“ Развитие мужских половых клеток у млекопитающих ” Кулибин Андрей

им. Н.К. Кольцова РАН

2010, 2012
PVE
AVE

al., 2002; Saitou and Yamaji, 2012

Saitou and Yamaji, 2012

семенник
(13,5 dps)
Мезонефрос
Половой валик, сформированный к-ми целомического эпителия (ЦЭ) и

мезонефроса

6

Индифферентная
Гонада 10,0-11,2 dpc

Sox9

Fgf9
Pgds
Cyp26b1
Dhh
Amh
VEGF
Activin A

На стадии индифферентной гонады клетки ЦЭ в независимости от генотипа XX или XY не различаются по экспрессии и образуют как детерминанты мужского (SF1, Wt1, GATA4) и женского пути развития гонады (Wnt4, Lhx9). Экспрессия женских выше, чем мужских и в случае отсутствия экспрессии SRY развитие идет по женскому типу.

Вместе с WT1, SF1, GATA4

Пролиферация к-к Сертоли

Мезонефрос

Мезонефрос

Целомический эпителий

Wnt4

HOX генов
Индифферентная гонада
10,0-11,2 dpc
Эмбриональный семенник
(13,5 dps)
Brennan and Capel, 2005

Мезонефрос

Половой валик сформированный к-ми целомического эпителия и к-ми мезонефрической почки

WT1, SF1, GATA4

Половой тяж с гоноцитами

Клетки Сертоли

Эмбриональные клетки Лейдига

Гоноциты

Экспрессия MVH

Возникают из к-к целомического эпителия

Вероятно из мезонефроса

RA

Cyp26b1

Гоноциты вступают в G0/G1 блок

FGF9

NANOS2

SOX9

DHH
SF1

STRA8

рождения

от митотического ареста к активной пролиферации

2) Приобретение подвижности

3) Дифференцировка в

ССК

4) Массовая клеточная гибель (отбор)

ССК на базальной мембране

Перемещение на базальную мембрану

FIGURE. Germ cell development in the first week postnatally in the rat, showing the germ cells labeled with MVH (mouse homolog of Drosophila Vasa), and the Sertoli cells labeled with MIS/AMH
(bar = 10 μm). (A) Day 0, (B) Day 4, (C) Day 6, (D) Day 10.
из Hutson et al., 2013

McLean et al., 2003; Nagano et al., 2000; Kiger, Fuller, 2001; Ohbo et al., 2003

7

Гоноциты
c-Kit-

SSC
c-Kit-

Irving L. Weissman, 2015
7

13
15
по Meistrich, 1986 с изменениями
сперматозоид
Гоноциты
c-Kit+
Первая волна
сперматогенеза
Послед. волны
сперматогенеза
Продолжительность
одного

сперматогенного
цикла ~36 дней

канальцы
Сеть семенника
(rete testis)
Прямые семенные канальцы
Извитые семенные канальцы

мыши
Схема участка семенного канальца
Удлин. сперматиды
Интерстиций
Округлые сперматиды
ССК
Apr
Спермато-
циты
Базальная мембрана

(ув. об. ×40)
БМ – базальная мембрана
ГЭПР – гладкий эндоплазматический

ретикулум,
МкТ – микротрубочка,
Мт – митохондрия,
ПГ – пигментная гранула,
РЦ – ризидуальная цитоплазма
сперматид,
УС – удлиняющаяся сперматида,
ШЭПР – шероховатый эндоплазматичес-
кий ретикулум,
ЯКС – ядро клетки Сертоли.

Просвет семенного канальца

компартмент.
Регуляция дифференцировки половых клеток выработкой различных ростовых факторов. Трофическая функция

.

Фагоцитоз и разрушение гибнущих
половых клеток.

Образование гемато-тестикулярного барьера: защита половых клеток от клеток иммунной системы; компартментализация семенного канальца.

Паракринная и гормональная регуляция сперматогенеза.

интерстиций

Образование ниш для сперматогониальных стволовых клеток.

2002)
Цепочки сперматогониев Aal донора в канальце реципиента (Ogawa et al.,

2002)

Цепочки сперматогониев Aal донора в канальце реципиента (Nagano et al., 1999)

по Ren & Russell, 1991 с изменениями

Apr

Aal

A1

A2

A3

A4

In

B

Сперматоциты I порядка

Сперматоциты II порядка

Сперматиды

1

2

4

8

16

16

32

64

128

256

512

1024

2048

4096

et al., 2007

хроматином, 1–2 плотными гетерохро-матиновыми глыбками, 1–2 ядрышками.
Маркеры
Поверхностные: гликопротеин Thy-1,

α6 и β1-интег-рины, E-кадгерин, GFRα-1, c-Ret, Notch-1 и др.

Внутриклеточные: ID4, PAX7, Oct-4, Sox-2, N-myc, Plzf, Taf4b и др., а также Ngn3.

Число ССК на семенник

Не превышает 0.01–0.03% от общего числа половых клеток (~35000 клеток).
Продолжительность клеточного цикла

Не регулярна, изменяется циклически и регулируется факторами, вырабатываемыми дифференцирующимися половыми к-ми
Другие особенности

ССК экспрессируют multidrug resistance genes


ССК относятся к группе «side population» клеток.

ССК проявляют наибольшую среди всех половых клеток устойчивость к воздействию различных ядов, химических мутагенов и радиации.

Световая микроскопия

Электронная микроскопия

& Russell, 2001с дополнениями
Нерегулярные митозы
22 ч
22 ч
22 ч
48 ч
44 ч
Вступление

в мейоз

Стадия дифференцировки происходит без клеточного деления

раз в 8.6 дня


За время одного сперматогенного цикла
Появляются 4

генерации сперматогониев А1



В любой точке сперматогенного эпителия
одновременно развиваются 4 генерации
половых клеток.

I
Профаза II
Метафаза II
Анафаза II
Телофаза II
Гаплоидные гаметы
Завершение кроссинговера
Хромосомы типа «ламповых щеток»
Структура

синапто-немного комплекса

A

A’

a’

a

центромера

хроматида

последние в ряду дифференцирующихся половых клеток, где происходит процесс репликации

ДНК.
Наиболее уязвимая стадия профазы I мейоза.
При переходе от прелепт. к лепт. сперматоциты покидают БМ и перемещаются в АК.

Зиготена
Продолжается утолщение хромосом и начинается процесс спаривания гомологов по всей длине с помощью синаптонемного комплекса (СК).
Половой пузырек.

Пахитена
СК полностью сформирован.
Синтез РНК, рост, внеплановый синтез спермиоспецифических гистонов.
Кроссинговер.
Регуляция перехода клетки из профазы в метафазу (MPF).
Активность генов репарации повреждений ДНК (Msh4, rad1).

Диплотена
Хромосомы типа ламповых щеток.
Завершение кроссинговера.

Диакинез
1) Переход к делению

SCP2, SCP3

SCP1

SYCE1,2

A

A’

a’

a

I
Профаза II
Метафаза II
Анафаза II
Телофаза II
Гаплоидные гаметы
Завершение кроссинговера
Хромосомы типа «ламповых щеток»
Структура

синапто-немного комплекса

A

A’

a’

a

центромера

хроматида

ядра, конденсация хроматина и постепенное выключение генома. Смена основных ядерных

белков. Регуляция осуществляется в основном
на уровне трансляции.

2) образование акросомы.

3) образование локомоторного аппарата.

сбрасывание основной
массы цитоплазмы.

2

3

4

6

7

8

9

Ядро

Акросома

Ап. Гольджи

Жгутик

Митохондрии

Микротрубочки

по Holstein et al., 2003 с изменениями

(по Fawsett, 1975)
Мт
ОкС
ГЭПР
ШЭПР
ЯКС
БМ
МкТ
УС
ПГ
ЗПК
ЯКС
Срез семенного канальца мыши
(ув. об. ×40)
БМ –

базальная мембрана
ГЭПР – гладкий эндоплазматический
ретикулум,
МкТ – микротрубочка,
Мт – митохондрия,
ПГ – пигментная гранула,
РЦ – ризидуальная цитоплазма
сперматид,
УС – удлиняющаяся сперматида,
ШЭПР – шероховатый эндоплазматичес-
кий ретикулум,
ЯКС – ядро клетки Сертоли.

Просвет семенного канальца

хроматина митотической хромосомы
Нуклеосома
ДНК

мититической хромосоме
Гистоны, промеж. белки и протамины
Организация хроматина спермия
ДНК
Протамины
ДНК
Линейная упаковка
«Тороид»
«Скэффолд»
Нуклеосомная ДНК

(5%)

Малая бороздка ДНК

7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
сперматозоид