gametogenese a fertilizace - vyuka-data.lf3.cuni.czvyuka-data.lf3.cuni.cz/cvse1m0001/418...
TRANSCRIPT
Gametogenese
a fertilizace
Vývoj 418
Gamety – pohlavní buňky
● Gametogenese – diferenciace vysoce
specializovaných pohlavních buněk schopných po
fertilizaci vytvořit nového jedince
● Vajíčko (ovum)
● Spermie
● 1. Původ zárodečných buněk
● 2. Jejich mitotické dělení v gonádách
● 3. Redukční dělení – meiosis
● 4. Konečná stadia – maturace a diferenciace
Původ primordiálních buněk
● Zárodečné buňky mohou být rozeznány velmi brzo
(drosofila – vegetativní pól cytoplasmy v zygotě)
● Člověk - epiblast – přechodně v extraembryonálních
tkáních – v mesodermu žloutkového váčku jsou
rozeznatelné 24.den vývoje - v zadní stěně žloutkového
váčku blízko allantois
● Migrace do gonád mesenchymem přes stěnu zadního
střeva a dorzální mesenterium (4. - 6. týden)
● Extracelulární matrix a chemotaktické vlivy z mesodermu
budoucích gonád. Zárodečné buňky po ukončení migrace
indukují vývoj gonád.
● Počet buněk během migrace vzrůstá
Proliferace
● Oogonie a spermatogonie
● Proliferativní fáze vývoje – z tisíců na asi 7
milionů (u žen) – mitosa
● Oogonie – dělí se během 2.-5. měsíce
● 7. fetální měsíc oogonie vstupují do profáze
prvního meiotického dělení. Konec proliferativní
fáze
● Spermatogonie vstupují do meiosy po pubertě,
schopnost mitotického dělení přetrvává u muže po
celou dobu reprodukce
Meiosa
● Redukce počtu chromosomů z diploidního na
haploidní
● Dvě maturační dělení bez syntézy nové DNA:
● Redukční dělení
● Druhé meiotické dělení
● Rekombinace genetické informace
● Náhodná distribuce mateřských a otcovských
chromozomů - výměna částí homologních
chromosomů při crossing over
První meiotické dělení● Profáze I
– Leptotenní
– Zygotenní
– Pachytenní
– Diplotenní
– Diakinesis
● Metafáze I
● Anafáze I
● Telofáze I a Interfáze
●Druhé meiotické dělení
Vývoj gamet
● Iniciace vývoje zárodečných buněk - udržení
pluripotence v zárodečných buňkách
● Aktivace jejich diferenciace – induktivní
signály z trofoblastu
● Proliferace a přežívání – trofické faktory
● Extracelulární matrix – usměrňuje migraci
● Konečná diferenciace
Spermatogenese - 64 dní (4 x 16 !)
● Mitotická multiplikace – spermatogonie : Typ A –
populace kmenových buněk (stem cell), Typ B –
opouští mitotický cyclus - preleptotenní
spermatocyty)
● Meiosa - Primární spermatocyty
● Sekundární spermatocyty
● Spermiogenese – Spermatidy – transformace na
vysoce specializované buňky – spermatozoa
(koncentrace chromatinu, zmenšení velikosti, tvorba
akrosomu, bičík-flagellum)
Spermatogenese
Sertoliho buňky
● Sertoliho buňky (SRY) – izolace zárodečných
buněk, podpůrná funkce, výživa
● Androgen-binding protein – vazba
testosteronu
● Degradace reziduálních tělísek
● Syntéza signálních molekul (Anti-Mülleriánský
faktor), stimulace vývoje Leydigových buněk
● Synchronizace vývoje –vlny trvající 16 dní
Spermatogonie A
● Kmenové buňky,
které se opakovaně
mitoticky dělí
● Poslední dělení dá
vznik spermatogonii
B, která se pak dělí
na primární
spermatocyt
Primární spermatocyt a
synaptonemální komplex
● Primární spermatocyt
vstupuje do
prolongované profáze
● Synaptonemální
komplex – homologní
chromosomy během
zygotenního stadia
profáze
Spermiogenese
● Jádro – koncentrace chromatinu – hlavička
● Golgiho komplex - proakrosomální granula -
akrosom
● Centrioly – ukotvení bičíku
● Axonema – mikrotubuly (9+2) a dynein
● Mitochondrie – spirální uspořádání kolem
proximální části bičíku – mitochondriální helix
● Residuální tělísko
Spermiogenese
Spermatida - bičík
● Proximální centriol
zůstává
● Distální centriol se
přestaví na axonemu
bičíku
Spermatozoon
● Hlavička (nucleus a akrosom)
● Bičík – flagellum
● Krček – spojovací část (proximální centriol)
● Střední část (mitochondriální helix)
● Hlavní část
● Terminální část
Spermie
● Průřez hlavní částí:
● Axonema
● Hladké chordy
● Fibrosní pochva
● Membrána
● Annulus na hranici
mezi střední a hlavní
částí
Maturace spermií
● Nově tvořená spermatozoa nejsou schopna
fertilizace. Dozrávají v pohlavním ústrojí – aktivace –
vzestup motility
● Kapacitace – konečný stupeň dozrávání (maturace)
- změny v akrosomu, příprava na uvolnění enzymů
(probíhá v ženském genitálu), změny v membráně
spermie
● Hyperaktivace spermie
● Akrosomální reakce – splynutí akrosomu s
plasmatickou membránou, vytvoření akrosomálního
výběžku
Oogenese
● Oogonie – oocyt - pouze jedno vajíčko dozrává
během jednoho cyklu – první a druhé polární
tělísko (DNA a trochu cytoplasmy)
● První meiotické dělení není dokončeno do puberty
● Zástava meoisy nastává během profáze I
(diplotenní stadium) – vajíčko hromadí zásoby
žloutku (OMI z folikulárních buněk)
● Druhá zástava během metafáze II – dělení se
dokončí po fertilizaci
Štětičkovité chromosomy
● Aktivní transkripce
během meiosy
● Syntéza RNA – geny
tvoří smyčky
Oogenese
● Při narození – 400 000 oocytů
● Obklopeny vrstvou folikulárních buněk (buňky granulosy) –
folikl
● Pouze 400 ( jeden na menstruační cyclus ) dozraje
● Atresie (degenerace)
● Folikulogenese
– Primordiální
– Primární
– Sekundární
– Graafův folikul - Ovulace
Vajíčko
● Vajíčko tvoří zásoby žloutku jako rezervoár
potravy (energie) pro embryo
● Proteiny (aminokyseliny, energie)
● Ribosomy a t-RNA- proteosyntéza po
fertilizaci
● m-RNA – časný vývoj - morfogenické
faktory (transkripční a růstové faktory)
Vajíčko
Obaly vajíčka
● Zona pellucida – glygoproteiny ZP1, ZP2 a
ZP3, GAG, hyaluronová kyselina, sialová
kyselina
● Produkovány oocytem
● ZP-3 Sperm receptor a indukce akrosomální
reakce
● Corona radiata – folikulární buňky
1. meiotické dělení vajíčka těsně
před ovulací
Imprinting
● Genom pocházející z vajíčka je funkčně odlišný od
genomu spermie
● Imprinting je inaktivace genů závislá na pohlaví
- prevence parthenogenese
● Mateřské geny jsou důležité pro vývoj embrya
(funkční gen - receptor pro IGFII)
● Otcovské geny jsou důležité pro vývoj placenty
(funkční gen – IGFII) – Beckwith-Wiedermanův
syndrom
Fertilizace
● Interakce mezi spermií a oocytem
● Spermatozoon se váže na specifický sperm
receptor v zona pellucida (ZP3). Indukuje uvolnění
enzymů z akrosomu
● Penetrace zona pellucida
● Splynutí spermie a oocytu
● Kortikální reakce – kortikální granula do
perivitellinního prostoru (mezi oocyt a zona
pellucida) – alterace receptorů pro spermie–
prevence polyspermie
Fertilizace
● Splynutí se spermií vyvolá dokončení meiosy – sekundární
pólové tělísko a definitivní zralý oocyt
● Fertilizovaný oocyt = zygota
● Do vajíčka pronikne obsah
spermie – z jádra vznikne
mužské prvojádro, centrioly
- mitotické vřeténko. Vše
ostatní je vajíčkem zlikvidováno!!!
● Jaderná obálka mizí
● Replikace - první mitotické dělení - 24 hodin
●Fertilizace
● 1. fáze: Přestup pře buňky corona radiata
● 2. fáze: Průnik přes zona pellucida (zonální
reakce)
● 3. fáze: Splynutí povrchových membrán vajíčka
a spermie (kortikální reakce, dokončení 2.
meiotického dělení oocytu, aktivace vajíčka)
Fertilizace
● Pro začátek dělení je
nezbytný centriol ze
spermie, který se
replikuje a tvoří dělící
vřeténko pro zygotu
● Vajíčko po proběhlé
meiose žádný centriol
nemá.
● Prevence
parthenogenese
Fertilizace
Prevence polyspermie
● Rychlé zablokování polyspermie – změna
elektrického potenciálu (Ca+)
● Pomalé zablokování polyspermie –
kortikální granula -enzymy – proteasy –
likvidace vazebných míst na receptorech (ZP2
a ZP3)
● Fertilizační obálka – prostor mezi zona
pellucida a vajíčkem - GAG, peroxidasa a
hyalin – zonální reakce
Výsledek fertilizace
● Obnovení diploidního počtu chromosomů (nová
kombinace genetické informace)
● Determinace pohlaví
● Zahájení rýhování (bez fertilizace oocyt obvykle
během 24 hodin po ovulaci degeneruje)
Rýhování
● Mitotické dělení bez růstu buněk a
proteosyntézy
● Dceřinné buňky (blastomery) se zmenšují –
embryo nemění velikost
● Mitotické dělení je ekvální a totální
● 4 buňky – 40 hodin
● 3ED – 6-12 buněk
● 4ED – 16 -32 buněk – morula