stringtranslate.com

Оогенез

Оогенез – это процесс производства яйцеклеток, происходящий в яичниках.

Оогенез , овогенез , или оогенез / ˌ oʊ . ə ˈ dʒ ɛ n ɪ s ɪ s / [1] — дифференцировка яйцеклетки ( яйцеклетки) в клетку, способную к дальнейшему развитию при оплодотворении. [2] Он развивается из первичного ооцита в процессе созревания. Оогенез начинается на эмбриональной стадии.

Оогенез у млекопитающих, кроме человека

Схема, показывающая уменьшение числа хромосом в процессе созревания яйцеклетки . (У млекопитающих первое полярное тельце обычно распадается перед делением, поэтому образуются только два полярных тельца. [ нужна ссылка ] ).

У млекопитающих первая часть оогенеза начинается в зародышевом эпителии , что дает начало развитию овариальных фолликулов — функциональной единицы яичника .

Оогенез состоит из нескольких подпроцессов: ооцитогенеза , отидогенеза и, наконец, созревания с образованием яйцеклетки (собственно оогенеза). Фолликулогенез — отдельный подпроцесс, сопровождающий и поддерживающий все три оогенетических подпроцесса.

Оогоний — (Ооцитогенез) —> Первичный ооцит — (Мейоз I) —> Первое полярное тельце (позже отбрасывается) + Вторичный ооцит — (Мейоз II) —> Второе полярное тельце (отбрасывается позже) + Яйцеклетка

Мейоз ооцитов, важный для всех жизненных циклов животных, но в отличие от всех других случаев деления клеток животных, происходит совершенно без помощи центросом , координирующих веретено . [3] [4]

Создание оогоний

Образование оогоний традиционно относится не к собственно оогенезу, а к общему процессу гаметогенеза , который у женщины женского пола начинается с процессов фолликулогенеза , ооцитогенеза и отидогенеза . Оогонии вступают в мейоз во время эмбрионального развития, становясь ооцитами. Мейоз начинается с репликации ДНК и мейотического кроссинговера. Затем он останавливается в ранней профазе.

Поддержание ареста мейоза

Ооциты млекопитающих находятся в состоянии остановки профазы мейоза в течение очень длительного времени — месяцев у мышей и лет у человека. Первоначально остановка происходит из-за отсутствия достаточного количества белков клеточного цикла, необходимых для мейотической прогрессии. Однако по мере роста ооцита эти белки синтезируются, и остановка мейоза становится зависимой от циклического АМФ . [5] Циклический АМФ вырабатывается ооцитом под действием аденилатциклазы в мембране ооцита. Активность аденилатциклазы поддерживается конститутивно активным рецептором, связанным с G-белком, известным как GPR3 , и G-белком Gs, также присутствующим в мембране ооцита. [6]

Поддержание остановки мейоза также зависит от наличия многослойного комплекса клеток, известного как фолликул, который окружает ооцит. Удаление ооцита из фолликула приводит к прогрессированию мейоза в ооците. [7] Клетки, составляющие фолликул, известные как гранулезные клетки, соединены друг с другом белками, известными как щелевые соединения, которые позволяют небольшим молекулам проходить между клетками. Клетки гранулезы производят небольшую молекулу циклического ГМФ , которая диффундирует в ооцит через щелевые контакты. В ооците циклический ГМФ предотвращает расщепление циклического АМФ фосфодиэстеразой ФДЭ3 и, таким образом, поддерживает арест мейоза. [8] Циклический GMP вырабатывается гуанилилциклазой NPR2. [9]

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 оплодотворенной яйцеклетки. Лютеинизирующий гормон действует на рецепторы наружных слоев гранулезных клеток фолликула, вызывая снижение циклического ГМФ в гранулезных клетках. [5] Поскольку гранулезные клетки и ооцит соединены щелевыми соединениями, циклический ГМФ также снижается в ооците, вызывая возобновление мейоза. [10] Затем мейоз переходит ко второй метафазе, где он снова приостанавливается до оплодотворения. Лютеинизирующий гормон также стимулирует экспрессию генов, приводящую к овуляции. [11]

Оогенез в эукариотических клетках. (A) оогоний, где происходит митотическое деление (B) дифференцировка и начинается мейоз I (C) первичный ооцит (D) мейоз I завершается и начинается мейоз II (E) вторичный ооцит (F) первое полярное тельце ( G) должна произойти овуляция, и наличие проникновения сперматозоидов (оплодотворения) индуцирует завершение мейоза II (H) яйцеклетка (I) второе полярное тельце

Оогенез человека

Оогенез на протяжении всей жизни женщины

Оогенез

Оогенез начинается с процесса развития первичных ооцитов, который происходит посредством трансформации оогониев в первичные ооциты , процесс, называемый ооцитогенезом . [12] Из одного оогония вырастет только один зрелый ооцит, а еще 3 клетки называются полярными тельцами. Ооцитогенез завершается либо до, либо вскоре после рождения.

Количество первичных ооцитов

Принято считать, что после завершения ооцитогенеза дополнительные первичные ооциты не образуются, в отличие от мужского процесса сперматогенеза, при котором гаметоциты создаются непрерывно. Другими словами, первичные ооциты достигают своего максимального развития примерно на 20 [13] неделях гестационного возраста, когда было создано около семи миллионов первичных ооцитов; однако при рождении это число уже сократилось примерно до 1-2 миллионов на яичник. В период полового созревания количество ооцитов снижается еще больше и достигает примерно 60 000–80 000 на яичник, и в течение жизни женщины образуется только около 500 зрелых ооцитов, остальные подвергаются атрезии (дегенерации).

Две публикации подвергли сомнению мнение о том, что ко времени рождения формируется конечное количество ооцитов. [14] [15] Сообщалось об обновлении фолликулов яичников из стволовых клеток зародышевой линии (происходящих из костного мозга и периферической крови) в постнатальных яичниках мышей. Напротив, измерения часов ДНК не указывают на продолжающийся оогенез в течение жизни женщин. [16] Таким образом, необходимы дальнейшие эксперименты, чтобы определить истинную динамику образования малых фолликулов.

Оотидогенез

Последующая фаза оотидогенеза наступает, когда первичный ооцит развивается в яйцеклетку . Это достигается процессом мейоза. Фактически, первичный ооцит по биологическому определению — это клетка, основной функцией которой является деление в процессе мейоза. [17]

Однако, хотя этот процесс начинается еще в пренатальном возрасте, он останавливается в профазе I. На позднем этапе внутриутробного развития все яйцеклетки, все еще первичные, останавливаются на этой стадии развития, называемой диктиатом . После менархе эти клетки продолжают развиваться, хотя лишь немногие 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. Мышиный ооцит на стадии диктиата (длительная диплотена) активно восстанавливает повреждения ДНК, тогда как репарация ДНК не обнаруживается на преддиктиатных ( лептотене , зиготене и пахитене ) стадиях мейоза. [18] Однако для тех первичных ооцитов, которые продолжают развиваться в каждом менструальном цикле, возникает синапсис и образуются тетрады , что позволяет происходить хромосомному кроссинговеру . 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 момента оплодотворения , если оно когда-либо произойдет. Если яйцеклетка не оплодотворена, она распадается и выделяется ( менструация ), а вторичный ооцит не завершает мейоз II (и не становится яйцеклеткой ) . Когда мейоз II завершился, были созданы яйцеклетка и еще одно полярное тельце. Полярное тело имеет небольшие размеры.

фолликулогенез

Синхронно с оотидогенезом окружающий яйцеклетку овариальный фолликул развился из примордиального фолликула в преовуляторный.

Созревание в яйцеклетку

Оба полярных тельца распадаются в конце мейоза II, оставляя только яйцеклетку, которая затем в конечном итоге созревает в зрелую яйцеклетку.

Функция формирования полярных телец заключается в отбрасывании лишних гаплоидных наборов хромосом, образовавшихся в результате мейоза.

Созревание in vitro

Созревание in vitro ( IVM ) – это метод, позволяющий фолликулам яичников созреть in vitro . Потенциально это может быть выполнено перед ЭКО . В таких случаях гиперстимуляция яичников не является существенной. Скорее, ооциты могут созреть вне организма до ЭКО. Следовательно, в организм не нужно вводить гонадотропины (или, по крайней мере, меньшие дозы). [19] Незрелые яйца выращивали до созревания in vitro с выживаемостью 10%, но этот метод еще клинически не доступен. [20] С помощью этого метода криоконсервированная ткань яичников может быть использована для создания ооцитов, которые могут быть непосредственно подвергнуты экстракорпоральному оплодотворению . [20]

Оогенез in vitro

По определению это означает повторение оогенеза млекопитающих и получение 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. [21] В 2016 году две статьи, опубликованные Morohaku et al. и Хикабе и др. сообщили о процедурах in vitro, которые, по-видимому, эффективно воспроизводят эти условия, позволяя производить полностью в чашке относительно большое количество ооцитов, которые пригодны для оплодотворения и способны дать начало жизнеспособному потомству у мышей. Этот метод может быть полезен главным образом у онкологических больных, у которых в сегодняшнем состоянии ткань яичников криоконсервируется для сохранения фертильности. В качестве альтернативы аутологичной трансплантации разработка культуральных систем, поддерживающих развитие ооцитов со стадии примордиального фолликула, представляет собой действительную стратегию восстановления фертильности. Со временем было проведено множество исследований с целью оптимизации характеристик систем культуры тканей яичников и лучшей поддержки трех основных фаз: 1) активации примордиальных фолликулов; 2) выделение и культура растущих преантральных фолликулов; 3) удаление из среды фолликула и созревание кумулюсных комплексов ооцита. Хотя полное развитие ооцитов in vitro было достигнуто у мышей с получением живого потомства, цель получения ооцитов достаточного качества для поддержки развития эмбриона не была полностью достигнута у высших млекопитающих, несмотря на десятилетия усилий. [22]

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 . [23] Однако гомологичная рекомбинационная репарация двухцепочечных разрывов ДНК, опосредованная BRCA1 и ATM, ослабевает с возрастом в ооцитах человека и других видов. [23] Женщины с мутациями BRCA1 имеют более низкие резервы яичников и наступают 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 более медленными темпами, чем у женщин с такими мутациями. Поскольку пожилые женщины в пременопаузе обычно имеют нормальное потомство, их способность к мейотической рекомбинационной репарации, по-видимому, достаточна для предотвращения ухудшения их зародышевой линии , несмотря на снижение овариального резерва. Повреждения ДНК могут возникнуть в зародышевой линии 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. [24]

Оогенез у немлекопитающих

Схема оогенеза у дигенеев ( Platyhelminthes )

Некоторые водоросли и оомицеты откладывают яйца в оогониях . У бурой водоросли Fucus все четыре яйцеклетки переживают оогенез, что является исключением из правила, согласно которому обычно до зрелости доживает только один продукт женского мейоза.

У растений оогенез происходит внутри женского гаметофита посредством митоза . У многих растений (например , мохообразных , папоротников , голосеменных ) яйцеклетки образуются в архегониях . У цветковых растений женский гаметофит уменьшен до восьмиклеточного зародышевого мешка внутри семязачатка внутри завязи цветка. Оогенез происходит внутри зародышевого мешка и приводит к образованию одной яйцеклетки на семязачаток.

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

У самок мух -дрозофил во время мейоза происходит генетическая рекомбинация . Эта рекомбинация связана с образованием двухцепочечных разрывов ДНК и их репарацией . [25] Процесс репарации приводит к образованию кроссинговерных рекомбинантов , а также по меньшей мере в три раза большему количеству некроссинговерных рекомбинантов (например, возникающих в результате конверсии генов без кроссинговера). [25]

Смотрите также

Рекомендации

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

  1. ^ Определение в онлайн-словаре Merriam-Webster: Оогенез
  2. ^ Гилберт, Скотт Ф. (1 января 2000 г.). «Оогенез». Синауэр Ассошиэйтс. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  3. ^ Соллози Д., Каларко П., Донахью Р.П. (1972). «Отсутствие центриолей в первом и втором мейотическом веретене мышиных ооцитов». J Cell Sci . 11 (2): 521–541. дои : 10.1242/jcs.11.2.521. ПМИД  5076360.
  4. ^ Манандхар Г., Шаттен Х., Сутовский П. (январь 2005 г.). «Редукция центросом во время гаметогенеза и ее значение». Биол. Репродукция . 72 (1): 2–13. дои : 10.1095/biolreprod.104.031245 . PMID  15385423. S2CID  37305534.
  5. ^ аб Яффе, Лауринда А.; Эгберт, Джереми Р. (10 февраля 2017 г.). «Регуляция мейоза ооцитов млекопитающих посредством межклеточной коммуникации внутри фолликула яичника». Ежегодный обзор физиологии . 79 (1): 237–260. doi : 10.1146/annurev-physical-022516-034102. ПМЦ 5305431 . ПМИД  27860834. 
  6. ^ Мельманн, Лиза М.; Саэки, Ёсинага; Танака, Сигеру; Бреннан, Томас Дж.; Евсиков Алексей Владимирович; Пендола, Фрэнк Л.; Ноулз, Барбара Б.; Эппиг, Джон Дж.; Яффе, Лауринда А. (10 декабря 2004 г.). «G s -связанный рецептор GPR3 ​​поддерживает остановку мейоза в ооцитах млекопитающих». Наука . 306 (5703): 1947–1950. Бибкод : 2004Sci...306.1947M. дои : 10.1126/science.1103974. PMID  15591206. S2CID  37342089.
  7. ^ Эдвардс, Р.Г. (октябрь 1965 г.). «Созревание in vitro мышей, овец, коров, свиней, макак-резус и ооцитов яичников человека». Природа . 208 (5008): 349–351. Бибкод : 1965Natur.208..349E. дои : 10.1038/208349a0. PMID  4957259. S2CID  4285338.
  8. ^ Норрис, Рэйчел П.; Ратзан, Уильям Дж.; Фрейдзон, Марина; Мельманн, Лиза М.; Кралл, Джудит; Мовсесян, Мэтью А.; Ван, Хуанчен; Кэ, Хэнмин; Николаев Вячеслав О.; Яффе, Лауринда А. (июнь 2009 г.). «Циклический ГМФ из окружающих соматических клеток регулирует циклический АМФ и мейоз в ооците мыши». Разработка . 136 (11): 1869–1878. дои : 10.1242/dev.035238. ПМК 2680110 . ПМИД  19429786. 
  9. ^ Чжан, Мэйцзя; Су, Ю-Цян; Сугиура, Кодзи; Ся, Голян; Эппиг, Джон Дж. (15 октября 2010 г.). «Лиганд гранулезных клеток NPPC и его рецептор NPR2 поддерживают остановку мейоза в мышиных ооцитах». Наука . 330 (6002): 366–369. Бибкод : 2010Sci...330..366Z. дои : 10.1126/science.1193573. ПМК 3056542 . ПМИД  20947764. 
  10. ^ Шухайбар, Лея С.; Эгберт, Джереми Р.; Норрис, Рэйчел П.; Лампе, Пол Д.; Николаев Вячеслав О.; Тунеманн, Мартин; Вэнь, Лай; Фейл, Роберт; Яффе, Лауринда А. (16 марта 2015 г.). «Межклеточная передача сигналов посредством циклической диффузии GMP через щелевые соединения возобновляет мейоз в фолликулах яичников мыши». Труды Национальной академии наук . 112 (17): 5527–5532. Бибкод : 2015PNAS..112.5527S. дои : 10.1073/pnas.1423598112 . ПМЦ 4418852 . ПМИД  25775542. 
  11. ^ Ричардс, Джоэнн С.; Асколи, Марио (май 2018 г.). «Эндокринные, паракринные и аутокринные сигнальные пути, регулирующие овуляцию». Тенденции в эндокринологии и обмене веществ . 29 (5): 313–325. дои : 10.1016/j.tem.2018.02.012. PMID  29602523. S2CID  4491304.
  12. ^ NCBI - Сага о зародышевой линии
  13. ^ Лобо РА (сентябрь 2003 г.). «Раннее старение яичников: гипотеза. Что такое раннее старение яичников?». Хм. Репродукция . 18 (9): 1762–4. CiteSeerX 10.1.1.611.1482 . дои : 10.1093/humrep/deg377 . ПМИД  12923124. 
  14. ^ Джонсон Дж., Бэгли Дж., Сказник-Викиэль М. и др. (июль 2005 г.). «Генерация ооцитов в яичниках взрослых млекопитающих предполагаемыми зародышевыми клетками в костном мозге и периферической крови». Клетка . 122 (2): 303–15. дои : 10.1016/j.cell.2005.06.031 . PMID  16051153. S2CID  19006732.
  15. ^ Джонсон Дж., Каннинг Дж., Канеко Т., Пру Дж., Тилли Дж. (2004). «Зародышевые стволовые клетки и обновление фолликулов в постнатальных яичниках млекопитающих». Природа . 428 (6979): 145–50. Бибкод : 2004Natur.428..145J. дои : 10.1038/nature02316. PMID  15014492. S2CID  1124530.
  16. ^ Форстер П., Хохофф С., Дункельманн Б., Шюренкамп М., Пфайффер Х., Нойхубер Ф., Бринкманн Б. (2015). «Повышенная частота мутаций зародышевой линии у отцов-подростков». Proc R Soc B. 282 (1803): 20142898. doi :10.1098/rspb.2014.2898. ПМЦ 4345458 . ПМИД  25694621. 
  17. ^ "Биохим". Архивировано из оригинала 15 июня 2010 г. Проверено 18 июля 2007 г.
  18. ^ Гули CL, Смит DR (1988). «УФ-индуцированная репарация ДНК не обнаруживается в предиктиатных ооцитах мыши». Мутат Рес . 208 (2): 115–119. дои : 10.1016/s0165-7992(98)90010-0. ПМИД  3380109.
  19. ^ "Vejledning om kunstig befrugtning 2006 (датский)" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 9 марта 2012 г. Проверено 29 января 2011 г.
  20. ^ аб
    • Маклафлин, М; Альбертини, DF; Уоллес, WHB; Андерсон, РА; Телфер, Э.Э. (2018). «Ооциты метафазы II из однослойных фолликулов человека, выращенные в многоступенчатой ​​системе культивирования». MHR: Фундаментальная наука репродуктивной медицины . 24 (3): 135–142. дои : 10.1093/моль/гай002 . ISSN  1360-9947. ПМИД  29390119.
    • Дополнительные комментарии в статье BBC News : Джеймс Галлахер (9 февраля 2018 г.). «Первые человеческие яйца, выращенные в лаборатории». Новости BBC .
  21. ^ Ван, Цзюнь-Цзе; Ге, Вэй; Лю, Цзин-Цай; Клингер, Франческа Джоя; Дайс, Пол В.; Де Феличи, Массимо; Шен, Вэй (2017). «Полный оогенез in vitro: ретроспектива и перспективы». Гибель клеток отличается . 24 (11): 1845–1852. дои : 10.1038/cdd.2017.134. ПМЦ 5635224 . ПМИД  28841213. 
  22. ^ Фаббри, Рафаэлла; Замбони, Кьяра; Виченти, Росселла; МакЧокка, Мария; Парадизи, Роберто; Сераккиоли, Ренато (2018). «Обновленная информация об оогенезе in vitro». Минерва Гинеколь . 70 (5): 588–608. дои : 10.23736/S0026-4784.18.04273-9. PMID  29999288. S2CID  51622568.
  23. ^ аб Туран, Волкан; Октай, Кутлук (2020). «BRCA-связанное с ATM-опосредованное восстановление двухцепочечного разрыва ДНК и старение яичников». Обновление репродукции человека . 26 (1): 43–57. doi : 10.1093/humupd/dmz043. ПМЦ 6935693 . ПМИД  31822904. 
  24. ^ Бернштейн, К. (1979). «Почему дети такие маленькие? Мейоз может предотвратить старение зародышевой линии». Перспективы биологии и медицины . 22 (4): 539–544. дои : 10.1353/pbm.1979.0041. PMID  573881. S2CID  38550472.
  25. ^ аб Мехротра, С.; МакКим, Канзас (24 ноября 2006 г.). «Временной анализ образования и восстановления двухцепочечных разрывов мейотической ДНК у самок дрозофилы». ПЛОС Генетика . 2 (11): е200. дои : 10.1371/journal.pgen.0020200 . ПМК 1657055 . ПМИД  17166055. 
Библиография

Внешние ссылки