Nemek kialakulása Csírasejtek vándorlása Gonádok fejlődése

Az előadások a következő témára: "Nemek kialakulása Csírasejtek vándorlása Gonádok fejlődése"— Előadás másolata:

1 Nemek kialakulása Csírasejtek vándorlása Gonádok fejlődése
H. Minkó Krisztina Semmelweis Egyetem, Anatómiai, Szövet- és Fejlődéstani Intézet 2016 Nemek kialakulása Csírasejtek vándorlása Gonádok fejlődése

2 Az ivarsejteket az ivarmirigyek (gonad) termelik
Az ivarsejteket az ivarmirigyek (gonad) termelik. Elnevezésük magyarázata, hogy üreges szervek, amelyek falát eredendően hámréteg alkotja. Az egyedfejlődés során e hámrétegbe telepednek be az ivarsejtképző őssejtek, amelyek az ivarérett kor elérése után az ivarsejteket létrehozzák, „termelik”. Az ivarsejtek (gameták) az állatvilágban számfelező osztódással (meiosis) alakulnak ki. A női ivarsejtek a petesejtek (oocita), a hímivarsejtek a spermiumok. A petesejteket a petefészekben speciális funkciójú hámsejtek veszik körül, amelyek vele együtt ún. tüszőket (folliculus) alkotnak. A tüszőhám hormonokat (is) termel. A hímivarsejtek nem tüszőkben, hanem herecsövecskékben fejlődnek. Az ivarmirigyekben létrehozott ivarsejtek érési folyamatokon mennek keresztül, majd egy vezetékrendszeren keresztül kivezetődnek a külvilágba. A női ivarutak fő eleme a petevezető (oviductus). A hímivarsejteket elvezető csőrendszer része az ondóvezető (ductus deferens), amely mentén ondóhólyag fejlődik (vesicula seminalis). Váladéka a hímivarsejteket táplálja. Copulatory organs of the genital system developed to ensure efficient fertilization. They display morphologic variations among species. The degree of such variations is quite prominent and likely reflects divergent modes of copulatory behaviors and copulation physiology on land and in water. The development of the genital system is closely integrated with the primitive urinary organs in both males and females, as they share similar common tubular structures enabling both uresis and gamete transport.

3 UROGENITÁLIS RENDSZER
Az ivarszervek és vizeleti szervek fejlődése szorosan összefügg UROGENITÁLIS RENDSZER Amit már ismerünk: Mesonephros Sinus urogenitalis

4 Wolff cső Sinus urogenitalis
A vizeleti rendszer fejlődéséből emlékezzünk a következőkre: Wolff cső Sinus urogenitalis Mert kell majd az ivarszervek fejlődésének megértéséhez

5 A nem (ivar) : kromoszomális gonadális és….

6 élettani (viselkedés, neuroendokrin szabályozás)
…..fenotipikus élettani (viselkedés, neuroendokrin szabályozás) Stas Fedyanin

7 A nem kialakulása Az ősivarsejtek kialakulása és migrációja
A gonádkezdemények kialakulása, az ősivarsejtek betelepülése A külső és belső nemi jellegek kialakulása

8 A genetikus, kromoszómális nem meghatározódása

9 Genetikus nem meghatározódása fertilizációkor – genotipikus szex-determináció
A nem meghatározódása és manifesztálódása a genetikus nem meghatározódásával kezdődik a megtermékenyítéskor (46,XX vagy 46,XY), mivel a homoterm gerincesekben (mint az ember) dominál a genetikai szex determináció. A heterotermekben viszont a környezettől függő, az ú.n. temperature-dependent sex determination (TSD), vagy environmental-dependent SD, ESD) játszik fontos szerepet. Teknős, krokodil főleg: levegő hőmérséklettől függ a kikelő állat neme.

10

11 A fiúembrió kicsit gyorsabban fejlődik, mint a lány
A fiúembrió kicsit gyorsabban fejlődik, mint a lány. Az embrió jobb oldala is gyorsabban fejlődik, mint a bal oldala… A valódi hermafroditának ált. a jobb oldalán here, a balon petefészek (de a genom ugyanaz…) Melegebb éghajlaton több fiú születik (nemcsak a lányok agyoncsapása áll a háttérben) Emlőshere a testüregen kívül????

12 A „férfiasság” az Y kromoszóma jelenlététől függ

13 A genotípus fogja meghatározni, hogy milyen gonád fejlődik ki (here vagy ovárium).
Ez pedig befolyásolja a reproduktív rendszer többi tagjának (ivarsejteket kivezető csatornák) és a külső nemi szervek fejlődését. Persze néha előfordul, hogy a genotípusos, gonadális és fenotipikus nem között „nincs összhang” és pl. pszeudohermaphrodizmus alakul ki. . Csak ő a normál férfi… Bár sok előrehaladás történt az elmúlt években a nem kialakulásának molekuláris és fejlődésbiológiai feltérképezésében, azért az elváltozások 75%-nak megértése még mindig várat magára…

14 X kromoszóma inaktiváció a hölgyekben, „dóziskompenzáció”
Az X kromoszómán sok olyan gén van, amelyek nem kapcsolódnak a nem meghatározásához és nincsenek jelen az Y kromoszómán. Ezek a gének két dózisban lennének jelen a női egyedekben és 1 dózisban a férfiakban, tehát felborulna az egyensúly. A megoldás az egyik X-et inaktiválni kell a szomatikus sejtekben (XCI –X Chromosome Inactivation) 1998-ben leírt gén: X-Inactive Specific Transcript (XIST) szükséges az inaktivációhoz XCI kezdődik az X kromoszóma „megszámolásával” a sejtmagban aktiváló faktor XCI: RNF12 gátló XCI: OCT4, SOX2, Nanog Figure 3-6 X-chromosomal inactivation and reactivation during the mammalian life cycle. The red and green symbols refer to inactivated paternally (red) and maternally (green) derived X chromosomes. ICM, inner cell mass; P.B. I, first polar body; PE, primitive (extraembryonic) endoderm; TE, trophectoderm. (Based on Gartler SM, Riggs AD: Mammalian X-chromosome inactivation, Annu Rev Genet 17: , 1983; and Thorvaldsen JL and others: X-tra! X-tra!! News from the mouse X chromosome, Dev Biol 298: , 2006.)

15 inactivált X chromosoma: nucleus interphasisban heterochromatin
X chromosoma kompaktáció Barr test

16 Az X-inaktiváció nem egységes a sejtekben, mozaikok vagyunk 
fluoreszcensen jelölt X kromoszómák egérben különböző szövetekben - paternalis: piros - maternalis: zöld A korai fejlődés során, minden sejt „választ” melyik X kromoszómát fogja kifejezni (maternalis vagy paternalis) ez egy ismeretlen random mechanizmus A sejtek a választás után ugyanazt az X kromoszómát fogják kifejezni, mint a progenitor sejt, tehát a szövetek mozaikos felépítésűek lesznek. Neuron, January 8, 2014

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

18 Mindkét nemben a gonádok kialakulása és differenciációja a primordiális csírasejtek megérkezésével kezdődik meg az intermedier mezodermában

19 A 6. héten a szikhólyag falában várakozó ősivarsejtek elindulnak a mesenterium dorsale mentén a dorsalis testfal felé és megtelepednek a mesonephrostól mediálisan elhelyezkedő ivartelepben (plica gentaitalis) a 10. thoracalis szelvény szintjében. Az itt lévő coelomahámból alakulnak ki a fejlődésüket tovább segítő szomatikus sejtek. primordial germ cells normally migrate from the yolk sac via the dorsal mesentery to populate the mesenchyme of the posterior body wall in an area near the tenth thoracic level during the 5th week (Fig. 15-16A). There, they move to the area adjacent the coelomic epithelium, located just medial and ventral to the developing mesonephric kidney. In response, the coelomic epithelium proliferates, thickens, and together with the primordial germ cells, forms a pair of genital ridges (Fig B, C, Fig ).

20 Primordiális csírasejtek, PCGs
A gonád ekkor morfológiailag még indifferens (ambisexual gonadal primordia). A PGC-k migrációja egérembrióban. A PGC-ket könnyű kimutatni: erős alkalikus foszfatáz aktivitással bírnak (alsó képek): TNAP (tissue nonspecific alkaline phosphatase) - hisztokémia.

21 Emberi magzat az 5,5 embrionális héten (EH)
PGC-k az utóbél hámsejtjei között (Oct4-immunhisztokémia)

22 Vándorló (A,B) és megállapodott (C) PGC-k egérembrióban (SSEA-1 IH)

23 A primordialis ivarsejtek migrációja a gonadokba vegetetatív idegfonatok mentén
„our data suggest that PGCs in human embryos preferentially migrate along autonomic nerve fibers from the dorsal mesentery to the developing gonad where they are delivered via a fine nerve plexus. We hypothesize that the autonomic neurons and/or their Schwann cells may release chemo-attractants and/or transmit survival signals that may support and guide PGC migration from the hindgut to the gonads.” Molecular Human Reproduction, Vol.16, pp. 621–631, 2010 Human primordial germ cells migrate along nerve fibers and Schwann cellsfrom the dorsal hind gut mesentery to the gonadal ridge K. Møllga˚rd1, A. Jespersen2, M.C. Lutterodt3, C. Yding Andersen3, P.E. Høyer1, and A.G. Byskov3,*

24 A kialakuló ivarredők kemotaktikus faktorokat szekretálnak, amelyek a
PGCk vándorlását irányítják. Kb PGC vándorol ide.

25 Ha nem találják meg a helyüket 
Sacrococcygealis (A) és oropharyngealis (B) teratómák újszülöttben Kialakulásuk feltételezett oka: a vándorló PGC-k rossz helyen landoltak,de nem pusztultak el. Teratóma: csodarece; szövettani összevisszaságban tartalmaz egymás mellett pl. idegszövetet, kontraháló szívizomszövetet, porcot, stb. A teratómából kiklónozható pluripotens őssejtből (EC sejtek) viszont megint normális egeret lehet csinálni... Schmoll 2002

26 Összefoglalás A 6. héten a szikhólyag falában várakozó ősivarsejtek elindulnak a mesenterium dorsale mentén a dorsalis testfal felé és megtelepednek a mesonephrostól mediálisan elhelyezkedő ivartelepben (plica gentaitalis) a 10. thoracalis szelvény szintjében. Az itt lévő coelomahámból alakulnak ki a fejlődésüket tovább segítő szomatikus sejtek. A szomatikus sejtek Sertoli illetve follikuláris (granulosa) sejtekké alakulnak. Ugyanezen idő alatt két új cső is kialakul a hátfó testfalban a ductus mesonephricustól lateralisan, ductus paramesonephricus (Müller).

27

28 Video a reproduktív rendszer fejlődéséről:
reproductive system

29 II. Fenotípus kialakulása
Gonadális nem A gonádok az intermedier mezoderma származékai. A gonádok kezdeménye (Anlage, primordium) az embrió háti részén, az ősvesétől mediálisan található. A fejlődés 5. hetében a testüreg fala, a cölómahám megvastagodik (ivarléc, plica genitalis). Ez a jelenség ugyanabban az időben, mind a két nemben egyformán zajlik le! Indifferens gonád állapot: nem lehet a szövettan/makroszkópia alapján a nemet megállípítani.

30 A férfi gonád kialakulása az Y kromoszóma meglétéhez kötött
(Sry gén az Y kromoszóma rövid karján). A differenciálódó testis által termelt 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).

31 Testis-Determining Factor
Primer szex differenciáció -még a szex hormonok hatásától független Kialakulnak a később szex hormont termelő sejtek A „férfiasság, nőiessség” az Y kromoszóma jelenlététől, vagy hiányától függ Az Y kromoszóma által kódolt szignálok irányítják a testis kialakulását Az Y kromoszóma azon része amely a here fejlődését segíti: Testis-Determining Factor

32 Molekuláris háttér Az Y rövid karja szükséges a here fejlődésének elindításához. Az itt elhelyezkedő Sry gén egy 223-aminosavas nonhiston proteint kódol. A géntermék feltétlen szükséges a férfiakban a gonád kialakításához a kezdeti stádiumban, nőben nem. it is located near to the homologous region on the human Y chromosome

33 Az Y kromoszóma TDF (testis determining region) régiójában van a here kialakulásáért felelős gén.
Ennek a megtalálása hosszú időt vett igénybe. Az azonosításhoz XY genotipusú nőket vizsgáltak: az Y kromoszóma mely részének elvesztése jár a női fenotípus kialakulásával?

34 Testis Determining Factor hatásmechanizmusa
- a támasztó sejtvonal a TDF hatás elsődleges helye! - Testis Determining Factor 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 leregulálódik - DE az ovariumban a Dax1 gén aktív marad DAX1 (dosage-sensitive sex reversal, adrenal hypoplasia critical region, on chromosome X, gene 1)

35 Autoszomális gének a szex determinációban: SOX-9
A SOX9 is csak Sertoli sejtben (élethossziglan) expresszálódik. Ez is transzkripciós faktor (HMG box ez is). Expressziója szinte azonnal követi az SRY-ét. SOX-9 +/- (ember): növekedési zavar (CMD) és a XY-páciensek ¾-e: nő. Szexdeterminációs kaszkád: SRY expresszió indukálja a SOX9 expresszióját. Ez utóbbi egy újabb gént kapcsolhat be, a SF-1-et. Az SF-1 (steroidogenetic factor-1) a szteroidszintézis kulcsenzimjeinek átíródását serkentő faktor. Ugyanakkor kötődik az AMH hormon promoteréhez is.

36 Szex determináció, korai lépések

37

38

39 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) Szteroid szekretáló sejtvonal: - mesenchymából: Leydig sejtek a herében (8. héttől: testosteron, androstendion) testosteron termelés csúcsa a 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 strukturális váza

40 XY embrió - a primitive sex cord-ok perzisztálnak 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

41 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 héten→OOCYTA – follicularis sejtek veszik körbe: primordiális folliculus - az oocyták meiosisa a profázis diploten szakaszában leáll - a mesenchymába burjánzó coeloma hám sejtekből prefolliculáris sejtek differenciálódnak OOGONIUMOK MITÓTIKUS OSZTÓDÁSA A SZÜLETÉS UTÁN MEGSZŰNIK

42 Férfiak: Nők: Sertoli sejtek AMH gén
anti-Müller hormon (TGFbeta család) Fontos szerep a másodlagos szex determinációban Nők: Wnt4 antagonizálja valószínűleg a tesztoszteron hatást , TDF-t Wnt4 leregulálódik a herében, de az ováriumban nem

43 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

44 A járulékos szervek fejlődése férfiban

45 Hox gének is szerepet játszanak
a mintázat kialakulásában

46

47 Y kromoszóma hiányában
női fejlődés 

48 A petefészek indukciója: DAX-1
1980: két lánytestvér (46, XY; Y: OK) Az X rövid karján kisebb rész duplikációja. Itt kell legyen egy gén, ami az SRY szignált kioltja, és a petefészek indukcióját okozza. DAX-1: -duplikáció dosage sensitive sex reversal (DSS). -kiesés: kongenitális MVK hiploplázia (CAH). Expresszió: -MVK sejtjei (szteroidtermelés) -indifferens gonád: az SRY expresszió előtt, mindkét nemben -ha megindul a here fejlődése: DAX-1. -petefészek: fennmarad az expresszió. DAX-1: (árva, orphan) sejtmagreceptor. Elnyomja egy másik (hasonló) magreceptor hatását, az SF-1-ét (direkt kötődik ahhoz).

49

50

51

52

53 AMH probléma

54 Persistent Mullerian duct syndrome (PMDS)
Figure 6. Intraoperative photograph shows the uterus (curved open arrow), right fallopian tube (straight open arrow), and right testis (solid arrow). Dekker, RadioGraphics 2003; 23:309–313

55

56

57 A mesonephricus-gonadalis
komplex felfüggesztése a hasüregben

58 A herék leszállása Ha nem szállnak le a herék: cryptorchidism malformáció

59

60 Az ováriumok felfüggesztése

61

62 Az ivarszervek telepeinek származékai nőben és férfiben

63 Köszönöm a figyelmet!