GAMETOGENEZA OPLODITEV ZGODNJI EMBRIONALNI RAZVOJ Doc.dr. Borut Kovačič, univ.dipl.biol.

1. GAMETOGENEZA OPLODITEVZGODNJI EMBRIONALNI RAZVOJDoc.dr. Borut Kovačič, univ.dipl.biol.

2. Embrionalni disk Epiblast Rumenjakova vrečka Hipoblast Dan 5 Dan 2 Dan 14 SPOLNE CELICE TOTIPOTENTNE CELICE PLURIPOTENTNE CELICE PLURIPOTENTNE CELICE ???

3. POJAV PRIMORDIALNIH KLIČNIH CELIC Prekurzorji primordialnih kličnih celic Primordialne klične celice Migracija predhodnic primordialnih kličnih celic iz pluripotentnegaepiblasta v ekstraembrionalni mezoderm 3. teden Migracija primordialnih kličnih celic iz ekkstraembrionalnega mezoderma v endodermalniepitelij rumenjakovega mehurčka 4. teden

4. MIGRACIJA PRIMORDIALNIH KLIČNIH CELIC PRIMORDIALNE KLIČNE CELICE (PRASPOLNE) Dan 21

5. 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

6. Primordialne klične celice RAZVOJ GONAD Genitalni greben 8. teden + SRY Sertolijeve celice (AMH) Leydigove celice (testosteron) - SRY foliklove celice 16.-20. teden semenovod (ovidukt, maternica)

7. Gametogeneza poteka v treh fazah • faza delitev (mitotične delitve) • faza rasti • faza diferenciacije - mejoza (redukcijska delitev) • - funkcionalna usposobitev spolne celice

8. SPERMIJ in SPERMATOGENEZA • 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.

9. 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 Spermatogonij Sertolijeve celice s citopl. izrastki obdajajo germinalne cel. , segajo od bazalne membrane do lumna Sertolijeve celice Spermatogoniji vstopajo v spermatogenezo oz. mejozo Leydigove celice izven kanalčkov MODO ODRASLEGA semenski kanalček s spermatogenezo

10. 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.

11. SPERMIOGENEZA – OD SPERMATIDE DO SPERMIJA protamini (kondenzacija kromatina)

12. 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.

13. ANATOMIJA SPERMIJA • Pri človeku velika morfološka heterogenost.

15. Glava • Membrana • Receptorji • Akrosom • Hialuronidaza • Akrozin • Protein ζ (fosfolipaza C) • Jedro • Kromatin neaktiven • Vakuole, • DNA-proteinski kompleks • (protamini)

16. Vrat, rep Centriol Biček s proteinskimi fibrilami Mitohondrijski ovoj

17. 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. Sertolijeve celice LEYDIGOVE CELICE • Pod vplivom LH proizvajajo • testosteron. • Testosteron potuje v semenski • kanalček in se veže na • Sertolijeve celice. Leydigove celice

18. LABORATORIJSKI PREGLED SEMENA:Število, koncentracija, gibljivost, morfologija

19. SPERMIOGRAM

20. Avtomatska analiza: koncentracija, gibljivost, oblike gibanja

21. Avtomatska analiza: morfologija

22. JAJČNA CELICA in OOGENEZA • Nastane iz primordialnih kličnih celic. • Po namestitvi v gonadnem žepu v 6. tednu • po oploditvi se primordialne celice imenujejo • oogoniji. • Je najredkejšacelica 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.

23. REDUKCIJSKA DELITEV V OOGONIJIH / OOCITIH I. interfaza Podvojitev kromosomov Pred rojstvom Profaza I Ob ovulaciji Metafaza I Anafaza I Telofaza I Metafaza II Ob oploditvi Novitski, 2000 Anafaza II Telofaza II

24. MEHANIZMI ZA RAST OOCITA Podaljšana profaza I (diplotenski mirujoči stadij), ko sta v celici 2 para kromosomov (4 kopije genov), Dekondenzirana DNK vseh 4 kromatid - “lumpbrush kromosomi”- RNA sinteza, Povezovanje s somatskimi celicami (granulozne celice). Asimetrično postavljena delitvena ravnina v 1. redukcijski delitvi. • Premer oocita se poveča od 35 na 120 mikrom . Kromatinske zanke sestrskih kromatid enega homologa Sinaptonema Kohezini Kromatinske zanke sestrskih kromatid drugega homologa

25. JAJČNE CELICE PRED IN OB ROJSTVU • 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 germinalnivezikel oz. mehurček.

26. ZGODNJA FOLIKULOGENEZA Predpubertetni jajčnik Primordialni folikel Primarni folikel • 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.

27. 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. Polipeptidna veriga ZP1 Serin, treonin asparagin ZP2 oligosaharidi ZP3

28. 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.

29. 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

30. FOLIKULOGENEZA Primarni folikel Predovulacijski jajčnik cumulus oophorus Graafov folikel antrum Sekundarni folikel

31. FOLIKULOGENEZA Neodvisni od gonadotropinov Reagirajo na gonadotropine Odvisni od gonadotropinov Oblikovanje plasti teka celic

32. CUMULUS OOPHORUS - CORONA RADIATA - OOCIT KOMPLEKS

33. JEDRNE SPREMEMBE V PREDOVULATORNEM OOCITU PRVA REDUKCIJSKA DELITEV DRUGA REDUKCIJSKA DELITEV REDUKCIJA 1 SETA KROMATID V DRUGO POLARNO TELO REDUKCIJA 1 SETA HOMOLOGNIH KROMOSOMOV V PRVO POLARNO TELO PROFAZA I METAFAZA I ANA- / TELOFAZA I METAFAZA II

34. REGULACIJA JEDRNIH SPREMEMB V PREDOVULATORNEM OOCITU GONADOTROPINI (LH) MITOZO PROMOVIRAJOČI FAKTOR (MPF) SPERMIJEVI FAKTORJI

35. SELEKCIJA V (ASISTIRANI) REPRODUKCIJI Folikulogeneza: 4000 primordialnih foliklov / mesec 1000 antralnih foliklov 1 dominantni folikel 70% 30% zarodek primeren oocit okvarjen oocit 50% 30% se ne vgnezdi 20% 20% spontan splav začasna vgnezditev Porod klinična nosečnost

36. Oploditev Oploditevje proces, ko se v aktivirani jajčni celici združi jedro semenčice z ženskim pronukleusom. Semenčica: - kapacitacija - hiperaktivacija - akrosomska reakcija - vezava na ZP in oolemo - aktivacija jajčne celice - rekonstrukcija centrosoma - rekonstrukcija jedra Jajčna celica: - zrelost ovojnic, citoplazme in jedra - sprejem semenčice - aktivacija - zaključek mejoze - sinhronizacija nastanka moškega in ženskega pronukleusa

37. POT SPERMIJA PO JAJCEVODU

38. MEHANIZEM AKTIVACIJE (KAPACITACIJE) SPERMIJEV • Odstranitev semenske plazme, • sprememba pH, • prisotnost proteinov, ki vežejo holesterol iz membrane Destabilizacija spermijeve membrane Kapacitacija spermijev: je sposobnost spermija za dostop do jajčne celice in vstop vanjo. Večja prepustnost za Ca2+ ione Povečanje konc. intracelularnega cAMP Aktivacija kinaz (protein kinaze-A) v semenčici Fosforilacija proteinov HIPERAKTIVACIJA oz. hitrejše plavanje AKROSOMSKA REAKCIJA

39. Akrosomska reakcija: • Je eksocitozaakrosoma. • Je odgovor na ekstracelularne • signale iz oocita - njegove • izvencelične strukture (zone • pelucide) in ženskega reprod. • trakta. • Je predpogoj za oploditev.

40. 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: • - influksCa2+ . • - perforacija membrane na akrosomu, • - sprostitev proteolitskih encimov - • akrozina. Ca2+ Zona pelucida ZRK Akrozin ZP3 • Prehod zone in stik z oolemo.

41. STIK SPERMIJA Z MEMBRANO OOCITA • 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. Kinazna kaskada Ca2+ Spermij Membrana ZRK ZRK ZP3 ZP3 Zona pelucida Zeta protein Ca2+ Kalcijeve rezerve Ca2+ Ca2+

42. CIKLIČNE Ca2+ OSCILACIJE PO AKTIVACIJI OOCITA

43. VKLJUČEVANJE SPERMIJEVEGA JEDRA V OOCIT • Zlije membran. • Vstopi spermijevaglavica in vratni del (centrosom). • Jedrne ovojnice spermijevega jedra se razgradijo. • Redukcija spermijevihprotaminskih • disulfidnih vezi in nadomestitev s histoni. • Sledi dekondenzacija jedra s pomočjo citoplaz. • faktorjev iz oocita. • Nastane nova jedrna ovojnica. • Nastane moški pronukleus.

44. Kovačič in Vlaisavljević, Med. Razg., 2001, 40(1):95-105

45. 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.

46. Oploditev (20 ur po osemenitvi) Ginogeneza Partenogeneza Androgeneza Normalna zigota (2PN) Diginična Triploidija Dispermična

47. SAMO MOŠKI CENTROSOM JE AKTIVEN Diploidija Monospermija Mozaik Dispermija Mozaik Dispermija-1PN Poliploidija ali fragmentirani pronukleusi Triploidija Monospermija+diginija Diploidija Monospermija+diginija 1PN

48. PRVA DELITEV ZIGOTE S-faza

49. FAZE EMBRIONALNEGA RAZVOJA • BRAZDANJE– delitve, sinteza DNA • BLASTULACIJA–oblikovanje votle blastule (blastociste) • GASTRULACIJA – gibanje celic (oblikovanje embrija) sinteza mRNA (diferenciacija) • ORGANOGENEZA – oblikovanje tkiv in organov • RAST

50. OD OVULACIJE DO IMPLANTACIJE