Meiózis Gametogenezis

Az előadások a következő témára: "Meiózis Gametogenezis"— Előadás másolata:

1 Meiózis Gametogenezis
Dr. habil. Kőhidai László SE – GSI 2019.

2 Meiózis és mitózis összehasonlítása (1)

3 Meiótis és mitózis összehasonlítása (2)

4 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

5 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

6 Krsz - DNS Krsz - DNS 2 2n 2 2n 2 4n 2 4n 1 2n 1 1n 2 2n
Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

7 Meiózis I. Profázis Leptoten Chrs. kondenzáció Zygoten
Homológ chrs. párbaállása megkezdődik Bivalens chrs. Pachyten Párbaállás teljes Crossing over kezdete Diplotene Homológ chrs. Szétválása Kapcsolódás csak a chiasmáknál Meiózis I. Profázis

8 Szinaptonémás komplex
Chromatin Lat. elem Centr.elem 120 nm M. Westergaard – D. Von Wettstein

9 Crossing over Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

10 Szinaptonémális komplex
Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

11 Szálcsere Egy szál beépülése a másik genomba Asszimiláció A kicserélődő szakasz kiterjedése Felbomlás A genomok elválása „száltöréssel”

12 Holliday junction

13 Crossing over (2) Emberi sejtekben 2-3 chiasma/kromoszóma
Kék – centromer Zöld - chiasma Emberi sejtekben 2-3 chiasma/kromoszóma Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

14 Diakinesis Az egyes kromatidák láthatóvá válnak Homológ krsz. összekapcsolódása a chiasmáknál Crossing over (Chiasma) Centromer Kromatidák a centromernél összekapcsolódva

15 Szekunder spermatocyta
Metafázis I. Anafázis I. Telofázis I.és Citokinezis Homológ krsz. a pólusok felé vándorolnak chiasma A crossing over eredménye a rekombináció Szekunder spermatocyta vagy Szekunder oocyta

16 Metafázis II. NINCS replikáció ! Oocyták itt várnak
a megtermékenyítésig

17 Spermatidák Anafázis II. Telofázis II. Citokinezis

18 „Virágcsokor” (buquet) konfiguráció
Gelei József ( ) Gelei's technical skill and detailed studies on chromosome conjugation in carefully fixed flatworm tissues led to a first detailed description of the sequential chromosomal events that lead to homologue conjugation during first meiotic prophase. In particular, his three-dimensional reconstructions of the meandering leptotene and bouquet chromosomes, which he obtained by calculating their three-dimensional course from consecutive drawings of focal planes, showed his dedication to the subject. Nature, 2001 „Virágcsokor” (buquet) konfiguráció Leptoten - Zygoten

19 Magorsó kapcsolódása Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

20 Magorsó kapcsolódása Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

21 Meiosis I. - Profázis Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

22 Állati élet- ciklus Növényi felnőtt zygóta megtermékenyítés meiózis
gaméták spórák soksejtű ivartalan nemzedék ivaros

23 Kettős-helix felbomlása egyes helyeken
Molekuláris változások Idő (perc) Sejtbiológiai változások Meiózis fázisai DNS duplikáció vége Axiális elemek kialakulása Szinaptonémás komplex felbomlása Megjelenik Eltűnik Jelen van „Rekombinált” molekulák Kettős-helix felbomlása egyes helyeken

24 - Szakaszok időtartama -
Meiosis I. – Profázis - Szakaszok időtartama - Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

25 embr.gen. 6. hét embr.gen. 12. hét embr.gen. 20. hét
7x106 sejt 2x106 sejt embr.gen. 20. hét Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

26 - - c-mos Progesteron Protein kináz A cAMP  Mos (Ser-Thr kináz) MAPK
 Mos (Ser-Thr kináz) cAMP  MAPK Kináz - Cdc-25C  CDK2 MPF MEIÓZIS

27 (DNS duplikációja nélkül)
Cohesin leválik Mos-MAPK MPF aktív MPF Szeparáz CSF Mos II. Meiotikus osztódás (DNS duplikációja nélkül) [Bc-ubiq.] Bc [Securin] Securin Metafázis II. mikrotubulusok - APC - Ca2+  CSF = cytostatic factor

28 I. II. Interfázis Profázis Metafázis Anafázis Telofázis Profázis
Jon. C. Glase

29 Sisterchromatide exchange
(SCE) SCE frekvencia nő: BrdU sávok

30 Meiotikus non-disjunctio
Non-disjunctio – Meiózis I. Non-disjunctio – Meiózis II. Meiózis I. Meiózis II. Euploid Euploid Triszómia Monoszómia Triszómia Triszómia Monoszómia Monoszómia 100% károsodott „CSAK” 50% károsodott

31 Gametogenesis fázisai
Primordialis ivarsejt Férfi Nő Spermatogonium Elsőrendű spermatocyta Másodrendű spermatocyta Spermatida Spermatozoon - Spermium 2n ?? n Oogonium Elsőrendű oocyta Másodrendű oocyta Ovum Ovum - Petesejt

32 Gametogenesis fázisai
Primordialis ivarsejt 2n Spermatogonium 2n Elsőrendű spermatocyta 2n MEIÓZIS I. Másodrendű spermatocyta ?n MEIÓZIS II. Spermatida n Spermatozoon - Spermium n

33 A “plazma-hidak” szerepe
X Y Az “Y” kromoszómát tartalmazó spermatocyták és spermatidák fejlődéséhez nélkülözhetetlen az “X” kromoszóma jelenléte

34 Az oogenesis fázisai Primordialis ivarsejt 2n Oogonium 2n
Elsőrendű oocyta 2n MEIÓZIS I. Másodrendű oocyt n + Sarki-test MEIÓZIS II. Ovum n

35 Függelék Kiegészítő anyag: Megtermékenyítés

36 Primordialis ivarsejtek (PGC)
Differenciálódás - a fejlődés korai szakaszában – még nincsenek gonádok - endodermális elhelyezkedés, távol a gonadális fejlődés helyétől Migráció - keringési rendszerrel \vagy a mesenterium mentén - “homing” és “kolonizáció” – „genital ridge” A primordiális diploid ivarsejtek mitotikus osztódással diploid ivarsejteket hoznak létre

37 Ovuláció Másodrendű oocyta:
“be vannak fagyasztva” a II. meiotikus osztódás metafázisába Körülvevő rétegek: Corona radiata (cumulus oophorus) - follicularis sejtek Zona pellucida – a petesejt felé a következő réteg, amelyet extracellularis matrix proteinjei képeznek és biztosítják a fajspecifikus megtermékenyítést

38 Az Oocytát körülvevő rétegek
Oocyta Corona radiata sejtjei Zona pellucida

39 Ovum jellemzése Tápanyagok és az érés sorám felhalmozódó anyagok
tárolása (A petesejtből származó tápanyag tartalékok addig elegendőek, amíg az embryo az anyai szervezetből exogen anyagok felvételére nem képes) A petesejt tartalmazza az anyai kromoszóma-hányadot (n) Szükséges, hogy a megtermékenyítő spermium kivételével többit kilökje

40 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

41 Spermatogenesis –A vezetékek felépítése
Tubuli seminiferi contorctii a spermatogenesis 5 fázisban zajlik Spermatogonium Elsőrendű spermatocyta Másodrendű spermatocyta Spermatida Spermatozoon Járulékos sejtek: Sertolli sejtek - spermiogenesis Leydig sejtek - tesztoszteron szintézis

42 Spermiogenesis Spermatida Spermatozoon
A citoplazma nagy részének eltávolítása Sejtmag kondenzáció és morfológia változása - Hisztonok - Gén-aktivitás Acrosoma kialakulása Mitochondriumok aggregációja Centriolumok Farok - Mikrotubulusok elrendeződése és megnyúlása

43 A spermium jellemzése el kell hogy érje és penetráljon a petesejtbe
aktiválja a petesejt magi és citoplazmatikus osztódását, mely szükséges az embrionális fejlődéshez az apai kromoszóma-hányad (n) „szállítója” meghatározza az embrió nemét

44 Spermium-érérs Kerek, „Ebihal-szerű”, mozgásképtelen sejt mozgásképes
(Spermatogonium) „Ebihal-szerű”, mozgásképes (Spermatida) Meiózis - 1 diploid (2n) sejt - 4 haploid (n) ivarsejt Centriolum - Flagellum Golgi apparatus - acrosomalis vesiclum Mitochondrium - a fej és a flagellum összekötése (középdarab) Fej alakja - citoplazma térfogata csökken, - nucleus kondenzált

45 Spermium-érérs (2) ÁBA

46 Spermium-érérs (3) Acrosomalis vezikulum - proteineket és összetett
cukrokat bontó enzimeket tartalmaz petesejt felismerése a petesejt külső rétegeinek bontása Flagellum – propellerként hajtja a spermiumot ATP igényes az ATP-t a mitochondriumok szintetizálják a dynein enzimatikus aktivitása szükséges az ATP hidrolíziséhez

47 Emberi hímivarsejt felépítése
Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

48 A spermium motilitása passzív transport - aktív, flagellaris mozgás -
epididymis aktív, flagellaris mozgás - a tub. seminiferi.-ben proteáz inhibitor, anti-capacitációs faktorok

49 ? Spermiumok száma (1) spermium\ml ejaculatum (ml)
millió\ml s 60-80 millió\ml s ? 10 nap abstinencia - 4x sejtszám AZONBAN a pathológiás formák is gyakoribbak

50 Mi lehet az oka a drámai (50%) számbeli
Spermiumok (2) Mi lehet az oka a drámai (50%) számbeli csökkenésnek ? A scrotum hűtő hatása nem érvényesül egyes új öltözékekben (farmer nafdrág, alsónadrág típusa) (Texasban a megtermékenyítés gyakorisága nyáron sokkal kisebb) Dohányzás Stress szarvasmarha 5 milliárd\ ejaculatum DE 12 million elegendő nyúl 200 millió\ ejaculatum DE éri csak el a petesejtet

51 Megtermékenyítés Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

52 Spermium és a pH pH lúgos pH savas uterus Prostata Ondóhólyag
Cowpers mirigy pH lúgos vagina pH savas oxytocin és prostaglandin az uterus összehúzódását idézi elő

53 Kapacitáció az élettani megtermékenyítés esszenciális lépése
a spermium-endothel kapcsolat indukálja az ú.n. anti-kapacitációs-faktorok eltávolítása a spermium oxigén-felhasználása nő a follikuláris folyadék komponensei maximális kapacitációt idéznek elő hiperaktív mozgás

54 Spermium az uterusban A kapacitáció kezdetének helye

55 Oocyta az uterusban méhenkívüli terheség perisztaltikus mozgás
csilló csapás

56 Megtermékenyítés ha a spermium ‘vár’ rövid idő – leány magzat
ha az ovuláció időben távol van a megtermékenyítéstől – fiú magzat

57 A spermium mozgása Negatív rheotaxis: A sejtek a petevezetőben
áramló mucus-szal szemben úsznak

58 Kemoattraktánsok vagy kemoattraktáns képzők a női nemi szervekben
Cervicalis mucus Uterus Follicularis folyadék Cumulus sejtek Maga az intakt, nem-megtermékenyített petesejt 2

59 Tengerisün gamonok kemotaktikus hatásai
Koaguláció Hyaluronidase Gynogamon II. Androgamone II. Gynogamon I. Androgamone I. 1

60 A follicularis folyadék jellemzése
Összetétele a menstruációs ciklustól függ LH Progesteron (1-100 mg/ml) Adrenalin (0.001 mg/ml) Oxytocin (0.01 U/ml) Insulin (repellens) Kallikrein Anti-thrombin III. = spermium receptor Atrial natriuretic peptide (ANP) 1000 Da = hőrezisztens peptid 3

61 Spermium kemotaxis (1) A spermium populáció heterogén
Folliculáris folyadékra adott válasz 70 % pozitív respiratoricus válasz 20 % negatív A válaszkészség függ a spermiumok korától: korai érett öreg Csak ezek a sejtek mutatnak normális kemotaxist 5

62 Spermium kemotaxis (2) Ca2+ hatással van: kemotaxis sejtlégzés
acrosomalis reakció corticalis reakció fertilizáció adhézió Calmodulin – NAD-kináz – exocitózis foszfatázok, foszforiláció guanil cikláz cGMP cGMP-dep. Ca2+ csatornák Ca2+ felvétel ha a spermium eléri a petesejtet 6

63 Spermium kemotaxis (3) Metilációs rendszer
Flagellum – protein carboxyl-methylase Fej-flagellum – MAP Foszfolipid metiláció csökkenése (min. 40%) cAMP-dep. foszforiláció Protein kináz inhibitorok - gátlók (42 kD kináz) 7

64 Spermium kemotaxis (4) Közös receptor-gén család szaglás és spermiumok
Az általános kemoattraktáns fMLP kemoattrakánsként hat nem csak PMN sejteken de a spermiumokon is. (PMN-ok aggregációját indukálja a női gentitális rendszerben) p-nitrophenyl-glycerol (PNPG) repellens spermiumokban – contraceptív hatás 8

65 Megtermékenyítés Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

66 Megtermékenyítés (1) Acrosoma - Golgi-ból alakul ki
- az enzimeket kristályos formában tárolja equatoriális zóna Jellemző enzimek: - hyaluronidáz (hyase) - proteáz - foszfatáz - corona penetráló enzimek

67 Megtermékenyítés (2) zona pellucida kocsonyás réteg “speract” proteáz
receptorok proteáz PH-20 hyase PH-20 – „jelly layer” proteáz - corona radiata corona radiata

68 Acrosoma reakció

69 A spermium enzimei galaktozil transzferáz - N-acetilglukózamin
a ZP3-ban faj specifikus adhézió receptor tirozin kináz - IP3 –Ca2+ triggereli acrosomalis reakció proacrosine - ZP2-vel kapcsolt, - acrosinra alakul át - a zona pellucidát oldja fel

70 Fúzió és penetratio A petesejt plazma membránjában: szelektinek
integrinek A spermium membránban: PH-30 komplex dizintegrin (RGD, TDE) viralis fúziós protein

71 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

72 Kortikális reakció Polispermia-gátlás
ZP1 - struktúrális protein ZP2 - struktúrális pr. + receptor ZP3 - struktúrális pr. + receptor ZP3 - IP3 indukciója IP3 - Ca2+-szint nő a zona pellucida rigiditása növekszik a ZP2 és ZP3 lebomlása véd az adhéziótól és a további spermiumok belépésétől

73 A NOS hatása NOS = Nitric oxide synthase
az enzim a spermium egyik komponense NOS-t az acrosomalis reakció aktiválja NOS nitrogén oxidot (NO) termel a petesejt szintén felszabadít NOS-t a termelt NO kalicum felszabadulást vált ki a Ca2+ feedback-kel aktiválja a NOS-t

74 Anya Apa centriolumok mitochondriumok

75 Megtermékenyítést követő lépések
Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

76 Normospermia

77 Polispermia

78 Polispermia-gátlás

79 A megtermékenyítés művi gátlása
hormonokkal antitestekkel - ZP3 vagy PH-30 ellen galaktozil transzferáz vagy PH-30 kötődés gátlása szerkezetileg homológ ligandummal

80 Köszönetnyilvánítás / Referenciák
Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Joyce Leary: Fertilization (2001) arbl.cvmbs.colostate.edu/hbooks/pathphys/reprod/