Larsen s Human Embryology, kappaleet 1. ja 2. Lisälukemisto: Kehitysbiologian opetusmoniste (DiKK) Scott Gilbert: Developmental Biology J. Slack: Essential Developmental Biology H. Sariola ym.: Solusta yksilöksi 1
Poikasikiöillä erilaistuvat gonosyyteiksi Vastasyntyneillä poikavauvoilla gonosyyteistä tulee erilaistumattomia spermatogonioita Näiden erilaistuminen käynnistyy puberteetin aikaan Tyttösikiöillä erilaistuvat ensin oogonioiksi, jotka jakautuvat ensin mitoottisesti Oogonioita on enimmillään kehittyvässä munasarjassa noin 7 miljoonaa Suurin osa näistä soluista poistetaan ja jäljelle jääneet solut aloittavat ensimmäisen meioottisen jakautumisen Meioottiset solut jäävät jäljelle ja erilaistuvat primaareiksi oosyyteiksi n. 400 000 primaaria oosyyttia jäävät meioosin 1. profaasiin puberteettiin asti ja näistä vain noin 500 jatkaa meioosin 1. jakautumisen loppuun meioosin 2. jakautuminen alkaa ovulaatiossa ja päättyy hedelmöitykseen G2 S M G1 2
Jos kypsissä sukusoluissa olisi somaattisten solujen tapaan diploidi (2n) kromosomisto, näiden solujen yhtyessä yhdeksi soluksi, alkio sisältäisi kaksinkertaisen genomin ja tetraploidin kromosomiston (4n) Sukusoluissa tapahtuu ns. vähennysjakautuminen Diploidi kromosomisto (2n) jakautuu kahdelle solulle haploidiksi eli yksinkertaiseksi kromosomistoksi (1n) Meioosiin valmistautuvat solut kahdentavat perimänsä kuten ennen mitoosia, mutta sen jälkeen tapahtuu kaksi peräkkäistä solunjakautumista, jonka tuloksena muodostuu neljä haploidin genomin (1n) sisältävää solua Jakojen välissä on interfaasi (S-vaihe), jonka kuluessa DNA:ta ei kahdenneta tämä vaihe on pitkä (kuukausia, jopa vuosia) ja voidaan jakaa viiteen vaiheeseen -kromosomit erottuvat ja homologiset kromosomit muodostavat kromosomipareja (=synapsis) - vastin-kromatidien välillä tapahtuu tekijänvaihto (engl. crossing over) - tekijänvaihdossa perintöaines järjestäytyy uudelleen sekoittaen sekä isän että äidin perintöainesta samaan kromosomiin 3
Tekijänvaihto on normaaliin meisoosiin kuuluva ilmiö, joka mahdollistaa perintöaineksen vaihdon vaistinkromosomien välillä homologiset vastinkromosomit asettuvat jakotasoon sattumanvaraisesti (ihmisellä 8388 608 vaihtoehtoa) Tämän ja tekijänvaihdon seurauksena kaikki syntyvät gameetit ovat erilaisia kromosomien lukumäärä on lajikohtainen, ihmisellä haploidi kromosomiluku on 23 (22+X/Y) Meioosin metafaasi-vaiheen homologisia kromosomeja kutsutaan joskus tetradeiksi, jossa homologiset kromosomit ovat jakautuneet kahdeksi kromatidiksi Koska vähennystä ei ole vielä tapahtunut ovat solut DIPLOIDEJA (= 2n), ja niissä on nelinkertainen määrä DNA:ta (= 4c) Anafaasissa vastinkromosomit irtoavat toisistaan (kiasmat purkautuvat) Tumasukkulan mikrotubulukset lyhenevät ja vastinkromosomit vaeltavat vastakkaisia napoja kohti Interfaasi lyhyt kestoltaan, ei DNA-synteesiä sentriolit kulkeutuvat tuman vastakkaisiin päihin kromosomit tiivistyvät ja lyhenevät, muuttuen lopulta kahdeksi sauvamaiseksi kromatidiksi kromosomit asettuvat tumakotelon läheisyyteen tumajyvänen ja tumakotelo häviävät profaasin lopussa Profaasi ja sen jälkeiset vaiheet etenevät kuten mitoosissa 4
https://www.youtube.com/watch?v=d1_- mqs_fz0&list=uudwolf9pxx4rgb7bgms ny0w&index=19 sisäkotelo munarakkulan neste ulkokotelo granuloosasolut Munakumpu Munasolu/ympärillä kumulussolut eli corona radiata Alkaa tyttösikiön kehityksen aikana, pysähtyy meioosin 1. profaasiin Jatkuu puberteetissa Vain yksi meioosin 1. jakautumisessa syntynyt munasolu kypsyy kerrallaan = ovulaatio Meioosin 1. jakautumisen päättyessä syntyneet solut ovat hyvin erilaisia Kummassakin on 23 replikoitunutta kromosomia, mutta toisessa ei juuri lainkaan sytoplasmaa = 1. polaarinen kappale (polar body) Suurempi solu on sekundaarinen oosyytti 5
Sekundaarisen oosyytin jakautuessa meioosin 2. jakautumisessa (hedelmöityksessä) syntyy jälleen uusi polaarinen kappale Yleensä myös ensimmäinen polaarinen kappale jakaantuu Meioosin 2. jakautuminen päättyy hedelmöitykseen Polaarisia kappaleita voidaan käyttää IVFhoidoissa: meioosi menee loppuun ja syntyy 2. polaarinen kappale - hedelmöitys kun analysoidaan munasolun kromosomistatus ennen hedelmöitystä haploidi gameetti haploidi gameetti haploidi solu somaattinen solu diploidi kantasolu diploidi kantasolu diploidi, DNA:n replikaatio 6
Tapahtuu ovulaation jälkeen munanjohtimen ampullassa tai ampullan vieressä munanjohtimen alkuosassa Itse asiassa kerran kuussa ovuloituva munasolu on ainoa todellinen intraperitoneaalinen solu joten joskus hedelmöitys voi myös tapahtua munajohtimen ulkopuolella 7
Kapasitaatio: kohdun seinämän epiteelisolujen ja siittiön interaktion seurauksena tapahtuva siittiön solukalvon glykoproteiinivaipan hajotus Siittiö liikkuu vaginasta kohdun kaulaan, siitä kohtuun, kohdun sarviin ja eteenpäin munanjohtimeen Kapasitaatioreaktio tapahtuu kohdun sarvissa ja kestää n. 7 tuntia Edellytys akrosomireaktiolle ja ylipäätään sille, että siittiö kykenee hedelmöittämään munasolun Vain kapasitoituneet siittiöt voivat tunkeutua kumulussolukerroksen eli corona radiatan läpi Kapasitaation ja siittiön liikkumisen vaatiman ajan takia hedelmöitys tapahtuu yleensä n. 10 tunnin kuluttua yhdynnästä Akrosomireaktio Polyspermian esto Munasolun aktivaatio Siittiön päässä on proteolyyttisten entsyymien vaippa, joka vapautuu kun siittiö tunkeutuu corona radiataan Proteiineja mm. akrosiini ja trypsiinin kaltainen proteolyyttinen entsyymi Akrosomireaktio on välttämätön hedelmöitystä seuraavalle ns. zona-reaktiolle 8
Zona pellucidan pinnalla glykoproteiineja, jotka ovat lajille ominaisia, esim. ihmisellä ZP3 Siittiö tunnistaa zonan glykoproteiinivaipan reseptorit (ihmisellä SED1 proteiini) Fuusio siis tapahtuu solukalvojen välityksellä Spesifisten proteiinien ansiosta lajien välinen siittiön ja munasolun fuusio on luonnossa harvinaista Zona pellucidan läpäisyn jälkeen perivitelliinitilassa siittiön pinta-molekyylit, kuten FERTILLIINI ja CYRITESTIINI3 osallistuvat solukalvojen fuusioon Myös IZUMO on välttämätön fuusiolle Munasolussa CD9, INTEGRIINIT ja GPIankkuriproteiinit osallistuvat fuusioon Munasolun ja siittiön fuusioituessa munasolun kortikaaliset rakkulat vapauttavat lysosomaalisia entsyymejä ns. perivitelliinitilaan Kortikaalirakkuloiden hajoaminen entsyymien vaikutuksesta aiheuttaa ns. nopean polyspermian eston, kun zonan koostumus muuttuu = zona reaktio 9
Kalsiumtason nousu ph:n nousu 2. meioottinen jakautuminen menee loppuun ja muodostuu uusi polaarinen kappale DNA:n replikaatio aktivoituu Yksittäisen siittiön injektio ehkä pisimmälle viety tekniikka Ovulaation jälkeen kerätyt munasolut hedelmöitetään viljelymaljalla Esitumat ensin erillään Tumakotelot häviävät Maternaalisen ja paternaalisen DNA:n replikaatio Kromosomit asettuvat jakotasoon kuten metafaasissa Alkiossa alkavat mitoottiset solujakautumiset Varhaisten alkion solujen jakautuessa MASSA ei kasva, vaikka solujen määrä lisääntyy Alkio on edelleen zona pellucidan ympäröimä Varhainen ihmisen alkio halkijakautuu (engl. cleavage) 10
Tsygootti jakautuu useiksi blastomeereiksi, jolloin muodostuu morula Blastomeerit polarisoituvat ja tiivistyvät kompaktiossa Alkion ensimmäinen erilaistumistapahtuma Solujen välille epiteelisoluille tyypilliset liitokset Kompaktiossa alkusysäys kahdelle uudelle solupopulaatiolle: ulkosoluille ja sisäsoluille 11
Solut sitovat nestettä E-kadheriini välttämätön kompaktiolle Alkio etenee munanjohtimessa kohti kohtua ja on edelleen zona pellucidan ympäröimä = sen koko ei kasva Ulkosoluissa ioninvaihtopumppu Na/K- ATPaasi Natriumia pumpataan sisälle, jolloin syntyy nesteen täyttämä ontelo Alkiota kutsutaan nyt blastokystiksi ja onteloa blastokeelomiksi Sisä- ja ulkosolut jakautuvat eri lailla ja muodostavat blastokystiin kaksi erillistä solukkoa Sisäsolut muodostavat sisäsolumassan, ulkosoluista tulee trofoblasteja Mikä määrää tuleeko solusta sisä- vai ulkosolu? Transkriptiotekijät OCT ja NANOG ilmentyvät sisäsoluissa Ulkosoluissa nämä hiljennetään (transkriptiotekijät Eomes ja Cdx2) Sisäsoluissa tuotetaan FGF4, jota tarvitaan ulkosolujen erilaistumiseen trofoblasteiksi Ensimmäisiä erilaistumisessa tapahtuvia solujen välisiä induktiivisia interaktioita https://www.youtube.com/watch?v=sixbc xpw2fc 12
Hedelmöityksestä on kulunut 2-72 h Häiriöt geneettisessä leimautumisessa: joko alkio tai istukka eivät kehity Jakautumisen ja kompaktion häiriöt johtavat alkion varhaiseen apoptoosiin Häiriöt tässä vaiheessa jäävät havaitsematta Poikkeuksena kohdun ulkoiset raskaudet ja rypäleraskaudet Ihmisellä 5.-6. kehityspäivänä hedelmöityksestä Alkio kuoriutuu zona pellucidasta tuottamiensa proteolyyttisten entsyymien ansiosta ja muuttuu samalla adhesiiviseksi 13
Prosessi, jossa sisäsolumassassa tapahtuu myös solulinjojen uusi eriytyminen Muodostuu kaksilevyinen alkio, jossa on epiblasti- ja hypoblastikerros Epiblastikerrosta kutsutaan myös primitiiviseksi ektodermiksi ja hypoblastikerrosta primitiiviseksi endodermiksi Ulkosoluissa = trofoblasteissa tuotetaan perlekaani nimistä heparansulfaattiproteoglykaania Kohdun limakalvossa hepariinia sitovaan EGF:n kaltaista tekijää (Hb-EGF) Ulkosoluissa on tapahtunut kahden uuden solulinjan eriytyminen, trofoblasteista tulee ensin sytotrofoblasteja ja sen jälkeen synsytiotrofoblasteja nämä kiinnittyvät ensimmäisinä kohdun limakalvoon ja muodostavat myöhemmin istukan Sytotrofoblastit ovat yksittäisiä soluja, jotka muodostavat alkiota lähimmäksi jäävän ulkosolujen kerroksen Ulommat solut, synsytiotrofoblastit, eivät enää jakaudu Synsytiotrofoblastit muodostavat monitumaisen jättisolujen massan synsytiumin 14
Samalla trofoblastisolut alkavat tuottamaan istukkahormonia (human chorionic gonadotropin) Alkiossa kaksikerroksinen alkiolevy laajenee ja hypoblastisolukko alkaa muodostamaan primitiivistä ruskuaispussia blastokeelomin sisäpuolelle, epiblastista alkaa irtaantumaan vesikalvon (amnion) muodostavia soluja 15