Fertilizáció és barázdálódás

Az előadások a következő témára: "Fertilizáció és barázdálódás"— Előadás másolata:

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

2 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.

3 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)

4 (=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.

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

6 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)

7 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

8 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

9 „ 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

10 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

11 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.

12 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

13 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

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

15 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

16 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

17 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

18 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.

19 A két ivarsejt fúziója II.
-normál körülmények között 1 spermium lép be a haploid spermium pronucleusa + a haploid petesejt pronucleusa összeolvad: Zigóta: diploid sejt 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!

20 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 gyermekvállalás évente Kb meddő pár (elméletileg) pár kér orvosi segítséget Kb pár IVF (kb program) Kb lombikbébi jön világra

21 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.

22 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).

23 Intracytoplasmic sperm injection (ICSI)
Intracytoplasmic sperm injection (ICSI)

24 Barázdálódás

25 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

26 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

27 16-32 cells stage

28

29 BARÁZDÁLÓDÁS

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

31 Köszönöm a figyelmet!