BIOLOGIA ROZWOJU – część zwierzęca

Podręczniki:

„Embriologia dla studentów medycyny”

„Embriologia zwierząt i człowieka”

• ROZWÓJ – proces, w wyniku którego z jednej komórki powstaje złożony organizm wielokomórkowy; obejmuje zwiększenie liczby komórek, różnicowanie, powstawanie wzoru planu budowy ciała, morfogenezę oraz wzrost.

• ROZWÓJ – wszystkie nieodwracalne zmiany organizmu od syngamii do śmierci (ew. dojrzałości płciowej).

• EMBRIOLOGIA – nauka o rozwoju zarodkowym (gr. Embryos=zarodek + logos=nauka)

Embriologia = ogólna i szczegółowa

• Za ojca embriologii uznawany jest Arystoteles (384-322 p.n.e.) – opracował traktat o rodzeniu się zwierząt

• Do końca XVI w panowała idea samorództwa

• 1651 Wiliam Harvey ogłosił traktat o pochodzeniu zwierząt – „Nie ma niczego, co nie miałoby początku w jaju”

• 1680 – A. Leeuwenhoek opisał ludzkie pleminki

• 1844 – Albert von Kollike stwierdził że jaja są …

• II połowa XIX w – badania nad gameto genezą

• I połowa XX w – nauka z pogranicza morfologii, fizjologii i biochemi

• II połowa XX w – nauka z pogranicza genetyki i biotechnologii

preembriogeneza embriogeneza- trwa do urodzenia postembriogeneza- po urpdzeniu i trwa do starości

SPERMATOGENEZA

• u dojrzałego płciowo mężczyzny wytwarzanie plemników zachodzi ciągle i każdej doby tworzą się ich miliony;

• cykl spermatogenetyczny trwa 74 dni;

• spermatogeneza zachodzi w jądrze;

SPERMATOGENEZA - w kanaliku krętym

-hormon LH, TSH – zaczyna działać mechanizm sprzężeń wzrotnych ujemnych, zachodzi prawidłowa spermatogeneza

SPERMATOGONIA 44+XY

4c SPERMATOCYT I RZĘDU 44 + XY

REDUKCJA CHROMOSOMÓW O POŁOWĘ

SPERMATOCYT II RZĘDU

22+X 22+Y

……………………………………………………………………………………………………………

4 SPERMATYDY

22+X 22+Y

PLEMINKI

SPERMIOGENEZA

PLEMNIK – składa się z główki oraz witki (całość ma długośc 6,5µm; główka, szyjka, wstawka, odcinek głowny, odcinek końcowy)

• główka zwiera materiał genetyczny (22+X lub 22+Y);

• akrosom zawiera enzymy niezbędne do wniknięcia plemnika do komórki jajowej (reakcja akrosomalna);akrozyna, hialuronidaza, kwaśna proteinaza, esteraza, kolagenoza)

  

• powstające plemniki są czynnościowo niedojrzałe – dojrzewanie zachodzi w przewodzie najądrzy (1-2 tygodnie)- kwas sialowy, ornityna, inhibitory enzymów akrosomalnych;

• wydzielina bańki nasieniowodu pobudza ruchliwość plemników i rozrzedza nasienie;

• wydzieliny o podobnym działaniu produkują też pęcherzyki nasienne (zasadowy płyn: kwas askorbinowy, fruktoza, prostaglandyny, cholina, wesikulina- koaguluje nasienie);

• gruczoł krokowy wytwarza wydzielinę o charakterze zasadowym pobudzającym ruch plemników (spermina, fosfataza, fruktoza);

• gruczoły opuszkowe produkują śluzową wydzielinę wydalaną do cewki przed wytryskiem nasienia;

Ejakulat zdrowego mężczyzny (30-40lat) cechuje się następującymi parametrami:

• Objętość ≥ 2 ml

• Całkowita liczba plemników ≥ 40ml

• Ruchomość (godzina po erekcji) ≥ 50%

• Morfologia ≥ 14% o prawidłowym kształcie i budowie

• Żywotność ≥ 75% żywych

Czas przeżycia plemników (okres zdolności do zapłodnienia) wynosi 2-4 dni. Żywotność zależy od pH pochwy.

Niepłodność męska:

• Olgiospermia

• Polispermia

• Zmniejszona ruchliwości plemników

• Anomalie morfologiczne plemników

• Nieprawidłowe gamety

  W 50% za niepłodność męską odpowiada czynnik męski !

Nieprawidłowe podziały spermatogonii

44 XY (spermatogonia)

44 XY 44 XY

22 X 22 Y 22 0 22 XY

(22 0 nieprawidłowy spermatocyt II rzędu)

44 XY

22 XY 22

22 XY 22 XY 22 22

Plemniki z 24 chromosomami / plemniki bez chromosomów płciowych

OOGENEZA

• Prekursorowe komórki płciowe (gonocyty) w okresie zarodkowym wnikają do zawiązku gonady żeńskiej odtąd nazywa się je oogoniami;

• Oogonium pierwotne dzieli się mitotycznie wchodzi w profazę I podziału mejotycznego (leptoten, zygoten, pachyten, diploten) – zahamowanie pod wpływem białka OMI (inhibitor dojrzewania oocytów);

• I podział mejotyczny kończy się tuż przed owolacją. Oocyt II rzędu przystępuje do II podziału mejotycznego (zahamowanie w metafazie- czynnik cytostatyczny CSF);

• Mejoza kończy się w jajowodzie; z jednej oogoni powstają 3 ciałka kierunkowe i 1 komórka jajowa (22X);

OOGONIA 44+XX

OOCYT I RZEDU 44+XX

OOCYT II RZĘDU CIAŁKO KIERUNKOWE

DOJRZAŁY OOCYT CIAŁKO KIERUNKOWE

• W obu jajnikach noworodka znajduje się 1-2 mln oocytów; w okresie pokwitania jest tylko 20-40 tys, z tego 420-480 podlega dojrzewaniu w okresie rozrodczym (przez ok. 30 lat); przed menopauzą zostaje ok. 100

• W ciągu długiego czasu dojrzewania oocyt jest narażony na liczne czynniki szkodliwe – stąd z wiekiem większe prawdopodobieństwo urodzenia potomstwa z wadą bądź trudności z zajściem w ciążę.

JAJNIK

NIEPRAWIDŁOWY PODZIAŁ OOGONI

44 XX OOGONIA

44 XX 44XX (OOCYT I RZĘDU)

22 X 22 X 21 X 23 X

(nieprawidłowe oocyty II rzędu)

44 XX

22 XX 22

22 XX 22 XX 22 22

Dojrzały oocyt ciałka kierunkowe

CYKL JAJNIKOWY

• owulacja trwa ok. 1 minuty;

• z pozostałej po owulacji części pęcherzyka Graafa powstaje CIAŁKO ŻÓŁTE- gruczoł wydzielający progesteron;

• czas życia komórki po owulacji wynosi 6-18h;

• procesy związane z: dojrzewaniem pęcherzyków jajnikowych, uwolnieniem komórki jajowej, ukształtowaniem się ciałka żółtego (zanika po 20. tygodniu ciąży).

OOCYT

Komórki warstwy ziarnistej leżącej najbliżej oocytu tworzą wieniec promienisty; wyposażone są w charakterystyzne wypustki cytoplazmatyczne, które przebijają osłonkę przejrzystą i doceirają do oolemmy; w miejscach kontaktu powstają desmosomy i złącza szczelinowe umożliwiają wymianę substancji.

I FAZA PECHERZYKOWA

• pierwsze 2 tygodnie cyklu;

• FSH pobudza do różnicowania kilku pęcherzyków, ale zwykle 1 osiąga stadium pęcherzyka Graafa i uwalnia oocyt II rzędu (owulat);

• Oocyt w jajniku w postaci pęcherzyka pierwotnego

• Działanie hormonu – pęcherzyk wzrasta, tworzy się warstwa komórek ziarnistych

II OWULACJA (jajeczkowanie)

• 14.dzień cyklu;

• na początku stadium pęcherzykowego stężenie estrogenów jest niewielkie, co na zasadzie sprzężenia zwrotnego stymuluje wydzielanie FSH;

• stężenie LH jest nieznaczne;

• wzrost FSH pobudza wydzielanie estrogenów, ale ich duże stężenie hamuje wydzielanie FSH;

• owulację wywołuje zwiększona synteza LH;

• owulacji towarzyszy także zwiększone stężenie progesteronu na podwzgórze;

• oocyt zostaje wyrzucony z jajowodu

• to co zostaje w jajniku zmienia się w ciałko żółte (produkuje progesteron)

III FAZA LUTEALNA

• ostatnie 2.tygodnie cyklu;

• oocyt spychany na jeden z biegunów.

CYKL MIESIĄCZKOWY

• są to cykliczne zmiany zachodzące w części czynnościowej błony śluzowej trzonu macicy pod wpływem zmieniających się stężeń: estrogenów i progesteronu;

• przeciętny czas cyklu trwa 28 dni;

• dzieli się na 3 etapy:

1) FAZA ZŁUSZCZANIA (miesiączka)

• 1.-5. dzień cyklu;

2) FAZA WZROSTU (proliferacyjna, pęcherzykowa, estrogenowa)

• 6.-14. dzień cyklu;

• pod wpływem estrogenów następuje odbudowa błony śluzowej, która grubieje 2-3krotnie!

3) FAZA WYDZIELNICZA (sekrecyjna, przedciążowa)

• 15.-28. dzień cyklu;

• pod wpływem progesteronu dalsze grubienie błony śluzowej (10nm) – reakcja paradoczesnowa

• Na dwie doby przed miesiączką, w wyniku obniżenia poziomu estrogenów i progesteronu następuje obkurczenie ściany tętnic, co powoduje niedokrwienie i obumarcie warstwy czynnościowej endometrium

• Jeśli dochodzi do zapłodnienia ok. 6 dnia fazy wydzielniczej (ok.20 dzień cyklu) zarodek w stadium blastocysty zagnieżdża się w błonę śluzową (doczesnową) macicy – trwa faza wydzielnicza (faza reakcji doczesnowej)

ZAPLEMNIENIE

• Plemniki zawarte w ejakulacie zostają złożone w sklepieniu pochwy tuż przy ujściu zewnętrznym kanałem szyjki macicy;

• W ciągu 1 godziny docierają do komórki jajowej – skurczenie błony mięśniowej macicy i jajowodów

• Ruch plemników jest kierowany rotaksją ujemną

  ≥40mln –> dociera kilkaset do komórki jajowej –> 200 uczestniczy w zapołodnieniu –> tylko 1 łączy się z oocytem !

W trakcie wędrówki przez drogi rodne kobiety plemniki podlegają procesowi kapacytacji (szereg procesów zachodzących w plemnikach, w wyniku których uzyskują one zdolność do reakcji akrosomowej).

KAPACYTACJA

• Trwa 3-7h;

• Rozpoczynają się od usunięcia przez enzymy zawarte w śluzie szyjki i trzonu macicy substancji powlekających powierzchnię główki plemnika tzw. czynników dekapitacyjnych (białka);

• Substancja akrosomowi: glikoproteiny, kutyna – inhibitor transportu jonów wapnia,cholesterol, spermina);

• Zjawisko swoiste gatunkowo;

• Szereg zachodzi także w strukturze fizjologii plemników:

• Zmiany składu i rozmieszczenia fosfolipidów oraz zawartości cholesterolu;

• Odsłonięcie receptorów odpowiedzialnych za wiązanie plemnika z osłonką przejrzystą;

• Zwiększenie przepuszczalności błony dla jonów wapnia, potasu, wodoru;

• Wzrost aktywności glikolitycznej, zużycie tlenu, pH oraz stężenia cAMP.

ZAPŁODNIENIE

• wieloetapowy proces polegający na połączeniu plemnika z oocytem w wyniku czego powstaje zygota

1. Przejście plemnika w wieńcu promienistym

• Wieniec promienisty jest selektywnym filtrem;

• W skład substancji międzykomórkowych wchodzą: kwas hialuronowy, fibronektyny, laminina i inne;

• Rozluźnienie komórek i penetracja plemnika możliwe dzięki hialuronidazie i ruchom witki plemnika.

1. Przeniakanie plemników przez osłonkę przejrzystą

• działanie akrozyny;

• plemnik przenika przez szczelinę w osłonie (tunel zapłodnienia) i wnika do przestrzeni okołożółtkowej;

• utwardzona osłona staje się nieprzepuszczalna dla następnego plemnika = reakcja osłony.

Glikoproteiny

ZP1 – wstępne wiązanie plemnika, aktywacja reakcji akrosomowej;

ZP2 – po zakończeniu reakcji akrosomowej wtórnie wiąże plemnik bierze udział w bloku przeciw polispermii;;

ZP3 – funkcja strukturalna

2 ETAPY:

1. Interakcja białek receptorów błony komórkowej plemnika z cząsteczkami glikoproteiny z ZP3-> aktywacja reakcji akrosowej -> depolaryzacja błony-> aktywacja kanałów wapniowych ->napływ jonów wapnia -> uruchomieniu wewnątrzkomórkowych szlaków sygnalizacyjnych -> wzrost pH, aktywacja enzymów -> fuzja błony akrosomowej z zewętrzną błoną plemnika -> wyzwolenie reakcji akrosomalnej -> plemnik wiąże się z ZP2

2. Przechodzenie plemnika przez osłonkę tłumaczy kilka hipotez:

• HIPOTEZA ENZYMATYCZNA – plemnik toruje sobie drogę w wyniku trawienia osłonki przez enzymy hydrolityczne;

• HIPOTEZA MECHANICZNA – dzięki ruchom plemnika enzymy potrzebne tylko do odsłonięcia receptorów wiążących;

• WSPÓŁDZIAŁANIE CZYNNIKÓW- plemnik przenika przez szczelinę osłonę zwaną tunelem zapłodnienia i wnika do przestrzeni okołżółtkowej. Od tego momentu w wyniku utwierdzenia osłona staje się nieprzepuszczalna dla nastepnego (reakcja osłony)

  Olemma - błona komórkowa oocytu

1. Fuzja błon oocytu i plemnika

• Wstępny kontakt (adhezja) odbywa się za pośrednictwem segmentu równikowego główki plemnika z mikrokosmkami oocytu

• Następuje fuzja błon komórkowych, która jest dalej kontynuowana wzdłuż tylnej części główki i wici (fuzja umożliwia wniknięcie do oocytu główki, wstawki, centrioli i centrioli)

• W wyniku fuzji odmma traci zdolność do łączenia się z innymi plemnikami białko ARP i CD9.

Aktywacja oocytu i reakcja błonowa

• W chwili, gdy pierwszy plemnik nawiąże kontakt z odemną oocytu dochodzi w nim do indukcji reakcji korowej;

• Pierwszą oznaką aktywacji jest wzrost poziomu wapnia w oocycie;

• Ziarna korowe wytwarzane są przez aparat Golgiego podczas dojrzewania oocytu i gromadzą się przy odemmie (glikoraniniglikazy, proteazy, glikozydazy, kwaśna fosfataza i peroksydaza);

• Wzrost jonów wapnia;

• + reakcja osłony

1. Powstanie przedjądrzy

• Wzrost stężenia jonów wapnia;

• Inaktywacja cznnika cytotoksycznego CSF;

• Asymetryczna cytokineza;

• Wokół chromatyny odtwarza się osłonka jądrowa powstaje przedjądrze żeńskie.

• Główka plemnika powiększa się;

• Następuje rozpad osłonki jajowej;

• Dekondensacja chromatyny (rozpad wiązań dwusiarczkowych pod wpływem zredukowanej formy glutationu z ooplazmy);

• Uwolnione DNA wiąże się z histonami matczynymi;

• Wokół zdekondensowanej chromatyny jądra plemnika rekonstruują się osłonki jądrowa i powstaje przedjądrze męskie.

1. Fuzja przedjądrzy

• Przedjądrza wchodzą w fazę S i rozpoczynają wędrówkę do centrum komórki jajowej podczas której nastepuje replikacja DNA (ok.12h);

• Przez pewnien czas przedjądrza pozostają ze sobą w ścisłym kontakcie.

Mechanizmy zabezpieczające przed polispermią:

• Redukcja liczby plemników przed ich dotarciem do oocytu;

• Blok przeciwko polispermii na poziomie osłony przejrzystej;

• Redukcja korowa;

• Zmiany w oolemmie – prawdopodobnie przez modyfikacjęreceptora.

W efekcie zapłodnienia dochodzi do:

• Odtworzenia diploidalności liczby chromosomów;

• Określenie płci przez chromosom X lub Y plemnika;

• Zapoczątkowania serii podziałów komórkowych określanych bruzdkowaniem.

BRUZDKOWANIE

30h

• Pierwszy podział zachodzi na osi wyznaczonej przez I ciałko kierunkowe (płaszczyzna południkowa);

40-50h

• Podczas II podziału jeden blastomer dzieli się w płaszczyźnie południkowej a drugi równoleżnikowej ;

Ok. 50h

• W stadium 8 komórkowym luźno połączone do tej pary blastomery zaczynają ściśle do siebie przylegać dzięki czemu zarodek staje się zwartą strukturą (kompakcja);

3-4 dni

• Bruzdkowanie w jajowodzie trwa aż do osiągnięcia stadium moruli -> przejście do jamy macicy

Bruzdkowanie zapoczątkowuje również proces różnicowania, bo poszczególne blastony zawierają cytoplazmę o różnych właściwościach.

Powstanie blastocysty

MORULA -> KAWITACJA -> BLASTOCYSTA

• Między blastomerami tworzą się przestrzenie wypełniające się płynem;

• Zanik osłonki przejrzystej.

Komórki blastocysty są totipotencjalnymi komórkami macierzystymi zdolnymi do różnicownia w różne typy komórek i taknek

IMPLANTACJA

• W okresie implantacji błona śluzowa znajduje się w fazie wydzielniczej cyklu miesiączkowego

• Trofoblast przylegający do bieguna zarodkowego zaczyna różnicować się na dwie warstwy

• Syngtiotrofoblast (zewnętrzny) – wielojądrowa masa cytoplazmy

• Cytptrofoblast (wewnętrzny)- komórka o duzej aktywności mitotycznej

Etapy:

• Przylegania – blastocysta biegunem zarodkowym zbliża się do nabłonka błony śluzowej macicy -> uwolnienie enzymów lizosomalnych z syncytiów trofoblastu

• Przenikania – enzymy niszczą nabłonek i blastocysta wnika w głąb warstwy zbitej endometrium

• Rozprzestrzenienia – zarodek zaczyna czerpać produkty odżywcze z endometrium

• Zatrzymania – endometrium wydziela białkowy inhibitor ….

Powstanie dwulistkowej tarczki zarodkowej:

• Komórki węzła zarodkowego różnicują się na dwie warstwy: epiblast (ektoderma) i hipoblast (endoderma);

• Zarodek przyjmuje postać płaskiej tarczy (tarcza zarodkowa);

• Komórki hipoblastu tworzą woreczek żółtkowy (wyściełają jamę ciała);

• Z poliferujących komórek epiblastu tworzy się owodnia (amnioblast).

Różnicowanie się trofoblastu

Syncytiotrofoblast

• rozkłada wypełnione glikogenem substancjami tłuszczowymi komórki doczesnowe dostarczając tych produktów zarodkowi;

• w syncytium trofoblastu – powstają lakumy trofoblastyczne (10.dzień)

• uszkodzenie naczyń krwionośnych endometrium (początek krążenia maciczno – łożyskowego);

• od wewnętrznej powierzchni cytrotroblasu dzielącej się komórki które wytwarzają mezodermy pozazarodkowe (12.dzień)

• wakuolizacja mezodermy pozazarodkowej i łączenie się w jedną pozazarodkową jamę ciała;

• miejsce, które nie ulega wakuolizacji łączy zarodek z trofoblastem tzw. szypuła łącząca – z tego rozwinie się sznur pępowinowy (14.dzień).

Gonadotropina kosmówkowa – hCG stymuluje aktywność ciałka żółtego !!

GASTRULACJA

Tworzenie się mezodermy - 3 tydzień

• Gastrulacja rozpoczyna się utworzeniem smugi pierwotnej;

• Komórki epiblastu w rejonie smugi pierwotnej wnikają między epiblast i hipoblast tworząc luźne skupienie mezodermy wewnątrzzarodkowej;

• Na przednim końcu smugi pierwotnej powstają zagęszczenie komórek mezenchymalnych węzeł pierwotny Hensena (w w nim stożek pierwotny)

• W 16 dniu od węzła Hansena w kanaliku głowowym zaczyna tworzyć się zawiązek struny grzbietowej i z kanałem będącym przedłużeniem dołka pierwotnego

Powstanie struny grzbietowej

• Struna grzbietowa powstaje jako skupienie mezodermy z kanałem będącym przedłużeniem dołka pierwotnego

• W 18 dniu wyrostek struny grzbietowej łączy się z położoną między endodermą tworząc pasmo na sklepieniu pęcherzyka żółtkowego od węzła pierwotnego do płytki przedstrunowej (?)

• Endoderma zanikła – tworzy się połączenie między jamą owodni a pęcherzykiem żółtkowym (kanał nerwowo – jelitowy)

• Ok. 20 dnia wyr. Struny grzbietowe przekształca się w opłaszczoną płytkę struny grzbietowej

• Płytka ulega zagłębieniu wzdłuż osi długiej a następnie począwszy od ….zamyka się i powstaje struna grzbietowa

• Struna grzbietowa astanowi pierwszą oś tarczki zarodkowej dookoła struny powstaje szkielet kręgosłupa

• Różnicowanie ektodermy przebiega poprzez stadium: płytki, rynienki , cewy nerwowej

• Od 18. dnia ektoderma rozciąga się nad struną, tworzy płytkę nerwową

• Ok. 20 płytka zagłębia się tworząc fragmenty nerwów otoczoną fałdem nerwowym

• Fałdy zbliżają się do siebie i następuje zamknięcie rynienki w cewę nerwową

• 26 dnia następuje zamknięcie otworu przedniego a 28 – tylnego

• Po 18. dniu smuga pierwotna ulega stopniowemu zanikowi

• Z chwilą powstania struny grzbietowej tworzy się mezoderma osiowa

• Po bokach struny grzbietowej od błony gardłowej do stekowej powstaje mezoderma przyosiowa

• Mezoderma przyosiowa przechodzi odśrodkowo w mezodermę pośrednią i mezodermę boczną

• Ok. 20 dnia rozpoczyna się metameryzacja – powstają somity począwszy od części głowowej (43)- wiek somitalny

• Mezoderma boczna dzieli się na dwa listki przez zanik komórek – pomiędzy listkami powstaje wewnątrzzarodkowa jama ciała, która łączy się z pozazarodkową jamą ciała (jama kosmówki).