Meioos loomses organismis Tundlikud perioodid oogeneesiskodu.ut.ee/~dyyna/Ovogenees.pdf•...
Transcript of Meioos loomses organismis Tundlikud perioodid oogeneesiskodu.ut.ee/~dyyna/Ovogenees.pdf•...
Oogenees Marika Masso 2019
1
OOGENEES ehk OVOGENEES
Pildimaterjali praktiliste tööde juurde: Female Reproductive System. Lab Exercises http://microanatomy.net/female_reproductive/ovary_preovulation.htm
Atlas of Histology http://www.med.uiuc.edu/histo/medium/atlas
LISAMATERJALE: Online course in embryology for medicine students developed by the universities of Fribourg, Lausanne and Bern Oogenesis http://www.embryology.ch/anglais/cgametogen/oogenese01.html
ANIMATSIOONID: Ovogenees
Naiste viljatuse põhjused: http://www.viljatus.ee http://www.viljatus.ee/naiste-viljatuse-abc/naiste-viljatuse-pohjused.html
"BIOLOOGIA PRAKTIKUM I" R. Masso, A. Saag, M. Masso. Tartu, 2018 vt Moodle: õppeaine BIOLOOGIA / Arengubioloogia praktikumid / Bioloogia PRAKTIKUM I
Esmaste sugurakkude ehk gonotsüütide eristumine
algab inimese embrüo 3. arengunädalal ja migratsioon rebukoti seinast gonaadi algmesse toimub embrüo 4.-6. arengunädalal.
2013 Medrano JV et al. Germ Cell Differentiation from Pluripotent Cells.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23329632
Meioos loomses organismis SPERMATOGENEES OVOGENEES ehk OOGENEES
Mitootiliselt jagunevad eellasrakud
M e i o o s I
M e i o o s II
SPERMID 4[1n 1c]
1. POLAARKEH A
1n 2c
2n 4c 2n 4c
2. POLAAR-
KEHA 1n 1c
SPERMATOGOONID OOGOONID
PRIMAAARNE SPERMATOTSÜÜT
SEKUNDAARNE SPERMATOTSÜÜT
2[1n 2c]
SPERMATIIDID 4[1n 1c]
PRIMAARNE OOTSÜÜT
SEKUNDAARNE OOTSÜÜT
1n 2c
MUNARAKK 1n 1c
Meioosi I blokaad
Meioosi II blokaad
Tundlikud perioodid oogeneesis
I
II
III
2008 Hunt & Hassold Human female meiosis: what makes a good egg go bad? TÜ võrgus Full text: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18192063
Meioosi I profaas on meioosi kõige tundlikum periood! Tekib suurel hulgal vigu, mille tulemusena hävib suur hulk tulevasi sugurakke, vastavalt kas spermato- või ootsüüte.
Kuna just oogeneesi ajal on SAC-kontrollpunkti töö ebaefektiivsem kui
spermatogeneesis ja halveneb veelgi ema vanuse kasvades, siis saab
järeldada, et I profaasi vead oogeneesil (vigane krossingover kiasmide
mittetekkimine homoloogiliste komosoomide vahel) , mis põhjustavad järgnevalt
kromosoomide lahknemishäireid, ongi peamine genoommutatsiooniga
ehk ANEUPLOIDSETE ootsüütide sügootide tekke allikas.
ANEUPLOIDIA esineb 1-2% spermatosoididest, 20-30% ootsüütidest
ning 25-35% kõigist moodustunud sügootidest.
Oogeneesi I profaas kestab 10-50 aastat, spermatogeneesil 21 päeva.
Oogeneesil rekombinatsioone ~1,6 x rohkem kui spermatogeneesil.
Oogeneesi meioosil tekib vigu ~10 x sagedamini kui spermatogeneesil.
ehk käävisüsteemi kontrollpunkt (spindle assembly checkpoint) –
kontrollib meioosi ja/või mitoosi metafaasides kääviniitide õiget
kinnitumist kinetohooridele ja kromosoomide joondumist.
SAC kontrollpunkt on efektiivne spermatogeneesis, oogeneesis laseb
kergesti läbi kromosoomide mittekinnitumisi ja/või joondumisi.
Kontrollpunkti efektiivsus väheneb vanuse kasvades, eriti oogeneesis.
Kontrollpunkti töö häirumine ongi peamine põhjus ANEUPLOIDSETE
ehk kromosoomide vale arvuga gameetide / sügootide tekkeks.
Aneuploisus on reeglina letaalne, erandina esineb elussünde sugukromosoomide trisoomiate või 45,X0 monosoomia puhul, harvem autosoomide, peamiselt 21. kr, 13. ja 18. kr trisoomia puhul.
SAC – kontrollpunkt
Oogenees Marika Masso 2019
2
Vananedes halveneb ootsüütide kvaliteet. Ootsüütides väheneb
* 2012 Jessberger R . Age-related aneuploidy through cohesion exhaustion.
http://www.nature.com/embor/journal/v13/n6/full/embor201254a.html
* 2012 Nagaoka et al. Human aneuploidy: mechanisms and new insights into an age-old
problem. http://www.nature.com/nrg/journal/v13/n7/full/nrg3245.html
* 2013 Kalmbach KH et al. Telomeres and human reproduction. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3857638/
• DNA-kahjustuse kontrollpunkti efektiivsus ja DNA reparatsioonivõime I profaasi lõpus
• rakutsükli regulaatorvalkude efektiivsus
• käävi kontrollpunkti (SAC) töö efektiivsus nii I kui II metafaasis*
ja/või tütarkromatiidide sidusus ehk kohesioon* ANEUPLOIDIA
• telomeeride pikkus, mistõttu nt tekivad vigased käävisüsteemid * (kui follikulaarepiteeli rakkudes, siis nende funktsiooni halvenemine)
• kaitsevõime oksüdatiivse stressi vastu
2016 Meldrum DL et al. Aging and the environment affect gamete and embryo potential. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0015028216000480
Box 4. 2012, Nagaoka et al. Nature Reviews, Genetics
Trisoomiate esinemise sagedus suureneb ema vanusega
<19 20-24 25-29 30-34 35-39 40+ Age (years)
Origin of extra chromosome Maternal age curve Association with recombination
Tulevaste munarakkude arv
1 kuu vanusel embrüol on ~ 1 700 mitoootilist gonotsüüti, mis need moodustavad embrüonaalse gonaadi.
2 kuu vanusel embrüol ~600 000 mitoootilist oogooni
5 kuu vanusel lootel ~7 000 000 mitootilist oogooni
sünnihetkel 700 000 – 2 000 000 primaarset ootsüüti
puberteedi alguses ~300 000 primaarset ootsüüti
30 aastasel naisel ~85 000 primaarset ootsüüti
51 aastasel naisel ~1000 primaarset ootsüüti
2009 Hartshorne GM et al. Oogenesis and cell death in human prenatal ovaries. Figure 1: https://academic.oup.com/molehr/article/15/12/805/1047018#18776135
2012, Wallace & Kelsey
% of non-
growing follicles
population remaining
Age ( years)
— remaining
ovarian reserve
%
Human Ovarian Reserve from Conception to the Menopause
2013 Zhang H et al. Combating ovarian aging depends on the use of existing ovarian follicles, not on putative oogonial stem cells. http://www.reproduction-online.org/content/146/6/R229.long
Munarakkude reserv, tulevaste munarakkude arv kahaneb pidevalt naise elu jooksul
Sünnihetkel kuni 2 mln primaarset ootsüüti, puberteedi alguseks
~400 000 primaarset ootsüüti primordiaalses folliikulis.
Ootsüüdid võivad hukkuda oogeneesi erinevatel perioodidel,
põhjuseks võib olla - meioosi sisenemise ebaõnnestumine
- krossingover’i ebaõnnestumine
- meioosi 1. seisakusse mineku ebaõnnestumine
- folliikuli moodustumise ebaõnnestumine
- ootsüüdi ja follikulaarepiteeli vaheliste rakukontaktide kadu
- ootsüüdi mitokondrite suur polümorfism jne
ootsüüdi APOPTOOS ja/või folliikuli atreesia
A dogma in biology of reproduction states that the pool of non-renewable primordial follicles serves as a source of developing follicles and oocytes that declines with age.
Self-renewal of primordial follicles!
This doctrine has been challenged by the Jonathan Tilly’s team in 2004 and 2005, who claimed that a neo-oogenesis can occur in the ovary of adult mouse. According to their data, neo-oogenesis would originate from female germline stem cells present in the ovarian surface epithelium and bone marrow.
The hypothesis based on Tilly’s recent data remains to be fully demonstrated, and that the model of depletion of ovarian reserve during the female sexual life remains the most plausible.
2019 Martin JJ et al. Implications and Current Limitations of Oogenesis from Female Germline or Oogonial Stem Cells in Adult Mammalian Ovaries.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30696098
2017 Porras-Gómez TJ, Moreno-Mendoza N. Neo-oogenesis in mammals. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28780921 Pro & Contra
2017 Bhartiya D, Patel H. Ovarian stem cells-resolving controversies. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29128912
2017 Horan CJ, Williams SA. Oocyte stem cells: fact or fantasy? http://www.reproduction-online.org/content/154/1/R23.long
Oogenees Marika Masso 2019
3
Peamine roll on hüpotaalamusel ja tema neuroendokriinsel regulatsioonil, mis kontrollib hüpofüüsi eessagara hormoonide eritumist:
LH - luteiniseeriv hormoon
FSH - folliikuleid stimuleeriv hormoon
Ovulatsioon
LISALUGEMIST: Interactions and effects of the hormones with and on the follicle. http://www.embryology.ch/anglais/dbefruchtung/milflleFolik/mfFolikel.html
Hormonaaltsüklid ja ootsüüdi areng
NUCLEUS Medical_ ANIMATIONS 3D by Title Ovulation http://catalog.nucleusinc.com/generateexhibit.php?ID=67312&I=
Oogenees Hormonaalne regulatsioon Viljastumine 3D animation https://www.youtube.com/watch?v=XzbrO2DQSL4
"The Normal Female Reproductive System" and is produced by Schering-Plough
FILMIÕHTUKS
Oogenees: a) ovariaaltsükkel; b) hormonaalne kontroll
ANIMATSIOONID: http://www.ut.ee/~dyyna
The Science of Biology 9th edition
by William K. Purves, David Sadava, Gordon H. Orians, and H. Craig Heller
Student Website for Life: Animated tutorials: http://www.springer.com/cda/content/document/cda_downloaddocument/4202s.swf
Viljatuse peamisi põhjusi naistel:
• geneetilised põhjused ~10%
• oogeneesi puudulikkus s.h meioosi I profaasi häired
• ovulatsioonihäired kuni 27% - peamiselt hormonaalsetel põhjustel
• anatoomilised probleemid kuni 22%
• infektsioonid, põletikud kuni 60% tagajärg: munajuhade sulgumine, emaka limaskesta kahjustumine jm
• endometrioos kuni 30% • emakamüoom • immunoloogilised probleemid • keskonna kahjustav mõju toksiinid (bisfenool A, ftalaadid, etanool, ravimid),
kiirgus, eluviis
• naise ema eluviisid nt toitumine, hormonaalsete kontratseptiivide kasutamine
Naiste infertiilsus
VILJAKUSE hindamine Munarakkude arvu/varu hindamine: hormoonitaseme (FSH) mõõtmise testid Menopausi algus: geenitestid http://novaator.err.ee/v/491e749a-bccf-4cc4-8eae-019216ca3904
Folliikuli areg munasarjas
Histoloogiline preparaat 100 x H&E
Oogenees
Meioosi algus
Primaarne ootsüüt
Mitootiliselt jagunevad oogoonid embrüos
Meioosi lõpp
Sekundaarne ootsüüt ja polaarkeha
Viljastumine
Folliikuli arenemisperioodil on ootsüüt on meioosi I profaasis
Ristlõige munasarjast
Gregory F. Erickson, PhD Follicle Growth and Development
http://www.glowm.com/section_view/heading/Follicle%20Growth%20and%20Development/item/288
Folliikuli arengu skeem
Folliikul koosneb: • primaarsest ootsüüdist
ja • teda ümbritsevatest
folliikulaarepiteeli rakkudest
Follikulaarepiteeli rakud toetavad ootsüüdi arengut:
• alimentaarselt
• sünteesivad östrogeeni • edastavad signaalmolekule
Kollaskeha
Primaarne folliikul kasvufaasis
Sekundaarne folliikul
Tertsiaarne folliikul ehk
Graafi põieke
Ovuleeruv sekundaarne ootsüüt
Primordiaalne folliikul
Valkjaskeha
Oogenees Marika Masso 2019
4
Folliikulite mõõdud ja kasvuperioodid: primordiaalne folliikul 55-75 mm
moodustuv Graafi põieke 200 mm
ovuleeruv Graafi põieke ~ 20 mm
Aeglase kasvu periood (~3 kuud) Kiire kasvu periood (8-12 päeva)
Oogenees. Kasvuperiood
Kasvuperioodil toimub folliikuli (ootsüüt + teda ümbritsevad
follikulaarepiteeli rakkude kihid) suurenemine.
Ultrahelipilt Graafi põiekesest 1 – munasarja strooma 2 – folliikuliõõs 3 – follikulaarepiteeli rakud 4 – Graafi põiekese läbimõõt ~22 mm
Ootsüüdi kasvamine folliikulis kasvuperioodil (I profaasis)
Primordiaalsed folliikulid
munasarja koore all
Küps tertsiaarne ehk Graafi folliikul
Primaarne ootüüt
Ootsüüdi maht suureneb ~40 korda diameeter suureneb 30 mm → 120 mm
Inimese embrüonaalne munasari, oogoonid
Fig. 1: Surface of fetal ovary (15 weeks) showing coelomic epithelium (E) and oogonium (O) surrounded by potential follicle cells (F). D, degenerating cell; L = light cell.
Fig. 2: Oogonium with a central nucleus, containing a reticulated nucleolus, surrounded by potential follicle cells (F). Note sparse cytoplasm with mitochondria (M) and two centrioles (arrowhead) associated with a Golgi complex (G).
Selvaraj, Sathananthan, 2003
35 250 x 310 500 x
Inimese primaarne ootsüüt kasvufaasis
Fig. Aspirated growing oocyte from a small antral follicle. Note reticulated nucleolus in nucleus and CGs separated from oolemma beset with numerous microvilli. G, Golgi complex; M, mitochondria; Z, zona.
Sathananthan, 2006
33 500 x
TUUM
TUUMAKE
Ootsüüdi tsütoplasma
Zona pellucida
Mikrohatud
Ootsüüdi valmistumine ovulatsiooniks. Meioosi I blokaadi lõpp, meioosi jätkumine
PROFAAS I
24-38 tundi enne ovulatsiooni lõpeb ootsüüdis meioosi I seisak ja järgnevalt toimuvad meioosi
I profaas → II metafaas, nn küpsemisjagunemine.
METAFAAS II
Primaarne OOTSÜÜT
Toimub GVBD (Germinal Vesicle Breakdown) s.t ootsüüdi I profaasi tuuma lagunemine, ootsüüt läheb I metafaasi ja meioos toimub II metafaasini – oogeneesi II seisakuni.
GV
Luteiniseeriv hormoon (LH)
annab signaali
Sekundaarne OOTSÜÜT
I metafaas ja II metafaas inimese ootsüütides. Käävi orientatsioon ootsüüdis
Fig. 16: Metaphase I oocyte showing spindle with chromosomes. The CGs (C) are aligned close to oolemma. M, mitochondria; S, SER; Z, zona. Fig. 17: Metaphase II oocyte with characteristic, barrel-shaped spindle with chromo-somes at the equator. There are neither centrioles nor dense centrosomal material at the poles . Note several CGs (C) above spindle zone. M, mitochondria; S, SER; Z, zona. Sathananthan, 1985, 1988
313 200 x 39 1200 x
Imetajate (v.a hiirte) ootsüütides “kaovad” pärast meioosi I profaasi tsentrioolid - ootsüüdi tsentrosoomid on atsentriolaarsed.
2015 Avidor-Reiss T et al. Atypical centrioles during sexual reproduction. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4381714/
Oogenees Marika Masso 2019
5
Composite illustration of the ultrastructure of preovulatory human oocytes showing various organelles from the germinal vesicle to metaphase II stages and of two follicle cells. A, aggregate of SER; C, caveola; CCP, CR process; CG, cortical granules; Ch, chromosomes; CR, corona radiata; En, endocytosis; Ex, exocytosis; G, Golgi complex; L, primary lysosome; LG, lipid globule; M, mitochondria; MB, multivesicular body; MF, microfilaments; MT, microtubules; MV, microvilli; N, nucleus; PB1 = 1st polar body; PR, polyribosome; PVS, perivitelline space; R, ribosomes; RB, residual body; RER, rough endoplasmic reticulum; S, vesicular SER; Sp, meiotic spindle; V, vacuole; Z, zona pellucida. Sathananthan, 2006
Inimese preovulatoorne ootsüüt
Aukliiduste kaudu
toimub ka meioosi kulgu
reguleerivate
faktorite - cAMP, Ca2+ jt
liikumine
follikulaarepiteeli
rakkude
ja ootsüüdi vahel
Kassi munasari ja munajuha. Preparaat
Munasarja koor
Munasarja säsi
Ristlõige kassi munasarjast. Preparaat Primordiaalsed folliikulid
Graafi põiekese antrum
Primaarne folliikul
Sekundaarne folliikul
Atreetiline folliikul
Zona pellucida
Ootsüüdi tsütoplasma
Ootsüüdi TUUM I profaasis
Munasarja koor
Tertsiaarne folliikul ehk Graafi põieke
Primaarne ootsüüt ja selle tuum I profaaasis Zona pellucida Folliikuliõõs Corona radiata – ootsüüti ümbritsevad follikulaarepiteeli rakud Granuloosa ehk follikulaarepiteel Basaalmembraan Teeka
Sekundaarne ootsüüt
ovulatsiooni hetkel
Sekundaarne ootsüüt
Munasarja koor
Follikulaarepiteeli rakud
Ootsüüti saatvad follikulaarsed rakud (corona radiata)
Kollaskeha ja Graafi põieke. Preparaat
Munasarja koor
Tertsiaarne folliikul
Kollaskeha Corpus luteum