Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Судьбы сперматогониальных стволовых клеток: обновление или дифференциация

Сперматогонные стволовые клетки ( ССК ), также известные как A сперматогонии типа , являются сперматогониями , что не делает различия в сперматоцит , предшественник спермы клеток. Вместо этого они продолжают делиться на другие сперматогонии или остаются в спящем состоянии, чтобы поддерживать резерв сперматогоний. С другой стороны, сперматогонии типа B дифференцируются в сперматоциты, которые, в свою очередь, подвергаются мейозу с образованием зрелых сперматозоидов.

Сперматогониальные стволовые клетки в яичках [ править ]

Во время внутриутробного развития гоноциты развиваются из первичных зародышевых клеток, а вслед за этим SSC развиваются из гоноцитов в яичках. [1] SSC являются ранними предшественниками сперматозоидов и ответственны за продолжение сперматогенеза у взрослых млекопитающих. Стволовые клетки способны делиться на большее количество SSC, что жизненно важно для поддержания пула стволовых клеток. Кроме того, они продолжают дифференцироваться в сперматоциты , сперматиды и, наконец, сперматозоиды.

Один SSC является предшественником нескольких сперматозоидов, и поэтому SSC гораздо менее многочисленны в семенниках, чем клетки, подвергающиеся сперматогенезу.

Номенклатура [ править ]

У людей [ править ]

Недифференцированные сперматогонии можно разделить на 2 группы; Темный (A d ) и Бледный (A p )

A D сперматогониев являются резерв стволовых клеток. Эти клетки способны делиться с образованием большего количества SSC, но обычно этого не происходит. Р сперматогонии активно делятся для поддержания пула стволовых клеток. Сперматогонии B1-B4 включают дифференцирующиеся сперматогонии и больше не считаются стволовыми клетками.

Большинство исследований SSC проводилось на грызунах. Подтипы сперматогоний у мышей и людей различаются. [2]

У мышей [ править ]

Одинарные (A s ) сперматогонии способны создавать 2 отдельных дочерних SSC, когда они делятся, или дочерние клетки могут соединяться и образовывать парные (A pr ) сперматогонии.

Сперматогонии A s и A pr недифференцированы. Цепочки этих ячеек образуются и называются А выровненными (A al ). Аль сперматогониев дифференцироваться и , таким образом, больше не классифицируется как стволовые клетки. Они делятся 6 раз, в конечном итоге формируя сперматогонии типа B.

SSC Niche [ править ]

Наиболее важными соматическими клетками, поддерживающими регуляцию SSC, являются клетки Сертоли. Различные другие соматические клетки в интерстициальной ткани поддерживают клетки Сертоли, такие как клетки Лейдига и перитубулярные миоидные клетки, поэтому косвенно влияют на SSC ​​и расположение их ниши. [3]

Стволовые клетки сперматогониев у млекопитающих находятся между базальной мембраной семенных канальцев и клетками Сертоли . Они остаются здесь до мейотической профазы мейоза . Здесь сперматоциты проходят через базальную мембрану через клеточный барьер Сертоли.

SSC остаются в своей нише, где их поощряют к самообновлению. Когда они проходят через базальную мембрану, они дифференцируются благодаря клеточным сигналам.

Паракринная регуляция самообновления SSC [ править ]

Самообновление сперматогониальных стволовых клеток (SSC) регулируется местными сигналами. [4] Около 50% популяции SSC подвергаются самообновлению для поддержания количества стволовых клеток, а остальные 50% становятся коммитированными клетками-предшественниками, которые будут дифференцироваться в сперматозоиды во время сперматогенеза. [5] Клетки, присутствующие в семенниках, экспрессируют молекулы, которые играют ключевую роль в регуляции самообновления SSC. Было показано, что у мышей клетки Сертоли секретируют нейротрофический фактор линии глиальных клеток (GDNF), который оказывает стимулирующее действие на самообновление стволовых клеток. Считается, что этот фактор экспрессируется в перитубулярных клетках семенников человека. [1]Фактор роста фибробластов (FGF2) - еще одна молекула, имеющая решающее значение для регуляции обновления стволовых клеток, и она экспрессируется в клетках Сертоли, клетках Лейдига и половых клетках. Передача сигналов FGF2 взаимодействует с GDNF для увеличения скорости пролиферации. [1] Передача сигналов хемокина (мотив CXC) лиганда 12 (CXCL12) через его рецептор CXC рецептор хемокина типа 4 (CXCR4) также участвует в регуляции судебных решений SSC. CXCL12 обнаружен в клетках Сертоли в базальной мембране семенных канальцев в семенники взрослой мыши, и его рецептор экспрессируется в недифференцированных сперматогониальных клетках. [6]

GDNF и FGF2 необходимы для активации пути фосфоинозитид-3-киназа (PI3K) -Akt и пути митоген-активируемой протеинкиназы / ERK1-киназы1 (MEK), который усиливает пролиферацию и выживаемость SSC. [7] CXCL12, FGF2 и GDNF все обмениваются данными через сеть для выполнения функций SSC. [6]

Дифференциация [ править ]

Сперматогониальные стволовые клетки являются предшественниками сперматозоидов , которые производятся в ходе ряда этапов дифференцировки. [1] Это альтернативный результат SSC самообновлению. SSC выживают в микросредах, называемых нишами, которые обеспечивают внешние стимулы, которые приводят к дифференцировке или самообновлению стволовых клеток. [8] Ниша SSC ​​обнаружена в семенном эпителии семенников млекопитающих и в основном состоит из клеток Сертоли и перитубулярных миоидных клеток. [6]

Различают две первичные стадии дифференцировки, первая из которых включает трансформацию сперматогоний A s (одиночных) в дочерние потомства A pr (парные) сперматогонии, которые предрасположены к дифференцировке. Они могут делиться дальше, создавая A al (A-выравниваемые) сперматогонии. [1]

На втором этапе производится дифференциация сперматогоний A1 от сперматогоний A pr или A al . Эти А1 сперматогониев пройти еще пять отделов , чтобы произвести A2, A3, A4, промежуточный и тип B сперматогоний, который может ввести мейоза I . [1]

Для производства зрелых сперматозоидов из дифференцирующих SSC требуется около 64 дней , и каждый день может производиться 100 миллионов сперматозоидов. [6]

Одним из основных известных веществ, управляющих дифференцировкой SSC и, следовательно, производством сперматозоидов , является ретиноевая кислота (RA). [3] Существуют теории, поддерживающие гипотезы как о косвенном (через клетки Сертоли ), так и о прямом пути. [1]

Считается, что клетки Сертоли продуцируют RA посредством превращения циркулирующего ретинола в сетчатку, а затем, наконец, в RA. [3] Воздействие RA вызывает клеточную дифференцировку в сперматогонию A1 и участвует в дальнейшей мейотической дифференцировке. [1] В результате дифференцировки гены, необходимые для поддержания состояния SSC, больше не экспрессируются. [3]

Репродуктивная функция мужчин снижается с возрастом, на что указывает снижение качества спермы и фертильности . [9] С возрастом крысы недифференцированные сперматогониальные клетки претерпевают многочисленные изменения в экспрессии генов. [10] Эти изменения включают активацию нескольких генов, участвующих в ответе на повреждение ДНК . Это открытие предполагает, что во время старения увеличивается повреждение ДНК, что приводит к усилению регуляции белков ответа на повреждение ДНК, которые помогают восстановить эти повреждения. [10] Таким образом, похоже, что репродуктивное старение происходит в недифференцированных сперматогенных клетках. [10]

Изоляция и культура [ править ]

SSC могут стать все более клинически значимыми в лечении бесплодия ( сперматогенез in vitro ) и сохранении фертильности до лечения гонадотоксиками. [11] С этой целью SSC должны быть надежно изолированы от биоптатов яичек, например, для расширения и очистки. Текущие протоколы включают сортировку клеток с магнитной активацией (MACS) и сортировку с активацией флуоресценции (FACS) на основе положительных клеточных маркеров SSC, таких как CD90 [12] и FGFR3 [13], в сочетании с отрицательными маркерами, такими как CD45. [12] Последние особенно важны для исключения злокачественных клеток из биоптатов онкологических больных.

После выделения популяции SSC культивируют для целей амплификации, характеристики, поддержания линии и, возможно, сперматогенеза in vitro или редактирования генома. [14] Основными проблемами при культивировании SSC являются взаимодействия между медиа-субстанциями и эпигенетическим строением, которое лежит в основе плюрипотентности и может повлиять на будущее потомство. Кратковременное размножение этих клеток in vitro проводили в среде Stem-Pro 34, дополненной факторами роста. [15] Долгосрочная культура человеческих SSC еще не установлена, однако одна группа сообщает об успешной пролиферации в бесклеточной среде, снабженной факторами роста и гидрогелем. [16]

Трансплантация [ править ]

Первая успешная трансплантация SSC была описана на мышах в 1994 году, в результате чего процедура полностью восстановила сперматогенез у бесплодной мыши. [17] Эти мыши смогли произвести жизнеспособное потомство, что открыло новые захватывающие двери для будущих потенциальных методов лечения людей.

Поскольку методы лечения рака не зависят от раковых клеток и часто являются гонадотоксичными (токсичными для яичников и семенников), дети обычно сталкиваются с бесплодием в результате лечения, поскольку пока не существует установленного способа сохранить свою фертильность, особенно у мальчиков препубертатного возраста. Бесплодие после лечения рака зависит от типа и дозировки лечения, но может варьироваться от 17% до 82% пациентов. [18] Терапия сперматогониальными стволовыми клетками (SSCT) была предложена как потенциальный метод восстановления фертильности у выживших после рака, которые хотят иметь детей в более позднем возрасте. Метод был протестирован на многочисленных моделях животных, включая приматов; Hermann et al . [19] извлекали и изолировали SSC из препубертатных и взрослых макак-резус перед лечением их бусульфаном ( алкилирующим агентом, используемым в химиотерапии). Затем SSC вводили обратно в сетчатые яички того же животного, из которого они были взяты, через ~ 10–12 недель после лечения; сперматогенез наблюдался почти у всех реципиентов (16/17). Однако эти SSC было трудно обнаружить, поэтому дальнейший анализ способности потомков сперматозоидов к оплодотворению не мог быть проведен. Жизнеспособность эмбрионов, оплодотворенных донорской спермой после трансплантации SSC, должна быть оценена, чтобы действительно определить полезность этого метода.

Недавно трансплантация SSC также была предложена в качестве потенциального метода сохранения исчезающих видов посредством ксеногенной трансплантации . Roe et al. [20] предположили, что продолжительность репродуктивной жизни таких видов может быть увеличена путем трансплантации их половых клеток домашнему хозяину. В своем исследовании они использовали перепелов в качестве модели для экзотических видов и трансплантировали SSC куриным эмбрионам, которые успешно колонизировали гонадный гребень эмбриона-хозяина. Это позволяет изолировать зрелую сперму на более позднем этапе развития от хозяина даже после смерти донора, что может быть использовано в будущем оплодотворении и потенциально более успешном сохранении. [21]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e f g h Филлипс, Барт Т .; Гассей, Катрин; Орвиг, Кайл Э. (27 мая 2010 г.). «Регуляция сперматогониальных стволовых клеток и сперматогенез» . Философские труды Лондонского королевского общества. Серия B, Биологические науки . 365 (1546): 1663–1678. DOI : 10,1098 / rstb.2010.0026 . ISSN  1471-2970 . PMC  2871929 . PMID  20403877 .
  2. ^ Го, Инь; Хай, Янан; Гонг, Юэхуа; Ли, Чжэн; Он, Зупинг (17 декабря 2013 г.). «Характеристика, выделение и культура сперматогониальных стволовых клеток мыши и человека». Журнал клеточной физиологии . 229 (4): 407–413. DOI : 10.1002 / jcp.24471 . ISSN 0021-9541 . PMID 24114612 .  
  3. ^ a b c d de Rooij, Дирк Г. (1 августа 2009 г.). «Ниша сперматогониальных стволовых клеток». Микроскопические исследования и техника . 72 (8): 580–585. DOI : 10.1002 / jemt.20699 . ISSN 1097-0029 . PMID 19263493 .  
  4. ^ Кубота, Хироши; Аварбок, Мэри Р .; Бринстер, Ральф Л. (23 ноября 2004 г.). «Факторы роста, необходимые для самообновления и увеличения сперматогониальных стволовых клеток мышей» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (47): 16489–16494. DOI : 10.1073 / pnas.0407063101 . ISSN 0027-8424 . PMC 534530 . PMID 15520394 .   
  5. ^ де Рой, Дирк G; Grootegoed, J Антон (1998-12-01). «Сперматогониальные стволовые клетки». Текущее мнение в клеточной биологии . 10 (6): 694–701. DOI : 10.1016 / S0955-0674 (98) 80109-9 . PMID 9914171 . 
  6. ^ a b c d Бойтани, Карла; Ди Персио, Сара; Эспозито, Валентина; Вичини, Елена (05.03.2016). «Сперматогониальные клетки: сравнение мыши, обезьяны и человека». Семинары по клеточной биологии и биологии развития . 59 : 79–88. DOI : 10.1016 / j.semcdb.2016.03.002 . ISSN 1096-3634 . PMID 26957475 .  
  7. ^ Kanatsu-Shinohara, Mito; Синохара, Такаши (01.01.2013). «Самовосстановление и развитие сперматогониальных стволовых клеток». Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 29 (1): 163–187. DOI : 10,1146 / annurev-cellbio-101512-122353 . PMID 24099084 . 
  8. ^ Oatley, Джон М .; Бринстер, Ральф Л. (1 января 2008 г.). «Регуляция самообновления сперматогониальных стволовых клеток у млекопитающих» . Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 24 : 263–286. DOI : 10.1146 / annurev.cellbio.24.110707.175355 . ISSN 1081-0706 . PMC 4066667 . PMID 18588486 .   
  9. ^ Пол C, Robaire B (2013). «Старение мужской зародышевой линии». Нат Рев Урол . 10 (4): 227–34. DOI : 10.1038 / nrurol.2013.18 . PMID 23443014 . 
  10. ^ a b c Пол С., Нагано М., Робер Б. (2013). «Старение приводит к молекулярным изменениям в обогащенной популяции недифференцированных сперматогоний крыс» . Биол. Репродукция . 89 (6): 147. DOI : 10,1095 / biolreprod.113.112995 . PMID 24227752 . 
  11. ^ Галуппо, Андреа Джаннотти (2016-12-01). «Сперматогониальные стволовые клетки как терапевтическая альтернатива для сохранения фертильности мальчиков препубертатного возраста» . Эйнштейн (Сан-Паулу, Бразилия) . 13 (4): 637–639. DOI : 10.1590 / S1679-45082015RB3456 . ISSN 2317-6385 . PMC 4878644 . PMID 26761559 .   
  12. ^ а б Смит, Джеймс Ф .; Янго, Памела; Альтман, Эран; Чоудри, Светлана; Пельцль, Андреа; Zamah, Alberuni M .; Розен, Митчелл; Клацкий, Петр Ц .; Тран, Нам Д. (01.09.2014). «Тестикулярная ниша, необходимая для размножения сперматогониальных стволовых клеток человека» . Трансляционная медицина стволовых клеток . 3 (9): 1043–1054. DOI : 10.5966 / sctm.2014-0045 . ISSN 2157-6564 . PMC 4149303 . PMID 25038247 .   
  13. ^ фон Копилов, К .; Schulze, W .; Зальцбрунн, А .; Шписс, А.-Н. (2016-04-01). «Выделение и анализ экспрессии генов отдельных потенциальных сперматогониальных стволовых клеток человека» . Молекулярная репродукция человека . 22 (4): 229–239. DOI : 10.1093 / molehr / gaw006 . ISSN 1460-2407 . PMID 26792870 .  
  14. ^ Малдер, Каллиста Л .; Чжэн, Йи; Ян, Сабрина З .; Struijk, Роберт Б .; Реппинг, Шерд; Хамер, Герт; ван Пелт, Анс ММ (01.09.2016). «Аутотрансплантация сперматогониальных стволовых клеток и редактирование генома зародышевой линии: будущее лекарство от сперматогенной недостаточности и предотвращение передачи геномных заболеваний» . Обновление репродукции человека . 22 (5): 561–573. DOI : 10.1093 / humupd / dmw017 . ISSN 1460-2369 . PMC 5001497 . PMID 27240817 .   
  15. ^ Ахонди, Мохаммад Мехди; Мохазаб, Араш; Джедди-Тегерани, Махмуд; Садеги, Мохаммад Реза; Эйди, Акрам; Ходадади, Аббас; Пиравар, Зейнаб (01.07.2013). «Размножение человеческих половых стволовых клеток в долговременной культуре» . Иранский журнал репродуктивной медицины . 11 (7): 551–558. ISSN 1680-6433 . PMC 3941344 . PMID 24639790 .   
  16. ^ Го, Инь; Лю, Линьхун; Вс, мин; Хай, Янан; Ли, Чжэн; Он, Зупинг (01.08.2015). «Расширение и длительное культивирование сперматогониальных стволовых клеток человека посредством активации путей SMAD3 и AKT» . Экспериментальная биология и медицина (Мэйвуд, Нью-Джерси) . 240 (8): 1112–1122. DOI : 10.1177 / 1535370215590822 . ISSN 1535-3699 . PMC 4935290 . PMID 26088866 .   
  17. ^ Бринстер, RL; Аварбок, MR (1994-11-22). «Передача донорского гаплотипа по зародышевой линии после трансплантации сперматогониальной клетки» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 91 (24): 11303–11307. DOI : 10.1073 / pnas.91.24.11303 . ISSN 0027-8424 . PMC 45219 . PMID 7972054 .   
  18. ^ Struijk, Роберт Б .; Малдер, Каллиста Л .; ван дер Вин, Фулько; ван Пелт, Ans MM; Реппинг, Шёрд (01.01.2013). «Восстановление фертильности у бесплодных детей, переживших рак, путем аутотрансплантации сперматогониальных стволовых клеток: мы уже достигли цели?» . BioMed Research International . 2013 : 903142. дои : 10,1155 / 2013/903142 . ISSN 2314-6133 . PMC 3581117 . PMID 23509797 .   
  19. ^ Германн, Брайан П .; Сухвани, Мина; Винклер, Фелисити; Pascarella, Julia N .; Питерс, Карен А .; Шэн, Йи; Валли, Ханна; Родригес, Марио; Эззелараб, Мохамед (2 ноября 2012 г.). «Трансплантация сперматогониальных стволовых клеток в яички резуса восстанавливает сперматогенез, производя функциональные сперматозоиды» . Стволовая клетка . 11 (5): 715–726. DOI : 10.1016 / j.stem.2012.07.017 . ISSN 1934-5909 . PMC 3580057 . PMID 23122294 .   
  20. ^ Роу, Манди; Макдональд, Настасья; Даррант, Барбара; Дженсен, Томас (2013-05-01). "Ксеногенный перенос сперматогониальных стволовых клеток взрослого перепела (Coturnix coturnix) эмбриональным куриным (Gallus gallus) хозяевам: модель сохранения птиц" . Биология размножения . 88 (5): 129. DOI : 10,1095 / biolreprod.112.105189 . ISSN 1529-7268 . PMC 4013913 . PMID 23575150 .   
  21. ^ Mahla RS (2016 г.). «Применение стволовых клеток в регенеративной медицине и трепевтике болезней» . Международный журнал клеточной биологии . 2016 (7): 1–24. DOI : 10.1155 / 2016/6940283 . PMC 4969512 . PMID 27516776 .  CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )