Upload
ward
View
240
Download
11
Embed Size (px)
DESCRIPTION
GAMETOGENEZA OPLODITEV ZGODNJI EMBRIONALNI RAZVOJ Doc.dr. Borut Kovačič, univ.dipl.biol. Embrionalni disk. Epiblast. Rumenjakova vrečka. Hipoblast. Dan 5. Dan 2. Dan 14. SPOLNE CELICE. TOTIPOTENTNE CELICE. PLURIPOTENTNE CELICE. PLURIPOTENTNE CELICE ???. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
GAMETOGENEZA OPLODITEV
ZGODNJI EMBRIONALNI RAZVOJ
Doc.dr. Borut Kovačič, univ.dipl.biol.
SPOLNE CELICE
Dan 2 Dan 5 Dan 14
Epiblast
Hipoblast
Embrionalnidisk
Rumenjakovavrečka
TOTIPOTENTNECELICE
PLURIPOTENTNE CELICE
PLURIPOTENTNECELICE
???
3. teden
Prekurzorji primordialnihkličnih celic
Primordialneklične celice
Migracija predhodnic primordialnih kličnih celic iz pluripotentnega epiblasta v ekstraembrionalni mezoderm
123456789NB
Primitivni žlebPrimitivna vdolbinaPrimitivni vozelOrofaringealna membranaKardialna ploščaPresek amnijske membraneMezodermEndodermBodoča kloaka1+2+3 = primitivna proga
Migracija primordialnih kličnih celic iz ekkstraembrionalnega mezoderma v endodermalni epitelij rumenjakovega mehurčka
4. teden
POJAV PRIMORDIALNIH KLIČNIH CELIC
Dan 21
PRIMORDIALNEKLIČNE CELICE(PRASPOLNE)
MIGRACIJA PRIMORDIALNIH KLIČNIH CELIC
• Med 5.in 6. tednom potujejo iz rumenjakovega mehurčka ameboidno in s pomočjo morfogenetskih premikov proti mestu nastanka gonad (genitalnemu grebenu), ki jih kemotaksično privlači.
• Med migracijo se pomnožujejo, nekatere zaidejo ali propadejo.• Nadaljnji razvoj spolnih celic vodijo somatske celice v gonadah.
5.-6. teden
MIGRACIJA PRIMORDIALNIH KLIČNIH CELIC
RAZVOJ GONAD
Primordialne klične celice
+ SRY Sertolijeve celice (AMH) Leydigove celice (testosteron)
- SRY foliklove celice
(ovidukt, maternica)
Genitalni greben
semenovod
8. teden
16.-20. teden
Gametogeneza poteka v treh fazah
• faza delitev (mitotične delitve)• faza rasti• faza diferenciacije - mejoza (redukcijska delitev)
- funkcionalna usposobitev spolne celice
• Je med najmanjšimi celicami. • Vsebuje minimalno citoplazme (brez R, ER, GA).• Ima specifične strukture (akrosom in rep).• Je edina aktivno plavajoča celica.• Ima močno kondenzirano haploidno jedro z neaktivno DNA. • Histoni so zamenjani z drugimi proteini. • V reprod. obdobju se jih proizvede nekaj bilijonov.
SPERMIJ in SPERMATOGENEZA
NEZRELO MODO (PRED PUBERTETO)• Semenski kanalček brez lumna, • Gonociti v sredini, • Sertolijeve cel. nezrele
DELNO ZRELO MODO (PUBERTETA)• Vpliv gonadotropinov • Nastanek lumna v kanalčkih• Spermatogoniji na periferiji kanalčka
MODO ODRASLEGAsemenski kanalček s spermatogenezo
Sertolijeve celice
Spermatogonij
Sertolijeve celice s citopl. izrastki obdajajo germinalne cel. , segajo od bazalne membrane do lumna
Spermatogoniji vstopajo v spermatogenezo oz. mejozo
Leydigove celice izven kanalčkov
SPERMATOGENEZA
• Začne se v puberteti.
• Spermatogoniji se pod vplivom testosterona delijo v intervalih z mitotičnimi delitvami (As, A1, A2, A3, A4, B spermatogoniji)
• Del jih vstopa v mejozo z dolgo profazo prve redukcijske delitve Spermatociti I (rekombinacija) .
• Po redukciji št. homolognih kromosomov – Spermatociti II (redko vidni) s haploidnim št. kromosomov.
• Po delitvijo kromatid (druga mejotična delitev) nastanejo Spermatide
• Spermatogeneza do spermatide traja konstantno 70 dni.
SPERMIOGENEZA – OD SPERMATIDE DO SPERMIJA
protamini(kondenzacija kromatina)
ZORENJE SPERMIJEV V OBMODKU
• Morfološko: -odstranitev citoplazme, -organizacija mikrotubulov.
• Biokemijsko: -površinske spremembe (receptorji), -lipidna sestava membrane.
• Biofizikalno: -dehidracija spermija, -gibljivost.
• Fiziološko: -sposobnost prepoznavanja zone pelucide in akrosomske reakcije. -razgradnja spermijev.
ANATOMIJA SPERMIJA
• Pri človeku velika morfološka heterogenost.
Glava
• Membrana – Receptorji
• Akrosom– Hialuronidaza– Akrozin– Protein ζ (fosfolipaza C)
• Jedro– Kromatin neaktiven– Vakuole,– DNA-proteinski kompleks (protamini)
Vrat, rep
Centriol
Mitohondrijski ovoj
Biček s proteinskimi fibrilami
SERTOLIJEVE CELICE- Medsebojno povezane s tesnimi stiki.
- Ohranjajo pluripotentnost oz. diferenciacijo spermatogonijev.
- z N-kadherini povezuje spermatogonije in spermatocite.
- Pod vplivom FSH In testosterona regulirajo spermatogenezo.
Ohranjajo v androgene v semenskih kanalčkih.
LEYDIGOVE CELICE- Pod vplivom LH proizvajajo testosteron.
- Testosteron potuje v semenski kanalček in se veže na Sertolijeve celice.
Leydigove celice
Sertolijeve celice
LABORATORIJSKI PREGLED SEMENA:Število, koncentracija, gibljivost, morfologija
SPERMIOGRAMDiagnoza Referenčne vrednosti
Normozoospermija > 15 x 109 semenčic / ml
Oligozoospermija < 15 x 109 semenčic / ml
Asthenozoospermija: < 50% gibljivih semenčic
Teratozoospermija <5% normalnih oblik
Oligoasthenoteratozoospermija Kombinirani defekt
Kriptozoospermija Komaj nekaj semenčic v izlivu
Azoospermija Ni semenčic v izlivu
Aspermija Ni izliva
Hipospermija Majhen volumen izliva
Levkocitospermija Levkociti v izlivu
Avtomatska analiza: koncentracija, gibljivost, oblike gibanja
Avtomatska analiza: morfologija
• Nastane iz primordialnih kličnih celic.
• Po namestitvi v gonadnem žepu v 6. tednu po oploditvi se primordialne celice imenujejo oogoniji.
• Je najredkejša celica v telesu.
• Je največja celica v ženskem telesu.
• Je totipotentna (proizvede vse celične tipe, fetalne membrane in horionske celice).
• Je specializirana (za mejozo in pretvorbo semenčic).
• Ob koncu prvega tromesečja se začne redukcijska delitev ali mejoza - oogoniji se spremenijo v primarne oocite.
• Ob rojstvu jih je 1-2 milijona.
JAJČNA CELICA in OOGENEZA
Novitski, 2000
REDUKCIJSKA DELITEV V OOGONIJIH / OOCITIH
Pred rojstvom
Ob ovulaciji
Ob oploditvi
I. interfazaPodvojitev kromosomov
Profaza I
Metafaza I
Anafaza I
Telofaza I
Metafaza II
Anafaza II
Telofaza II
MEHANIZMI ZA RAST OOCITA
1. Podaljšana profaza I (diplotenski mirujoči stadij), ko sta v celici 2 para kromosomov (4 kopije genov),2. Dekondenzirana DNK vseh 4 kromatid - “lumpbrush kromosomi”- RNA sinteza,3. Povezovanje s somatskimi celicami (granulozne celice). 4. Asimetrično postavljena delitvena ravnina v 1. redukcijski delitvi.
Kromatinske zankesestrskih kromatidenega homologa
Kromatinske zankesestrskih kromatiddrugega homologa
Sinaptonema
Kohezini
• Premer oocita se poveča od 35 na 120 mikrom .
• 22 teden: oociti v diplotenu se povezujejo s somatskimi celicami, ki okoli tvorijo enoplastni ploščati epitel predgranuloznih celic - primordialni folikli.
• Ob rojstvu 1-2 milijona primordialnih foliklov.
• Enoplastni epitel je endokrinološko neaktiven.
• Njihovo jedro je še vedno v profazi I in se imenuje germinalni vezikel oz. mehurček.
JAJČNE CELICE PRED IN OB ROJSTVU
ZGODNJA FOLIKULOGENEZA
Primarni folikel
Primordialni folikel Predpubertetni jajčnik
• Zorenje foliklov - folikulogeneza - se začne v puberteti in traja do menopauze.
• Neodvisno od gonadotropinov začne zoreti skupina primordialnih foliklov: • glede na lego v jajčniku, • glede na vaskularizacijo.
• Celice enoplastnega epitela granuloze se pomnožijo - primarni folikli.
• Granulozne celice so v povezavi med seboj in z oocitom z medceličnimi stiki.
Zona pellucida:
• Proizvedejo jo GA.
• ZP je glikoproteinski ovoj.
• Razl. glikoproteini:ZP1,ZP2,ZP3.
• ZP2 in ZP3 tvorita heterodimerne filamente; ZP1 jih povezuje.
• Na ZP3 receptorji za spermije.
ZP2
ZP3
ZP1 Serin, treonin
oligosaharidi
asparagin
Polipeptidna veriga
CITOMORFOLOŠKE SPREMEMBE OOCITA MED OOGENEZO
RNA sinteza
• raste z rastjo folikla - akumulira se v jedru;• obsežna v oogonijih med mitozo in nato konstantna v diplotenu.
Sinteza proteinov
• raste z rastjo oocita;• skladiščeni proteini + glikogen + lipidne kapljice = rumenjak;• 50% endogenih + 50% eksogenih proteinov, ki jih prispevajo granulozne celice;• sinteza in poraba časovno ne sovpadata.
CITOMORFOLOŠKE SPREMEMBE OOCITA MED OOGENEZO
Citoplazemski organeli • prekurzorji: mitohondriji, ER, ribosomi, GA, se pomnožijo; • postanejo bolj kompleksni (razen centriolov, ki se reducirajo); • razporeditev organelov: primarni oociti - okoli jedra preovulatorni oociti - razpršeno po ooplazmi • GA se namestijo periferno.• Kortikalne granule na periferiji.
Preovulatorni oocit Primarni oocit
FOLIKULOGENEZA
Primarni folikel
Sekundarni folikel
Graafov folikel
Predovulacijski jajčnik
antrum
cumulusoophorus
FOLIKULOGENEZA
Neodvisni od gonadotropinov
Reagirajo na gonadotropine
Odvisni od gonadotropinov
Oblikovanje plasti teka celic
CUMULUS OOPHORUS - CORONA RADIATA - OOCIT KOMPLEKS
JEDRNE SPREMEMBE V PREDOVULATORNEM OOCITU
PROFAZA I METAFAZA I ANA- / TELOFAZA I METAFAZA II
REDUKCIJA 1 SETA HOMOLOGNIH KROMOSOMOV V PRVO POLARNO TELO
REDUKCIJA 1 SETA KROMATID V DRUGO POLARNO TELO
PRVA REDUKCIJSKA DELITEV DRUGA REDUKCIJSKA DELITEV
REGULACIJA JEDRNIH SPREMEMB V PREDOVULATORNEM OOCITU
MITOZO PROMOVIRAJOČI FAKTOR(MPF)
GONADOTROPINI (LH)
SPERMIJEVI FAKTORJI
SELEKCIJA V (ASISTIRANI) REPRODUKCIJI
Folikulogeneza: 4000 primordialnih foliklov / mesec
1000 antralnih foliklov
1 dominantni folikel
zarodek
se ne vgnezdi
začasna vgnezditev
klinična nosečnost
primeren oocit
spontan splav
Porod
okvarjen oocit50%
20% 20%
30%
30%70%
Semenčica: - kapacitacija - hiperaktivacija - akrosomska reakcija - vezava na ZP in oolemo - aktivacija jajčne celice - rekonstrukcija centrosoma - rekonstrukcija jedra
Oploditev je proces, ko se v aktivirani jajčni celici združi jedro semenčice z ženskim pronukleusom.
Jajčna celica: - zrelost ovojnic, citoplazme in jedra - sprejem semenčice - aktivacija - zaključek mejoze - sinhronizacija nastanka moškega in ženskega pronukleusa
Oploditev
POT SPERMIJA PO JAJCEVODU
Odstranitev semenske plazme, •sprememba pH, •prisotnost proteinov, ki vežejo holesterol iz membrane
Destabilizacija spermijeve membrane
Večja prepustnost za Ca2+ ione
Povečanje konc. intracelularnega cAMP
Aktivacija kinaz (protein kinaze-A) v semenčici
HIPERAKTIVACIJA oz. hitrejše plavanje
AKROSOMSKA REAKCIJA
MEHANIZEM AKTIVACIJE (KAPACITACIJE) SPERMIJEV
Kapacitacija spermijev: je sposobnost spermija za dostop do jajčne celice in vstop vanjo.
Fosforilacija proteinov
Akrosomska reakcija:•Je eksocitoza akrosoma.•Je odgovor na ekstracelularne signale iz oocita - njegove izvencelične strukture (zone pelucide) in ženskega reprod. trakta.•Je predpogoj za oploditev.
MEHANIZEM AKROSOMSKE REAKCIJE SPERMIJEV
• Spermij ima receptor (zona receptor kinaza - ZRK) za zono pelucido (ZP3).
• ZRK je na zunanji strani akrosoma.
•ZP3 in ZRK omogočata vrstno specifično prepoznavanje.
• ZRK reagira z ZP3.
•Sprožene reakcije v glavici:- influks Ca2+ .- perforacija membrane na akrosomu,- sprostitev proteolitskih encimov - akrozina.
• Prehod zone in stik z oolemo.
Ca2+
Akrozin
ZRK
ZP3
Zona pelucida
STIK SPERMIJA Z MEMBRANO OOCITA
Zeta proteinCa2+
Ca2+Ca2+
Kalcijeve rezerve
Ca2+
Kinazna kaskada
ZRK ZRK
ZP3 ZP3
Zona pelucida
Spermij
Membrana
• Tangencialna vezava spermija na membrano.
• Zlitje membran spermija in oocita.
• Sprostitev spermijevega zeta proteina v oocit.
• Sprostitev Ca2+ v citosol.
• Fosforilacija proteinov.
• Kortikalna reakcija – eksocitoza kortikalnih granul.
• Sprememba ZP2 – blok za polispermijo.
• Aktivacija oocita.
CIKLIČNE Ca2+ OSCILACIJE PO AKTIVACIJI OOCITA
VKLJUČEVANJE SPERMIJEVEGA JEDRA V OOCIT
• Zlije membran.
• Vstopi spermijeva glavica in vratni del (centrosom).
• Jedrne ovojnice spermijevega jedra se razgradijo.
• Redukcija spermijevih protaminskih disulfidnih vezi in nadomestitev s histoni.
• Sledi dekondenzacija jedra s pomočjo citoplaz. faktorjev iz oocita.
• Nastane nova jedrna ovojnica.
• Nastane moški pronukleus.
Kovačič in Vlaisavljević, Med. Razg., 2001, 40(1):95-105
PRITEGOVANJE PRONUKLEUSOV
• Astralni mikrotubuli iz očetovskega centriola pritegnejo pronukleusa v center.
• Prekurzorska telesca nukleolusov (NPB) - vloga nepojasnjena.
• Naj bi predstavljali centromere kromosomov z afiniteto do proteinov kinetohora - ti polimerizirajo mikrotubule, ki bi naj pritegnili pronukleuse.
Oploditev (20 ur po osemenitvi)
Normalna zigota (2PN)
Partenogeneza
Triploidija
Ginogeneza
Androgeneza
Diginična
Dispermična
Diploidija
Diploidija
Triploidija
Mozaik
Mozaik
Monospermija
Dispermija
Dispermija-1PN
Monospermija+diginija
Monospermija+diginija 1PN
Poliploidija ali fragmentirani pronukleusi
SAMO MOŠKI CENTROSOM JE AKTIVEN
PRVA DELITEV ZIGOTE
S-faza
FAZE EMBRIONALNEGA RAZVOJA
1. BRAZDANJE – delitve, sinteza DNA
2. BLASTULACIJA – oblikovanje votle blastule (blastociste)
3. GASTRULACIJA – gibanje celic (oblikovanje embrija) sinteza mRNA (diferenciacija)
1. ORGANOGENEZA – oblikovanje tkiv in organov
2. RAST
OD OVULACIJE DO IMPLANTACIJE
• Pred kompaktnostjo– Maternalni genom – Nizka stopnja biosinteze– Delitev brez G1 faze– Skupek individualnih celic– Totipotentnost
• Po kompaktnosti– Embrionalni genom – Visoka stopnja biosinteze– Diferenciacija– Pluripotentnost
ZGODNJI IN KASNEJŠI PREDIMPLANTACIJSKI RAZVOJ
Neenakomerna delitev blastomer.
NEPRAVILNOSTI ZGODNJEGA BRAZDANJA
Pojavljanje brezjedrnih citoplazemskih fragmentov.
Večjedrnost blastomer.
Polarizacija zunanjih celic:
• Tesnejši medcelični stiki (adherentni, tesni in presledkovni stiki) med celicami.
• Premik jedra in mitohondrijev proti notranji membrani.
• Na/K ATPaza na notranji membrani ustvari ionski gradient.
MEHANIZEM KOMPAKTNOSTI (Watson, 1992):
• Na/K ATPase in akvaporini zagotovijo ionski gradient na notranji membrani.
• Ozmotski pritisk – voda polni blastocel.
• Tesni stiki onemogočajo iztekanje tekočine.
• Rastni faktorji regulirajo kavitacijo.
MEHANIZEM NASTANKA BLASTOCELA (Watson, 1992):
ICM
TE BC
ICM - notranja celična masaBC - blastocelTE - trofektodermZP - zona pelucida
ZP
NASTANEK BLASTOCISTE
• Pomanjkanje tesnih stikov med blastomerami. • Nepravilna polarizacija in razporeditev organelov.• Rast vakuol namesto blastocela.
.
MEHANIZEM NENORMALNEGA RAZVOJA BLASTOCELA:
B1 B2 B3 B4
B5 B6 B7 B8
Kovačič et al., RBM Online, 2004
HETEROGENA MORFOLOGIJA BLASTOCIST
Nastanek enojajčnih dvojčkov
IMPLANTACIJA BLASTOCISTE
Sinciciotrofoblast z mikrovili
Pinopodi
Sinciciotrofoblast:Placenta
Cytotrofoblast
Dvoplastni embrionalni disk
Epiblast: Amnion
Hipoblast: rumenjakova vrečka
SinciciotrofoblastCitotrofoblast
AmnionRumenjakova vrečka
Horionskavotlina
Progesteron
Progesteron hCGHorion
ENDODERM
MEZODERMEKTODERM