Fertilizáció és barázdálódás Fertilizáció, kapacitáció, barázdálódás, kompaktáció, blastocysta Fertilizáció és barázdálódás P.-Fejszák Nóra Semmelweis University

Fertilizáció Több lépéses, faj-specifikus folyamat 1. A spermiumok kapacitációja és kemotaxisa; 2. az 1. felismerés: a zona pellucida felismerése 3. akroszómareakció (AR); 4. a 2. felismerés: a gaméták fúziója; 5. a polispermia megakadályozása (CGR); 6. a sejtmagok egyesülése, a petesejt anyagcseréjének megváltozása és az első mitózis.

Spermatocytogenesis Spermatogenesis I. (=spermatidák kialakulása spermatogoniumokból mitotikus és meiotikus osztódások során) Spermatogoniumok a herecsatornácskák lamina basalisán elhelyezkedő diploid sejtek. Az első osztódás aszimmetrikus mitotikus osztódás Meiosis: Elsőrendű spermatocyta (4n) → másodrendű spermatocyta (2n)→ spermatidák (1n)

(=érett spermiumok kialakulása a spermatidákból) Spermatogenesis II. Spermiogenesis (=érett spermiumok kialakulása a spermatidákból) A haploid spermatidák érési folyamata közben morfológiai változásokon mennek keresztül. Kialakul a feji, nyaki és farki régió és egy új sejt organellum az acrosoma.

Spermatogenesis eredménye Érett spermium Spermatogenesis eredménye Spermatocytogenesis Spermiohistogenesis Az ivarutakból „ frissen” kikerülő hímivarsejtek még NEM alkalmasak a megtermékenyítésre

Kapacitáció Kapacitáció: -utolsó érési lépés A „frissen” kikerülő hímivarsejtek még NEM alkalmasak a megtermékenyítésre! Kapacitáció: -utolsó érési lépés -néhány óra alatt a női ivarutakban -kapacitáció előtt a spermiumok aktivitása kicsi -kapacitáció után metabolikusan aktivá válnak → motilitásuk nő Első sorban a spermium feji membránjának molekuláris összetétele változik meg: A koleszterol szintje lecsökken→ membrán fluiditása nő Membránhoz kötött, a megtermékenyítéshez szükséges proteinek aktivizálódnak (foszforiláció)

Hogyan találja meg a spermium a petesejtet? Hőmérséklet növekedése Thermotaxis: A kapacitáción átesett spermiumok képesek érzékelni azt isthmus és az ampulla között lévő hőmérsékleti különbséget (kb 2oC) → a kialakult hőmérsékleti grádiens thermotaxist vált ki

Chemotaxis Chemotaxis: A kemotaktikus molekula: a corona radiata sejtjei által termelt progeszteron a progeszteron koncentrációs grádiense megfigyelhető az isthmus és ampulla között A spermiumok képesek követni (kemotaxissal válaszolva) a növekvő progeszteron koncentrációra

„ a nagy találkozás előtt” Második akadály: Zona pellucida -glikoprotein mátrix -a növekvő oocyta termeli -biztosítja a faj-specifikus kapcsolódást -megakadályozza a polispermiát Akadályok…. Első akadály: -granulosa sejtek rétege (corona radiata) hialuronsavas mátrixba ágyazódva -spermiumok feji membránja tartalmaz egy proteint (PH20), amely képes oldani a hialuronsavas réteget

Az első felismerés: a spermiumok a zona pellucidát ismerik fel. A zona pellucida 3 fehérjéből áll: egér: ZP1 (200 kDa), ennek humán megfelelője: ZPB; ZP2 (120 kDa), ZP3 (83 kDa). A ZP3-at ismerik fel a spermium feji membránjában lévő zona receptorok. A ZP3 erősen glikozilált (sok szénhidrát oldallánc kapcsolódik a polipeptid vázhoz, mely csak 44 kDa nagyságú Galaktoziltranszferáz-I a spermium feji membránján ZP3-GalT kapcsolódás→G-protein aktiválás→ Ca+ csatorna nyitás→acrosómális reakció

A spermium felismerése I. A Galaktozil transzferáz szerepe A galaktozil transzferáz (GalT): egy, a spermium feji membránjába beépülő, integráns membránenzim (60 kDa). Ez az enzim csak a ZP3 oligoszacharid oldalláncait ismeri fel (ZP3 specifikus receptor). A GalT egy aktivált galaktóz (UDP-galaktóz) kötését katalizálja a ZP3 oligoszacharid oldalláncának a végére (N-acetil glükózamin-galaktozil transzferáz). Csakhogy aktivált galaktóz soha nincs jelen a petevezető ampullájában. Így az enzim kötődve marad a ZP3-hoz, ezáltal rögzíti a spermiumokat a zona pellucidához.

Acrosoma reakció ZP3-GalT kapcsolódás→G-protein aktiválás→ Ca+ csatorna nyitás→acrosomális reakció 1. A külső akroszómális membrán összeolvad a spermium feji membránjával több ponton 2. A 2 membrán összeségében kicsi vezikulákat formál 3. Masszív Ca++ beáramlás 4. Enzimek kiszabadulnak az akroszómából [esterases, acrosin (not diffusible!!), and neuraminidase] 5. Enzimek lizálják a zona pellucidát

Az AR reakció során az akroszóma tartalma kiürül Az AR reakció során az akroszóma tartalma kiürül. Az így kiszabaduló enzimek segítségével a spermium egy csatornát „fúr” a zonába, amelyen keresztül átpréseli magát a petesejt sejtfelszínéig

Felismerés és a gaméták fúziója Ez a felismerés újabb receptorokat/ligandokat igényel Sejtfúzióban szerepet játszó molekulák: -CD9 -Fertilin -tetraspanin -Izumo

Polispermia gátlása I. A spermium és a petesejt sejtmembránjának fúziója után a petesejtben lejátszódó specifikus folyamatok, amelyek meggátolják több spermium egyidejű fúzióját a petesejttel Részleges depolarizació (feltételezett mechanizmus) -a fúzió után Na+ csatornák nyílnak -a beáramló Na+ ionok, a petesejt membránjának részleges depolarizációját váltják ki (+20 mV) -ez a folyamat csak tengeri sünöknél bizonyított, emlős fajokban csak feltételezés

Polispermia gátlása II. Kortikális reakció - petesejt plazmamembránja alatt elhelyezkedő un. kortikális granulumok exocytózisa -a spermium belépésének hatására a Ca++ koncentráció megnő a petesejtben→kortikális granulumok exocitózisát idézi elő -a granulumok enzimjei módosítják a spermiumokat kötni képes proteineket; új hialuronsavas réteg keletkezik a petesejt plazmamembránja és a zona pellucida között

A két ivarsejt fúziója I. Oocyta aktiváció - A fertilizáció előtt a secunder oocyta megrekedt a II. meiotikus osztódás metafázis szakaszában  A spermiummal való fúzió reaktiválja a mitotikus apparátust  A meiotikus osztódás befejeződik -  Második poláris test megjelenik

Az anyai és apai eredetű genetikai állomány egyesülése Fluoreszcens jelölés: kék szín: DNS; zöld szín: mikrotubulusok. A: az első meiotikus osztódás az ovuláció előtt (csak petesejt). B: Spermium belépés (balra), és a második meiotikus osztódás befejezése (fönt). C-E: A férfi és női pronucleolusok egyesülése, első mitózis.

A két ivarsejt fúziója II. -normál körülmények között 1 spermium lép be a haploid spermium pronucleusa + a haploid petesejt pronucleusa összeolvad: Zigóta: diploid sejt http://www.advancedfertility.com/triploid.htm Kroszoszóma szám helyreállítása Polyspermia következménye -2 spermium lép be→ triploid embrió -triploid kromoszóma szám -az embriók normálisnak néznek ki, de szinte az összes abortálódik 3 db pronucleus 69 kromoszóma!

Meddőség 1 év rendszeres házasélet után nem születik gyermek Házaspárok 15 – 20 % gyermektelen Okai: 40% férfiak, 40 % nők, 10% mindketten, 10 % ismeretlen ok Magyarország: - 1 millió fogamzó korban lévő házaspár Kb. 100.000 gyermekvállalás évente Kb. 150.000 meddő pár (elméletileg) 20.000 pár kér orvosi segítséget Kb. 3.000 pár IVF (kb. 6.500 program) Kb. 2.000 lombikbébi jön világra

Assisted reproductive technology (ART) A legismertebb technikák: in vitro fertilization (IVF) intracytoplasmic sperm injection (ICSI) Orvosi javallat: petevezető gyulladása (salpingitis) miatti átjárhatatlanság (pl. IVF-re); kevés, vagy hiányzó spermium az ejakulátumban (oligospermia, azoospermia; ICSI-re. Here tumorok (a citosztatikus kezelést megelőzően spermiumgyűjtés és fagyasztva tárolás). Sok pénz … Az első IVF gyermek 1978-ban született (UK). Nálunk: I.sz Szülészeti és Nőgyógyászati Klinikán végzik, de máshol is.

in vitro fertilization (IVF) Robert Edwards (Nobel-díj) Az IVF lépései: 1. Szuperovuláció (a nők hormonális kezelése FSH-val és hCG-vel), nagyszámú (8-10) petesejt nyerése céljából; 2. petesejtek gyűjtése (ultrhang megfigyelés mellett preovulatórikus tüszőkből leszívással) 3. hímivarsejtek gyűjtése; 4. in vitro fertilizáció; 5. Embriótenyésztés és az egészséges zigóták szelekciója 6. A kiválasztott zigóta(-ák) transzplantációja az méhbe (saját, vagy béranya).

Intracytoplasmic sperm injection (ICSI) http://www.youtube.com/watch?v=IQujLI-ArMY Intracytoplasmic sperm injection (ICSI)

Barázdálódás

Barázdálódás Mitotikus osztódások sorozata a zigota teljes citoplazma állománya egyre kisebb és kisebb sejtekbe „csomagolódik” A barázdálódás során keletkező sejteket blastomere-nek nevezzük A humán barázdálódási folyamat equalis, de aszinkron. Equalis osztódás: minden osztódás során keletkező blastomere sejtek egyenlő méretűek Aszinkron osztódás: a blastomere-k időben nem egyszerre osztódnak

Kompaktáció = kompaktizáció A nyolcsejtes „morula” jellegzetes átalakulása: az ugrásszerűen megnövekvő sejtadhézió következtében a nyolc egymást érintő golyó (pingponglabda) egymáshoz lapult sejtek alakját veszi fel. Kompaktizáció előtt és után

16-32 cells stage

BARÁZDÁLÓDÁS

Humán embrió preimplantációs fejlődésének „menetrendje”: HOL és MIKOR található az embrió?

Köszönöm a figyelmet!