Файл: Учреждение образования полесский государственный университет в. Т. Чещевик молекулярные основы.pdf

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 34
Сперматогенез у высших позвоночных животных протекает в семенниках.
Семенник позвоночных подразделен на два отдела: семенные канальцы и межканальцевое пространство (строма). В последнем находится обширная сеть кровеносных сосудов, клетки Лейдига, а также макрофаги, фибробласты, лимфоциты и тучные клетки. Семенные канальцы отделены от стромы ограничивающей мембраной, которая образована уплощенными клетками, расположенными в 2–3слоя. Эти клетки могут превращаться в клетки Лейдига, которые продуцируют тестостерон. Эпителий семенных канальцев имеет сложный состав и образован клетками двух типов: половыми (гоноциты) и соматическими клетками фолликулярного эпителия (клетки Сертоли). Клетки
Сертоли обеспечивают дифференцирующиеся мужские половые клетки питанием; способствуют созданию необходимой для нормального сперматогенеза концентрации андрогенов; участвуют в перемещении половых клеток из базального отсека канальца в околополостной; участвуют в создании гематотестикулярного барьера.
Функциональная активность семенника у позвоночных во многом обусловлена гормональной регуляцией со стороны гипоталамо-гипофизарной системы.
Инициация сперматогенеза обусловлена секрецией лютеинизирующего гормона (ЛГ) и фолликулстимулирующего гормона (ФСГ), которые вырабатываются в передней доле гипофиза. Мишенями ФСГ являются в семенных канальцах – клетки Сертоли, а в строме – макрофаги. Действие ЛГ направлено на клетки Лейдига (активация синтеза тестостерона, наличие которого является непременным условием сперматогенеза). В обоих случаях происходит выработка паракринных факторов, поддерживающих активность клеток Лейдига. ФСГ стимулирует также аккумуляцию тестостерона в клетках
Сертоли, создавая предпосылку нормального сперматогенеза.
Для дифференциации клеток Сертоли необходимы также белки, продуцируемые клетками Лейдига. Показано, что эти белки служат лигандами, которые воспринимаются специфическими тирозинкиназными рецепторами клеток
Сертоли.
Гонадотропные гормоны гипофиза, взаимодействуя с рецепторами мембран, активируют G-белок и связанную с ним аденилатциклазу. Это, в конечном счете, индуцирует накопление цАМФ
(циклический аденозинмонофосфат) в клетках Сертоли, воспринимающих сигнал ФСГ, и в клетках Лейдига, взаимодействующих с ЛГ.

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 35
3. Оогенез. Метафазный блок мейоза
Процесс развития женских половых клеток сопряжен со сложными структурными и функциональными перестройками ядра, цитоплазмы и поверхностного аппарата клетки. В ходе оогенеза происходят: мейотические преобразования ядра; интенсивное накопление богатых энергией и пластических веществ; формирование механизмов, необходимых для оплодотворения и активации яйца, а также для блокировки полиспермии; выработка морфогенетически активных веществ, специфическая локализация которых в ооците во многом предопределяет характер развития и полярность зародыша после оплодотворения; формирование разнообразных яйцевых оболочек яйца, которые выполняют защитную функцию, а в период оплодотворения обеспечивают начальные этапы взаимодействия яйца со сперматозоидом.
В результате оогенеза образуется яйцо (ооцит), окруженный системой оболочек.
Яйцевые оболочки. В зависимости от способа образования различают первичные, вторичные и третичные яйцевые оболочки. Первичными оболочками называют оболочки, продуцируемые самими яйцеклетками
(желточная оболочка); вторичными – оболочки, которые формируются за счет активности фолликулярных клеток яичника (хорион); третичными – структуры, которые образуются при участии желез половых протоков самки
(белковые, пленчатые подскорлуповые, известковая оболочки яйца птиц).
Пути формирования энергетических запасов ооцита. В раннем развитии различаются два типа источников энергии: внутренние (создаются в период оогенеза путем накопления в яйце энергетически богатых веществ - желток, липиды и др.) и внешние (паразитизм – развитие в тканях хозяина; живорождение – питание за счет материнского организма). Запас энергоемких структур и веществ в яйцеклетке определяется: временем достижения стадии, когда становится возможным активное питание и уровень организации животного (более сложная структурная организация животного требует большего времени для своего развития и больших запасов энергии и пластических веществ).
Метафазный блок мейоза и его регуляция в ходе созревания ооцитов.
Метафазный блок клеточных циклов ооцита и зиготы обусловлен белковым цитоплазматическим CSF-фактором. Данный фактор присутствует в цитоплазме зрелого ооцита и исчезает при активации яйца. Выделяют первичную и вторичную форму
CSF-фактора.
В цитозоле

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 36 неоплодотворенных яиц содержится первичный (нестабильный) CSF-фактор, который чувствителен к ионам кальция. Вторичный (стабильный) CSF- фактор нечувствителен к ионам кальция. Именно первичный CSF-фактор ответственен за метафазный блок мейоза неоплодотворенных яиц. Активация данного фактора ионами кальция (10
-5
М) при оплодотворении снимает метафазный блок. Эффект CSF-фактора реализуется путем стимуляции продукции и ингибирования деградации белкового MPF-фактора, продукция которого происходит под действием прогестерона и который вызывает переход клетки из интерфазы в метафазу.

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 37
ТЕМА 6
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ ОПЛОДОТВОРЕНИЯ И
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛА
1. Оплодотворение и его биологические значение.
2. Детерминация пола у Drosofila melanogaster.
3.
Детерминация пола у Mammalia.
1. Оплодотворение и его биологические значение
Оплодотворение представляет собой процесс слияния двух половых клеток (гамет) друг с другом, в результате чего возникает новая особь, получающая генетический материал от обоих родителей. Оплодотворение осуществляет две функции: половую (комбинирование генов двух родителей) и репродуктивную (создание нового организма). При оплодотворении происходят четыре основных события:
1) Контакт спермия с яйцом и их взаимное узнавание. Это этап качественного контроля – спермий и яйцо должны принадлежать к одному биологическому виду.
2) Регуляция проникновения спермия в яйцо. Это этап количественного контроля – один спермий оплодотворяет одно яйцо, все остальные спермии должны быть элиминированы.
3) Слияние генетического материала спермия и яйца.
4) Активация метаболизма яйца для его вступления на путь развития.
В оплодотворении важное значение имеют факторы активации сперматозоидов.
Аттрактанты (сперакт, резакт). Аттрактанты обуславливают хемотаксис спермиев в направлении зрелого ооцита. Сперакт – это пептид из 10 аминокислотных остатков, резакт – пептид, состоящий из 14 аминокислотных остатков. Данные аттрактанты являются эффективными в низких концентрациях и видоспецифичны. Спермии двигаются по градиенту концентрации данных аттрактантов.
Акросомная реакция спермия. Протекает при контакте спермия и яйца и связана с разрывом акросомного пузырька по механизму экзоцитоза с высвобождением протеолитических ферментов, которые прокладывают путь через студенистую оболочку к поверхности яйца. Инициация акросомной реакции происходит под воздействием сульфатированных полисахаридов

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 38 студенистой оболочки, которые вызывают поступление ионов кальция и натрия в головку спермия и слияние акросомного пузырька с цитоплазматической мембраной спермия.
При контакте спермия с желточной оболочкой происходит видоспецифическое узнавание с участием белка акросомы bindin. Белок bindin имеет молекулярную массу 30,5 кДа и активируется после протекания акросомной реакции. Взаимодействие биндина с яйцом осуществляется с помощью специфических рецепторов на желточной оболочке и является видоспецифичным.
У млекопитающих важным процессом является также капацитация.
Капацитация – это приобретение спермиями оплодотворяющей способности, которая происходит в результате контакта спермием с жидким содержимым яйцеводов или матки. Процесс капацитации связан с изменением структуры липидов клеточной мембраны спермия. В частности, происходит снижение содержания холестерина, что способствует дестабилизации акросомного пузырька спермия и приводит к акросомной реакции. При капацитации происходит удаление с поверхности спермия особых веществ, которые, оставаясь на поверхности, препятствуют оплодотворению.
Рецепторы Zp3 прозрачной оболочки в связывании сперматозоидов.
Рецептор Zp3 представляет собой гликопротеин с молекулярной массой 83 кДа, локализованный в прозрачной оболочке яйца. Данный рецептор необходим для прикрепления спермия к прозрачной оболочке яйца и инициации акросомной реакции спермия в месте прикрепления.
Важную роль в прикреплении спермия к яйцу играют также молекулы фермента гликозилтрансферазы, которые находятся на поверхности спермия и обеспечивают прикрепления спермия к яйцу, на поверхности которого в прозрачной оболочке находятся молекулы
N-ацетилглюкозамина, связывающиеся с активным центром гликозилтрансферазы.
Механизмы предотвращения полиспермии у различных организмов.
Полиспермия у большинства животных приводит к гибельным последствиям.
Существует два механизма препятствования полиспермии: быстрый и медленный.
Быстрый блок полиспермии. Действует около минуты. Достигается путем изменения электрического потенциала цитоплазматической мембраны яйца. В течение 0,1 с после прикрепления первого спермия мембрана деполяризуется и мембранный потенциал принимает положительные значения, что обусловлено поступлением в клетку ионов натрия. Открывание натриевых каналов в яйце индуцируется специальным белком,

Молекулярные основы онтогенеза
Полесский государственный университет
Страница 39 высвобождаемым при прикреплении спермия к яйцу. Данный блок полиспермии отсутствует у млекопитающих.
Медленный блок полиспермии. Начинается приблизительно спустя минуту после прикрепления спермия к яйцу и осуществляется посредством кортикальной реакции. В кортикальном слое яйца содержится большое количество гранул диаметром около 1 мкм. После контакта спермия с яйцом данные гранулы сливаются с цитоплазматической мембраной и выделяют свое содержимое в область между мембраной и желточной оболочкой. Белки, которые связывали желточную оболочку с поверхностью яйца, растворяются высвободившимися протеолитическими ферментами, а выделенные мукополисахариды создают осмотический градиент, который привлекает воду в пространство между плазматической мембраной и желточной оболочкой. В результате желточная оболочка отделяется от поверхности яйца, образуя оболочку оплодотворения. Воздействие протеаз приводит к изменению свойств биндиновых рецепторов и их отделению вместе с прикрепленными спермиями. Пероксидаза, высвобождаемая гранулами, вызывает затвердевание оболочки путем образования поперечных связей между остатками тирозина соответствующих белков. Кроме того, выделяется белок гиалин из кортикальных гранул, который образует сплошной слой вокруг яйца. Важную роль в кортикальной реакции играют ионы кальция.
Слияние мужского и женского пронуклеусов. У млекопитающих процесс сближения пронуклеусов осуществляется на протяжении 12 часов.
При деконденсации ядра спермия происходит также разрушение его ядерной оболочки и затем воссоздается заново путем слияния мембранных пузырьков. Пока ядро ооцита завершает второе мейотическое деление, мужской пронуклеус увеличивается в размерах. Затем оба пронуклеуса перемещаются навстречу друг другу, реплицируя ДНК в процессе миграции.
Когда пронуклеусы приходят в контакт, их ядерные оболочки разрушаются.
Происходит конденсация хроматина с образованием видимых хромосом, которые располагаются на общем митотическом веретене первого деления дробления. У млекопитающих истинное диплоидное ядро появляется лишь у двухклеточного зародыша.
При активации метаболизма оплодотворенного яйца выделяют ранние и поздние реакции. Ранние реакции начинаются при возрастании концентрации ионов кальция и к ним относятся: увеличение потребления яйцом кислорода, активация фермента НАД
+
-киназы. К поздним реакциям относятся возобновление синтеза ДНК и стимуляция белкового синтеза.