Кортикальные гранулы представляют собой регуляторные секреторные органеллы (размером от 0,2 до 0,6 мкм в диаметре), обнаруженные внутри ооцитов, и наиболее связаны с предотвращением полиспермии после оплодотворения. [1] Корковые гранулы встречаются у всех млекопитающих , многих позвоночных и некоторых беспозвоночных . [2] Внутри ооцита корковые гранулы расположены вдоль коры головного мозга, области, наиболее удаленной от центра клетки. После оплодотворения сигнальный путь индуцирует слияние кортикальных гранул с клеточной мембраной ооцита и высвобождение их содержимого во внеклеточный матрикс ооцита. Этот экзоцитоз корковых гранул известен каккорковая реакция . У млекопитающих внеклеточный матрикс ооцита включает окружающий слой перивителлинового пространства , блестящую оболочку и, наконец, кумулюсные клетки . Экспериментальные данные продемонстрировали, что высвобождаемое содержимое кортикальных гранул изменяет внеклеточный матрикс ооцита, особенно блестящую оболочку. Это изменение компонентов блестящей оболочки известно как реакция зоны. Корковая реакция возникает не у всех млекопитающих, что предполагает возможность других функциональных целей корковых гранул. [1]Помимо модификации внеклеточного матрикса ооцита и установления блока полиспермии, экзоцитоз кортикальных гранул также может способствовать защите и поддержке развивающегося эмбриона во время доимплантации. [3] Как только корковые гранулы завершают свои функции, ооцит не восстанавливает их. [1]
Формирование [ править ]
Формирование корковых гранул происходит на ранних стадиях роста ооцитов. Более конкретно, у человека, обезьяны, хомяка и кролика корковые гранулы формируются после того, как фолликул яичника становится многослойным. У крыс и мышей корковые гранулы наблюдались раньше при развитии фолликула, когда фолликул яичника был только однослойным. На ранних стадиях роста ооцитов комплекс Гольджи увеличивается в размерах, пролиферирует и продуцирует маленькие пузырьки, которые мигрируют в подкорковую область клетки. Эти маленькие пузырьки сливаются друг с другом, образуя зрелые корковые гранулы, которые, таким образом, устанавливаются как отдельные образования от Гольджи. [1] У некоторых организмов, таких как хомяки, секретируемая везикула из Гольджи может сливаться с секретируемой везикулой изгрубая эндоплазматическая сеть, которая в конечном итоге формирует корковые гранулы. [4] У млекопитающих ооцит непрерывно производит и перемещает корковые гранулы в кору до тех пор, пока не произойдет овуляция . На моделях животных как млекопитающих, так и других было показано, что миграция кортикальных гранул зависит от процессов цитоскелета , в частности, от активности микрофиламентов . Для млекопитающих миграция кортикальных гранул считается показателем зрелости ооцитов и организации органелл. [1]
Распространение [ править ]
В результате транслокации корковые гранулы равномерно распределяются по коре ооцита. Однако у грызунов было замечено, что некоторые корковые гранулы перестраиваются, оставляя пространство среди оставшихся кортикальных гранул. Это пространство называется корковая гранула бесплатного домена (CGFD) и наблюдается в мейозе регионов веретена как кюветов во время метафазы I и метафазы II в мейозе. CGFD не наблюдались в ооцитах кошек, лошадей, крупного рогатого скота, свиней и человека. Исследования с ооцитами грызунов предполагают, что определенные корковые гранулы претерпевают перераспределение и / или экзоцитоз на протяжении мейотического цикла, тем самым устанавливая CGFD. Более конкретно, доказательства включают увеличение количества кортикальных гранул, окружающих CGFD, и снижение общего количества кортикальных гранул клетки во время мейотического цикла. Кроме того, некоторые экзоцитозные события кортикальных гранул перед оплодотворением происходят в борозде дробления клетки одновременно с образованием полярных телец . [1]
Существует ряд гипотез относительно биологической функции CGFD и экзоцитоза кортикальных гранул до оплодотворения. Например, образование CGFDs может быть механизмом ооцита для удержания большего количества кортикальных гранул для будущего использования, вместо того, чтобы терять их полярным тельцам, когда полярные тельца выходят из клетки. Поскольку некоторые высвобождаемые кортикальные гранулы происходят из области, близкой к мейотическим веретенам, исследователи также предположили, что высвободившиеся кортикальные гранулы могут изменять внеклеточный матрикс ооцита, так что сперматозоиды не могут связываться в этой области. Если бы сперматозоиды связывались в этой области, отцовская ДНК, когда она деконденсировалась, могла бы нарушить целостность материнской ДНК из-за ее близости. Это блокирование сперматозоидов на определенном участке называется локальным блокированием.Учитывая, что ооциты грызунов имеют примерно на 75% меньшую площадь поверхности, чем ооциты более крупных видов млекопитающих, связывание сперматозоидов в этой области более вероятно, что, возможно, требует локального блокирования. Исследователи также предполагают, что ооцит высвобождает некоторые корковые гранулы перед оплодотворением, чтобы внести незначительные изменения во внеклеточный матрикс ооцита, так что связывание ограничивается только спермой, способной связываться, несмотря на эти незначительные модификации.s внеклеточный матрикс, так что связывание ограничивается только спермой, способной связываться, несмотря на эти незначительные модификации.s внеклеточный матрикс, так что связывание ограничивается только спермой, способной связываться, несмотря на эти незначительные модификации.[1]
Регламент [ править ]
После оплодотворения и до высвобождения кальция запускается сигнальный каскад инозитолфосфата (PIP2). На протяжении этого процесса молекулы-вторичные посредники, такие как инозитол-1,4,5-трифосфат (IP3) и диацилглицерин (DAG), увеличиваются в концентрации. Было показано, что инозитол-1,4,5-трифосфат взаимодействует с эндоплазматическим ретикулумом, вызывая высвобождение запасов кальция в эндоплазматическом ретикулуме. Еще больше подчеркивая взаимосвязь между эндоплазматическим ретикулумом и кортикальными гранулами, во время созревания ооцитов наблюдалось, что эндоплазматический ретикулум либо растет, либо мигрирует ближе к области кортикальных гранул. В дополнение к кальцию, диацилглицерин, по-видимому, инициирует корковую реакцию.[5] Диациглицерин также активирует протеинкиназу C (PKC), которая также способствует корковой реакции. Было показано, что после оплодотворения протеинкиназа С способствует акросомному экзоцитозу сперматозоидов, процессу, гомологичному экзоцитозу кортикальных гранул ооцита. Подобно протеинкиназе C, кальмодулин активируется кальцием, способствуя дальнейшему развитию корковой реакции. [6]
Это повышение кальция происходит в виде одной волны у иглокожих и в виде множественных волн у млекопитающих. Было показано, что экзоцитоз кортикальных гранул происходит сразу после кальциевой волны. Например, в оплодотворенной яйцеклетке морского ежа было показано, что экзоцитоз кортикальных гранул сразу следует за увеличением кальция примерно через 6 секунд. У млекопитающих первая волна кальция возникает в течение 1–4 минут после оплодотворения, а экзоцитоз кортикальных гранул происходит в течение 5–30 минут после оплодотворения. Более того, когда кальциевые волны подавлялись экспериментально, экзоцитоза кортикальных гранул и / или изменений внеклеточного матрикса не происходило. Как показано на неоплодотворенных ооцитах позвоночных, экзоцитоз кортикальных гранул индуцируется при искусственном увеличении содержания кальция.[7]
Также считается, что повышенный уровень кальция активирует актин- деполимеризующие белки, такие как гельсолин и сцинерин. У млекопитающих эти деполимеризующие актин белки служат для разборки кортикального актина, тем самым обеспечивая пространство для перемещения кортикальных гранул к плазматической мембране. [7]
Ооцит приобретает способность завершать экзоцитоз кортикальных гранул к тому времени, когда ооцит достигает позднего созревания. Более конкретно, у мышей, например, способность подвергаться экзоцитозу кортикальных гранул возникает через некоторое время между метафазой I и метафазой II мейоза, что также составляет 5 часов до наступления овуляции. Было показано, что ооцит обладает максимальной способностью высвобождать кальций на этой же клеточной стадии, между метафазой I и метафазой II, а также подчеркивает кальций-зависимую зависимость экзоцитоза кортикальных гранул. [7]
Состав органелл [ править ]
Хотя весь состав кортикальных гранул еще предстоит идентифицировать, следующие молекулы ассоциированы с содержанием кортикальных гранул млекопитающих:
Гликозилированные компоненты: было показано, что кортикальные гранулы млекопитающих содержат высокий уровень углеводов. Кроме того, многие из этих углеводов являются компонентами гликозолированных молекул, таких как маннозилированные белки, α-D-ацетилгалактозамин, N-ацетилглюкозамин , N-ацетиллактозамин , N-ацетилнейраминовая кислота , DN-ацетилгалактозамин, N-ацетилгалактозамин и N-гликолилнейраминовая кислота . Например, считается, что определенные маннозилированные белки вносят вклад в структуру оболочки кортикальных гранул. [1]
Протеиназы : протеиназы, присутствующие в кортикальных гранулах млекопитающих, в первую очередь служат для модификации блестящей оболочки во время реакции зоны. Некоторые связанные протеиназы кортикальных гранул представляют собой трипсиноподобную протеиназу, протеиназу ZP2 и активатор плазминогена тканевого типа (tPA). И протеиназа ZP2, и трипсиноподобная протеиназа способствуют предотвращению полиспермии. Как следует из названия, протеиназа ZP2 протеолизирует ZP2 во время реакции зоны. Активатор плазминогена тканевого типа(tPA) представляет собой сериновую протеиназу, которая превращает плазминоген в его активированную форму, плазмин.. Присутствие плазминогена тканевого типа было зарегистрировано во время корковой реакции. Однако, несмотря на эту связь с корковой реакцией, еще предстоит найти доказательства, подтверждающие, что активатор плазминогена тканевого типа является компонентом корковых гранул. Кроме того, мРНК, кодирующая активатор плазминогена тканевого типа, не транслируется до тех пор, пока в ооците не сформируется большая часть кортикальных гранул. [1]
Ovoperoxidase: белок, ovoperoxidase, скорее всего , выступает в качестве катализатора , который сшивает остатки тирозина найдены в пределах блестящей оболочки . Это сшивание способствует укреплению блестящей оболочки. [1]
Кальретикулин : данные указывают на присутствие белка кальретикулина в корковых гранулах. Исследователи предположили, что кальретикулин служит белком-шапероном для других компонентов корковых гранул, способствующих предотвращению полиспермии. Кроме того, способствуя предотвращению полиспермии, кальретикулин может также ингибировать определенные гликопротеины, которые способствуют взаимодействию между ооцитом и спермой. С другой стороны, различные исследования показали, что кальретикулин может высвобождаться из везикул, кроме кортикальных гранул. Кроме того, при экзоцитозе этот кальретикулин взаимодействует с цитоскелетом ооцита, тем самым обеспечивая передачу трансмембранных сигналов для продолжения клеточного цикла. [1]
N-ацетилглюкозаминидаза : экспериментально обнаруженная в гранулах коры головного мозга мышей, N-ацетилглюкозаминидаза представляет собой гликозидазу, которая гидролизует остатки N-ацетилглюкозамина, расположенные на блестящей оболочке. N-ацетилглюкозамины на пеллюциде обычно способствуют связыванию сперматозоидов. [1] Таким образом, N-ацетилглюкозаминидаза способствует предотвращению полиспермии.
p32 : Название p32 относится к молекулярной массе белка 32 кДа. После высвобождения из кортикальной гранулы p32, по-видимому, либо функционирует кратковременно, либо претерпевает модификацию вскоре после оплодотворения, потому что только небольшие количества p32 присутствуют на эмбрионе. Исследования также показывают, что p32 не способствует предотвращению полиспермии. [1]
Пептидиларгининдеиминаза (антиген PAD / ABL2 / p75): пептидиларгининдеиминиаза представляет собой секреторный белок в кортикальной грануле, который способствует регуляции развития эмбриона до имплантации. Альтернативное название пептидиларгининдезиминазы, p75, относится к ее молекулярной массе, 75 кДа. [1]
Ссылки [ править ]
- ^ a b c d e f g h i j k l m n Лю, Мин (17 ноября 2011 г.). «Биология и динамика корковых гранул млекопитающих» . Репродуктивная биология и эндокринология . 9 (1): 149. DOI : 10,1186 / 1477-7827-9-149 . PMC 3228701 . PMID 22088197 .
- ^ Вессель, Гэри М .; Брукс, Жаклин М .; Грин, Эмма; Хейли, Шейла; Воронина, Екатерина; Вонг, Джулиан; Зайдфудим, Виктор; Коннер, Шон (2001). Биология корковых гранул . Международный обзор цитологии . 209 . С. 117–206. DOI : 10.1016 / s0074-7696 (01) 09012-х . ISBN 9780123646132. PMID 11580200 .
- ^ Худбхой, Таня; Талбот, П. (декабрь 1994 г.). «Гранулы коры головного мозга млекопитающих: содержание, судьба и функции» (PDF) . Молекулярное воспроизводство и развитие . 39 (4): 439–448. DOI : 10.1002 / mrd.1080390413 . PMID 7893493 . Дата обращения 13 мая 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Gulyas, BJ (1980). Корковые гранулы яиц млекопитающих . Международный обзор цитологии . 63 . С. 357–392. DOI : 10.1016 / S0074-7696 (08) 61762-3 . ISBN 9780123644633. PMID 395132 .
- ^ Ducibella, Том (1996). «Кортикальная реакция и развитие активационной компетентности в ооцитах млекопитающих» . Европейское общество репродукции человека и эмбриологии . 2 (1): 29–42. DOI : 10.1093 / humupd / 2.1.29 . PMID 9079401 . Дата обращения 13 мая 2015 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ↑ Sun, Qing-Yuan (1 июля 2003 г.). «Клеточные и молекулярные механизмы, приводящие к корковой реакции и блокированию полиспермии в яйцах млекопитающих». Микроскопические исследования и техника . 61 (4): 342–348. DOI : 10.1002 / jemt.10347 . PMID 12811739 .
- ^ a b c Abbott, AL; Ducibella, T. (1 июля 2001 г.). «Кальций и контроль экзоцитоза кортикальных гранул млекопитающих». Границы биологических наук . 6 (1): d792–806. DOI : 10.2741 / Abbott . PMID 11438440 .
