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