6. Основная литература:

1. Биология: Учебник для студентов мед. спец. Вузов: В 2-х кн. Кн.1/ Под ред. В.Н. Ярыгина. – 8-е изд. – М.: Высш. Школа, 2006. – 431 с. – ISBN 5-06-004588-9.

2. Биология: Учебник для студентов мед. спец. Вузов: В 2-х кн. Кн.2/ Под ред. В.Н. Ярыгина. – 8-е изд. – М.: Высш. Школа, 2006. – 334 с. – ISBN 5-06-004589-7.

3. Бочков. Н.П. Клиническая генетика: Учебник для студентов, обучающ.по.спец. 040100-Леч.дело, 040200-Педиатрия, 040300-Медико-проф.дело, 040400-Стоматология, 040800-Мед.биохимия / Н.П.Бочков. – М.:ГЭОТАР-Медиа, 2006. – 479с.

4. Коробкин В.И. Экология: Учебник для студентов вузов / В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. – 10-е изд. – Ростов н/Д:Феникс, 2006. – 571с. – (Высшее образование). – ISBN 5-222-08732-8.

5.Медицинская и клиническая генетика для стоматологов: Учеб. пособие для студентов мед. вузов / Л.В. Акуленко, Е.А. Богомазов, О.М. Захарова и др.; Под. Ред. О.О.Янушевича. – М:ГЭОТАР-Медиа, 2008. – 398с. – ISBN 978-5-9704-0630-4.

6. Медицинские проблемы обеспечения качества жизни:Учеб.пособие / Л.Н.Самыкина, И.В. Федосейкина, Р.А.Богданова и др.; ФАЗ и СР, ГОУ ВПО «Самар.гос.мед.ун-т». – Самара:Содружество, 2007. – 70с. – ISBN 978-5-91088-071-3.

7. Чебышев Н.В. Биология: Учебное пособие для студентов медицинских вузов и последипломного образования врачей / Н.В. Чебышев, Г.Г. Гринева. – М.:ГЭОТАР-Медиа, 2008. – 415с. – ISBN 978-5-9704-0553-6

Дополнительная литература:

1. Глазко В.И. Толковый словарь терминов по общей и молекулярной биологии, общей и прикладной генетике, селекции, ДНК-технологии и биоинформатике: В 2-х т. Т.1: А-О/ В.И. Глазко, Г.В. Глазко. – М.: Академкнига: Медкнига, 2008. – 671с. – ISBN 978-5-94628-269-7

2. Глазко В.И. Толковый словарь терминов по общей и молекулярной биологии, общей и прикладной генетике, селекции, ДНК-технологии и биоинформатике: В 2-х т. Т.2: П-Я/ В.И. Глазко, Г.В. Глазко. – М.: Академкнига: Медкнига, 2008. – 530с. – ISBN 978-5-94628-270-3

3. Притчард Д.Дж. Наглядная медицинская генетика:Учеб.-метод.пособие для студентов учреждений высш.проф.образ., обучающ. по спец. «060101.65 Леч.дело», «060103.65 Педиатрия»: Пер. с англ. / Д.Дж. Притчард, Б.Р. Корф. – М.:ГЭОТАР-Медиа, 2009. – 196с. – ISBN 978-5-9704-1271-8.

4. Общая генетика: Метод.пособие / Под ред. С.Г.Инге-Вечтомова. – 2-е изд., перераб. и дополн. – СПб:Н-Л, 2008. – 121с. + CD-ROM. – (Ex libris «Экологическая генетика»). – ISBN 978-5-94869-062-9.

ПРИЛОЖЕНИЕ № 1

БЛОК ИНФОРМАЦИИ.

Цитогенетические аспекты гаметогенеза.

Одно из функциональных свойств живых организмов состоит в их способности к размножению (репродукции), обеспечивающему генетическую непрерывность жизни.

Размножение любого организма связано с процессами пролиферации клеток. В основе этих процессов лежит копирование генетической информации родительских клеток и ее передача формирующемуся клеточному потомству. Размножение осуществляется двумя способами в зависимости от положения организмов в эволюционной лестнице: бесполым и половым. В основе бесполого размножения лежит митотического деление, вследствие чего образуются идентичные потомки. Особенностью полового размножения является образование половых клеток гамет. Они образуются в результате мейотического деления.

Мейоз – это разновидность непрямого деления клеток, в результате которого происходит редукция (уменьшение) числа хромосом и переход клеток из диплоидного в гаплоидное состояние. Мейоз состоит из двух последовательных делений: Мейоза I ( или редукционного деления ) и мейоза II ( или эквационного деления).

Мейоз- решающий этап гаметогенеза, во время которого происходят такие кардинальные для биологии развития процессы, как спаривание ( коньюгация) гомологичных хромосом с образованием синаптонемального комплекса, рекомбинация генетического материала гомологов путем взаимного обмена идентичными хромосомными сегментами ( кроссинговер), цитологическим проявлением которого являются хиазмы. Все эти процессы происходят в профазе мейоза 1, в которой различают такие цитологические подстадии, как лептотена, зиготема, пахитема, диплотена и диакинез. В овогенезе есть стадия диктионемы, которая может у женщин длится достаточно долго ( десятки лет).

Лептотена – стадия тонких нитей, в ней хромосомы слабо спирализованы, на них видны утолщения – хромомеры. Хромосомы состоят из двух хроматид, соединенных в одном месте одной общей центромерой.

Зиготена – стадия конъюгации или синапсиса гомологичных хромосом. Они попарно сближаются и образуют общую структуру, состоящую из двух хромосом и четырех хроматид. Их называют бивалент или тетрада. Такое расположение хромосом позволяет в дальнейшем совершать обмен генетическим материалом (кроссинговер). Область контакта между коньюгированными хромосомами имеет особую структуру и называется синаптонемальный комплекс. В его образовании, а также в узнавании и точном соединении одинаковых локусов гомологичных хромосом в биваленте участвует ДНК -узнавания или z – ДНК.

Пахитена – стадия толстых нитей. Конъюгирующие хромосомы переплетаются, что приводит к обмену участков хромосом или кроссинговеру. Значение кроссинговера очень велико. В результате него происходит перекомбинация генетической информации, увеличивающей тем самым комбинативную изменчивость

Диплотена – стадия двойных нитей, когда в гомологичных хромосомах возникают силы, приводящие к разъединению. Хромосомы начинают отделяться друг от друга в первую очередь в области центромер, но остаются связанными в областях прошедшего кроссинговера – хиазмах. Считается, что именно в местах хиазм гомологичные материнские и отцовские хромосомные нити разрываются, и происходит кроссинговер.

Диктиотена наблюдается только в овогенезе. В этой стадии, достигаемой у человека еще в эмбриогенезе, хромосомы принимают особую форму «ламповых щеток», прекращают дальнейшие структурные изменения на многие годы. По достижении женским организмом репродуктивного возраста под влиянием лютеинизирующего гормона гипофиза, как правило, один из овоцитов ежемесячно заканчивает начатое мейотическое деление.

Диакинез – стадия, когда гомологичные хромосомы удерживаются только в отдельных точках хиазм, число которых уменьшается. Хромосомы приобретают форму колец, крестов, восьмерок, вместе с тем они укорачиваются.

Профаза 1 завершается фрагментацией ядрышек и ядерной оболочки, спирализованные хромосомы оказываются в цитоплазме, где к ним прикрепляются нити веретена деления.

Затем следует метафаза 1 В метафазе мейоза I биваленты располагаются в экваториальной плоскости клетки. Располагаются хромосомы по разные стороны экватора случайно.

В анафазе мейоза I к полюсам клетки расходятся гомологичные хромосомы. Этот процесс также носит случайный характер.

В телофазе мейоза I вокруг разошедшихся хромосом происходит формирование ядер, а затем разделение цитоплазмы. В результате образуются две дочерние клетки, каждая из которых несет уникальный генетический материал( вследствие кроссинговера и случайного расхождения хромосом к полюсам клетки). Каждая клетка содержит гаплоидный набор хромосом, состоящих из двух хроматид.

Интерфаза (интеркинез) между мейозами I и II короткая. В ней не происходит редупликации ДНК и декомпактизации хромосом. Наблюдается синтез небольшого количества и-РНК и белков. Клетка быстро вступает в мейоз II, который протекает по типу митоза.

Профаза мейоза II короткая из-за того, что хромосомы компактные. Процессы, происходящие в мейозе II, сходны с профазой митоза, т.е. происходит фрагментация ядерной оболочки, органоиды расходятся на периферию клетки, на полюса клетки перемещаются центриоли, на которых начинает формироваться веретено деления.

В метафазе мейоза II хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки. Заканчивается формирование нитей веретена деления.

В анафазе мейоза II хроматиды каждой хромосом расходятся к противоположным полюсам клетки

В телофазе мейоза II образуются 4 гаплоидные клетки с хромосомным комплексом 1п(1хр)1с и перекомбинированной генетической информацией.

Значение мейоза.

1. Диплоидный набор хромосом соматических клеток снижается до гаплоидного в половых клетках.

2. Отцовские и материнские хромосомы подвергаются пересортировке, в результате чего количество возможных комбинаций ( за исключением рекомбинаций внутри самих хромосом ) возрастает до 2²³ ( 8388608).

3. Пересортировка отцовских и материнских аллелей внутри хромосом создает между гаметами бесконечное количество генетических вариаций.

4.Случайность процесса пересортировки отцовских и материнских аллелей во время мейоза ( и оплодотворения) позволяет применять теорию вероятностей к генетическим пропорциям и генетической изменчивости.

5. Частота кроссинговера внутри хромосом позволяет предположить относительное расположение того или иного гена.

6. Ошибки, возникающие во время коньюгации хромосом и кроссинговера, могут вызвать транслокации, или не расхождение хромосом , что часто становится причиной анеуплоидий.

Генетический контроль мейоза.

В рамках проекта « Геном человека» было установлено наличие свыше 15 генов, мутации которых предрасполагают к нерасхождению хромосом в мейозе. Мутации в этих генах препятствуют созреванию гамет, блокируя клетки на тех или иных стадиях профазы I мейоза. Большинство генов относятся к семейству циклинов, осуществляющих контроль клеточного цикла в митозе и мейозе. Продукты этих генов входят в состав митотического веретена, контролируют синтез нуклеиновых кислот, ферменты системы репарации ДНК, белки рекомбинации мейотических хромосом, а также системы детоксикации ксенобиотиков. Кроме того стало известно о наличии генов, контролирующих стабильность хромосом. Мутации которых, вызывают болезни, связанные с хромосомной нестабильностью. Это синдром Робертса ( преждевременное расхождение центромер), анемия Фанкони ( повышенная частота сестринских хроматидных обменов), синдром Луи-Бар ( повышенный уровень спонтанных хромосомных аберраций и транслокацией с вовлечением хромосом 7 и 14).

К нерасхождению хромосом в мейозе может привести мутация и в митохондриальной ДНК. Такой тип мутаций передается по материнской линии. Считается, что мутации митохондриальной ДНК накапливаются с возрастом матери, что собственно и объясняет увеличение частоты анеуплоидии в потомстве женщин старшего репродуктивного возраста.

ГАМЕТОГЕНЕЗ.

Процесс образования половых клеток называется гаметогенез. Формирование яйцеклеток – овогенез происходит в женских половых железах – яичниках, сперматозоидов – в семенниках. В гаметогенезе различаются четыре стадии: размножения, роста, созревания и формирования (отсутствует при овогенезе). Все половые клетки млекопитающих и человека берут начало от первичных половых клеток (ППК)-гоноцитов. Происхождение ППК до настоящего времени окончательно не выяснено. Не вызывают ,однако, сомнения, что эти клетки возникают значительно раньше, чем появляются зачатки гонад, то есть они имеют экстрагонадное происхождение. Попав в зачатки гонад, гоноциты впервые обнаруживают признаки полового диморфизма. При формировании мужских гонад (семенников) они окружаются клетками целомического эпителия, образуя так называемые «половые тяжи», в составе которых пребывают в латентном, недифференцированном состоянии (сперматогонии) вплоть до начала полового созревания. При формировании женских гонад(яичников) гоноциты задерживаются в наружном, корковом слое мезенхимной ткани половых валиков, активно пролиферируют ,вступают в мейоз, после чего каждый из них окружается фолликулярными клетками и ,в виде ооцитов 1-го порядка, сохраняется до полового созревания.

СПЕРМАТОГЕНЕЗ.

Образование мужских половых клеток – сперматозоидов, происходит в половых железах – гонадах, представленных парным органом – яичками, выполняющими две важные функции:

- генеративную ( образование мужских половых клеток);

-эндокринную (синтез мужских половых гормонов). Эти функции взаимосвязаны, хотя и обеспечиваются различными структурными компонентами органа.

Яичко (семенник) покрыто снаружи слоем соединительной ткани. Внутри семенника располагаются дольки, которые содержат семенные канальцы. Каждое яичко содержит примерно 900 извитых семенных канальцев. Внутренняя сторона канальцев покрыта клетками Сертоли, которые размещены вперемешку с первичными половыми клетками. По существу клетки Сертоли обеспечивают питание сперматогенных клеток. Семенные (сперматогенные) клетки расположены несколькими рядами. Дальше всего от просвета канальца расположены сперматогонии, затем идут сперматоциты 1 порядка, затем сперматоциты 2 порядка, сперматиды и сперматозоиды. Такое расположение соответствует фазам сперматогенеза: размножения, роста, созревания, формирования.

До полового созревания в наружном слое семенных канальцев содержатся только клетки -сперматогонии. Развитие и дифференциация клеток от сперматогонии до сперматозоида составляет непрерывный процесс, начинающийся после наступления половой зрелости и продолжающийся в течение всего полового периода мужчины. Общая продолжительность сперматогенеза у человека составляет 72 дня. За это время стволовые клетки сперматогенного ряда (сперматогонии), находящиеся в глубине извитых семенных канальцев, проходят длительный путь дифференцировки до зрелых, практически лишенных цитоплазмы, сперматозоидов, содержащих гаплоидный набор хромосом. В процессе сперматогенеза различают две фазы - тестикулярную и эпидидемальную. Во время первой происходят основные этапы дифференцировки сперматогоний в сперматозоиды; во время второй- завершается созревание спермиев. В результате накопления мукополисахаридов, холестерина, и других защитных белков, меняются свойства наружных мембран, спермии приобретают подвижность.

Сперматогенез ( тестикулярная фаза) включает два последовательных этапа: собственно сперматогенез и спермиогенез. Тестикулярная фаза контролируется гормонами гипофиза (фолликулостимулирующим и лютеотропным ) и собственными гормонами семенников – тестикулярными андрогенами (тестостероном, андростендионом и другими), которые продуцируются клетками Лейдинга, находящимися в строме извитых семенных канальцев.

На первом этапе сперматогенеза происходит деление сперматогенных клеток- сперматогоний. Это мелкие, округлые, диплоидные клетки, располагающиеся на мембране семенных извитых канальцев. Выделяют два типа сперматогоний А и В. Сперматогонии А представлены двумя популяциями клеток, неделящихся ( стволовых) и делящихся митозом. При чем из одних клеток А будут образовываться новые популяции клеток типа А, из других формируются сперматогонии типа В. Последние способны превращаться в сперматоциты 1 порядка. Это происходит с наступлением половой зрелости. Под контролем гормонов гипофиза происходят изменения в семенниках. Он увеличивается в размерах, начинает усиленно вырабатывать андрогены, под действием которых и происходит перемещение сперматогониев типа В ближе к просвету семенного канальца в зону роста.

На 3-м этапе вступающие в мейоз клетки (сперматоциты 1-го порядка ) претерпевают два последовательных мейотических деления. При этом из одного сперматоцита 1-го порядка возникают 4 клетки (сперматиды ) с гаплоидным числом хромосом.

Во время спермиогенеза гаплоидные клетки - сперматиды – проходят ряд последовательных стадий дифференцировки (фаза Гольджи , фаза колпачка, акросомная фаза, фаза созревания). Они утрачивают цитоплазму, формируют специальные органоиды (хвост, шейку, акросому). Акросома возникает непосредственно из мембран аппарата Гольджи, покрывает в виде колпачка переднюю часть головки спермия ( примерно до её середины) и содержит набор литических лизосомных ферментов, важных для оплодотворения.

Особенно существенные изменения происходят непосредственно в ядре клеток. ДНК в составе хромосом утрачивает типичную для соматических клеток нуклеосомную организацию. Гистоновые белки, характерные для функционально активной ДНК, заменяются на кислые белки, богатые аргинином и протаминами. Спирализация ДНК достигает максимальной величины. Ежедневно у человека активного репродуктивного возраста продуцируется свыше 250 млн сперматозоидов.

Строение мужской половой клетки

Сперматозоид. Несмотря на то, что человеческий сперматозоид был обнаружен уже 300 лет назад Leeuwenhoeck, его роль в продолжении вида была установлена лишь 200 лет спустя. Подробности, касающиеся ультраструктуры сперматозоида, их физиологическое значение, равно как и метаболические процессы, обусловливающие его подвижность и способность оплодотворять – достижения последних десятилетий.

Сперматозоид выполняет двоякую функцию: оплодотворения – обусловливает деление яйца, и онтогенетическую, вносит свой личный генетический вклад, оказывая непосредственное влияние на продукт зачатия. Сперматозоид, это единственная клетка организма, способная передвигаться. В нем выделяют структурно и функционально различные части: головку, шейку и хвостик.

Головка сперматозоида млекопитающих отличается весьма плотной структурой. Она состоит из двух компонентов – ядра и акросомы. Ядро, образующее основную массу головки и занимающее 2/3 ее задней части, окружено двойной мембраной. Ядро человеческого сперматозоида отличается от ядра млекопитающих тем, что конденсация хроматина не полная. В ядрах одной половины сперматозоидов содержатся Х-хромосомы, в другой – Y-хромосомы. Акросома расположена в передней части головки сперматозоида. У человека акросома появляется в ранние сроки сперматогенеза, в виде образования комплекса Гольджи, развивающегося по мере созревания сперматозоида. Акросома выполняет двоякую роль: защиты ядра и носителя ферментов с ведущей ролью в процессе оплодотворения яйцеклетки. В настоящее время принято считать, что, из акросомальных ферментов гиалуронидаза (муколитический фермент) участвует в процессе проникновения сперматозоида в наружный слой яйцеклетки, а акросин необходим для проникновения в блестящую оболочку яйцеклетки.

Шейка сперматозоида соединяет головку и промежуточную часть. Она содержит две центриоли и гигантскую митохондрию. Энергия, необходимая для движения, получается именно от митохондрий, из фруктозы, использующейся в гликолитическом цикле. Хвост отличается комплексной структурой. Вместе с промежуточной частью хвост способствует развитию поступательного движения сперматозоида.

Нарушения в ходе сперматогенеза

За последнии годы стало очевидным, что многие формы нарушения мужской фертильности обусловлены генетическими факторами. Молекулярно-генетическим методом удалось установить, что причиной мужской стерильности может быть терминальная делеция длинного плеча У- хромосомы. Исследования показали, что в дистальном плече У- хромосомы располагается ген, необходимый для нормального сперматогенеза, так называемый фактор азооспермии - АZF. В У- хромосоме ( q 11) выявлены три локуса, делеция которых сопровождается нарушением сперматогенеза разной степени тяжести. Естественно, что нарушения в локусе АZF не единственные. Блок сперматогенеза и стерильность могут быть следствием мутаций в гене CFTR ( при этом возникает непроходимость семявыносящих протоков) , в гене половой дифференцировки SRY ( при этом может возникать даже полная реверсия пола), в гене андрогенного рецептора AR ( он вносит наименьший эффект в формировании патологии.

Нарушения в ходе сперматогенеза часто становятся причиной формирования хромосомных и геномных аномалий. Установлено, что примерно 1,5% сперматозоидов, несущих гетероплоидные мутации. Наиболее подвержены нерасхождению хромосомы 1, 9, 16, 21, Х и Y. Частота структурных хромосомных аберраций в зрелых сперматозоидах здоровых мужчин происходит чаще и составляет 6-7%. Это могут быть хромосомные разрывы, хромосомные пробелы, дицетрические и маркерные хромосомы, изохромосомы, транслокации, делеции, дупликации и комплексные хромосомные перестройки. Обращает внимание, что хромосомы с увеличенными гетерохроматиновыми районами (1, 9, 16, Y) чаще других подвержены нерасхождению. Эти результаты подтверждают гипотезу о гетерохроматине как факторе, влияющем на расхождение хромосом.

Таким образом, данные различных методов исследования свидетельствуют о том, что у здоровых мужчин до 10% сперматозоидов несут хромосомную аномалию, причем структурные перестройки встречаются чаще, чем численные.

ОВОГЕНЕЗ.

В отличие от мужских половых клеток родоначальники женских половых клеток – оогонии –претерпевают важнейшие стадии дифференцировки, включая все этапы профазы мейоза, ещё во внутриутробном периоде развития . Достигнув зачатков будущих яичников (половых валиков) примерно к концу 1-го –середине 2-го месяца беременности ,гоноциты теряют амебоидную подвижность, вступают в контакт с клетками фолликулярного эпителия и преобразуются в оогонии. В течение последующих 3-4 месяцев оогонии активно делятся митозом.В результате их число возрастает от исходных 1500-2000 клеток до нескольких миллионов. Максимальное число оогоний (до 7 млн) находится в яичниках плодов женского пола на 7-м месяце беременности . Сразу же за периодом размножения следует апоптоз- запрограммированная гибель части оогониев.

Количество женских половых клеток к концу беременности и у новорожденных уменьшается в среднем до 2 млн ,к 7 годам –до 300 000, а к началу полового созревания –до 40 000. Реально в течение всей жизни овулирует не более 400-500 ооцитов. Уместно также отметить ,что в отличие от млекопитающих, процессы оогенеза у человека протекают асинхронно , а потому и значительно растянуты во времени .

Уже с третьего месяца беременности часть оогониев завершает циклы митотических делений, трансформируется в ооциты и вступает в период роста. Они увеличиваются в размерах, окружаются фолликулярными клетками , вступают в профазу мейоза. Однако в отличие от мужского мейоза ,в оогенезе вслед за профазой не наступает метафаза ,а мейоз блокируется, и ооциты надолго, вплоть до начала полового созревания, переходят в состояние покоя –диктиотену . Предполагается , что блокада мейоза связана с действием особых факторов, секретируемых соматическими (фолликулярными) клетками гонады. Окруженные одним слоем фолликулярных клеток, ооциты образуют так называемые первичные (примординальные) фолликулы. До полового созревания длится период медленного роста, во время которого прогрессивно увеличивается число слоев фолликулярных клеток, окружающих ооцит на стадии покоя (диктиотены). Ядро ооцита на этой стадии очень крупное, светлое, называется иногда «зародышевым пузырьком». Характерной структурой такого ядра у человека является «ламповые щетки» - петли ДНК, на которых происходит активный синтез РНК-комплексов, откладывающихся в ооплазме до момента оплодотворения. Размеры ооцита по мере увеличения числа фолликулярных клеток также увеличиваются. Рост самого ооцита прекращается только с началом периода быстрого роста его фолликула, что совпадает с периодом полового созревания. В это время внутри фолликула образуется полость (антрум), которая заполняется жидкостью. Ее размеры быстро увеличиваются, а фолликул превращается в Граафов пузырек.

Созревание ооцитов начинается с возобновления мейоза и заканчивается только после оплодотворения, когда завершается 2-е мейотическое деление. С наступлением активного репродуктивного возраста ооциты группами (5-10 шт.) вступают в мейоз, однако в большинстве случаев в каждом цикле овулирует только один, наиболее продвинутый в развитии доминантный фолликул, тогда как ооциты в остальных фолликулах, вступившие в период созревания, прекращают развитие и подвергаются атрезии. В отличии от сперматогенеза в овогенезе из овоцита I порядка образуется одна крупная клетка – овоцит II порядка, содержащий почти всю цитоплазму с питательными веществами, и мелкая клетка – первичный полоцит. Овоцит II порядка овулирует, выходит из яичника в брюшную полость, откуда попадает в яйцевод. Дальнейшее его созревание возможно лишь после проникновения или в присутствии сперматозоида. Если оплодотворения не произойдет, овоцит II порядка погибает и выводится из организма. В случае оплодотворения овоцит II порядка завершает мейоз II. При этом образуется крупная овотида или яйцеклетка и мелкий вторичный полоцит. Первичный полоцит делится на два вторичных полоцита. Таким образом, из одного овоцита I порядка образуется одна крупная яйцеклетка и три полоцита, которые рассасываются, не принимая участия в овогенезе. Неравномерное распределение цитоплазмы обеспечивает яйцеклетке получение значительного количества цитоплазмы и питательных веществ, необходимых для развития зародыша. Рост и созревание фолликулов с находящимися в них ооцитами находится под гормональным контролем как со стороны гипофиза (фолликулостимулирующий гормон – ФСГ, лютетропный гормон – ЛГ) и гипоталамуса (проклатин – гонадотропин-релизинг гормон), так и самого яичника (эстрогены, гормоны фолликулярных клеток, прогестерон – гормон желтого тела). При этом период роста ооцитов, особенно период быстрого роста, контролируется преимущественно ФСГ, а период созревания – ЛГ. Примерно за сутки до овуляции, то есть до разрыва Граафова пузырька и выхода ооцита, отмечается пик подъема ЛГ.

Строение яйцеклетки. Зрелые яйцеклетки имеют шарообразную форму. Они неподвижные, значительно превышают по размеру соматические клетки. Содержат все типичные органоиды, много питательных веществ (желтка), большой запас р-РНК, и-РНК, которые будут использоваться в биосинтезе белков на ранних стадиях развития зародыша.

Под клеточной мембраной яйцеклеток находится кортикальный слой толщиной 2,3 мкм, содержащий гранулы полисахаридов и небольшое количество пигмента. Кортикальный слой участвует в перемещении различных веществ яйца, в результате чего вещества концентрируются в определенных участках. Это процессы называются ооплазматическая сегрегация, приводящая к тому, что состав цитоплазмы в разных участках яйца становится различным. Так, гликоген и РНК концентрируется на одном из полюсов, витамин С располагается по экватору.

Яйцеклетки покрыты дополнительными оболочками, кроме цитоплазматической мембраны. Оболочки могут быть первичные, они хорошо выражены у позвоночных. У млекопитающих они называются блестящими оболочками

В зависимости от количества питательных веществ различают олиголецитальные яйцеклетки, содержащие умеренное количество желтка, полилецитальные, содержащие много желтка, алицетальные, не содержащие желтка. Желток может по-разному распределяться в клетке. Для большинства животных в связи с отложением желтка наблюдается полярность яйцеклеток. Противоположные полюса называются вегетативным и анимальным. Алицитальные яйцеклетки развиваются у плацентарных млекопитающих животных и человека.

Нарушения в ходе овогенеза.

В настоящее время с помощью соответствующих методических приёмов получены сведения о частоте спонтанных хромосомных аберраций и в оогенезе человека. В целом, они свидетельствуют о более высокой частоте нерасхождения хромосом в процессе оогенеза по сравнению со сперматогенезом. Более того, данные сравнительной цитогенетики свидетельствуют о том, что у человека уровень спонтанной гетероплоидии в оогенезе существенно выше, чем у других млекопитающих.

Частота ооцитов, несущих одну или более хромосомную аберрацию, составляет от 4% до 58%.

В овогенезе важную роль в механизмах нерасхождения хромосом играют процессы внутрифолликулярного и внефолликулярного перезревания гамет. Считается, что длительное (много лет и даже десятилетий) пребывания яйцеклеток в фолликулах на фоне постоянно меняющегося гормонального фона, а также достаточно долгая (несколько дней) миграция овулировавшей яйцеклетки к месту оплодотворения приводят к кристаллизации и дегенеративным изменениям активных нитей митотического веретена и, как следствие, к нарушению сегрегации мейотических и митотических хромосом.

Из факторов, провоцирующих образование несбаласированных гамет и зигот у человека, к настоящему времени общепризнанным является лишь возраст матери. Для объяснения механизмов старения яйцеклеток с возрастом женщины было выдвинуто несколько гипотез.

Гипотеза « ограниченного пула» основана на предположении о том, что по мере старения организма истощается пул ооцитов и в каждом цикле уменьшается среднее число антральных фолликулов, при этом хромосомы в « перезрелых» ооцитах возрастных женщин более подвержены нерасхождению.

Не утратила своего значения и гипотеза « продуктивной линии» . Она основана на предположении, что в эмбриональном яичнике млекопитающих существует определённый порядок вступления оогониев в мейоз: первичные половые клетки, первыми достигшие зачатков гонад, первыми вступают в мейоз и впоследствии первыми овулируют. Для них характерна высокая частота хромосомных рекомбинаций (хиазм) в отличие от оогоний, которые позже вступили в мейоз, поэтому ооциты, овулирующие позже, имеют повышенную частоту хромосомных мутаций.

«Влияние половых гормонов». Предполагается, что возрастные гормональные изменения могут ускорять процесс мейотического созревания ооцитов и быть причиной аномальной сегрегации хромосом. Не исключено также, что с возрастом женщины нарушается образование веретена деления или изменяется продолжительность клеточного цикла. Повышенный риск рождения детей с хромосомными болезнями отмечается не только у женщин старшего репродуктивного возраста, но, что достаточно неожиданно, и у женщин в возрасте до 20 лет, в том числе и с трисомией по 21 хромосоме. Можно предполагать, что повышенная частота нерасхождения хромосом в раннем репродуктивном возрасте обусловлена более резкими колебаниями содержания половых гормонов на разных фазах менструального цикла.

К другим факторам, влияющим на нерасхождение хромосом относится гетерозиготное носительство структурных перестроек хромосом. Достаточно часто один из супругов является носителем сбалансированной хромосомной перестройки. Такие супружеские пары имеют повышенный риск зачатия ребёнка с несбалансированным кариотипом вследствие образования гамет с частичной трисомией или моносомией. Результатом такого зачатия могут быть бесплодие, самопроизвольные выкидыши на разных стадиях внутриутробного развития или рождение ребёнка с множественными пороками.

Еще одной из причин, приводящих к нерасхождению хромосом и повторному рождению детей с различными трисомиями, является скрытый гонадный мозаицизм у матери, когда наряду с нормальными половыми клетками, присутствуют клетки с измененным числом хромосом ( моносомия и полисомия). Доказательства существования гонадного мозаицизма получены как для моногенных (например, для миодистрофии Дюшена), так и для хромосомных болезней.

Как уже отмечалось к «цитогенетическим» факторам нерасхождения хромосом групп D и G также относят особенности их коротких плеч, которые являются ядрышковыми организаторами и могут влиять на расхождение хромосом

Отличия сперматогенеза от овогенеза.

Основные события, связанные с процессом мейоза в мужских гаметах происходят уже после полового созревания. Женский мейоз начинается еще внутриутробно. Его важнейшая стадия-профаза, в которой происходит коньюгация и рекомбинация, имеет место в гонадах плодов женского пола на 3-4-м месяцах развития. Сперматогенез устанавливается в период полового созревания и продолжается непрерывно до старости. Оогенез начинается у эмбрионов ранних стадий развития, возобновляется в период полового созревания; происходит асинхронно, циклично и полностью завершается только после оплодотворения.

Длительность волны сперматогенеза у человека составляет 72 дня. Общая продолжительность оогенеза исчесляется десятилетиями.

Из одного сперматоцита 1 формируются четыре сперматозоида. Продукция мейоза в оогенезе неравноценна- каждый ооцит 1 дает начало только зрелой яйцеклетке, а три гаплоидных набора удаляются в составе двух полярных телец.

ОПЛОДОТВОРЕНИЕ

Кульминационным моментом зарождения новой жизни является встреча мужских и женских гамет. Примерно через сутки после подъема в крови женщины уровня ЛГ отмечается набухание и разрыв «зародышевого пузырька» (ядра ооцита), возобновляется мейоз, отделяется 1-е полярное тельце. Во время овуляции происходит разрыв Граафова пузырька, и ооцит на стадии метафазы II, окруженный «лучистым венцом» (corona radiata) из гранулезных клеток яйценосного бугорка (cumulus), попадает в ампулярную часть яйцевода, где обычно и происходит оплодотворение. Собственные оболочки овулировавшей яйцеклетки представлены блестящей оболочкой (zona pellucida) и плазматической (вителлиновой) мембраной, непосредственно прилежащей к ооплазме. Блестящая оболочка имеет преимущественно мукополисахаридную природу и является продуктом как самого ооцита, так и питающих его фолликулярных клеток. Ее важной особенностью является наличие особых белков – гликопротеинов ZP1, ZP2 и ZP3, ответственных за видовую специфичность оплодотворения.

Овулировавший ооцит, безусловно, является самой крупной клеткой организма. Его диаметр без блестящей оболочки составляет 110-120 микрон, с блестящей оболочкой – 140- 150 микрон.

Сперматозоиды приобретают способность к оплодотворению только после нескольких часов пребывания в половых путях женщины. Во время их продвижения по яйцеводам, происходит удаление с наружной плазматической мембраны защитных белков, мукополисахаидов (в том числе фактора декапацитации) и холестерина. В результате этих процессов, получивших название реакции капацитации, изменяется электрический заряд наружной мембраны, усиливается потребление кислорода, возрастает подвижность сперматозоидов. Капацитация in vitro может быть получена путем инкубации в течение нескольких часов отмытых от слизи сперматозоидов в солевом растворе при +37С.

Считается, что in vivo места оплодотворения в яйцеводе достигают только несколько сперматозоидов из общего числа 30-40 млн клеток в одном эякуляте. Сперматозоиды могут сохранять способность к оплодотворению в течение нескольких дней, а по некоторым наблюдениям – до недели.

Основные биологические барьеры на пути проникновения спермия в овулировавшую яйцеклетку представлены клетками лучистого венца, блестящей (zona pellicida) и плазматической (вителлиновой) оболочками яйцеклетки.

Преодоление лучистого венца (corona radiata) достигается активным движением самого сперматозоида, а также за счет растворения и разжижения межклеточного мукополисахаридного матрикса гиалуронидазой, выделяемой акросомами погибших спермиев.

Пройдя через corona radiata, сперматозоид вначале неспецифически, а затем специфически связывается с поверхностью блестящей оболочки. Происходит так называемая «акросомная реакция»: в результате разрушения наружной акросомной мембраны спермия высвобождается набор литических ферментов (гиалуронидаза, акрозин, нейраминидаза), которые и обеспечивают пенетрацию блестящей оболочки. Общая продолжительность акросомной реакции составляет 5-10 минут. Естественно, что преодоление блестящей оболочки, являющейся наиболее серьезным естественным барьером, требует изначально наличия интактной нормальной акросомы. Сперматозоиды с неправильной формой головки или с нарушенной акросомой не способны к естественному оплодотворению.

Пройдя через блестящую оболочку, сперматозоид связывается своей постакросомальной областью (экваториальным сегментом) с микрофиламентами вителлиновой оболочки и погружается внутрь ооплазмы путем пиноцитоза, то есть без разрушения целостности наружной мембраны яйцеклетки.

Присоединение сперматозоида к плазматической мембране сопровождается сложной ответной реакцией яйцеклетки, получившей название «кортикальной реакции», или «реакции активации». Подобно волне, она распространяется по поверхностному слою яйцеклетки от места проникновения первого сперматозоида. Ее начало знаменуется локальным повышением концентрации ионов Ca²⁺ , которое стимулирует распад находящихся в кортикальном слое ооплазмы лизосомоподобных структур – кортикальных гранул, содержимое которых (протеиназы, пероксидазы, нейраминидаза) быстро достигает сначала плазматической, а затем и блестящей оболочек. При этом происходит сокращение кортикального слоя ооплазмы, в результате между блестящей и плазматической оболочками появляется перивителлиновое пространство. В самой блестящей оболочке наблюдается быстрое разрушение рецепторных гликопротеинов ZP3, что делает невозможным проникновение в яйцеклетку других сперматозоидов (блок полиспермии). Реакция активации приводит к снятию мейотического блока, быстрому завершению яйцеклеткой 2-го деления созревания и отделению в перивителлиновое пространство 2-го полярного тельца. Головка спермия, попавшая в ооплазму в результате оплодотворения, и оставшийся после 2-го мейотического деления гаплоидный набор хромосом яйцеклетки трансформируются соответственно в мужской и женский пронуклеусы. Оплодотворение, продолжительность которого не превышает 24 часа, завершено. Начинается индивидуальное развитие нового организма.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Каждый из родительских геномов в зиготе несет огромное число небольших изменений в нуклеотидной структуре ДНК – генетический полиморфизм. Спектр, частота и тип которых уникален для гаплоидного генома гамет и неповторим для каждого человека уже в момент зачатия.

Исследования сделанные в рамках международного проекта « Геном человека» позволили выяснить молекулярные механизмы многих наследственных заболеваний, роль генетических факторов в этиологии патологических состояний.

Одним из решающих итогов программы « Геном человека» является появление и быстрое развитие качественно нового раздела медицинской науки- молекулярной медицины. Разработаны точные, эффективные и в значительной степени универсальные методы диагностики наследственных болезней на любой стадии онтогенеза, в том числе до рождения. Заложены экспериментальные и клинические основы генной терапии наследственных болезней. Разработаны молекулярные основы профилактической ( превентивной ) медицины. В настоящее время превентивная медицина располагает молекулярным тестами для исследования предрасположенности по многим заболеваниям. Актуально тестирование генов, контролирующих расхождение хромосом в мейозе. Проводится тестирование на предмет установления гетерозиготного носительства мутаций наиболее частых генных болезней. Особое внимание в досимптоматическом тестировании обращено на болезни экспансии ( хорея Гентингтона, и др нейрогенеративные заболевания). На ранних пренатальных стадиях развития проводится молекулярная диагностика этих болезней. При подтверждении диагноза беременность ранних сроков можно прервать.

Прежде всего заслуживает внимание охрана здоровья самой женщины. Очень важно помнить, что закладка первичных половых клеток и основные этапы мейоза, связанные с процессами коньюгации и рекомбинации хромосом в яйцеклетках, происходят внутриутробно. Завершающие этапы созревания яйцеклетки, а также 1-е деление созревания ооцита происходят за несколько дней до предполагаемой овуляции в организме самой женщины. С момента полового созревания состояние яйцеклетки, в первую очередь, активность и функциональная полноценность ее генома, во многом определяет состояние плода и особенности внутриутробного развития. Таким образом вполне справедливо утверждение о том, что каждая яйцеклетка физически и генетически связывает три поколения: бабушка- мать- девочка. Данное обстоятельство необходимо иметь ввиду при разработке рациональных мер профилактики наследственной и врожденной патологии у человека, учитывая при этом, что репродуктивная функция женщины является основой для рождения здорового ребенка.

ПРИЛОЖЕНИЕ№2

Практическое задание № 1.

Половые железы (семенник) самца млекопитающего. Поперечный срез семенного канальца

Рассмотрите микропрепарат среза семенника сначала при малом увеличении микроскопа МБР-1. Семенник на срезе имеет овально-округлую форму: внутри него видны поперечные разрезы многочисленных семенных канальцев овальной или округлой формы.

Снаружи семенник покрыт оболочками – влагалищной и белочной. В последней увидите большое количество кровеносных сосудов. От белочной оболочки внутрь отходят многочисленные выросты, разделяющие семенник на отдельные отсеки.

Рассмотрите отдельный семенной каналец при большом увеличении. В середине канальца иногда виден просвет. Стенка состоит из нескольких рядов клеток, имеющих неодинаковое строение. Найдите среди них 4 зоны, соответствующие последовательным этапам сперматогенеза.

Зона размножения представлена наружным слоем стенки семенного канальца. Слой состоит из относительно мелких клеток к небольшим ядром – сперматогоний. Между этими клетками увидите единичные сустентоциты (клетки Сертоли), играющие роль в проведении питательных веществ. Они отличаются крупными размерами, пирамидальной формой (основание прилежит к оболочке семенного канальца, а вершина к просвету канальца), крупным ядром с малым содержанием хроматина.

Зона роста –следующий ряд клеток, расположенные ближе к просвету канальца. Зона роста состоит из наиболее крупных клеток округлой формы с очень крупными, но рыхлыми ядрами (цитоплазма видна лишь в виде узкого ободка, окружающего ядро). Это сперматоциды I порядка.

Зона созревания находится еще ближе к просвету канальца. Клетки, ее составляющие (сперматоциты II порядка), меньше сперматоцитов I порядка. Они обладают компактными, интенсивно окрашенными, но небольшими ядрами. В этой же зоне видны сперматиды – мелкие сферические клетки с темноокрашенным ядром в форме вытянутого треугольника и почти неразличимой цитоплазмой.

В зоне формирования происходит превращение сперматид в зрелые сперматозоиды. Последние выходят в просвет канальца. Обратите внимание, что головки сперматозоидов обращены к просвету канальцев, а длинный хвостовой отдел – к периферии канальца.

В зависимости от того, на каком уровне прошел срез через семенной каналец, сперматозоиды в просвете видны или отсутствуют.

Зарисуйте (крупно) строение одного сектора семенника, включающего 1-2 семенных канальца. На рисунке должны быть обозначены: 1) семенной каналец; 2) оболочки семенника; 3) оболочки семенного канальца; 4) сустентоциты; 5) сперматогонии; 6) сперматоциты I порядка; 7) сперматоциты II порядка; 8) сперматиды; 9) сперматозоиды.

Практическое задание № 2 Строение яичника млекопитающего

Строение яичника и последовательные стадии созревания фолликулов изучите на готовом микропрепарате, использую микроскоп МБС -1.

Обратите внимание, что основная масса структурных компонентов яичника - фолликулов – сосредоточена по его наружному краю (корковая зона). В центральной части располагаются соединительная ткань и кровеносные сосуды. Найдите фолликулы различной степени зрелости.

Примордиальные фолликулы состоят из овоцита в диплотене профазы мейоза, окруженного одним слоем плоских клеток фолликулярного эпителия и базальной мембраной.

Первичные фолликулы состоят из растущего овоцита, формирующейся прозрачной оболочки и нескольких слоев фолликулярного эпителия.

Вторичный фолликул – овоцит – окружен вторичной оболочкой и фолликулярными клетками в виде яйценосного бугорка, смещенного к одному из полюсов фолликула. Остальная часть фолликула заполнена фолликулярной жидкостью.

Зрелый фолликул (третичный, или пузырчатый, или Граафов пузырек) достигает своего максимального размера. Фолликулярные клетки, окружающие овоцит, увеличиваются в размере, образуя лучистый венец и смещают его к верхнему полюсу растущего фолликула. При этом фолликул выпячивает поверхность яичника и яйценосный бугорок с овоцитом оказывается именно в выступающей его части. После разрыва стенки яичника происходит овуляция, а освободившийся от овоцита II порядка фолликул превращается в желтое тело.

Сравните величину яйцеклетки и других клеток яичника.

Зарисуйте форму яичника (крупно!) с основными структурными элементами. На рисунке должны быть обозначены: 1) яичник; 2) оболочка; 3) корковый слой; 4) примордиальный фолликул; 5)первичный фолликул; 6) вторичный фолликул; 7) зрелый фолликул; 8) желтое тело; 9) фолликулярные клетки; 10) полость фолликула; 11) соединительнотканная строма.

Для конкретизации знаний о развитой форме полового размножения у высокоорганизованных организмов выявите черты сходства и различия между мужскими и женскими гаметами и объясните это с учетом выполняемой функции. Данные занесите в таблицу.

Строение и функции гамет

Показатель	Яйцеклетка	Сперматозоид
Сходство в строениях, функциях Различия в строении, функциях

Практическое задание № 3 Сперма морской свинки

На готовых микропрепаратах вначале при малом, а затем при большом увеличении рассмотрите сперматозоид и найдете головку, шейку, среднюю часть, хвостовой отдел. Большую часть головки занимает ядро. Обратите внимание на акросому, которая наблюдается в виде темного полумесяца на переднем полюсе головки между наружной мембраной и ядром.

Зарисуйте препарат. На рисунке должны быть обозначены: 1) головка сперматозоида; 2) ядро; 3) акросома; 4) шейка сперматозоида; 5) средняя часть сперматозоида; 6) хвостовой отдел сперматозоида. Сравните строение сперматозоида морской свинки со сперматозоидами других животных

Практическое задание № 4

При большом увеличении микроскопа рассмотреть постоянный препарат сперматозоидов петуха. Обратить внимание на размер сперматозоидов Рассмотреть головку, найти в ней акросому, ядро. Зарисовать 1-2 сперматозоида, сделать обозначение.

Практическое задание № 5

Приготовить временный препарат живых сперматозоидов лягушки. Обратить внимание на палочковидную головку и его активное движение. Зарисовать 1-2 сперматозоида.

Практическое задание № 6

С помощью бинокулярной лупы рассмотреть телолецитальные яйца лягушки. Обратить внимание на разную окраску анимального (темного) и вегетативного (светло-желтого) полюсов яйца, обозначить полюса.