Nemek kialakulása Csírasejtek vándorlása Gonádok fejlődése Nemeskéri Ágnes 2012 Semmelweis Egyetem Humánmorfológiai és Fejlődésbiológiai Intézet nemeskeri.agnes@med.semmelweis-univ.hu

3. A gonádok primér nemi differenciálódása a 7.héttől 1. Genetikus nem meghatározódása fertilizációkor – genotipikus sex-determináció 2. A gonadális nem morfológiailag indifferens fejlődési szakasza 6.hét végéig 3. A gonádok primér nemi differenciálódása a 7.héttől

Az embrió kromoszómális nemének meghatározása Genetikus nem

Barr test Barr body (or sex chromatin) - inactivált X chromosoma: nucleus interphasisban heterochromatin

„Dosage” kompenzáció az X kromoszóma inactivációjával (XCI) - X chromosoma számos gént tartalmaz, ami sex determinatióval nem kapcsolatos – ezek nem reprezentáltak az Y chromosomán IGY NŐKBEN az X chromosoma génjei kétszeres mennyiségűek, mint férfiben Egyensúlyhiány!!! DE: a NŐI szomatikus sejtekben az egyik X chromosoma inactivált (XCI) ez biztosítja X-chromosoma által kódolt gének egyenlő mennyiségét XCI kezdődik az X chromosoma „megszámolásával” a sejtmagban aktiváló faktor XCI: RNF12 gátló XCI: OCT4, SOX2, Nanog

Az X kromoszóma inaktivációs ciklusa Hím ivarsejt vonal: X kromoszóma inactiválódik a meiosis ésfertilizáció között Az X kromoszóma inaktivációs ciklusa Bold: XM maternal inactiv Bold: XP paternal inactiv XP paternal activ XM maternal activ - a gastruláció az X kromoszóma inaktiváció - sejtek megóvása a az X kromoszóma géntermékeinek kétszeres mennyiségétől - kivétel: az oocyták mindkét X kromoszómája aktívvá válik - 1998-ben leírt gén: X-Inactive Specific Transcript (XIST) szükséges az inaktivációhoz

XCI activálók és -gátlók - phenotypikus nem első jelei csak a 6. terhességi hét után jelennek meg - néhány gén a sex chromatinban nem inactiválódik : ezek a gének a pseudoautosomalis régióban találhatók ezek hasonlóak az X és Y chromosomákban, úgy viselkednek, mint a többi nem sex chromosoma XCI activálók és -gátlók - inactivatio: egy specifikus transcript jelenléte szükséges - XIST (X-Inactive-Specific-Transcript) (1998) - X chromosomához kötött gén - X-által kódolt RNF12 dózisfüggő XCI-activator: XIST accumulatio - XCI inhibitor autosomalisan kódolt – TSIX (X-linked gene - a gene antisense to Xist ) activáció – down-regulation of XIST

A genetikai nem a megtermékenyítés pillanatában eldől 2. Az egyetlen morfológiai jel a terhesség 7. hetéig: - a Barr test jelenléte a nőnemű egyed sejtjeiben

A gonád fejlődés morfológiailag indifferens szakasza: a terhesség első 6 hete 6. hét ősveseredő plica genitális Plica genitalis - hátsó hasfali celomahám megvastagodása + hám alatti mesenchyma (5. hét) – WT-1 gén + SF-1 gén (steroido- genic factor) - a kialakuló plica genitalis chemotaktikus anyagot szekretál, ami az ősivarsejtek vándorlását serkenti - ~ 1000 - 2000 ősivarsejt vándorol a plica genitalisba

A gonádok fejlődésében résztvevő embrionális struktúrák 1. Mesothelium (mesodermalis epithelium) - hátsó hasfalat borító mesothelium (celomahám) 2. A mesothelium alatti mesenchyma (embryonális kötőszövet) 3. A primordiális ivarsejtek

Az ősivarsejtek vándorlása a gonádtelepekbe - emberi embrióban a primordiális ivarsejtek a szikzacskó hátsó falából vándorolnak az utóbél fala mentén, a dorsalis mesentériumon keresztül érik el a gonádtelepeket amoeboid mozgás – permissiv extracellular matrix – az embrió hátsó régiójának differenciális növekedése - az ősivarsejtek citoplazma hidakkal egymáshoz kapcsoltak – sejtadhéziós molekulák: cadherinek, integrinek, PECAM-1 a vándorló ősivarsejtek proliferálnak stimuláló faktorok hatására: chemokin stromal cell-derived factor-1a (SDF-1a) a környező somatikus sejtek szekretálják 5 hetes embrió mesonephros szikzacskó medulla medulla utóbél cortex cortex 6 hetes embrió

Az ősivarsejtek vándorlása a gonádtelepekbe Richardson 2010 Establishment a gradient of SDF1 SDF1 = stromal derived factor its receptor: CXCR4 Richardson 2010

Feltételezett testis determináló faktorok: 1. H-Y antigén - minor histocompatibility antigen jelen van férfiak sejtjeiben, de hiányzik a nők sejtjeiből - H-Y antigént, humán Y kromoszóma hosszú karján, a testis determináló gén produktumának vélték - de az előforduló kivételek kizárták (XX férfi de: herével) 2. Zinc finger Y (ZFY) - az Y kromoszóma rövid karján - de az előforduló kivételek kizárták (XX férfi de: herével)

Gonadális nem meghatározása Testis-Determináló Factor hímben 3. Sry gén - az Y kromoszóma rövid karján, közel a Y kromoszóma homológ régiójához -Sry gént tartalmazó fragmentum transzgenikus egér X kromoszómájába – XX egerek – DE: normál testis - Sry gén terméke expresszálódik a hím gonádok szöveteiben Testis Determining Factor - DE: nem expresszálódik a női gonádok szöveteiben! Y - Az Y kromoszóma rövid karja kritikus a testiculáris fejlődés beindításához: Testis-Determináló Factor

Testis determining factor = SRY (tudománytörténeti háttér) Humán beteg – a fenotipikus nem, nem egyezett a kromoszomális nemmel (sex reversed males and females) Sex-reversed XX férfi beteg - sterilitás, irreguláris genitalia - a genom Southern blot analysis kiderítette, hogy egy Y-specifikus DNS fragmentum (TDF=SRY) jelenlétét az egyik X kromoszómában, ami normálisan a női szex kromoszómában nem fordul elő Sex-reversed XY női beteg - Turner syndroma – kromoszómális hátterét 1989-ben írták le: - ritka átkereszteződés az X és Y kromoszómák között a hím ivarsejtek meiosisa során

A kromoszómális nemmel ellentétes fenotipikus nem kialakulása Az első meiotikus osztódás profázisában - a pseudoautosomális régión kívül is átkereszteződés tör- ténik ha a kicserélt fragmentum tartalmazza a testis determi- náló faktort (TDF): az X kromoszóma tartalmazza a TDF-t az Y kromoszómából hiányzik a TDF

A férfi gonád kialakulása az Y kromoszóma meglétéhez kötött (Sry gén az Y kromoszóma rövid karján). A differenciálódó testis által termel testosteron határozza meg a hím phenotípus kialakulását 2. A női gonád fejlődésének megindulása legalább egy X kromoszóma jelenlétéhez és az Y kromoszóma hiányához kötött, az ovárium teljes kifejlődéséhez mind a 2 X kromoszóma szükséges. 3. A gonadális nem fejlődésének indifferens szakasza független a nemi hormonok hatásától (indifferens fejlődési szakasz).

A gonádok primér morphológiai differenciálódása ősvesecső Wolff-féle cső primitiv hámcsapok - (tubulus – Sertoli sejtek) Müller-cső proliferáló celoma epithelium - sejt oszlopok nőnek a mesenchymába rete testis tunica albuginea degenerálódó velőkötegek (primér celoma hámcsapok) 7- celoma epitheliumból szekunder hámcsapok seminiferus köteg A mesenchymába növő celoma hámcsapok körbeveszik az ősivarsejteket és irreguláris sejtoszlopokat alkotnak: primitive sex cords

Gonádok primér nemi differenciálódása Fejlődő here Fejlődő ovarium tunica albuginea tunica albuginea rete testis ductuli efferentes Müller-cső Wolff-féle cső rete testis tubuli seminiferi szekunder (corticalis) sejtkötegek 20-hetes embryo

A gonádok szomatikus sejtjeinek eredete: 1) Támasztó sejtvonal - a celomahám eredetű primitive sex cord-okból fejlődik: Sertoli sejtek a herében – anti-Müllerian hormont termelnek - Müller-cső regressiója - a celomahám eredetű szekunder sex cord-okból folliculus hámsejtek az ováriumban 2) Steroid szekretáló sejtvonal: - mesenchymából: Leydig sejtek a herében (8. héttől: testosteron, androstendion) testosteron termelés csúcsa a 17-18 héten: a hím genitális csatornák és masculin külső genitáliák differenciálódása a 18. hét után a Leydig sejtek visszafejlődnek, pubertáskor jelennek meg theca sejtek az ováriumban 3) Kötőszöveti sejtvonal - a gonádok struktúrális váza

Testis Determining Factor hatásmechanizmusa - a támasztó sejtvonal a TDF hatás elsődleges helye! - TestisDeterminingFactor AZ IVARSEJTEKRE NEM HAT -HÍM IVARSEJTEK HIÁNYÁBAN IS KIFEJLŐDIK A HERE - a TDF (SRY) legfontosabb célpontja a Dax1 gén, X-kromoszómához kötött gén -az ovariumban anti-testis-génként viselkedik - testisben a gonád differenciálódás előrehaladtával a Dax1 down-regulálódik - DE az ovariumban a Dax1 gén aktív marad DAX1 (dosage-sensitive sex reversal, adrenal hypoplasia critical region, on chromosome X, gene 1)

- a Sertoli sejtvonal irányba elkötelezett támasztó Férfi gonád - a Sertoli sejtvonal irányba elkötelezett támasztó sejtekben aktívvá válik az Amh gén -az Amh gén kódolja az anti-Müllerian hormont - anti-Müllerian hormon: kulcs szerep a hím szekunder nemi differenciálódásban

A támasztó sejtek és az ivarsejtek interactiója 1. Női ivarsejtek hiányában a prefollicularis sejtek degenerálódnak. 2. Pre-Sertoli sejtek gátolják a hím ivarsejtek meiosisát.

XY embrió - a primitive sex cord-ok persistálnak a medullában – sejtoszlopok – testis kötegek - a sejtkötegekben pre-Sertoli sejtek differenciálódnak az első hím specifikus sejttípus - a primordiális hím ivarsejtek a pre-Sertoli sejtekkel érintkezve nem kezdik meg a meiotikus osztódást!!!!!!!!!! - pubertásig lassan osztódnak mitózissal - testis kötegekből tubuli seminiferi, rete testis, tubuli recti fejlődnek - mesonephros tubulusaiból: ductuli efferentes testis, ductus epididymis

XX embrió - a primitive sex cord-ok a medullában degenerálódnak (rete ovarii) - a celomahámból újabb sejtoszlopok nőnek a mesenchymába: szekunder sex cord - a corticális részből fejődik a definitív ovárium - az oogoniumok mitózissal osztódnak a fetalis élet során - az oogoniumok egy részében elkezdődik az első meiotikus osztódás a 12-16. héten→OOCYTA – follicularis sejtek veszik körbe: primordiális folliculus - az oocyták meiosisa a profázis diploten szakaszában leáll - a mesenchymába burjánzó celoma hám sejtekből prefolliculáris sejtek differenciálódnak OOGONIUMOK MITÓTIKUS OSZTÓDÁSA A SZÜLETÉS UTÁN MEGSZŰNIK

!!!! NEW NEW NEW !!!! Male Sex Chromosome Losing Genes By Rapid Evolution Although some of the genes on the Y chromosome have been maintained, most of them have died (fatal mutations?). There is evidence that some others are on track to disappear, as well. "Even though some of the genes appear to be important, we still think there is a chance that the Y chromosome eventually could disappear," said Makova and Wilson (2009). "If this happens, it won't be the end of males……. Instead, a new pair of non-sex chromosomes likely will start to become sex chromosomes.„ Az Y chromosomában sokkal több mutáció történik (Makova 2011)

Felhasznált forrásmunkák Nature reviews | Molecular cell Biology volume 11, 2010 Anim. Reprod., v.2, n.3, p.147-160, Jul./Sept. 2005 _________________________________________ Primordial germ cells migration: morphological and molecular aspects M. Soto-Suazo1, T.M. Zorn2,3 mrbarlow.files.wordpress.com/2008/10/egg-and-... www.ndpteachers.org/perit/Zygote.JPG blogol.hu/pikz/vianya/8_sejtes_morula.jpg open.salon.com/.../blastocyst1233162115.jpg www.mun.ca/biology/scarr/Fragile_X_chromosome.gif www.in-gender.com/.../y-chromosome.jpg www.godandscience.org/images/karyotype.jpg

A nemi determináció genetikai alapja