Млекопитающие

ППК у млекопитающих так же, как и у хвостатых амфибий происходит на более поздних стадиях за счет процессов индукции. После удаления цитоплазмы анимального или вегетативного полюсов из таких яйцеклеток развиваются фертильные мыши. Что указывает на отсутствие каких-либо полярных детерминант в яйцеклетке. Изучение стало возможно благодаря работам Бакстера, который продемонстрировал, что ППК млекопитающих в больших количествах экспрессируют щелочную фосфатазу, которая и стала маркером на ППК млекопитающих. ППК появляются в эпибласте задней области зародыша в результате индуцирующего действия факторов BMP (BMP4, BMP8b). У мыши ППК обнаружены на 6,5 сутки после спаривания в эпибласте. ППК образуются из проксимальной части эпибласта в радиусе 1-2 клеточных диаметров, прилежащей к внезародышевой эктодерме. Клетки этой зоны, погружаясь в первичную бороздку в процессе гаструляции, мигрируют и формируют внезародышевую мезодерму. Примерно на 7,2 сутки развития в популяции ППК насчитывают только около 45 таких клеток. Если клетки, которые в норме дифференцируются в нейроэктодерму и покровную эктодерму, пересадить в проксимальную область, они дают начало ППК. Следовательно, вплоть до 6,5 суток развития мыши все клетки эпибласта компетентны к образованию ППК в результате локальных индукционных взаимодействий с окружающей внезародышевой эктодермы. На 7,5 сутки ППК можно увидеть в основании аллантоиса и прилегающем желточном мешке. К этому времени они уже разделились на 2 популяции, которые будут мигрировать в правую и левую гонады. ППК из аллантоиса перемещаются каудально от желточного мешка в новообразованную заднюю кишку и затем вверх по дорсальному мезентерию в половой гребень. Большая часть ППК достигает зачатка гонады к 11 суткам после оплодотворения. В процессе миграции клетки делятся (под влиянием паракриновых факторов Fgf7 и SCF), так что вместо исходной популяции в 10-100 клеток в гонаде к 12 дню оказывается 2500-5000 ППК. ППК млекопитающих мигрируют, образуя филоподии; они способны проникать через клеточные монослои и мигрировать по клеточным пластам.

Поддержание плюрипотентности в клетках млекопитающих во время эмбриогенеза обеспечивается транскрипционным фактором, продуктом экспрессии гена oct-4, а также генами fragilis и stella.

У зародыша человека ППК впервые обнаруживаются на стадии 16 сомитов.

Литература:

1. Большой энциклопедический словарь «Биология», гл. ред. М.С. Гиляров, М., «Большая Российская энциклопедия», 1998.

2. Т.Б. Айзенштадт. Цитология оогенеза. М., Наука, 1984.

3. А.К. Дондуа. Биология развития: учебник. В 2 т., СПб, Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2005.

4. Scott F. Gilbert. Developmental Biology. 8-th edition. Sinauer Associates, Inc., Publishers Sunderland, Massachusetts, USA.

5. Л.А. Берекеля, М.Б. Пономарев, А.А. Микрюков, Н.Н. Лучинская, А.В. Белявский. Молекулярные механизмы детерминации клеток зародышевого пути у животных. Молекулярная биология, 2005, том 39, №4, с. 664-677.

Занятие №3. Оогенез рептилий и птиц. Осыченко а. А.

Рептилии и птицы относятся к однопроходным животным; строение их половой системы и развитие яйца очень схожи. Репродуктивный тракт самки начинается с яичника, который прилежит к воронке яйцевода. Воронка яйцевода переходит в собственно яйцевод, который открывается в клоаку.

В яичнике образуется желточная оболочка яйца, в воронке – халазообразующий плотный слой белка, в разных отделах яйцевода – жидкий и плотный белок. В нижнем отделе яйцевода яйцо покрывается подскорлуповыми оболочками (у птиц) или плотной кожистой оболочкой (у рептилий). В отличие от пресмыкающихся, в яйцеводе у птиц имеется расширение – «матка», в котором формируется скорлуповая оболочка (рис. 1). Сформированное яйцо выходит в клоаку и затем выталкивается наружу.

Рис. 1. Половая система курицы.

У птиц функционирует только левый яичник и левый яйцевод, вся правая часть репродуктивного тракта редуцирована для облегчения веса как приспособление к полету. У курицы правый яичник и яйцевод не развиваются и редуцируются уже к 11-му дню эмбрионального развития. В периоде размножения в результате митотических делений число оогониев в левом яичнике куриного эмбриона с 9-го дня развития увеличивается с 28 000 до 680 000 к 17-му дню развития. Далее происходит деградация, и к моменту вылупления остается уже примерно 480 000 половых клеток, а к моменту полового созревания (около полугода) - около 4000.

Ооциты птиц и рептилий полилецитальные, телолецитальные, оболочка - zona radiata – имеет признаки первично-вторичной.

Диаметр яйца в начале оогенеза равен примерно 50 мкм, затем постепенно увеличивается, достигая 6 мм, после чего скорость роста заметно увеличивается (происходит накопление желтка), в среднем диаметр яйца возрастает на 2,5 мм в сутки, и к моменту овуляции яйцо может достигать 35 мм в диаметре.

Незрелые яйца глубоко погружены в ткань яичника, по мере накопления в них желтка они поднимаются к поверхности яичника и в конце концов выступают наружу, оставаясь связанными с яичником только при помощи тонкого участка ткани – ножки. Такой вырост, содержащий яйцо, известен как овариальный фолликул.

Развитие половых клеток тесно связано с фолликулогенезом. Определить тип фолликула и стадию оогенеза можно не только исходя из размеров, но и опираясь на количество и форму клеток фолликулярного эпителия.

У только что вылупившихся самок в корковой части яичника располагаются примордиальные фолликулы: мелкий ооцит окружен несколькими плоскими фолликулярными клетками, иногда не образующими даже единый замкнутый слой (рис. 2).

Рис. 2. Примордиальный фолликул голубя. 1 – ядро ооцита; 2 – ооцит; 3 – фолликулярные клеки.

Следующая стадия развития – малый рост (длится около 3 недель). В этом периоде фолликулярный эпителий претерпевает изменения. Он пролиферирует и постепенно из плоского становится кубическим, затем - цилиндрическим (рис. 3). Постепенно появляется zona radiata. В клетках фолликулярного эпителия на этой стадии можно увидеть один или два ядрышка, в которых активно происходит синтез РНК. Клетки фолликулярного эпителия контактируют с мембраной ооцита посредством отростков, пронизывающих оболочку, от этих отростков отшнуровываются окаймленные пузырьки, наполненные рРНК – трансосомы (рис. 4). Трансосомы одеты двумя мембранами. После разборки мембран рРНК из трансосомы поступает в цитоплазму ооцита.

При переходе от кубической к цилиндрической форме в фолликулярных клетках много вакуолей. Появляется структура, аналогичная желточному ядру у амфибий и рыб. Вплоть до конца большого роста в ядре видны хромосомы типа ламповых щеток и ядрышки. В ооцитах некоторых птиц отсутствует типичное ядрышко и формируется кариосфера, а концентрация трансосом огромна.

Рис. 3. Малый рост, ооцит курицы. 1 – желток; 2 – zona radiata; 3 – фолликулярный эпителий; 4 – ядро ооцита.

Рис. 4. Образование трансосом у птиц.

1 – zona radiatа; 2 – ооцит; 3 – трансосомы; 4 – клетки фолликулярного эпителия.

Период большого роста включает в себя две фазы: медленную и быструю. На протяжении медленной фазы фолликулярный эпителий становится многорядным, очень хорошо развита zona radiata, путем пиноцитоза идет захват веществ извне, в первую очередь – вителлогенина, развиты трансосомы. Во время быстрая фазы происходит накопление дефинитивного желтка, выражены трансосомы, к концу этой фазы zona radiata практически незаметна, из оболочки уходят отростки фолликулярных клеток и выросты ооцита (рис. 4). К моменту овуляции исчезает связь ооцита с фолликулярным эпителием. В фолликуле вплоть до овуляции не образуется лакун, как у млекопитающих. Так же, как и у млекопитающих, вокруг растущего фолликула формируется васкуляризированная тека, разделяющаяся на внутренний и наружный слой, причем внутренний отделен от фолликулярного эпителия базальной мембраной.

Рис. 4. Большой рост, ооцит голубя.

1 – клетки фолликулярного эпителия; 2 – желток; 3 – ядро; 4 – тека.

У рептилий, в отличие от птиц, не происходит образования трансосом. В многорядном эпителии (у геккона) среди других выделяют мелкие опорные клетки, прилегающие непосредственно к zona radiata, и грушевидные клетки, выполняющие специфическую функцию синтеза РНК (рис. 5). Грушевидные клетки фолликулярного эпителия соединены с ооцитом цитоплазматическими мостиками (в следствие слияния мембран ооцита и фолликулярных клеток), они диплоидны и не полиплоидизируются, деградируют на сравнительно ранних стадиях оогенеза и не участвуют в проведении желточных белков к ооциту. У клеток грушевидной формы крупные ядрышки, в которых идет активный синтез рРНК. В период, когда функционируют эти клетки, число которых достигает 10 000, в ооците исчезает ядрышко.

Рис. 5. Фолликулярный эпителий ооцита геккона.

1 – тека; 2 – опорная клетка; 3 – ооцит; 4 – грушевидная клетка; 5 – zona radiata.

Накопление желтка в период большого роста начинается ближе к ядру, откладывается желток 2-х типов – белый и желтый. Белый желток более однородный, а в желтом – крупные гранулы и глобулы. Больше всего белого желтка в центре яйце, в латебре Пуркинье, далее он чередуется концентрическими слоями с желтым желтком, что отражает ежедневное отложение желтка в последние 7-8 дней перед овуляцией. Ночью откладывается тонкий слой белого желтка, богатого белком, а днем – толстый слой желтого желтка, содержащего много жиров и каротиноиды (отсюда окраска), наружный слой всегда состоит из белого желтка (рис. 6).

Фаза большого роста ооцита в яичнике курицы продолжается по разным данным от 4 до 8 дней перед овуляцией. Овуляция происходит при разрыве стигмы – ободка ткани, лишенного кровеносных сосудов.

Рис. 6. Схема строения яйца курицы, находящегося в яичнике.