Оогенез - Oogenesis

Оогенез - это процесс производства яйцеклеток, происходящий в яичниках самок.
Оогенез
Идентификаторы
MeSH D009866
TE E1.0.2.2.0.0.2
Анатомическая терминология

Оогенез , овогенез или оогенез / ˌ . ə ɛ п ɪ с ɪ с / есть дифференциация яйцеклетки (яйцеклетки) в клетку компетентным для дальнейшего развития , когда оплодотворены. Он развивается из первичного ооцита путем созревания. Оогенез начинается в эмбриональной стадии.

Оогенез у млекопитающих, кроме человека

Диаграмма, показывающая уменьшение количества хромосом в процессе созревания яйцеклетки . (У млекопитающих первое полярное тело обычно распадается перед делением, поэтому образуются только два полярных тела.)

У млекопитающих первая часть оогенеза начинается в зародышевом эпителии , который дает начало развитию фолликулов яичников , функциональной единицы яичника .

Оогенез состоит из нескольких подпроцессов: ооцитогенез, оотидогенез и, наконец, созревание с образованием яйцеклетки (собственно оогенез). Фолликулогенез - это отдельный подпроцесс, который сопровождает и поддерживает все три оогенетических подпроцесса.

Тип ячейки плоидность / хромосомы хроматиды Процесс Время завершения
Оогониум диплоид / 46 (2N) 2C Ооцитогенез ( митоз ) Третий триместр
первичный ооцит диплоид / 46 (2N) 4C Оотидогенез ( мейоз I) ( Фолликулогенез ) Диктируют в профазе I до 50 лет
вторичный ооцит гаплоид / 23 (1N) 2C Оотидогенез ( мейоз II) Остановлен в метафазе II до оплодотворения
Яйцеклетка гаплоид / 23 (1N) Оотидогенез ( мейоз II) Минуты после оплодотворения
Яйцеклетка гаплоид / 23 (1N)

Оогониум - (Ооцитогенез) -> Первичный ооцит - (Мейоз I) -> Первое полярное тело (впоследствии выброшенное) + Вторичный ооцит - (Мейоз II) -> Второе полярное тело (впоследствии выброшенное) + яйцеклетка

Мейоз ооцитов, важный для всех жизненных циклов животных, но в отличие от всех других случаев деления клеток животных, происходит полностью без помощи центросом, координирующих веретено .

Создание оогонии

Создание овогониев традиционно не относится к оогенезу правильному, но, вместо этого, к общему процессу по гаметогенезу , который, в женском человеке, начинается с процессами фолликулогенеза , oocytogenesis и ootidogenesis . Оогонии проникают в мейоз во время эмбрионального развития, становясь ооцитами. Мейоз начинается с репликации ДНК и мейотического кроссинговера. Затем он останавливается в ранней профазе.

Поддержание мейотической остановки

Ооциты млекопитающих сохраняются в состоянии остановки мейотической профазы в течение очень долгого времени - месяцы у мышей и годы у людей. Первоначально остановка происходит из-за недостатка белков клеточного цикла, необходимых для мейотической прогрессии. Однако по мере роста ооцита эти белки синтезируются, и остановка мейоза становится зависимой от циклического АМФ . Циклический АМФ вырабатывается ооцитом аденилатциклазой в мембране ооцита. Аденилилциклаза поддерживается активной посредством конститутивно активного рецептора, сопряженного с G-белком, известного как GPR3, и G-белка, Gs, также присутствующего в мембране ооцита.

Поддержание мейотической остановки также зависит от присутствия многослойного комплекса клеток, известного как фолликул, который окружает ооцит. Удаление ооцита из фолликула вызывает прогрессирование мейоза в ооците. Клетки, составляющие фолликул, известные как клетки гранулезы, связаны друг с другом белками, известными как щелевые соединения, которые позволяют небольшим молекулам проходить между клетками. Клетки гранулезы производят небольшую молекулу циклического GMP , которая диффундирует в ооцит через щелевые соединения. В ооците циклический GMP предотвращает расщепление циклического AMP фосфодиэстеразой PDE3 и, таким образом, поддерживает остановку мейоза. Циклический GMP продуцируется гуанилилциклазой NPR2.

Возобновление мейоза и стимуляция овуляции лютеинизирующим гормоном

По мере роста фолликулы приобретают рецепторы лютеинизирующего гормона, гормона гипофиза, который повторно инициирует мейоз в ооците и вызывает овуляцию оплодотворяемой яйцеклетки. Лютеинизирующий гормон действует на рецепторы в наружных слоях гранулезных клеток фолликула, вызывая снижение циклического GMP в гранулезных клетках. Поскольку клетки гранулезы и ооцит связаны щелевыми контактами, циклический GMP также уменьшается в ооците, вызывая возобновление мейоза. Затем мейоз переходит ко второй метафазе, где снова приостанавливается до оплодотворения. Лютеинизирующий гормон также стимулирует экспрессию генов, приводящую к овуляции.

Оогенез в эукариотических клетках. (A) оогоний, где происходит митотическое деление (B) дифференцировка и начало мейоза I (C) первичный ооцит (D), мейоз I завершен и начинается мейоз II (E) вторичный ооцит (F) первое полярное тело ( G) овуляция должна произойти, и наличие проникновения сперматозоидов (оплодотворение) индуцирует мейоз II до завершения (H) яйцеклетки (I) второго полярного тельца.
Follicle signaling.jpg

Человеческий оогенез

Оогенез на протяжении всей жизни женщины

Оогенез

Оогенез начинается с процесса развития первичных ооцитов, который происходит через превращение оогониев в первичные ооциты , процесс, называемый ооцитогенезом. Ооцитогенез завершается до или вскоре после рождения.

Количество первичных ооцитов

Обычно считается, что после завершения ооцитогенеза не образуются дополнительные первичные ооциты, в отличие от мужского процесса сперматогенеза, при котором гаметоциты создаются непрерывно. Другими словами, первичные ооциты достигают своего максимального развития примерно на 20 неделе гестационного возраста, когда было создано примерно семь миллионов первичных ооцитов; однако при рождении это число уже сократилось примерно до 1-2 миллионов.

Две публикации оспаривают мнение о том, что во время рождения формируется конечное число ооцитов. Сообщалось об обновлении фолликулов яичников из стволовых клеток зародышевой линии (происходящих из костного мозга и периферической крови) в постнатальном яичнике мыши. Напротив, измерения часов ДНК не указывают на продолжающийся оогенез в течение жизни самок человека. Таким образом, необходимы дальнейшие эксперименты, чтобы определить истинную динамику образования мелких фолликулов.

Оотидогенез

Следующая фаза оотидогенеза происходит, когда первичный ооцит развивается в яйцеклетку. Это достигается процессом мейоза. Фактически, первичный ооцит по своему биологическому определению - это клетка, основная функция которой состоит в делении в процессе мейоза.

Однако, хотя этот процесс начинается в пренатальном возрасте, он останавливается на профазе I . В конце жизни плода все ооциты, оставшиеся первичными ооцитами, останавливаются на этой стадии развития, называемой диктиатом . После менархе эти клетки продолжают развиваться, хотя лишь некоторые из них делают это каждый менструальный цикл .

Мейоз I

Мейоз I оотидогенеза начинается во время эмбрионального развития, но останавливается на стадии диплотены профазы I до полового созревания. Ооцит мыши на стадии диктиата (пролонгированной диплотены) активно восстанавливает повреждение ДНК, тогда как репарация ДНК не обнаруживается на преддиктиатной ( лептотене , зиготене и пахитене ) стадиях мейоза. Однако для тех первичных ооцитов, которые продолжают развиваться в каждом менструальном цикле, происходит синапсис и формируются тетрады , что делает возможным хромосомный кроссовер . В результате мейоза I первичный ооцит превратился во вторичный ооцит .

Мейоз II

Сразу после мейоза I гаплоидный вторичный ооцит инициирует мейоз II . Однако этот процесс также останавливается на стадии метафазы II до оплодотворения , если такое когда-либо произойдет. Если яйцеклетка не оплодотворена, она распадается и высвобождается ( менструация ), а вторичный ооцит не завершает мейоз II (и не становится яйцеклеткой ). Когда мейоз II завершился, были созданы яйцеклетка и другое полярное тело. Полярное тело имеет небольшие размеры.

Фолликулогенез

Синхронно с оотидогенезом фолликул яичника, окружающий яйцеклетку, превратился из примордиального фолликула в преовуляторный.

Созревание в яйцеклетке

Оба полярных тельца распадаются в конце Мейоза II, оставляя только яйцеклетку, которая затем в конечном итоге подвергается созреванию в зрелую яйцеклетку.

Функция формирования полярных тел состоит в том, чтобы отбросить лишние гаплоидные наборы хромосом, которые возникли в результате мейоза.

Созревание in vitro

Созревание in vitro ( IVM ) - это метод созревания фолликулов яичников in vitro . Это потенциально может быть выполнено до ЭКО . В таких случаях гиперстимуляция яичников не обязательна. Скорее ооциты могут созревать вне организма до ЭКО. Следовательно, не нужно вводить гонадотропины (или, по крайней мере, в меньшей дозе) в организм. Незрелые яйца выращивали до созревания in vitro с 10% выживаемостью, но этот метод пока не доступен в клинических условиях. С помощью этого метода криоконсервированная ткань яичника может быть использована для создания ооцитов, которые могут непосредственно подвергнуться экстракорпоральному оплодотворению .

Оогенез in vitro

По определению это означает повторение оогенеза млекопитающих и продуцирование оплодотворяемых ооцитов in vitro. Это сложный процесс, включающий несколько различных типов клеток, точные реципрокные взаимодействия фолликулярных клеток и ооцитов, различные питательные вещества и комбинации цитокинов, а также точные факторы роста и гормоны. в зависимости от стадии развития. В 2016 году две статьи, опубликованные Morohaku et al. и Hikabe et al. сообщили о процедурах in vitro, которые, по-видимому, эффективно воспроизводят эти условия, позволяя продуцировать полностью в чашке относительно большое количество ооцитов, которые можно оплодотворять и которые могут дать жизнеспособное потомство мыши. Этот метод может быть в основном полезен у онкологических больных, у которых в современных условиях ткань яичников криоконсервирована для сохранения фертильности. В отличие от аутотрансплантации, разработка систем культивирования, поддерживающих развитие ооцитов на стадии примордиального фолликула, представляет собой действенную стратегию восстановления фертильности. Со временем было проведено множество исследований с целью оптимизации характеристик систем культур ткани яичников и лучшего подтверждения трех основных фаз: 1) активация примордиальных фолликулов; 2) выделение и культивирование растущих преантральных фолликулов; 3) удаление из среды фолликула и созревание кумулюсных комплексов ооцитов. В то время как полное развитие ооцитов in vitro было достигнуто у мышей с получением живого потомства, цель получения ооцитов достаточного качества для поддержки развития эмбрионов у высших млекопитающих не была полностью достигнута, несмотря на десятилетия усилий.

Старение яичников

Белки BRCA1 и ATM используются для восстановления двухцепочечного разрыва ДНК во время мейоза . Эти белки, по-видимому, играют решающую роль в сопротивлении старению яичников . Однако гомологичная рекомбинационная репарация двухцепочечных разрывов ДНК, опосредованная BRCA1 и ATM, ослабевает с возрастом в ооцитах людей и других видов. Женщины с мутациями BRCA1 имеют более низкие резервы яичников и более раннюю менопаузу, чем женщины без этих мутаций. Даже у женщин без специфических мутаций BRCA1 старение яичников связано с истощением резервов яичников, что приводит к менопаузе, но медленнее, чем у женщин с такими мутациями. Поскольку у пожилых женщин в пременопаузе обычно нормальное потомство, их способность к мейотической рекомбинационной репарации оказывается достаточной для предотвращения разрушения их зародышевой линии, несмотря на снижение резерва яичников. Повреждения ДНК могут возникать в зародышевой линии в течение длительного периода в течение десятилетий у людей между ранним ооцитогенезом и стадией мейоза, на которой гомологичные хромосомы эффективно спариваются ( стадия диктиата ). Было высказано предположение, что такие повреждения ДНК могут быть устранены в значительной степени с помощью механизмов, зависящих от спаривания хромосом, таких как гомологичная рекомбинация.

Оогенез у немлекопитающих

Схема оогенеза у дигенеев ( Platyhelminthes )

Некоторые водоросли и оомицеты производят яйца в оогониях . У бурой водоросли Fucus все четыре яйцеклетки выживают в оогенезе, что является исключением из правила, согласно которому обычно только один продукт женского мейоза доживает до созревания.

У растений оогенез происходит внутри женского гаметофита через митоз . У многих растений, таких как мохообразные , папоротники и голосеменные , яйцеклетки образуются в архегониях . У цветущих растений женский гаметофит превратился в восьмиклеточный зародышевый мешок внутри семяпочки внутри завязи цветка. Оогенез происходит внутри зародышевого мешка и приводит к образованию одной яйцеклетки на яйцеклетку.

У аскарид ооцит даже не начинает мейоз, пока его не коснется сперма , в отличие от млекопитающих, у которых мейоз завершается в цикле течки .

У самок дрозофилы мух, генетическая рекомбинация происходит во время мейоза . Эта рекомбинация связана с образованием двухцепочечных разрывов ДНК и восстановлением этих разрывов. Процесс репарации приводит к перекрестным рекомбинантам, а также как минимум в три раза большему количеству некроссоверных рекомбинантов (например, возникающих в результате конверсии генов без кроссовера).

Смотрите также

использованная литература

Чо В.К., Стерн С., Биггерс Дж. Д.. 1974. Ингибирующее действие дибутирил-цАМФ на созревание ооцитов мышей in vitro. Журнал J Exp Zool.187: 383-386

Библиография
  • Манандхар Дж., Шаттен Х. и Сутовский П. (2005). Редукция центросом при гаметогенезе и ее значение. Биол Репрод, 72 (1) 2-13.

внешние ссылки