Оогенез , овогенез или оогенез / ˌ oʊ . ə dʒ ɛ п ɪ с ɪ с / [1] является дифференциация яйцеклетки (яйцеклетки) в клетку компетентным для дальнейшего развития , когда оплодотворены. [2] Он развивается из первичного ооцита путем созревания. Оогенез начинается в эмбриональной стадии.
Оогенез | |
---|---|
Идентификаторы | |
MeSH | D009866 |
TE | E1.0.2.2.0.0.2 |
Анатомическая терминология [ редактировать в Викиданных ] |
Оогенез у млекопитающих, кроме человека
У млекопитающих первая часть оогенеза начинается в зародышевом эпителии , который дает начало развитию фолликулов яичников , функциональной единицы яичника .
Оогенез состоит из нескольких подпроцессов: ооцитогенез, оотидогенез и, наконец, созревание с образованием яйцеклетки (собственно оогенез). Фолликулогенез - это отдельный подпроцесс, который сопровождает и поддерживает все три оогенетических подпроцесса.
Тип ячейки | плоидность / хромосомы | хроматиды | Процесс | Время завершения |
Оогониум | диплоид / 46 (2N) | 2C | Ооцитогенез ( митоз ) | Третий триместр |
первичный ооцит | диплоид / 46 (2N) | 4C | Оотидогенез ( мейоз I) ( фолликулогенез ) | Диктируют в профазе I до 50 лет |
вторичный ооцит | гаплоид / 23 (1N) | 2C | Оотидогенез ( мейоз II) | Остановлен в метафазе II до оплодотворения |
Яйцеклетка | гаплоид / 23 (1N) | 1С | Оотидогенез ( мейоз II) | Минуты после оплодотворения |
Яйцеклетка | гаплоид / 23 (1N) | 1С |
Оогониум - (Ооцитогенез) -> Первичный ооцит - (Мейоз I) -> Первое полярное тело (впоследствии выброшенное) + Вторичный ооцит - (Мейоз II) -> Второе полярное тело (впоследствии выброшенное) + яйцеклетка
Мейоз ооцитов, важный для всех жизненных циклов животных, но в отличие от всех других случаев деления клеток животных, происходит полностью без помощи центросом, координирующих веретено . [3] [4]
Создание оогонии
Создание овогониев традиционно не относится к оогенезу правильному, но, вместо этого, к общему процессу по гаметогенезу , который, в женском человеке, начинается с процессами фолликулогенеза , oocytogenesis и ootidogenesis . Оогонии проникают в мейоз во время эмбрионального развития, становясь ооцитами. Мейоз начинается с репликации ДНК и мейотического кроссинговера. Затем он останавливается в ранней профазе.
Поддержание мейотической остановки
Ооциты млекопитающих сохраняются в состоянии остановки мейотической профазы в течение очень долгого времени - месяцы у мышей и годы у людей. Первоначально остановка происходит из-за недостатка белков клеточного цикла, необходимых для мейотической прогрессии. Однако по мере роста ооцита эти белки синтезируются, и остановка мейоза становится зависимой от циклического АМФ . [5] Циклический АМФ вырабатывается ооцитом аденилатциклазой в мембране ооцита. Активность аденилатциклазы поддерживается конститутивно активным рецептором, связанным с G-белком, известным как GPR3, и G-белком, Gs, также присутствующим в мембране ооцита. [6]
Поддержание мейотической остановки также зависит от присутствия многослойного комплекса клеток, известного как фолликул, который окружает ооцит. Удаление ооцита из фолликула вызывает прогрессирование мейоза в ооците. [7] Клетки, составляющие фолликул, известные как клетки гранулезы, связаны друг с другом белками, известными как щелевые соединения, которые позволяют небольшим молекулам проходить между клетками. Клетки гранулезы производят небольшую молекулу циклического GMP , которая диффундирует в ооцит через щелевые соединения. В ооците циклический GMP предотвращает расщепление циклического AMP фосфодиэстеразой PDE3 и, таким образом, поддерживает остановку мейоза. [8] Циклический GMP продуцируется гуанилилциклазой NPR2. [9]
Возобновление мейоза и стимуляция овуляции лютеинизирующим гормоном
По мере роста фолликулы приобретают рецепторы лютеинизирующего гормона, гормона гипофиза, который повторно инициирует мейоз в ооците и вызывает овуляцию оплодотворяемой яйцеклетки. Лютеинизирующий гормон действует на рецепторы во внешних слоях клеток гранулезы фолликула, вызывая снижение циклического GMP в клетках гранулезы. [10] Поскольку клетки гранулезы и ооцит связаны щелевыми контактами, циклический GMP также уменьшается в ооците, вызывая возобновление мейоза. [11] Затем мейоз переходит ко второй метафазе, где снова приостанавливается до оплодотворения. Лютеинизирующий гормон также стимулирует экспрессию генов, приводящую к овуляции. [12]
Человеческий оогенез
Оогенез
Оогенез начинается с процесса развития первичных ооцитов, который происходит через превращение оогониев в первичные ооциты , процесс, называемый ооцитогенезом. [13] Ооцитогенез завершается до или вскоре после рождения.
Количество первичных ооцитов
Обычно считается, что после завершения ооцитогенеза не образуются дополнительные первичные ооциты, в отличие от мужского процесса сперматогенеза, при котором гаметоциты создаются непрерывно. Другими словами, первичные ооциты достигают своего максимального развития на ~ 20 [14] неделях гестационного возраста, когда было создано приблизительно семь миллионов первичных ооцитов; однако при рождении это число уже сократилось примерно до 1-2 миллионов.
Две публикации оспаривают мнение о том, что во время рождения формируется конечное число ооцитов. [15] [16] Сообщалось об обновлении фолликулов яичников из стволовых клеток зародышевой линии (происходящих из костного мозга и периферической крови) в постнатальном яичнике мыши. Напротив, измерения часов ДНК не указывают на продолжающийся оогенез в течение жизни самок человека. [17] Таким образом, необходимы дальнейшие эксперименты, чтобы определить истинную динамику образования мелких фолликулов.
Оотидогенез
Следующая фаза оотидогенеза происходит, когда первичный ооцит развивается в яйцеклетку. Это достигается процессом мейоза. Фактически, первичный ооцит по своему биологическому определению - это клетка, основная функция которой состоит в делении в процессе мейоза. [18]
Однако, хотя этот процесс начинается в пренатальном возрасте, он останавливается на профазе I . В конце жизни плода все ооциты, оставшиеся первичными ооцитами, останавливаются на этой стадии развития, называемой диктиатом . После менархе эти клетки продолжают развиваться, хотя лишь некоторые из них делают это каждый менструальный цикл .
Мейоз I
Мейоз I оотидогенеза начинается во время эмбрионального развития, но останавливается на стадии диплотены профазы I до полового созревания. Ооцит мыши на стадии диктиата (пролонгированной диплотены) активно восстанавливает повреждение ДНК, тогда как репарация ДНК не обнаруживается на преддиктиатной ( лептотене , зиготене и пахитене ) стадиях мейоза. [19] Тем не менее, для тех первичных ооцитов, которые продолжают развиваться в каждом менструальном цикле, возникают синапсы и формируются тетрады , что делает возможным хромосомный кроссовер . В результате мейоза I первичный ооцит превратился во вторичный ооцит и первое полярное тельце .
Мейоз II
Сразу после мейоза I гаплоидный вторичный ооцит инициирует мейоз II . Однако этот процесс также останавливается на стадии метафазы II до оплодотворения , если такое когда-либо произойдет. Если яйцеклетка не оплодотворена, она распадается и высвобождается ( менструация ), а вторичный ооцит не завершает мейоз II (и не становится яйцеклеткой ). Когда мейоз II завершился, были созданы яйцеклетка и другое полярное тело. Полярное тело имеет небольшие размеры.
Фолликулогенез
Синхронно с оотидогенезом фолликул яичника, окружающий яйцеклетку, превратился из примордиального фолликула в преовуляторный.
Созревание в яйцеклетке
Оба полярных тельца распадаются в конце Мейоза II, оставляя только яйцеклетку, которая затем в конечном итоге подвергается созреванию в зрелую яйцеклетку.
Функция формирования полярных тел заключается в отбрасывании лишних гаплоидных наборов хромосом, которые возникли в результате мейоза.
Созревание in vitro
Созревание in vitro ( IVM ) - это метод созревания фолликулов яичников in vitro . Это потенциально может быть выполнено до ЭКО . В таких случаях гиперстимуляция яичников не обязательна. Скорее ооциты могут созревать вне организма до ЭКО. Следовательно, не нужно вводить гонадотропины (или, по крайней мере, в меньшей дозе) в организм. [20] Незрелые яйца выращивали до созревания in vitro с 10% выживаемостью, но этот метод пока не доступен в клинических условиях. [21] С помощью этого метода криоконсервированная ткань яичника может быть использована для создания ооцитов, которые могут непосредственно подвергнуться экстракорпоральному оплодотворению . [21]
Оогенез in vitro
По определению это означает повторение оогенеза млекопитающих и продуцирование оплодотворяемых ооцитов in vitro. Это сложный процесс, включающий несколько различных типов клеток, точные реципрокные взаимодействия фолликулярных клеток и ооцитов, различные питательные вещества и комбинации цитокинов, а также точные факторы роста и гормоны. в зависимости от стадии развития. [22] В 2016 году две статьи, опубликованные Morohaku et al. и Hikabe et al. сообщили о процедурах in vitro, которые, по-видимому, эффективно воспроизводят эти условия, позволяя продуцировать полностью в чашке относительно большое количество ооцитов, которые можно оплодотворять и которые могут дать жизнеспособное потомство мыши. Этот метод может быть в основном полезен у онкологических больных, у которых в современных условиях ткань яичников криоконсервирована для сохранения фертильности. В отличие от аутотрансплантации, разработка систем культивирования, поддерживающих развитие ооцитов на стадии примордиального фолликула, представляет собой действенную стратегию восстановления фертильности. Со временем было проведено множество исследований с целью оптимизации характеристик систем культур ткани яичников и лучшего подтверждения трех основных фаз: 1) активация примордиальных фолликулов; 2) выделение и культивирование растущих преантральных фолликулов; 3) удаление из среды фолликула и созревание кумулюсных комплексов ооцитов. В то время как полное развитие ооцитов in vitro было достигнуто у мышей с получением живого потомства, цель получения ооцитов достаточного качества для поддержки развития эмбрионов у высших млекопитающих не была полностью достигнута, несмотря на десятилетия усилий. [23]
Старение яичников
Белки BRCA1 и ATM используются для восстановления двухцепочечного разрыва ДНК во время мейоза . Эти белки, по-видимому, играют решающую роль в сопротивлении старению яичников . [24] Однако гомологичная рекомбинационная репарация двухцепочечных разрывов ДНК, опосредованная BRCA1 и ATM, ослабевает с возрастом в ооцитах человека и других видов. [24] Женщины с мутациями BRCA1 имеют более низкие резервы яичников и более раннюю менопаузу, чем женщины без этих мутаций. Даже у женщин без специфических мутаций BRCA1 старение яичников связано с истощением резервов яичников, приводящим к менопаузе, но более медленными темпами, чем у женщин с такими мутациями. Поскольку у пожилых женщин в пременопаузе обычно нормальное потомство, их способность к мейотической рекомбинационной репарации оказывается достаточной для предотвращения ухудшения их зародышевой линии, несмотря на снижение резерва яичников. Повреждения ДНК могут возникать в зародышевой линии в течение длительного периода в течение десятилетий у людей между ранним ооцитогенезом и стадией мейоза, на которой гомологичные хромосомы эффективно спариваются ( стадия диктиата ). Было высказано предположение, что такие повреждения ДНК могут быть устранены в значительной степени с помощью механизмов, зависящих от спаривания хромосом, таких как гомологичная рекомбинация. [25]
Оогенез у немлекопитающих
Некоторые водоросли и оомицеты производят яйца в оогониях . У бурой водоросли Fucus все четыре яйцеклетки выживают в оогенезе, что является исключением из правила, согласно которому обычно только один продукт женского мейоза доживает до созревания.
У растений оогенез происходит внутри женского гаметофита через митоз . У многих растений, таких как мохообразные , папоротники и голосеменные , яйцеклетки образуются в архегониях . У цветущих растений женский гаметофит превратился в восьмиклеточный зародышевый мешок внутри семяпочки внутри завязи цветка. Оогенез происходит внутри зародышевого мешка и приводит к образованию одной яйцеклетки на яйцеклетку.
У аскарид ооцит даже не начинает мейоз, пока его не коснется сперматозоид , в отличие от млекопитающих, у которых мейоз завершается в цикле течки .
У самок дрозофилы мух, генетическая рекомбинация происходит во время мейоза . Эта рекомбинация связана с образованием двухцепочечных разрывов ДНК и восстановлением этих разрывов. [26] Процесс репарации приводит к перекрестным рекомбинантам, а также как минимум в три раза большему количеству некроссоверных рекомбинантов (например, возникающих в результате конверсии генов без кроссовера). [26]
Смотрите также
- Анизогамия
- Архегоний
- Эволюция полового размножения
- Женское бесплодие
- Женская репродуктивная система
- Мейоз
- Онкофертильность
- Оогониум
- Ооцит
- Происхождение и функция мейоза
- Половое размножение
- Сперматогенез
Рекомендации
Чо В.К., Стерн С., Биггерс Дж. Д.. 1974. Ингибирующее действие дибутирил-цАМФ на созревание ооцитов мышей in vitro. Журнал J Exp Zool.187: 383-386
- ^ Определение онлайн-словаря Merriam-Webster: Oogenesis
- ^ Гилберт, Скотт Ф. (2000-01-01). «Оогенез» . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Szollosi D, Calarco P, Donahue RP (1972). «Отсутствие центриолей в первом и втором веретенах мейоза ооцитов мышей». J Cell Sci . 11 (2): 521–541. PMID 5076360 .
- ^ Манандхар Дж., Шаттен Х., Сутовский П. (январь 2005 г.). «Редукция центросом при гаметогенезе и ее значение». Биол. Репродукция . 72 (1): 2–13. DOI : 10.1095 / biolreprod.104.031245 . PMID 15385423 . S2CID 37305534 .
- ^ Jaffe LA, Egbert JR. 2017. Регуляция мейоза ооцитов млекопитающих посредством межклеточной коммуникации в фолликуле яичников. Аня. Rev. Physiol. 79: 237-260.
- ^ Mehlmann LM, Saeki Y, Tanaka S, Brennan TJ, Evsikov AV, Pendola FL, Knowles BB, Eppig JJ, Jaffe LA. 2004. Gs-связанный рецептор GPR3 поддерживает арест мейоза в ооцитах млекопитающих. Наука 306: 1947-1950
- ^ Эдвардс RG. 1965. Созревание in vitro ооцитов мышей, овец, коров, свиней, макак-резусов и яичников человека. Природа 20: 349-351.
- ^ Норрис Р.П., Ратзан В.Дж., Фрейдзон М., Мельманн Л.М., Кролл Дж., Мовсесян М.А., Ван Х., Ке Х., Николаев В.О., Яффе Л.А. 2009. Циклический GMP из окружающих соматических клеток регулирует циклический AMP и мейоз в ооците мыши. Развитие 136: 1869-1878.
- ^ Zhang M, Su YQ, Sugiura K, Xia G, Eppig JJ. 2010. Лиганд гранулезных клеток NPPC и его рецептор NPR2 поддерживают арест мейоза в ооцитах мышей. Наука 330: 366-369
- ^ Jaffe LA, Egbert JR. 2017. Регуляция мейоза ооцитов млекопитающих посредством межклеточной коммуникации в фолликуле яичников. Аня. Rev. Physiol. 79: 237-260.
- ^ Shuhaibar LC, Egbert JR, Norris RP, Lampe PD, Nikolaev VO, Thunemann M, Wen L, Feil R, Jaffe LA Межклеточная передача сигналов через циклическую диффузию GMP через щелевые соединения перезапускает мейоз в фолликулах яичников мыши. Proc. Natl. Акад. Sci. США 112: 5527-5532.
- ^ Ричардс Дж. С., Асколи М. 2018. Эндокринные, паракринные и аутокринные сигнальные пути, регулирующие овуляцию. Тенденции Эндокринол. Метаб. 29: 313-325.
- ^ NCBI - Сага о зародышевой линии
- ^ Лобо Р.А. (сентябрь 2003 г.). «Раннее старение яичников: гипотеза. Что такое раннее старение яичников?» . Гм. Репродукция . 18 (9): 1762–4. DOI : 10.1093 / humrep / deg377 . PMID 12923124 .
- ^ Джонсон Дж., Бэгли Дж., Сказник-Викиэль М. и др. (Июль 2005 г.). «Генерация ооцитов в яичниках взрослых млекопитающих предполагаемыми зародышевыми клетками костного мозга и периферической крови». Cell . 122 (2): 303–15. DOI : 10.1016 / j.cell.2005.06.031 . PMID 16051153 . S2CID 19006732 .
- ^ Джонсон Дж., Каннинг Дж., Канеко Т., Прю Дж., Тилли Дж. (2004). «Стволовые клетки зародышевой линии и обновление фолликулов в постнатальном яичнике млекопитающих». Природа . 428 (6979): 145–50. DOI : 10,1038 / природа02316 . PMID 15014492 . S2CID 1124530 .
- ^ Форстер П., Хохофф С., Дункельманн Б., Шуренкамп М., Пфайффер Н., Нойхубер Ф., Бринкманн Б. (2015). «Повышенная частота мутаций зародышевой линии у отцов-подростков» . Proc Soc R B . 282 (1803): 20142898. DOI : 10.1098 / rspb.2014.2898 . PMC 4345458 . PMID 25694621 .
- ^ Биохимия
- ^ Гули С.Л., Смит Д.Р. (1988). «УФ-индуцированная репарация ДНК не обнаруживается в преддиктиатных ооцитах мыши». Mutat Res . 208 (2): 115–119. DOI : 10.1016 / s0165-7992 (98) 90010-0 . PMID 3380109 .
- ^ "Vejledning om kunstig befrugtning 2006 (датский)" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 09 марта 2012 года . Проверено 29 января 2011 .
- ^ а б
- Маклафлин, М; Альбертини, Д. Ф.; Уоллес, WHB; Андерсон, РА; Телфер, Э.Е. (2018). «Метафаза II ооцитов из однослойных фолликулов человека, выращенных в многоступенчатой системе культивирования» . MHR: фундаментальная наука репродуктивной медицины . 24 (3): 135–142. DOI : 10.1093 / molehr / gay002 . ISSN 1360-9947 . PMID 29390119 .
- Дальнейшие комментарии в новостной статье BBC : Джеймс Галлахер (9 февраля 2018 г.). «Первые человеческие яйца, выращенные в лаборатории» . BBC News .
- ^ Цзюнь-Цзе Ван 1, Вэй Ге 1, Цзин-Цай Лю 1, Франческа Джоя Клингер 2, Пол В. Дайс 3, Массимо Де Феличи 2, Вэй Шэнь 1 (2017). «Полный оогенез in vitro: ретроспективы и перспективы» . Смерть клетки отличается . 24 (11): 1845–1852. DOI : 10.1038 / cdd.2017.134 . PMC 5635224 . PMID 28841213 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ Рафаэлла Фаббри, Кьяра Замбони, Росселла Висенти, Мария Макчокка, Роберто Парадизи, Ренато Сераккиоли (2018). «Обновленная информация об овогенезе in vitro». Минерва Гинекол . 70 (5): 588–608. DOI : 10.23736 / S0026-4784.18.04273-9 . PMID 29999288 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ a b Turan V, Oktay K. BRCA-связанная АТМ-опосредованная репарация двухцепочечных разрывов ДНК и старение яичников. Обновление Hum Reprod. 2020 1 января; 26 (1): 43-57. DOI: 10.1093 / humupd / dmz043. PMID: 31822904; PMCID: PMC6935693
- ^ Бернштейн С. Почему младенцы молодые? Мейоз может предотвратить старение зародышевой линии. Perspect Biol Med. 1979 Лето; 22 (4): 539-44. DOI: 10.1353 / pbm.1979.0041. PMID: 573881
- ^ a b Mehrotra S, McKim KS. Временной анализ образования и репарации двухцепочечных разрывов мейотической ДНК у самок дрозофилы. PLoS Genet. 2006 24 ноября; 2 (11): e200. PMID: 17166055
- Библиография
- Манандхар Дж., Шаттен Х. и Сутовский П. (2005). Редукция центросом при гаметогенезе и ее значение. Биол Репрод, 72 (1) 2-13.
Внешние ссылки
- Репродуктивная физиология