprogrammeerde celdood = apoptose
Testiculaire stamcelrenewal
model van Clermont: verschillende subtypes spermatogonia type A die zich elk op zichzelf kunnen vernieuwen en onderling een beperkte dedifferentiatie vertonen
model van Huckings en Oakberg: 1 hernieuwende spermatogonium en alle andere types zijn hieruit gedifferentieerd
( bij mens 2 populaties stamcellen:
1 populatie die enkel zichzelf vernieuwd
1 populatie die bij verdere delingen naar differentiatie toe ontstaat: 1 dochtercel zal gaan differentiren, de andere zal identiek blijven aan de delende moedercel
Theoretisch kan elk spermatogonium A1 uiteindelijk 4096 spermatozoa aanmaken (door renewal capaciteiten van progenitor spermatogonia type A), maar in praktijk veel lager:
normale apoptose: noodzakelijk mechanisme om cellulaire homeostase te voorzien tussen de uitrijpende voortplantingscellen en voedende Sertoli cellen
toename apoptose door
overmatige testiculaire opwarming
toxische stoffen
blootstelling aan straling
wegvallen van hormonale stimulatie
Cellulaire activiteit in testis tijdens foetale en prepubertaire periode:
hernieuwen van stamcellen (spermatogonia type A)
cellulaire homeostase dankzij apoptose
Testiculaire stamcel transplantatie
spermatogenese = continu proces waarbij door mitose en meiose rijpe zaadcellen gevormd worden vanaf testiculaire stamcellen (spermatogonia type A)
spermatogenese kan genduceerd worden vanaf getransplanteerde stamcelbevattende testiculaire celsuspensies
in theorie is het mogelijk om cellen in te banken voor enige steriliserende behandeling plaatsvindt en na genezing opnieuw spermatogenese te induceren door autologe testiculaire stamcel transplantatie
3.2 De puberteit: de spermatogenese start op
populatie type A spermatogonia zal sterk expanderen via mitose ( testes in volume toenemen
verder differentiatie naar spermatogonia type B = opstarten spermatogenese
( opstarten bepaald door hormonale veranderingen in hypothalame-hypofysaire-gonadale as (correcte secretie van FSH en LH)
3.3 De spermatogenese na de puberteit
3.3.1 Algemene anatomie
spermatogenese in testiculaire lobules welke gescheiden worden door septula testis uitgaand van de stevige tunica albuginea
(
tubuli recti collecteren zaadcellen
(
rete testis
(
ductuli efferentes
(
epididymis: maturatie en stockage
(
Bij ejaculatie via ductus deferens tesamen met seminaal plasma vanuit de vesiculae seminales en prostaat via ducti ejaculatorii en urethra
Testiculaire lobules: 2 compartimenten
tubuli seminiferi (zaadvormende buisjes)
gepakt in 300 lobules
75% van testis volume
peritubulaire cellen, germinale cellen en Sertoli cellen
1000-tal buisjes per testis
hoefijzervormig ( aan beide einden anastomoseren met het afvoersysteem richting epididymis en zaadleider
totale lengte aan zaadbuisjes: 360-390 m
interstitium: leydigcellen
3.3.2 De spermatogenese op cytologisch vlak
Belangrijke stappen in spermatogenese:
proliferatie van germinale stamcellen: continue celdeling thv populatie stamcellen (volwassen)
mitose en differentiatie van germinale cellen:
spermatogonia A (46XY, 2N)
(
mitose en differentiatie
(
16 spermatogonia B (46XY, 2N)
(
primaire spermatocyten (46XY, 4N) (~oocyten bij vrouw)
meiose
preleptoteen primaire spermatocyten (46XY, 4N)
(
secundaire spermatocyten
(
tweede meiotische deling
(
spermatiden (23X of 23Y, 1N)
differentiatie: spermatiden differentiren verder tot spermatozoa
vorming acrosoom vanaf Golgi apparaat via acrosomale granule en acrosomaal vesikel ( functie bij penetratie van eicel tijdens bevruchtingsproces
vorming centriole vanaf flagellum
mitochondrin herschikken rond flagellum
structurele veranderingen in kern:
DNA sterk gecondenseerd
histonen vervangen door minder volumineuze protamines
alle overbodige celorganellen worden afgestoten als residual bodies ( worden gefagocyteerd door Sertolicellen
Cyclus van de spermatogenese: continue aanmaak van germinale stamcellen gevolgd door deling en celdifferentiatie waarbij spermatogenetische cellen zich gradueel encentripetaal verplaatsen naar het lumen van de zaadbuisjes (ongeveer 3 maand)
Cyclus seminifere epitheel: 6 stadia, vb
stadium I: spermatogonia, primaire spermatocyten en spermatiden
stadium II: spermatozoa
( gevolg van clonale oorsprong van de verschillende stadia en de helicodale structurering van de germinale cellen in de tubuli seminiferi
3.3.3 De Spermatogenese op histologisch vlak
Bloed-testis barrire
lamina basalis in tubuli seminiferi afgelijnd met Sertolicellen waartussen germinale cellen vastgeankerd dmv ectoplasmatische structuren van Sertolicellen ( belangrijk in onderhouden van spermatogonese
sertolicellen onderling verbonden door tight junctions ( verdelen tubulus in 2 compartimenten
basaal: spermatogonia-stamcellen tot preleptotene primaire spermatocyten
luminaal: germinale cellen ondergaan veranderingen thv celmembraan ( krijgen antigenetische eigenschappen
verhindert dat het lichaam een immunologische afweer tegen eigen, doch nu lichaamsvreemde spermatozoa zal instellen
schade ( vorming anti-sperma antistoffen (IgA en IgG) die motiliteit en bevruchtend vermogen van zaadcellen kunnen aantasten
controle ligt bij Sertolicellen: bepalen welke molecules naar germinale cellen toe kunnen in intraluminaal compartiment
Zaadcel in de kiem gesmoord: Adjudin
verbreekt verbindingen tussen rijpende zaadcel en zijn verzorger (Sertolicel)
bij orale toediening: leverontstekingen en verschrompelende spieren
gekoppeld aan geslachtshormoon FSH dat biologisch inactief gemaakt is ( enkel thv teelballen
effect is omkeerbaar
Sertolicel: functies
voeding voor germinale cellen
transport en controle:
verplaatsing germinale cellen over bloed-testis barrire
vrijlating spermatozoa vanaf ectoplasmatische specialisaties
secretie luminale vloeistof welke door verhoogde hydrostatische druk mee spermatozoa zal afvoeren
fagocytose van residual bodies en gedegenereerde germinale cellen
aromatisering van testosteron naar oestradiol (~ granulosacel bij vrouw)
endocriene, paracriene en autocriene regulatie van spermatogenese
3.3.4 Endocriene aspecten van de spermatogenese
Via hypothalame-hypofysaire-testiculaire as dmv hormonen
oiv centrale neuro-transmitters en neuropeptiden
(
hypothalamus secreteert GnRH op pulsatiele wijze in hypofysair portaal systeem
(
basofiele cellen thv voorkwab hypofyse recepteren GnRH
(
secretie LH en FSH in bloedbaan (analoge structuur als vrouwen)
(
LH stimulert Leydigcellen in interstitile compartiment van testis
FSH stimuleert Sertolicellen
Thv Leydigcellen:
LH bindt op LH-receptor Leydigcel
(
intracellulair ATP wordt omgezet naar cyclisch AMP
(
cAMP activeert cellulaire protenekinasen
(
enzymatische processen starten die leiden tot productie van testosteron vanaf cholesterol
Testosteron:
endocriene effecten: afgegeven in bloedbaan, voor 98% gebonden aan carrierprotene SHBG (Sex Hormone Binding Globulin)
ontwikkeling en onderhouden van secundaire geslachtskenmerken
aanmaak van seminaal plasma door accessoire geslachtsklieren (trofisch effect op prostaat en zaadblaasjes)
lange feedback: regulatie van secretie van GnRH en LH via receptoren op hypothalamus en hypofyse
paracriene effecten: in synergie met FSH stimulatie van Sertolicel tot secretie van inhibine en oestradiol (endocrien) en ABP (Androgen Binding Protein, paracrien)
Thv Sertolicel:
receptie FSH
(
vorming cAMP
(
activatie protenekinasen
(
activatie aromatasen in de cel
(
omzetting testosteron tot oestradiol
productie inhibine ( lange negatieve feedback naar hypofyse ( FSH(
oiv FSH en testosteron ( productie ABP (Androgen Binding Protein) ( bindt testosteron ( in lumen tubuli seminiferi ( hoge locale testosteronconcentratie ( meiose en verdere spermamaturatie
Oestradiol:
lange negatieve terugkoppeling thv hypothalamo-hypofysaire eenheid
korte negatieve feedback thv Leydigcel waardoor productie testosteron (
Thv germinale cellen:
FSH stimuleert eerste stappen (mitoses van verschillende types spermatogonia A) en laatste stappen (spermiogenese) in spermatogenese ( stimulatie via Sertolicel mogelijk via hormonen (SCSGF of Sertoli Cell Secreted Growth Factor)
aanmaak paracriene stoffen (chalonen en gonadocrinines)
Mannenpil
fysiologische feedback mechanismen misleiden om productie van gameten te beletten
toediening testosteron ( gonadotrofine secretie ( ( spermatogenese stilgelegd
bijwerkingen:
toch nog aanwezig blijven van zaadcellen in zaadstaal
acn, vet haar en gemoedsstoornissen
3.4 Factoren die de spermatogenese benvloeden
Fysiologische factoren
voeding:
gebrek vitamine A ( degeneratie spermatozoiden
gebrek vitamine E ( degeneratie spermatiden
vascularisatie: spermatogenese optimaal als temperatuur 2 4 C lager dan lichaamstemperatuur ( plexus pampiniformis! ( verstoring tgv spatader kan meiose en spermiogenese nadelig benvloeden
Latrogene factoren
straling: radioactieve straling vanaf 80 cGy ( azospermie door vernietiging spermatogonia A
Opm: gonaden zullen geen nieuwe zaadcellen aanmaken, maar reeds voordien aangemaakte spermatozoa verschijnen nog geruime tijd (maturatie depletie periode), wel groot gevaar op chromosoomafwijkingen
medicatie: antitumorale medicaties kunnen ook definitieve uitschakeling van spermatogenese veroorzaken
3.5 Testiculair dysgenese syndroom
= verminderde spermakwaliteit en toename in testiskanker, hypospadie en niet-ingedaalde testes (cryptorchidie)
( blootstelling aan hormoonverstorende stoffen tijdens embryonale fase
( minder Sertolicellen
minder zaadcellen op volwassen leeftijd
minder anti-Mulleriaans hormoon ( controleert indaling testis en mogelijk celdeling van stamcellen in testis ( cryptorchidie en ongecontroleerd delen van stamcellen (( ontstaan carcinoma-in-situ = voorloper van testiscarcinoom, bestaande uit kiemcellen met maligne kenmerken genesteld op basale membraan van tubuli seminiferi)
Vooral hormoonverstorende stoffen die zich kunnen hechten op oestrogeenreceptoren worden geacht de testiculaire ontwikkelingsstoornissen te veroorzaken = xeno-oestrogenen (endocriene disruptors)
bootsen effect van echte hormonen na
zwakken effect van hormonen af
blokkeren geheel effect van natuurlijke lichaamseigen hormonen
Oestrogenen: echte en xenos
Diethylstilbestrol (DES-hormoon)
in jaren 50 gebruikt om miskramen tegen te gaan
DES-dochters: op latere leeftijd kanker
DES-zonen: hypospadias (pisbuis halverwege penis), cryptorchidie, zaadcelproductie verstroord
contraceptieve pil of pil na menopauze bevat ethinyl-oestradiol dat via urine in water terecht komt ( effect op mannelijke vruchtbaarheid
xeno-oestrogenen: PCB, dioxine en sommige pesticiden ( bij man afwijkingen geslachtsorganen en verminderde vruchtbaarheid
3.6 De ejaculatie
prikkeling sympatisch zenuwstelsel (peristaltische contracties spierwand epididymis en vas deferens
(
vocht met zaadcellen daar opgeslagen door ductus ejaculatorius naar prostaat
zaadblaasjes scheiden 2-3 ml dikke alkalische vloeistof af in prostaat
prostaat voegt 1-2 ml waterig, zuur prostaatsecreet toe
(
door contracties rond urethra uit urethra verdreven
blaas afgesloten (retrograde ejaculatie voorkomen)
Zaadcel:
functies: aanbrengen haploide set chromosomen en activeren ontwikkelingsproces
kop: herkenningsfunctie en genetische vracht (sterk gecondenseerde haplode kern)
staart: propeller om cel voort te stuwen (lang flagellum opgebouwd uit microtubuli)
middenstuk: motor vol energie (mitochondrin die voedingstoffen uit omgeving omzetten in ATP)
4 Fertilisatie
Rol van fertilisatie
herstellen van somatische diplodie
overdracht gemodificeerd genoom naar volgende generatie
trigger van reeks metabole reacties die tot embryogenese leiden
4 stappen van fertilisatie:
gameetinteractie
eicelpenetratie door het spermatozoon
fusie van genoom van zaad- en eicel
activatie van eicelmetabolisme
4.1 De gameetinteractie
4.1.1 De gameetinteractie bij zeegels
5 stappen:
chemo-attractie van zaadcellen
acrosoomreactie
penetratie van extracellulaire omhulsel (gransulosacellaag bij zoogdieren) en binding aan extracellulaire matrix (zona pellucida bij zoogdieren)
penetratie van extracellulaire matrix
fusie van plasmamembranen
Onderzoek op zeegelmodel: injectie van kaliumchloride rond orale zijde ( gameten komen vrij ( gemakkelijk om in vitro studies te verrichten
Chemo-attractie:
zorgt ervoor dat zaadcellen van een bepaalde soort zich begeven naar eicellen van dezelfde soort
mature eicellen secreteren resact (chemische substantie) die gradint rondom eicel creert, zaadcellen volgen deze gradint (chemotaxis)
resact in extracellulaire matrix van zeegeleicel (gellaag die eicel omringt)
zeegelzaadcel heeft transmembranaire resact-receptor
receptor-ligand binding
(
verhoging mitochondriale ATP productie in zaadcel en verhoogde ATP-ase activiteit thv dynene-armen van flagel
(
zaadcellen sneller bewegen, wanneer gradint verhoogtt richting eicel, zal snelheid toenemen
Acrosoomreactie
proteolytische enzymen van acrosoom komen vrij om extracellulaire omhulsel te doordringen
gecontroleerde exocytsose:
gellaag zeegeleicel bevat jelly-factor (polysacharide dat herkend wordt door zaadcelreceptor)
(
celmembraan van zaadcel fuseert met membraan die acrosoom overdekt
(
enzymen vrij die extracellulaire omhulsel oplossen
Binding aan extracellulaire matrix
na exocytose gaan voorraad globulaire actinemolecules polymeriseren tot lange actine filamenten bij zaadcel
(
ontstaan van acrosomale processus waarop specifieke acrosomale protenes (bindine, soortspecifiek)
(
binding op specifieke eicelreceptor op extracellulaire matrix van eicel (vitelliene enveloppe, aantal receptoren op vitelliene enveloppe voor bindine is beperkt)
Penetratie van extracellulaire matrix en fusie van celmembranen
binding zaadcel en eicel
(
lokale lyse van vitelliene enveloppe
(
polymerisatie van globulaire actinemolecules tot lange actinefilamenten bij eicel
(
vorming fertilisatie conus vanaf microvilli van eicelmembraan waarop zaadcel verankert
(
celmembranen versmelten oiv fusiogene eiwitten (oa bindine)
(
ontstaan cytoplasmabrug tussen zaadcel en eicel door extracellulaire matrix
(
via cytoplasmabrug wordt zaadcel genternaliseerd in cytoplasma eicel
4.1.2 De gameetinteractie bij zoogdieren
Zaadcelmigratie in de vrouwelijke genitale tractus
chemo-attractie minder noodzakelijk, want bevruchting verloopt intern
ejaculatie: enkele honderden miljoenen zaadcellen (( distale ampulla eileider: slechts enkele honderden zaadcellen ( belangrijke selectie thv cervicale mucus + enkel normaal beweeglijke zaadcellen kunnen distale ampulla bereiken
cervixslijm vrij ondoordringbare visceuze prop, behalve dagen voor eisprong: hoge oestrogeenspiegels veranderen fysio-chemische eigenschappen van mucus ( doordringbaar voor zaadcellen
enorm snel (binnen 30 min in eileider) ( andere mechanismen (oa contracties baarmoederspier)
De hyperactivatie en capacitatie: tijdens verblijf in vrouwelijke genitale tractus ondergaan spermatozoa fysiologische veranderingen
hyperactivatie: ze gaan sneller en vinniger bewegen; meestal in-vitro bestudeerd
in waterige oplossingen (niet-lineaire verplaatsingen (( eileider visceuzere oplossingen (eerder lineaire bewegingspatroon)
met computer assisted sperm motility analysers (CASMAs)
capacitatie: ze verkrijgen de capaciteit om acrosoomreactie te ondergaan
genduceerd door calcium, bicarbonaat en albumines
tijdelijk transint proces ( kans tot bevruchting beperkt in tijd
kans tot bevruchting vergroten: translocatie zaadcellen = niet-gecapaciteerde zaadcellen kunnen tijdelijk hechten aan epitheelcellen eileider, dus minder zaadcellen tegelijk richting eicel
stappen
albumines uit vrouwelijke genitale tractus binden met cholesterol uit zaadcelmembraan
(
verhoogde influx voor Ca2+ en bicarbonaat + efflux kalium
(
activiteit van adenylaatcyclase enzym verhoogt
(
meer cAMP aangemaakt vanaf AMP
(
enzym protene-kinase A geactiveerd
(
fosforylatie van cytoplasmatische eiwitten
activatie enzym protene-tyrosine kinase
inhibitie enzym fosfotyrosine-fosfatase
Acrosoomreactie
Dankzij hypergeactiveerd zwempatroon kunnen gecapaciteerde zaadcellen doorheen extracellulaire mantel van eicel (laag granulosacellen)
(
bereiken buitenkant zona pellucida
(
specifieke receptorbinding met ZP3-receptor (enkel functioneel als carohydraat uiteinden intact)
(
acrosoomreactie thv zaadcel geactiveerd: massieve Ca2+-influx ( gecontroleerde exocytose
(
fusie van zaadcelmembraan en acrosomale membraan
(
secundaire binding met ZP2-receptoren
(
stevige verankering van zaadcel met zona pellucida van eicel
Anticonceptie door blokkering ZP-glycoprotenes
cavia: PH20 (equivalent ZP2-receptor bij mens) injecteren ( antistoffen die spermatozon-zona pellucida binding verhinderen (in-vivo: slechts tijdelijk)
mens: vaccin op basis van ZP3-receptor ( geen volledige blokkage ( alternatieve mechanismen naast ZP-glycoprotenes?
Globozospermie
zaadcellen met ronde, kleine koppen
ontbreken van acrosoom en enzymen die wand van eicel doorlaatbaar maken voor zaadcel ( bevruchting kan niet plaatsvinden
erfelijke factoren
behandeling: ICSI waarbij gameetinteractie omzeilt wordt
De penetratie en membraanfusie: zaadcelmembraan thv posterieure membraan eiwit fertiline ( kan alfa-6-bta-1 intrigine thv eicelmembraan binden ( membraanfusie
fusie start thv equatoriale segment zaadcel
door membraanfusie wordt zaadcel genternaliseerd in cytoplasma eicel
4.2 Polyspermieblok
Op moment penetratie zal laatste meiotische deling in eicel vervolledigen
Polyspermie:
meer dan 1 zaadcel bevrucht een eicel
gevolg: polyplodie:
meer dan 1 centriole in eicel gebracht + meer dan 2 haplode sets
(
meer dan 1 spoelfiguur wordt gevormd
(
abnormale klievingsdelingen
(
elke cel verschillend aantal chromosomen
(
embryo ontwikkelt niet en zal desintegreren
4.2.1 Het vroege polyspermieblok
= transinte verandering van membraanpotentiaal
zeegeleicel heeft rustmembraanpotentiaal van 70 mV (hoge Na+ en lage K+ zeewater (( lage Na+ en hoge K+ cytoplasma)
(
bevruchting
(
influx natrium
(
rustpotentiaal stijgt tot +20 mV
(
belet tijdelijk nieuwe membraanfusie van eicel met andere zaadcel
4.2.2 Het late polyspermieblok
= definitieve verandering in opbouw van eicelmembraan
tijdens eicelmaturatie worden corticale granules aangemaakt, georganiseerd aan periferie van cytoplasma
(
vrijkomen van inhoud corticale granules naar perivitelliene ruimte
(
proteases: verbreken verbindingsprotenes tussen olema en vitelliene enveloppe of zona pellucida
hyperosmotische mucopolysacharides: toename watermassa tussen olema en vitelliene enveloppe
peroxydases: verharden vitelliene enveloppe of zona pellucida
interne coating dmv hyaline
Zeegel: vooral toename van watermassa
Zoogdieren: verandering thv zona pellucida belangrijker
proteasen breken ZP2 af
glucosaminidasen breken ZP3 af
( onmogelijkheid tot zonabinding en acrosoomreactie voor andere zaadcellen
transinte stijging Ca2+ (vanuit voorraden endoplasmatische reticulum aangemaakt tijdens antrale uitrijpingsfase) ( ontladen van corticale granules vanaf plaats waar zaadcel penetreerde
4.3 Syngamie en activatie
Na fusie zaadcel en eicelmembraan
kernmembraan zaadcel lost zich op
kernmateriaal decondenseert oiv factoren in cytoplasma van eicel (( syngamie)
Eicelactivatie:
stijging intracellulair Ca2+:
late polyspermieblok
activatie NAD kinase thv cytoplasma ( NAD: aanmaakt ATP (oxidatieve fosforylatie)
stimulatie eiwitsynthese en DNA replicatie
stijging intracellulaire
( activatie fosfolipase C
Alternatieve mechanismen voor activatie fosfolipase C:
binding van zaadcel en fusie van eicelmembraan
binding zaadcel met specifieke tyrosinekinase transmembranaire eicelreceptor
na fusie van eicel met zaadcelmembraan kan activerende factor afkomstig van eicel een tyrosinekinase in zaadcel activeren die op zijn beurt fosfolipase C activeert in eicel
zaadcellen bevatten een oplosbare factor (oscilline) die fosfolipase C kan activeren en dus downstream zal leiden tot calciumrelease
4.4 De zaadcel decondensatie en de vorming van de pronuclei
Zaadcel brengt aan:
genetisch materiaal
eicelactiverende factor
centriole
Rest van zaadcel (flagel, mitochonderia) desintegreert
Centriole
vorming microtubule organising centre ( cytoplasmatische organellen verplaatsen
vorming spoelfiguur voor eerste klievingsdeling
Vorming aster vanaf microtubule organising centre
(
zaadcel in contact met decondenserende kern van eicel
(
nucleaire enveloppe van zaadcelkern desintegreert
(
oiv glutation zullen protamine disulfide bruggen gereduceerd worden in sperma chromatine
(
sperma DNA decondenseert
(
pronucleus van zaadcel ontstaat
Pronucle
tijdens transport van eicelpronucleus naar zaadcelpronucleus zal DNA in beide pronucle zich repliceren (S-fase)
IVF: observeren van 2 pronucle = bewijs van bevruchting
wanneer beide pronucle naast mekaar, chromatine condenseren tot chromosomen ( chromosomen fixeren op spoelfiguur ( metafaseplaat ( anafase ( diplod 2-cellig stadium
Na syngamie is genetisch materiaal samengevoegd maar niet omringd door membraan
4.5 In-vitro fertilisatie (IVF)
( gameetinteractie en bevruchting gebeuren buiten het lichaam
gecontroleerde ovarile stimulatie met gonadotrofines met GnRH-analogen die zo gewijzigd zijn dat ze GnRH receptor thv hypofyse down-reguleren
(
aanvankelijk lichaamseigen gonadotrofinesecretie gestimuleerd en nadien verhinder
(
na week geen LH-piek meer mogelijk
(
eicellen rijpen uit zonder dat er spontane eisprong optreedt
(
als enkele ovarile follikels doormeter 17 mm ( hCG toegediend (alternatief LH)
(
cumulus-eicel complexen 34 38 uur later uit follikels geaspireerd (transvaginaal onder echografische geleiding met lokale verdoving)
(
gensemineerd met gecapaciteerde zaadcellen
(
broedstoof
(
als 18u later 2 pronucle = bevruchting
(
48u later als 6- tot 8-cellig embryo teruggeplaatst of
via aangepaste cultuurvoorwaarden na 5 dagen als blastocysten getransfereerd
Wanneer IVF?
eileiderpathologie
oligoasthenoteratozospermie
endometriose
immunologische onvruchtbaarheid
onverklaarde onvruchtbaarheid
4.6 Intracytoplasmatische sperma injectie of ICSI
( slechts 1 zaadcel wordt tot diep in het cytoplasma van de eicel gebracht dmv een micromanipulator
Omzeilen van
capacitatie
hyperactivatie
herkenning van receptoren thv zona pellucida
acrosoomreactie
penetratie van zaadcel door zona pellucida en celmembraan van eicel
5 Genomische imprinting en transcriptie regulatie
Mendeliaanse overerving: impact van genen afkomstig van vader is identiek aan impact van genen van moeder op nageslacht
5.1 Het paternele en maternele genoom zijn niet equivalent
5.1.1 De mola hydatidosa
1 op 2000 zwangerschappen
= druiventrosvormige ontaarding van de chorionvlokken van de placenta al dan niet in combinatie met een normale zwangerschap
eindigt steeds in miskraam
partile molazwangerschap
eicel door 2 X-dragende zaadcellen bevrucht (ontoereikend corticaal block)
triplod embryo (1/3 maternele genetische info, 2/3 parternele genetische info)
ontwikkeling kiemknop van blastocyst normaal, maar abnormale ontwikkeling trofoblast
complete molazwangerschap:
10% eicel door 2 X-dragende zaadcellen bevrucht, gevolgd door verlies van materneel genetisch materiaal
90% normale bevruchting van eicel door X-dragende zaadcel waarna verlies van materneel genetisch materiaal, gevolgd door duplicatie van paterneel genetisch materiaal
diplod embryo met gehele genoom van paternele afkomst
geen normaal zwangerschap weefsel, enkel de druiventrosvormige hydropische ontaarding van de chorionvlokken
5.1.2 Pronuclei transplantatie
Vrouwelijke pronucleus vervangen door mannelijke ( embryo ontwikkelt amper, maar placenta ontwikkelt nagenoeg normaal
Mannelijke pronucleus vervangen door vrouwelijke ( quasie normale embryonale ontwikkeling, maar sterk onderontwikkelde placenta
pronuclei transplanteren, maar steeds mannelijk en vrouwelijk pronucleus aanwezig ( normale ontwikkeling van embyo en placent
5.1.3 Parthenogenese
= ontwikkeling van een eicel tot een embryo of organisme zonder dat er een paternele genetische input door een zaadcel gebeurt
leidt nooit tot een normale embryonale ontwikkeling
stop in foetale ontwikkeling halverwege de zwangerschap
kan wel bij sommige dieren:
Drosophilla mangabeinaie (fruitvliegsoort): pseudobevruchting dmv poollichaampje
Cremidoforus uniparens (hagedissoort): oogonia tetraplod ( na meiose diplode eicel
Pycnoscelsus surinamesis (Indonesische sprinkhaansoort): oogenese bestaat uit 2 opeenvolgende mitosen (diplodie blijft bewaard)
( enkel vrouwelijke individun, geen mannetjes
bijen, wespen en mieren: geslacht bepaald door parthenogenese:
bij bevruchting ( diplode vrouwtjes
zonder bevruchting ( haplode mannetjes (parthenogenoten) (vorming zaadcellen: 1ste meiotische deling wordt overgeslaan ( 2 zaadcellen)
wanneer ovarile kiemcel zonder bevruchting embryo vormt, ontstaat goedaardig ovariel teratoom (= gezwem dat bestaat uit embryonale weefsels afgeleid uit de 3 kiembladen)
niet onfrequente ovarile tumor
meestal ectodermale structuren (haar, sebumklieren) maar ook kraakbeen, tanden of schildklierweefsel
5.1.4 Imprinting disorders
Angelmann en Prader-Willi syndroom:
mentale retardatie
Angelman: grote lachende mond
Prader-Willi: kleine gestalte en obesitat
gevolg van deletie van E6-AP-ubiquitine protein ligase gen op chromosoom 15
defecte gen van vader ( Prader-Willi syndroom
defecte gen van moeder ( Angelmann
zowel eicel als zaadcel genetische fout ( letaal
5.2 Genomische imprinting
in meeste cellen ad-random imprinting
ontstaat door methyleren van cytosine
vorming 5-methyl-cytosine ( stabiliseert nucleosomen (DNA gewikkeld rond 8 histoneiwitten)
gemethyleerd gen is inactiev, ongemethyleerd gen is actief
dynamisch proces, vb hemoglobine:
embryonaal: zta-2 en E-2
foetaal: alfa-2 en gamma-2
volwassen: afla-2 en beta-2
5.3 Dosage compensation
Drosophilla: dosage compensation
vrouwtjes 2 X-chromosomen met actieve transcriptie
mannetjes 1 X-chromosoom met verdubbelde transcriptie
Zoogdieren: X-inactivatie (Barr-body)
heterochromatische inactieve X-chromosoom thv nucleaire enveloppe (lymfocyten: nodule of uitsteeksel thv nucleaire enveloppe = drumstick)
indien inactivatie niet optreedt zullen ectodermale cellijnen verdwijnen en dus geen ontwikkeling van mesodermale cellijnen
inactivatie na bevruchting, in somatische cellen en ad-random
op genactiveerde X-chromosoom 1 gen actief: Xist-gen
tot en met morula stadium beide X-chromosomen actief
vorming blastocyst (innerr cell mass met daarrond sfeer van trofectodermcellen)
inactivatie thv trofectodermcellen van paternele X
inactivatie paternele X thv primitief ectoderm thv Inner Cell Mass
thv andere cellijnen: ad-random
bij oogenese: reactivatie ( beide X-chromosomen thv oocyten actief
Lapjesdekenmotief: rode en zwarte pigmenten voor vacht op X-chromosoom
( ! ook mannelijke katten met lapjesdekenmotief ! : Klinefelterkatten (2 X-chromosomen en 1 Y-chromosoom), zijn wel steriel
Klinefelter syndroom
mannen hebben extra X-chromosoom (47-XXY)
onvoldoende mannelijk hormoon (testosteron) ( puberteit langzamer op gang
andere symptomen:
geringe of volledig afwezige baardgroei
enige borstvorming
grotere lichaamslengte en langere armen
onvruchtbaarheid vanwege azoospermie
6 Preimplantatie embryonale ontwikkeling
6.1 Preimplantatie embryonale ontwikkeling bij niet placenterende dieren
( ontwikkeling buiten het lichaam van de moeder
snelle embryonale ontwikkeling: op zeer korte tijd ontstaat organisme dat voor zijn eigen voeding kan instaan
enorme hoeveelheid dooiermateriaal
uitgebreide voorraad mRNAs die vooraf in eicel werden aangemaakt ( maternele controle
vb: amfibin:
binnen 24u ligt lichaamsplan vast
na 4 dagen vrij zwemmende en zichzelf voedende larven
na 2 maanden volledige metamorfose en verdere groei ondergaan
trage embryonale ontwikkeling
minder vooraf aangemaakte mRNAs nodig
enorme hoeveelheid dooiermateriaal
snel onder embryonale controle
bij reptielen en vogels, vb kip:
bevruchte ei wordt ingekapseld in harde kalkhoudende schaal
in oviduct van kip ontwikkelt embryo bovenop dooier
na 3 weken wordt ei gelegd ( kiemschijf maakt lichaamsassen aan
na 2 dagen broeden: lichaamsplan klaar
na 3 weken broeden: kuiken geboren
6.2 Preimplantatie embryonale ontwikkeling bij placenterende dieren
Delende embryo moet zich voor implantatie ontwikkelen met weinige dooiermateriaal dat er is
switch controle maternele mRNAs naar controle embryonale mRNAs = zygotic activation
muis: 2 tot 4-cellig stadium
mens: 4 tot 8-cellig stadium
ondertussen treden klievingsdelingen op
6.3 De klievingsdelingen
= snel opeenvolgende mitosen zonder bijkomende celgroei
ontstane cellen van embryo = blastomeren ( worden kleiner bij elke celdeling
celdelingen gebeuren binnen intacte zona pellucida die bevruchte eicel omringt
celdelingen gebeuren relatief traag
celdelingen gebeuren volgens specifiek georinteerde delingsvlakken: rotationele deling (delingsvlak dat loodrecht staat op voorgaande, ondergaat telkens een rotatie)
celdelingen gebeuren asynchroon ( tussenstadie
afzonderlijke cellen kunnen vervloeien tot 1 geheel = compacteren
telkens veranderende metabole eisen (( IVF: sequentile media)
6.4 De compactie
rond 8-cellig tot 16-cellig (morula) stadium
buitenste blastomeren versmelten door vorming tight junctions en gap junctions
polarisatie: buitenste cellen vormen microvilli aan buitenzijde, binnenste cellen niet
radiale celdeling buitenste blastomeer ( 2 kleinere, gepolariseerde blastomeren
tangentile celdeling buitenste blastomeer ( 1 gepolariseerde en 1 niet-gepolariseerde balstomeer
binnenste celle geen tight junctions en geen Na-K-pomp
6.5 De cavitatie
= ontstaan van vochtophoping tussen interne cellen
Na-K-ATPase (ionpomp) van externe blastomeren zorgt voor actief transport van natrium en chloor over celmembraan naar intracellulair ( water volgt passief door osmotische gradint
Na-K-pomp pompt natrium verder weg tussen cellen van embryo ( water volgt passief door osmotische gradint
( ontstaan van blastocyst (of blastula):
vochtholte: blastocoele
inner cell mass of kiemknop
uit interne cellen van morula
ontwikkelt verder tot embryo en nadien foetus en dooierzak, allantois en amnion
trofoblast: (trofectodermcellen)
externe cellen met microvilli
ontwikkelen chorion
embryonale deel placenta
zuurstof en nutrinten aanvoeren
secreteren van lokale factoren zodat moeder embryo niet afstoot
Chimeer = organisme samengesteld uit cellen met verschillende genetische afkomst
Constructie: blastomeren uit 8-cellig embryo scheiden en individuele blastomeren in blastocoele van blastocyst brengen van genetisch verschillende individu
volgens specifieke karakteristieken (vb Na-K-pomp) zal blastomeer zich incorporeren hetzij in trofoblast, hetzij in kiemknop van recipint embryo
vb: transgene muizen produceren
embryonale stamcellen in cultuur
(
genetisch transfecteren
(
in blastocoele van blastocyst inbrengen
(
incorporeren in onder andere kiemknop
(
foetus = chimeer met wild-type cellijnen en getransfecteerde cellijnen
(
gameten zijn mengsel van 2 cellijnen
(
door verdere interbreeding kunnen niet-chimere, zuivere transgene muizen bekomen worden
7 Stamcellen
2 belangrijke karakteristieken van stamcellen:
ongespecialiseerde cellen die de capaciteit vertonen tot een ongelimiteerde celdeling (self renewal)
capaciteit tot het aanmaken van minstens 1 hoog gedifferentierd matuur celtype (differentiatie)
7.1 Embryonale versus somatische stamcellen
Embryonale stamcellen
cellen afkomstig van kiemknop van blastocyst: pluripotent (kunnen ontwikkelen tot alle celtypes van de 3 kiemlagen: endoderm, ectoderm en mesoderm)
blastomeren van preimplantatie embryo: totipotent (kunnen aanleiding geven tot alle celtypes van een organisme inclusief de cellen van de extra-embryonaire weefsels)
Somatische (adulte) stamcellen
stamcellen in adulte weefsels
orgaan- of weefselspecifiek, maar:
210 verschillende weefseltypes gekend
naar schatting slechts 10- tot 20-tal types adulte stamcellen
weefsel die zeker stamcellen bevatten: beenmerg, perifeer bloed, bloedvaten, gestreept spierweefsel, huid, lever, testis en hersenweefsel
staan in voor weefselregeneratie en heling
multipotent: capaciteit om zicht te ontwikkelen tot cellen uit sommige kiemlagen
differentiatie via transitoire tussencellen (progenitor- of precursorcellen)
7.2 Onderzoek op stamcellen
Problemen:
ethische problemen bij gebruik van humane embryonale stamcellen
praktische problemen:
immuunrejectie
nood aan correcte differentiatie in-vitro
risico van teratoomvorming wanneer embryonale stamcellen die onvoldoende gedifferentieerd zijn, zouden gebruikt worden
Teratomen en teratocarcinomen
tumoren die verschillende weefseltypes bevatten
pasgeborene:
overleven van verkeerd gemigreerde primordiale kiemcellen of blijven bestaan van ongedifferentierde cellen van kiemlaag
typische lokalisaties: sacrococcigeaal, mediastinaal of oropharyngeaal
volwassenen:
ontstaan steeds vanaf primordiale kiemcellen
man: testisteratoom in zaadbuisjes
vrouw: dermodtumor door parthenogenetische activatie van oocyten in ovarium
7.3 Stamceldifferentiatie
Theoretisch zou men pluripotente stamcellen kunnen doen differentiren naar alle mogelijke weefseltypes:
ectodermale cellen: huidcellen, neuronen, pigmentcellen
mesodermale cellen: hartspiercellen, gestreepte spiercellen, tubulaire cellen nier, bloedcellen, gladde spiercellen
endodermale cellen: pancreatische cellen, schildkliercellen, alveolaire longcellen
Oplossingen voor het probleem van afstoting:
genetische manipulatie van MHC-genen:
MHC-genen deleteren
MHC-genen zodanig gesubstitueerd dat ze leiden tot celtype dat niet afgestoten kan worden
Na beenmergceldepletie en co-transplantatie uitvoeren van enerzijds de in-vitro bekomen cellen samen met hematopotisch gedifferentieerde cellen waardoor afstoting afgezwakt zou worden
embryonale stamcellen maken met identieke MHC-genen als het individu dat een celtransplantatie dient te ondergaan (( celkerntransplantatie)
7.4 Celkerntransplantatie of kloneren
kern van cel wordt gereprogrammeerd door in verarmd cultuurmedium te brengen ( cel in inactieve rusttoestand
onbevruchte eicel wordt genucleerd waarna celkern van cel in rust wordt ingebracht
dmv microinjectie
door fusie in elektrisch veld
elektrisch veld brengt herpolarisatie van cel- en kernmembraan teweeg
(
membranen gaan vervloeien
(
gereconstrueerde cel wordt door elektrische stroom geactiveerd
(
cel start celcyclus herop
(
eicel gedraagt zich als bevruchte eicel en zal nodige celdelingen ondergaan en vormt dus een embryo
Therapeutisch klonen: menselijk embryo reconstrueren na nucleaire transplantatie en uit blastocyst kiemknopcellen halen als humane embryonale stamcellen ( zelfde MHC-antigenen als donor van celkern, dus niet afgestoten bij eventuele celtransplantatie
7.5 MAPC: de cel van de toekomst?
Beenmerg
hematopotische stamcellen
endotheliale progenitorcellen
mesenchymale progenitorcellen = stromale cellen
kunnen differentiren naar
cellen uit bot en kraakbeen
stromacellen die beenmerg opbouwen
vetcellen die zich in beenmerg bevinden
vertonen dezelfde karakteristieken als adulte stamcellen
7.6 Multipotente adulte progenitorcellen (MAPC) versus embryonale stamcellen
MAPCs:
geen problemen van afstoting
etisch acceptabel want er dienen geen embryos aangemaakt te worden
geen spontane differentiatie in-vitro
geen risicos op vorming van teratomas
verliezen zeer snel renewal capaciteit bij in-vitro cultuur
verliezen snel hun differentiatiecapaciteit bij in-vitro cultuur
8 Implantatie
sluit bij mens eerste week van embryonale ontwikkeling af
stapsgewijs:
embryo herkent endometrium en vice-versa
embryo hecht zich aan endometrium
embryo penetreert endometrium
embryo invadeert materneel vasculair systeem
noodzaak aan intense cross-talk tussen 2 genetisch verschillende celpopulaties en aangepaste ontwikkeling en voorbereiding van beide weefsels
noodzakelijke synchronisatie van maternele en embryonale biologische klok
8.1 De maternele klok
start bij de LH-piek die de eisprong voorafgaat
granulosacellen maken naast oestrogenen ook progesteron aan
endometriale cellen (oestrogeen en progesteronreceptoren) gaan in secretoire fase
endometrium zal klaar zijn voor implantatie 7 dagen na LH-piek
8.2 De embryonale klok
start bij fertilisatie
na 5 dagen komt blastocyst aan in uteriene holte, omgeven door zona pellucida
blastocyst moet zona pellucida verlaten = hatching
gebeurt intra-uterien
als te vroeg: extra-uteriene graviditeit (buitenbaarmoederlijjke implantatie) ( levensbedreigend want kan ruptuur en bloeding van eileider veroorzaken
ampulair (meest frequent): distale 1/3 van eileider
istmisch (frequent)
interstitiel (zeldzaamst): overgang eileider-baarmoederholte
cervicaal en abdominaal (eerder zeldzaam)
proces:
trofoblastcellen van blastocyst secreteren protease dat zona pellucida protenes die de fibrillaire matrix opbouwen, zullen lyseren
blastocyst contraheert door verlies van vocht vanuit blastocoele en zwelt vervolgens terug op door nieuwe vochtophoping ( wandverzwakking van zona pellucida
mogelijk ook uteriene secreties rol bij hatchings proces
8.3 Onderhandelingen tussen embryo en endometrium
Signalen van embryo
vanaf 8-cellig stadium: oestradiol
hatching blastocyst secreteert hCG (human chorionic gonadotrofine) ( onderhouden corpus luteum dat oestradiol en progesteron secreteert
cytotrofoblastcellen brengen molecules met vaak receptorfunctie tot expressie
geen expressie van MHC-molecules ( geen afstoting
Endometrium:
folliculaire fase: endometrium prolifereert oiv oestradiol (van uitrijpende follikel)
stromale component neemt toe
epitheel vormt klieren
snelle groei van arterioles in stroma
secretoire fase: vanaf ovulatie
accumulatie van glycogeen basaal in epitheelcellen
rondom implantatie: mid-secretoire fase:
epitheel enorme klierbuizen vol glycogeenachtige substantie
hypervascularisatie en oedeem van stroma
8.4 De implantatie verloopt in fasen
8.4.1 Activatie
Start door signaal van uteriene epitheel
Sommige diersoorten (vb hert) uitgestelde implantatie (wegens niet bevallen in winterperiode)
8.4.2 Appositie
Embryo komt in contact met uteriene epitheel en orinteerd zich
kan overal in uterus, meestal thv fundus
steeds aan zijde van embryo waar kiemknop zit
8.4.3 Aanhechting
endometrium receptief ( uteriene epitheelcellen ontwikkelen thv apicale opp kleine uitstulpende blaasjes (= pinopods) = soort anker?
resultaat van receptor-ligand binding tussen embryo en endometrium
adhesiemolecules (integrines, intercellulaire adhesiemolecules)
modulerende molecules (interleukine-1, leukemia inhibitory factor)
8.4.4 Intrusie
Embryo invadeert endometrium
trofoblastcellen die kiemknop overspannen delen zonder vorming celmembranen ( cytoplasmamassa die zich verder ontwikkelt tussen endometriale epitheelcellen = syncytiotrofoblast
andere trofoblastcellen delen en bouwen celmembraan terug op = cytotrofoblast
8.5 De uteroplacentaire circulatie
Tweede week: ontstaan van tweebladige kiemschijf thv kiemknop (epiblastlaag en hypoblastlaag)
dag 8:
syncytioblast heeft rest embryo bijna onder epitheel getrokken
tussen epiblastcellen ontstaat amnionholte
dag 9:
embryo volledig onder epitheel verdwenen
re-epithalisatie van endometriale epitheel
opp waar implantatie plaats greep ( transiente fibrineplug thv endometrium
vanaf hypoblast is laag cellen over cytoblast gaan groeien ( blastocoele bekleed met nieuwe cellaag = membraan van Heuser
holte = exocoeloom of primitieve dooierzak
syncytiotrofoblast vormt lacunes en heeft maternele vaten bereikt
dag 10:
ontwikkeling uteroplacentaire circulatie
eerste week: aanvoer en afvoer van metabolieten passief (diffusie)
einde derde week: actieve aanvoer en afvoer door interface
bloed van moeder stroomt in lacunes van trofoblast
cellen tussen membraan van Heuser en cytotrofoblast groeien uit ( vorming extra-embryonair reticulum = coeloom
dag 13:
cellen vanaf hypoblast groeien uit en overdekken binnenzijde exocoeloommembraan
binnen exocoeloom ontstaat nieuwe holte = secundaire of definitieve dooierzak
tweelagige kiemschijf met amnionholte en secundaire dooierzak liggenmet hechtsteel opgehangen in coeloomholte (=chorionholte)
uteroplacentaire interface ontwikkeld tot primaire villus
uitstulping syncytioblast met daarin cytotrofoblastcellen overdekt door extra-embryonair mesoderm
steken uit in maternele bloedsinussen
zullen secundaire villi vormen (verder ingroeien van extra-embryonair mesoderm)
3de week:
dag 21:
tertiaire villus: in extra-embryonair mesoderm hebben zich arteries en venen gevormd
dicht netwerk van bloedvaten via hechtsteel naar embryo ( navelstreng
dicht netwerk van bloedvaten in extra-embryonaire mesoderm = chorionplaat
embryo heeft 3 bladig kiemschijf gevormd tussen amnionholte en definitieve dooierzak
Placenta: opgebouwd uit tertiaire hechtvlokken waartussen intervilleuze bloedruimten ( gevoed door spieraalvormige arterin van moeder
Chorion:
Pool waar kiemknop was ( meer ontwikkeld en meer villi = chorion frondosum ( wordt placenta
andere kant amper villi = chorion laeve
Endometrium: decidualisatie: veel glycogeen en lipiden opgestapeld thv stroma + hypervascularisatie
decidua basalis: grenst chorion frondosum, onder toekomstige placenta
decidua capsullaris: over chorion laeve, verdwijnt in toekomst
decidua parietalis: bekleedt rest uteruswand
9 Gastrulatie
Eerste week: embryo deelt zich op in
deel dat instaat voor vormen van foetus
deel dat instaat voor uteroplacentaire circulatie
Tweede week:
opbouw uteroplacentaire circulatie
kiemknop ontwikkelt tot tweebladige kiemschijf
Derde week:
gastrulatie: cellen van tweebladige kiemschijf worden herschikt en nemen nieuwe positie aan ( driebladige kiemschijf
lichaamsassen worden bepaald
blauwdruk voor aanleg van de organen en vorm
9.1 De basismechanismen van de gastrulatie
Basismechanismen:
celdelingen
veranderingen van celvorm
veranderingen van celkleverigheid
migratie van cellen onderling
Celkleverigheid ( cellulaire adhesiemolecules (CAMs) = transmembranaire structuren die onderling van cel tot cel bindingen aangaan
Indeling volgens type binding:
CAMs met homofiele binding
CAMs met heterofiele binding
CAMs met Ca2+ dependente homofiele binding
( type celadhesiemolecule zal bepalen of cel in contact blijft met buren of weefselstructuur verlaat en zich associeert met andere cellen
Vormverandering ( actinenetwerk in celcytoplasma
actine moleculen verenigen tot actinefilamenten ( cellen insnoeren
actine samen met myosine moleculen vormen contractiele bundels ( aanmaken van contractiele uitlopers van de cel
Basisveranderingen bij gastrulatie
invaginatie: instulpen van een cellaag
involutie: laag cellen over een andere laag cellen naar binnen gedraaid
ingressie: afzonderlijke cellen maken zich los uit weefsel en migreren
delaminatie: cellen scheiden zich af, migreren uit cellaag en vormen tweede tegenaanliggende cellaag
epibolie: cellen zullen andere cellaag overgroeien en overdekken
intercalatie: afzonderlijke celgroepen voegen zich in mekaar
radiale intercalatie: twee opeenvolgende cellagen schuiven in mekaar tot 1 grotere nlagige cellaag
mediolaterale intercalatie: twee naast mekaar liggende cellen voegen zich in mekaar om 1 lange celrij te vormen
9.2 De gastrulatie bij de zeegel
Eicel ( polariteit:
dooiermateriaal aan vegetale pool
andere pool = animale pool
( Na eerste 2 klievingsdelingen 4 cellen met dezelfde polariteit, maar 3de klievingsdeling is equatoriaal ( 2 types cellen:
cellen van animale pool = mesomeren
cellen van vegetale pool ( grote macromeren en kleinere micromeren onderaan
2 Basismechanismen die zorgen voor gastrulatie:
ingressie: onderaan de vegetale pool thv micromeren
veranderingen in expressie CAMs ( loskomen en door basale lamina tot in blastocoele
nemen specifieke vorm aan: bottle cells
herorganisatie van actine en myosine molecules ( vorming filopodia (draadvoetjes) ( opzoeken van kraagvormige positie in blastocoele
( vormen primaire mesenchymcellen die aanleiding geven tot skelet
invaginatie
epitheliale cellen van vegetale pool secreteren vesikels met chondrotinesulfaat proteoglycanen naar hyaliene laag ( binnenste laag hyaliene laag zwelt op ( kromming van hyaliene laag
cellen ondergaan constrictie ( worden kegelvormig
herschikking door intercalatie (mediolateraal) ( instulping verlengen
( Binnen 24u embryo waarbij
deel micromeren vegetale pool door blastocoele als koker tot aan animale pool reiken = archenteron ( primitieve maagdarmkanaal van zeegel
primaire mesenchymcellen die door ingressie in blastocoele terecht kwamen ( skelet
= pluteus larve: skelet overdekt door epidermale cellen met binnenin een maagdarmkanaal
Blastula zeegel aanvankelijk 2 celpopulaties:
cellen van animale pool ( ectodermale structuren (epiderm met stekels)
micromeren van vegetale pool ( endoderm (maag-darmkanaal)
Bij gastrulatie ontstaat 3de celpopulatie: ingresserende micromeercellen ( mesodermale structuren (skelet)
+ ontstaan craniaal-caudale orintatie en aanmaak blauwdruk voor verdere organogenese
9.3 Gastrulatie bij de amfibien
Xenopus laevis:
tropische kikkersoort, makkelijk onder labo-omstandigheden te kweken en te bestuderen
eieren vrij in water, in water bevrucht door zaadcellen mannetje
polariteit:
vegetale pool is wit
animale pool donkergrijs tot donkerbruin
klievingsdelingen:
eerste: meridionaal
derde: equatoriaal
vertraagd thv vegetale pool ( bovenaan meer delingsvlakken en sneller klieving
gastrulatie: thv van overgang tussen animale en vegetale pool
ingressie: cellen migreren naar blastocoele toe ( ontstaan van derde cellaag
buitenste: ectoderm
binnenste: endoderm
tussenliggende: mesoderm
involutie: buurcellen groeien naar binnen toe ( invaginatie = blastopore
epibolie: cellen animale pool nemen toe door celdelingen en overgroeien cellen van vegetale pool ( nieuwe instulping = archenteron
( gastrulatie zorgt voor
3 cellijnen
lichaamsassen vastgelegd
blauwdruk voor organogenese
9.4 Gastrulatie bij de mens
Acht dagen na bevruchting
implantatie
trofoblast opgesplitst in cytotrofoblas en syncitiotrofoblast
kiemknop = tweebladige kiemschijf met epiblast en hypblast
tussen cellen van epiblast vormt amnionholte
cellen van hypoblast overgroeien blastocoelholte = membraan van Heuser
Dag 12: vanaf epiblast groeit nieuwe cellaag uit tussen membraan van Heuser en cytotrofoblastcellen = extra-embryonaire mesodermale cellen
vanaf mesoderm ontwikkelen bloedvaten
primitieve dooierzak (oude blastocoele) groeit uit en vertoont afsnoering = definitieve dooierzak
tussen extra-embryonaire mesodermale cellen ontstaat chorionholte
afgesnoerde deel dooierzak tussen mesodermale cellen = exocoeloomcyste
( embryo:
op mesodermale steel opgehangen in chorionholte
tweebladige kiemschijf
epiblastzijde: amnionholte
hypoblastzijde: definitieve dooierzak
9.4.1 Van twee naar drie kiemschijfbladen
Start gastrulatie: dag 15
thv epiblast ontstaat primitiefknoop (knoop van Hensen) ( vormt invaginatie naar caudaal = primitiefstreep
thv primitiefstreep ondergaan cellen van epiblast ingressie (bottle-cells) = mesenchymale cellen ( zullen differentiren tot steunweefsel en mesoderm
( vorming:
genduceerd door oa TGF (transforming growth factor)
vorming van cellen vanaf epiblast
migratie naar hypoblast
(
dankzij CAMs nesteling tussen hypoblastcellen
(
epiblastcellen secreteren hyaluronzuur
(
ontstaan van virtuele ruimte tussen epiblastcellen en hypoblastcellen
(
epiblastcellen verdringen hypoblastcellen en worden endodermale cellen genoemd
(
cellen van epiblast migreren nu ook naar virtuele ruimte
(
aanmaak 3de kiemlaag
Dag 16:
hypoblast vervangen door endodermlaag
tussenlaag heeft zich gevormd = mesodermlaag
epiblast wordt ectoderm ( cellen delen continu verder en laten zicht thv primitiefstreep invagineren en ingresseren om mesoderm verder uit te bouwen naar craniaal en lateraal toe
lichaamsassen liggen vast
9.4.2 De ontwikkeling van het mesoderm
de van epiblast afsplitsende mesenchymale cellen vormen mesoderm, deel extra-embryonair mesoderm en notochale processus (= chorda uitsteeksel)
(
aan weerszijde van notochordale processus strekt mesoderm zich uit tussen ectoderm en endoderm behalve in 2 zones waar deel van tweebladige kiemschijf behouden blijft
craniaal: bucopharyngeale membraan ( wordt mondholte
caudaal: cloacale membraan ( wordt anus en urogenitale openingen
(
chordale uitsteeksel wordt opgenomen in endodermlaag onderaan
(
buisstructuur verdwijnt en notochord wordt als lint gentegreerd tussen endodermale cellen: notochordale plaat
(
notochordcellen herorganiseren en zonderen zich opnieuw af uit endoderm als solide buis = chorda dorsalis
(
thv lumen blijft tijdelijk verbinding van amnion naar dooierzak = neurenterisch kanaal
(
notochord (basis van axiaal skelet dat rigiditeit aan embryo geeft) induceert vorming neurale plaat in ectoderm, maar verdwijnt uiteindelijk
Chordomas
wanneer notochordcellen blijven bestaan ( tumor = chordoma
meestal aan schedelbasis, soms elders waar wervels op ontstaan
zeldzame, langzaam groeiende tumor
veelal behandeld met combinatie van beperkte operaties (zenuwbeschadiging!) en bestraling (hoge precisie bestralingstechnieken)
9.4.3 Caudale dysplasie
Gastrulatie ( basisstructuur aangelegd voor verdere ontwikkeling van lichaamsdelen en organen
Caudale dysplasie = mesodermale