ЛЕКЦИЯ 4 30 сентября 2015 ГАМЕТОГЕНЕЗ продолжение

ЛЕКЦИЯ 4 30 сентября 2015 ГАМЕТОГЕНЕЗ (продолжение)

ДЕЛЕНИЯ СОЗРЕВАНИЯ СПЕРМАТОЦИТОВ И ООЦИТОВ оогенез сперматогенез 2

РАЗНООБРАЗИЕ ФОРМ СПЕРМИЕВ головка акросома ядро Промежуточная часть Амебоидные спермии нематоды Спермий ракообразного 3

ООГЕНЕЗ: ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ 4

Оогенез: размеры яйца «средняя» соматическая клетка 15 ооцит морского ежа 150 ооцит лягушки 1500 ооцит рептилии 15000 мкм мкм ПРИНЦИП КООПЕРАТИВНОСТИ– СУЩЕСТВЕННЫЙ ФАКТОР ПРЕОДОЛЕНИЯ ОГРАНИЧЕНИЙ РОСТА 5

ТИПЫ ООГЕНЕЗА • ДИФФУЗНЫЙ: представлен у низших многоклеточных. Амебовидные ооциты фагоцитируют питательные вещества в тканях матери. • СОЛИТАРНЫЙ: процессы синтеза макромолекул происходят непосредственно в ооците (приапулиды, возможно, некоторые черви). • ПОЛИГЕНОМНЫЙ: к формированию ооцита подключено большое число однотипных геномов вспомогательных клеток • ГИПЕРТРАНСКРИПЦИОННЫЙ: обеспечивается максимальная интенсивность транскрипции генома самого ооцита • ФОЛЛИКУЛЯРНЫЙ: протекающий в специализированных структурах яичника – фолликулах (млекопитающие) 6

ПОЛИГЕНОМНЫЙ ТИП ООГЕНЕЗА При этом типе оогенеза ярко проявляется принцип кооперативности, когда к участию в формировании одного ооцита привлекаются сотни и даже тысячи геномов других клеток 7

Яичник тутового шелкопряда Bombix mori Яйцевая трубочка

Яйцевые трубочки Дрозофилы

СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ И ЦИСТОБЛАСТЫ ЯЙЦЕВОЙ ТРУБОЧКИ ДРОЗОФИЛЫ Фолликулярные клетки Гонии Спектросома (спектрин+HTS) Веретено деления pum bam, nos Центриоль bam, nos Ядро Цистобласты образуются в результате асимметричного деления стволовой клетки. Клетка, которая получает спектросому, остается стволовой 10

Формирование синцитиальной цисты в яйцевой трубочке дрозофилы цистобласт 11

В результате деления цистобласта образуются две связанные между собой клетки Плазматический мостик 12

13

14

1 1 4 1 1 2 4 4 2 2 3 3 2 1 1 В результате деления одного цистобласта образуется 16 цистоцитов, соединенных плазматическим и мостиками. Цистобласты с 4 -мя мостиками становятся проооцитами 15

Цистобласты и прооциты КРАСНЫМ ВЫДЕЛЕНЫ ПРОООЦИТЫ 16

СПЕЦИФИКАЦИЯ ООЦИТА ПРЕДВАРЯЕТСЯ ЭКСПРЕССИЕЙ ГЕНА Bicaudal D КРАСНЫМ ВЫДЕЛЕН ООЦИТ 17

ООЦИТ ВЫДЕЛЕН КРАСНЫМ Синтезируемые в цистобластах РНК и белки через систему межклеточных канальцев поступают в ооцит. Цистоциты полиплоидизируются. Их суммарная плоидность превышает 14 000 гаплоидных эквивалентов 18

ПОЛИГЕНОМНЫЙ ТИП ООГЕНЕЗА цистоциты фолликулярные клетки кольцевые каналы ооцит цистоциты кольцевой канал ооцит Яйцевая камера Дрозофилы кольцевой канал 19

ЦИСТОЦИТЫ И ООЦИТ ДРОЗОФИЛЫ ПОСЛЕ ИНЪЕКЦИИ Н 3 -УРИДИНА, РАДИОАКТИВНОГО ПРЕДШЕСТВЕННИКА РНК ЯДРО ЦИСТОЦИТА ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ ВЫСОКОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ 3 Н-УРИДИНА, КОТОРЫЙ ВКЛЮЧИЛСЯ В РНК ООЦИТ С ТРАНСКРИПЦИОННО НЕАКТИВНЫМ ЯДРОМ ФОЛЛ. ЭПИТЕЛИЙ (МЕТОД АВТОРАДИОГРАФИИ) РАДИОАКТИВНАЯ РНК ИЗ ЯДРА ПОСТУПАЕТ В ЦИТОПЛАЗМУ И ДАЛЕЕ ЧЕРЕЗ КАНАЛЫ В ЦИТОПЛАЗМУ ООЦИТА (СТРЕЛКИ) 20

ПОЛИГЕНОМНЫЙ ТИП ООГЕНЕЗА ООЦИТ И ЦИСТОБЛАСТЫ ИЗ ЯИЧНИКА ГРЕБНЕВИКА Bolinopsis ЦИСТОЦИТЫ 21

ПОЛИГЕНОМНЫЙ ТИП ООГЕНЕЗА Cем. Ascaphidae ВОСЬМИЯДЕРНЫЙ ООЦИТ ХВОСТАТОЙ ЛЯГУШКИ Ascaphus озникает вследствие подавления в цитотомии при делении гоний 22

ГИПЕРТРАНСКРИПЦИОННЫЙ ТИП ООГЕНЕЗА ХРОМОСОМЫ ТИПА ЛАМПОВЫХ ЩЕТОК 23

В профазе мейоза вторичноротых, в том числе позвоночных, происходит спаривание гомологичных хромосом с образованием хиазм. Каждая хромосома такого бивалента состоит из двух дуплексов ДНК. Оба дуплекса ДНК образуют многочисленные симметричные боковые петли , состоящие из идентичных последовательностей. Боковые петли деконденсированной ДНК служат местом интенсивного синтеза РНК. 24

СПРЕДДИНГ ПО МИЛЛЕРУ: ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ТРАНСКРИПЦИИ START STOP В ХРОМОСОМАХ ТИПА ЛЩ МАКИМАЛЬНО ПЛОТНАЯ ПОСАДКА РНК-ПОЛИМЕРАЗ, ЗА СЧЕТ ЧЕГО ДОСТИГАЕТСЯ ИНТЕНСИФИКАЦИЯ СИНТЕЗА РНК 25

ЛАМПОВЫЕ ЩЕТКИ ИЗ ООЦИТА ХВОСТАТОЙ АМФИБИИ 26

ГИПЕРТРАНСКРИПЦИОННЫЙ ТИП ООГЕНЕЗА Белым светится ДНК, красным -РНК Хромосомы типа «ламповых щеток» Хромосома из ооцита хвостатой амфибии Notophtalmus viridescens Roth, J. Hall) (B. 27

И. В. Соловей Е. Р. Гагинская Джон Голл Сотрудники Биологического института СПб. ГУ – исследователи структуры и функций хромосом типа ламповых щеток птиц С. Дерюшева 28

АМПЛИФИКАЦИЯ У Ксенопуса в хромосомах ооцита имеется примерно 2000 повторов риб ДНК последовательностей. Однако, на стадии диплотены в ооцитах имеется 2 000 таких повторов в экстрахромосомных ядрышках, расположенных по периферии ядра ооцита. Эти амплифицированные гены возникают из одного единственного гена хромосомы. 29

ТРАНСОСОМЫ В ООГЕНЕЗЕ ПТИЦ КЛЕТКИ ФОЛЛ. ЭПИТЕЛИЯ МИКРОВОРСИНКА ТРАНСОСОМА ООЦИТ 30

ПЕРИОДЫ МАЛОГО И БОЛЬШОГО РОСТА ООЦИТОВ ЛЯГУШКИ (ПРЕВИТЕЛЛОГЕННАЯ И ВИТЕЛЛОГЕННАЯ ФАЗЫ) 31

ВИТЕЛЛОГЕНЕЗ 32

ФОЛЛИКУЛЯРНЫЙ ТИП ООГЕНЕЗА МЛЕКОПИТАЮЩИХ Б. КАРЛСОН, 1983. Основы эмбриологи по Пэттену. Т. 1. Гл. 3. С. 89; С. 96 – 115. Bruce M. CARLSON, 2014. Human embryology and developmental biology. Pp. 2 -14: Gametogenesis

ис 3. Схематическое изображение яичника, саггитальный срез: 1 – покровный эпителий; 2 – первичные фолликулы; 3 – вторичный фолликул; 4 – третичный фолликул; 5– атрезия фолликула; 6 – овулировавший фолликул; 7– желтое тело 3 - вторичный фолликул 4 - третичный фолликул 2 – первичные фолликулы 6 – овулировавший фолликул; 5– атрезия фолликула 1 – покровный эпителий 7– желтое тело СТАДИИ ФОЛЛИКУЛОГЕНЕЗА

ФАЗЫ ФОЛЛИКУЛОГЕНЕЗА ПРИМОРДИАЛЬНЫЙ ФОЛЛИКУЛ = ПЕРВИЧНЫЙ ООЦИТ ОКРУЖЕН КЛЕТКАМИ ЯИЧНИКА ПЕРВИЧНЫЙ ФОЛЛИКУЛ= ООЦИТ ОКРУЖЕН ФОЛЛИКУЛЯРНЫМИ КЛЕТКАМИ (ГРАНУЛОЗА). ДИПЛОТЕНА МЕЙОЗА (ПАУЗА) НА СТАДИИ ДИПЛОТЕНЫ ООЦИТЫ У ЧЕЛОВЕКА ОСТАЮТСЯ ДО ДОСТИЖЕНИЯ ПОЛОВОЙ ЗРЕЛОСТИ ГРАНУЛОЗ А ТЕКА ВТОРИЧНЫЙ ФОЛЛИКУЛ=В РАСТУЩЕМ ФОЛЛИКУЛЕ ПОЯВЛЯЕТСЯ ПОЛОСТЬ АНТРУМ ТРЕТИЧНЫЙ (ЗРЕЛЫЙ) ФОЛЛИКУЛ ИЛИ ГРААФОВ ПУЗЫРЕК

ПРОЦЕСС СОЗРЕВАНИЯ ООЦИТА ВО ВТОРИЧНОМ ФОЛЛИКУЛЕ КОНТРОЛИРУЕТСЯ ЛЮТЕИНИЗИРУЩИМ ГОРМОНОМ (LH) , КОТОРЫЙ ВОСПРИНИМАЕТСЯ РЕЦЕПТОРОМ (RLH) КЛЕТКИ ТЕКИ, КОТОРАЯ НАЧИНАЕТ ВЫРАБАТЫВАТЬ ТЕСТОСТЕРОН (Т). ТЕСТОСТЕРОН ПОД ДЕЙСТВИЕМ АРОМАТАЗЫ В КЛЕТКАХ ГРАНУЛОЗЫ ПРЕВРАЩАЕТСЯ В ЭСТРОГЕН (Е), КОТОРЫЙ ПОСТУПАЕТ В ЯДРО И АКТВИРУЕТ ВЫРАБОТКУ ФОЛЛИКУЛСТИМУЛИРУЮЩЕГО ГОРМОНА (FSH) FSH LH RE Е АРОМАТАЗА КЛЕТКА ГРАНУЛОЗЫ Т КЛЕТКА ТЕКИ RLH

ООГЕНЕЗ КАК ПРОЭМБРИОНАЛЬНЫЙ ПЕРИОД 37

Позиционная информация Во время оогенеза в ооците, как правило, происходит локализация разнообразных материнских факторов, с помощью которых позднее, т. е. в ходе эмбрионального развития создается позиционная информация, в соответствии с которой формируются оси тела зародыша и, часто, происходит детерминация различных клеточных линий (проэмбриональное развитие) 38

ЛОКАЛИЗАЦИЯ и. РНК veg 1 В ВЕГЕТАТИВНОЙ ОБЛАСТИ ООЦИТА Xenopus (светится белым) Концентрация и. РНК Veg 1 один из факторов формирования анимальновегетативной оси зародыша и закладки энтодермы в вегетативной области и. РНК veg 1 39

АНИМАЛЬНО-ВЕГЕТАТИВНАЯ ОСЬ - ГЛАВНАЯ ЭМБРИОНАЛЬНАЯ ОСЬ A ЛОКАЛИЗАЦИЯ и. РНК veg 1 В ВЕГЕТАТИВНОЙ ОБЛАСТИ ООЦИТА Xenopus (светится белым) Концентрация и. РНК Veg 1 один из факторов формирования анимальновегетативной оси зародыша и закладки энтодермы в вегетативной области V и. РНК veg 1 40

МЕРОИСТИЧЕСКАЯ ПОЛИТРОФНАЯ ЯЙЦЕВАЯ ТРУБОЧКА НАСЕКОМОГО МЕРОИСТИЧЕСКАЯ ПОЛИТРОФНАЯ 41

ОБРАЗОВАНИЕ ПЕРЕДНЕЗАДНЕЙ ОСИ В ООЦИТЕ ДРОЗОФИЛЫ МЕРОИСТИЧЕСКАЯ ПОЛИТРОФНАЯ A P 42

43

КИНЕЗИН И ДИНЕИН - БЕЛКИ ВНУТРИКЛЕТОЧНОГО ТРАНСПОРТА МИКРОТРУБОЧКА 44

РОЛЬ МАТЕРИНСКИХ ГЕНОВ bicoid И nanos В ДЕТЕРМИНАЦИИ ПЕРЕДНЕЗАДНЕЙ ОСИ ТЕЛА ЗАРОДЫША ДРОЗОФИЛЫ ПРОЭМБРИОНАЛЬНЫЙ ПЕРИОД 45

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАТЕРИНСКИХ и. РНК, УЧАСТВУЮЩИХ В ДЕТЕРМИНАЦИИ ПЕРЕДНЕЗАДНЕЙ ОСИ ТЕЛА ПРОЭМБРИОНАЛЬНЫЙ ПЕРИОД 46

РОЛЬ МАТЕРИНСКИХ и. РНК bicoid и nanos В РЕГУЛЯЦИИ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ, ОТВЕТСТВЕННЫХ ЗА ФОРМИРОВАНИЕ ПЕРЕДНЕГО И ЗАДНЕГО КОНЦОВ ТЕЛА ЗАРОДЫША оогенез После оплодотворения 47

ПРИ МУТАЦИИ ГЕНА bicoid ПЕРЕДНЕЗАДНЯЯ ОСЬ НЕ ОБРАЗУЕТСЯ, И РАЗВИТИЕ ЛИЧИНКИ РЕЗКО НАРУШАЕТСЯ 48

ИНЪЕКЦИЯ и. РНК bcd ВОССТАНАВЛИВАЕТ ПЕРЕДНЕЗАДНЮЮ ОСЬ 49

ДЕТЕРМИНАЦИЯ ПОЛЯРНЫХ НЕСЕГМЕНТИРОВАННЫХ ОБЛАСТЕЙ ЗАРОДЫША ДРОЗОФИЛЫ 50

ДЕТЕРМИНАЦИЯ НЕСЕГМЕНТИРУЕМЫХ ТЕРМИНАЛЬНЫХ ОБЛАСТЕЙ ТЕЛА ДРОЗОФИЛЫ torsolike Фолликулярный эпителий секретирует белок/лиганд torso groucho tailless huckebein 51

Участие материнских факторов широко распространено в природе также и при определении судьбы клеток разнообразных зачатков эктодермальной, энтодермальной и мезодермальной природы, а также первичных половых клеток. 52

ЛОКАЛИЗАЦИЯ МАТЕРИНСКИХ ФАКТОРОВ В ЯЙЦЕ ДОСТИГАЕТСЯ РАЗЛИЧНЫМИ СПОСОБАМИ: • путем внутриклеточного транспорта в ходе оогенеза; • в результате ооплазматической сегрегации после оплодотворения; • благодаря асимметричному распределению в процессе дробления 53

ЛОКАЛИЗАЦИЯ В ООГЕНЕЗЕ ФАКТОРОВ ДЕТЕРМИНАЦИИ КЛЕТОЧНЫХ ЛИНИЙ 54

СПЕЦИФИКАЦИЯ ЛИНИИ МЫШЕЧНЫХ КЛЕТОК ХВОСТА ЛИЧИНКИ АСЦИДИИ 55

АСЦИДИИ А Б В Г аним Д вентр дорс миоплазма вегет а 4. 2 - эктодерма b 4. 2 - эктодерма A 4. 2 – хорда и энтодерма В 4. 2 – мышцы, мзх, энт На поверхности ооцита асцидии до оплодотворения (А) имеется кортикальный слой, содержащий желтый пигмент. После оплодотворения (Б) начинается стягивание этой цитоплазмы к вегетативному полюсу (В), а затем перед началом дробления эта цитоплазма перемещается в субэкваториальную область будущей дорсальной стороны зародыша. При дроблении она попадает в вегетативные дорсальные бластомеры В 4. 2 и далее в мышечные клетки хвоста личинки 56

ЛОКАЛИЗАЦИЯ КЛЕТОК МЫШЕЧНОГО ЗАЧАТКА В НАЧАЛЕ ГАСТРУЛЯЦИИ У АСЦИДИЙ 57

Цитоплазматическим фактором детерминации мышц хвоста личинки асцидий служит материнская и. РНК macho-1. На стадии дробления ген macho-1 не экспрессируется H. Nishida: Boltenia villosa macho = maboya no cho omoshiroi idenshi = «очень интересный ген асцидии» 58

При развитии асцидий в ходе ооплазматической сегрегации происходит перемещение и. РНК macho 1 (красная стрелка) из вегетативной области яйца в субэкваториальную (область желтого серпа). Белок macho 1 детерминирует развитие мышц хвоста личинки ПОСЛЕ ОПЛОДОТВОРЕНИЯ ПЕРЕД ДРОБЛЕНИЕМ НА СТАДИИ 8 БЛАСТОМЕРОВ 59

Участие материнских факторов в определении судьбы клеток разнообразных зачатков эктодермальной, энтодермальной и мезодермальной природы, а также первичных половых клеток широко распространено в природе. ( «преформизм» ) 60

АСИММЕТРИЧНЫЙ МИТОЗ Ооплазматическая сегрегация при дроблении яйца моллюска Ilyanassa Развитие Ilyanassa obsoleta Liza Nagy Университет в Аризоне, США 61

СТАДИЯ 8 -и БЛАСТОМЕРОВ МОЛЛЮСКА Ilyanassa obsoleta (вид с анимального полюса) Ядра – синие, микротрубочки - зеленые Судьба бластомеров у животных со спиральным типом дробления детерминируется материнскими факторами уже на стадии дробления. На фотографии: и. РНК Dpp (оранжевая окраска) концентрируется в перицентриолярном пространстве макромеров. Благодаря этому материнская и. РНК Dpp в клетки 1 -го квартета не попадает. По: D. Lambert, L. Nagy, 2002 Dpp= decapentaplegic 62