Fejlődéstani előadások I. Progenesis, fertilisatio, embryogenesis kezdete
IVARSEJTEK MORFOLÓGIÁJA Megtermékenyítés, barázdálódás, beágyazódás, gastrulatio 1
A Sertoli-féle dajkasejt a kanyarulatos herecsatornákban izolálja a fejlődő sejteket (vér-testis gát)
2
Spermatogenesis, spermiogenesis • Spermatogoniumok (A-típus: tartalék őssejt; B-típus: szaporodik, majd differenciálódik – meiosis). • B-típusú spermatogonium mitózisa → spermatocyta I (primer spermatocyta). A spermatocyta I. belép a meiosisba, majd a sejtek átvándorolnak a vér-testis gáton. A primer spermatocyta nagy sejt – erről ismerhető fel. • Az első érési oszlás végén már secunder spermatocyta a nevük. • A második érési oszlás végén spermatida a nevük (haploid sejtek). • A spermatidák differenciálódnak és jelentős morfológiai változáson mennek át – ez a folyamat a spermio(histo)genesis. • A spermatidákból spermatozoon (spermium) lesz: hosszú ostorral, kis sejtmaggal és acrosomával, centriolummal és mitokondriumokkal felszerelve, fejével a Sertoli-sejt apikális citoplazmájába ágyazódva. • A spermium végül kiszabadul a Sertoli-sejtből és a herecsatornákon át a mellékherébe kerül.
3
TUBULULI SEMINIFERI CONTORTI SEJTPOPULÁCIÓI VÉR-TESTIS BARRIER
4
Semen (ondó) • Hímivarsejtek (200-400 millió sejt). Normális morfológiájuk fontos a megtermékenyítéshez. • Ondóplazma: mellékhere, prostata, vesicula seminalis, Cowper-mirigyek és Littre-mirigyek secretuma. • A spermiumok haladását segítő tényezők: cervicalis nyákcsap viszkozitása, mozgása, benne lévő glükóz, aminosavak, elektrolitek; az uterus és a méhkürt üregében lévő folyadék áramlása – ez a spermium rheotaxisa (áramlással szemben mozog előre) és chemotaxisa; az uterus és a petevezető kontrakciói. • A spermiumok az ejaculatiót követően 48 órán át életképesek. 5
Spermiumok morfológiája: fej, nyak. Farok: középdarab, fődarab, végdarab. Fej: 5 mikrométer Farok: 50 mikrométer
6
7
A középdarab axonémát, mitokondrium hüvelyt és kevés citoplazmát tartalmaz. A mitokondriumok a mozgáshoz szükséges energiát termelik.
8
Az acrosoma a Golgi-apparátusból keletkezik, enzimeit is a Golgitól kapja. Az acrosoma vezikulum a sejtmag tetején helyezkedik el és sapkaszerűen körbeveszi azt. Tartalma koncentrálódik. A nucleus kromatintartalma is koncentrálódik: a nucleus egészen sötétre festődik.
9
A spermium nyaka két centriolumot tartalmaz. 10
Lhuillier et al, Hum. Reprod. 2009; 24: 1296
SPERMIUM PATOLÓGIA
Structural alterations of sperm in patients having asthenozoospermia. Asthenozoospermia: major cause of male infertility. 11
A SPERMIUM FILOGENETIKAI ÁLLANDÓSÁGA: ROVAR SPERMIUM
12
Folliculogenesis •
Primordialis tüsző: primér (diplotén) oocyta + egy réteg ún. pregranulosa sejt, vagy follicularis sejt + külső basalis lamina (30 – 40 μm).
•
Primaer tüsző: nagyobb (ez is primer oocyta) petesejt + vékony zona pellucida + zona granulosa (egy-két réteg granulosa sejt) + külső basalis lamina (40 – 80 μm). Ez a tüsző populáció van az ovariumban a pubertas előtt.
•
Secundaer tüsző (preantrális): vastagabbá válik a zona pellucida, a zona granulosa sok rétegből áll, kívül kialakul a theca sejtek rétege: theca interna és theca externa (80 – 200 μm).
•
Tertiaer tüsző (antrális): a zona granulosában üreg keletkezik (antrum + folyadék). Theca interna és theca externa van, mindkettő vaszkularizált. Mérete 200 μm feletti, növekszik kb. 2 cm-ig.
•
Graaf-féle tüsző: érett tertiaer folliculus; cavum folliculi, liquor folliculi, cumulus oophorus, theca interna, theca externa (20 mm vagyis 2 cm).
•
A primér tüsző → Graaf-tüsző érés kb. 85 napig tart, vagyis az aktuálisan megrepedő/ovuláló tüsző 3 ciklussal hamarabb kezdi meg érését. 13
KORAI PRIMER FOLLICULUS (valódi granulosasejtek; FS)
14
KORAI SECUNDAER FOLLICULUS ZP: zona pellucida; Gs: granulosa sejtek
15
Gs: granulosa sejtek; A: antrum TI: theca interna; TE: theca externa Granulosa- és theca endokrin működése: ösztrogének szintézise.
KORAI TERTIAER FOLLICULUS 16
ÉRETT FOLLICULUS: GRAAF-FÉLE TÜSZŐ (tüszőrepedés előtti állapot)
17
Ovarialis ciklus • Follicularis fázis: a domináns tüsző már az előző ciklus végén (26. nap) fejlődésnek indul (valószínűleg az antralis fázistól, mert ekkor már gonadotropin-függő a fejlődés). A fázis 14 napig tart. • Ovulatio: a Graaf-féle tüsző megreped, és az oocyta kiszabadul, a cavum bevérzik (corpus hemorrhagicum). Az ovulatiót közvetlenül megelőzi a Graaf-tüsző jelentős elődomborodása az ovarium felszínén (és a stigma). Tipikusan a ciklus 14. napján történik. Az ovulációt elősegíti extracelluláris proteolitikus enzim-kaszkádok beindulása („kilazítják” helyéből a petesejtet, és kilyukasztják a tüsző tetejét a stigmánál). • Lutealis fázis: Az ovulatio után a cavum folliculi bevérzik, majd a theca- és granulosa-sejtek proliferálnak, erek nőnek be a tüsző helyére és kialakul a corpus luteum. A CL fő terméke a progesteron. A lutealis fázis hossza kb. 9-11 nap (ha nem történik megtermékenyítés). • Luteolysis: a ciklus második felének utolsó 1-2 napján a CL hormontermelése erősen csökken, majd apoptosis indul be és a CL endokrin sejtjei elpusztulnak. • A corpus luteum helyén fibrózus szövet marad: corpus albicans. 18
A granulosa sejtek fizikai kontaktusban (GJ) vannak a petesejttel, a zona pellucidán átnyúló citoplazma hidak révén.
Petesejt és corona radiata az ovuláció után 19
Corpus luteum: CL menstruationis; CL graviditatis • Lutein sejtek: nagyok (granulosa-eredet), és kicsik (theca-eredet). A lutein sejtekké történő átalakulás néhány óra alatt megtörténik. • Erek: a CL erei az ovuláció után nőnek be angiogenesis révén a környező ovarium szövetből (1-2 nap). • Fibroblastok és immunsejtek: szintén az erekkel vándorolnak be a CL-ba. • Milyen hormont termel: progeszteron. 20
A kortikális granulumok az oocyta perifériás citoplazmájában (majd a zóna reakciót okozzák)
21
ZONA PELLUCIDA
GRANULOSA
THECA
22
GRANULOSA
23
Az endometrium ciklusa (menstruatiós ciklus) • • •
•
Regeneratio: a vérzéssel lelökődött felszínt hámsejtek beborítják. A hámsejtek a mirigyek basalis részeinek megmaradt sejtjeiből szaporodnak. Proliferatio: a ciklus első felében az endometrium újraképződik – a mirigyek és a stroma kialakulnak, a nyálkahártya megvastagszik. Secretio: az ovulatiót követően, progesteron-hatásra, a mirigyek megnagyobbodnak, kanyargóssá válnak és szekretálnak. A stroma sejtjei ún. pseudodeciduális átalakuláson mennek keresztül, melynek során glikogént akkumulálnak, megnagyobbodnak. A stromában immunsejtek (granulociták, limfociták) jelennek meg. A stroma ödémássá válik. A spirális artériák jól fejlettek. A menstruatiós fázis a hormonszintek csökkenése miatt a spirális artériák intermittáló kontrakciójával, az ún. ischemiás fázissal indul. Az érgörcsök jelentősen rontják az endometrium oxigénellátását/vérellátását, és vérsejtek diapedesisét okozzák. Az endometrium károsodik és nekrotizál, majd lelökődik: ez a desquamatio. A szövet kiürülése a havi vérzés. 24
Az uterus anteflexióban (1) és anteversióban (2). Isthmus uteri: kék színben Cervix uteri (canalis cervicis – nyakcsatorna) • Isthmus: a cervix üregének felső része (kék) • Portio supravaginalis (zöld színben) • Portio vaginalis (sárga színben): kitölti az elülső és hátsó hüvelyboltozat terét. Fornix vaginae
Fornix vaginae (hüvelyboltozat)
Ostium uteri externum: külső 25 méhszáj
Inseminatio és fertilisatio • A hüvelybe került spermiumok először a nyakcsatornán haladnak keresztül: itt a nyákcsap segíti bejutásukat az uterusba (chemotaxis: a savas hüvelyi pH elől „menekülnek” a kissé alkalikus uterus pH felé). A spermiumok száma kb. 200-300 millió. • Az uterus üregében és a tubában rheotaxis révén haladnak előre, és néhány óra alatt az ampullába érnek. Haladásukat a flagellum mozgása segíti. Az uterus és a tuba kontrakciói szintén segítenek. Ezek a kontrakciók a follicularis fázis végén gyakorivá válnak. • A spermiumok szelekciója lehetséges: a vaginában, a nyakcsatornában, az uterusban és a tubában. • Az uterusban és a tubában történik a spermiumok 26 kapacitációja.
A kapacitáció • Állatkísérletekben kimutatott tény, hogy a tubafolyadék erősíti a spermium mozgását és fokozza életképességét. • A kapacitáció a spermium membránjának molekuláris változásait jelenti; ezek a változások elősegítik a petesejttel történő sejtfúziót. • A következő változások történnek: az ondófolyadékból származó molekulák eltávolítása; a membránproteinek konformáció-változásai; a spermium membrán felszíni antigénjeinek mennyiségi és minőségi átrendeződése; a membrán ionpermeabilitásának (kalcium) növekedése; a membrán koleszterin tartalmának csökkenése. • A kapacitáció már a nyakcsatornában megkezdődik; a canalis cervicis szekrétum összetétele is pozitív hatású a spermium élet- és mozgásképességére. 27
FERTILISATIO LÉPÉSEI Spermium kapacitációja; Áthatolása a corona radiatán; Acrosoma reakció; Áthatolás a zona pellucidán; Zona reakció; Membrán fúzió; A spermium organellumai bekerülnek az oocytába; 8. Kialakul a két pronucleus; 9. A két pronucleus egyesül: ez az amphimixis; 10. Zigota keletkezik. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
A centriolum segítségével elkezdődik a barázdálódás, vagyis a szegmentáció. 28
A fertilisatio legfontosabb sajátosságai • A diploid kromoszómaszám helyreáll: a kromoszómák fele a spermiumból, másik fele az oocytaból származik (pronucleusok). • Az embrió nemének meghatározása megtörténik: a spermiumban lévő X vagy Y kromoszóma szerepe. • A zigota metabolikus aktiválódása és a sejtosztódások (barázdálódás) beindítása. A barázdálódás sejtprogramja a petesejtben tárolódik: citoplazmatikus RNS és fehérjék formájában. • A fertilisatiót az oocyta irányítja: a ZP-ban lévő receptorok, a kortikális granulumok, és cytoplazmatikus fehérjeszintézis segítségével. • A centriolumok a spermiummal érkeznek, és fontos szerepük a sejtosztódások beindítása. • A spermium mitokondriumai elpusztulnak a megtermékenyítés alkalmával. A zigóta mitokondriumai kizárólag az oocytaból származnak (a mitokondriális DNS anyai eredetű). 29
30
• • • • •
FERTILISATIO: 1. NAP BARÁZDÁLÓDÁS: 1-3. NAP BLASTOCYSTA KÉPZŐDÉS: 4-5. NAP BEÁGYAZÓDÁS: 6-10. NAP KÉTLEMEZŰ EMBRYOPAJZS, AMNION, SZIKHÓLYAG KIALAKULÁSA: 12. NAPRA KÉSZEN ÁLLNAK • GASTRULATIO: 3. HÉT • NEURULATIO: 4. HÉT • LEFŰZŐDÉS: 4-5. HÉTEN LEZAJLIK 31
A zigota és az embryo vándorlása az uterus ürege felé a fogamzás utáni első hét során (segmentatio, blastocysta).
32
A barázdálódás mitózisok sorozatából áll, melynek során a zigótából blastomerák (utódsejtek) keletkeznek. A 16 blastomerából álló embriót morulának nevezzük. Következő morfológiai változások révén üreg keletkezik az embryo belsejében: ilyenkor már blastocystának hívjuk. Ekkorra az embryo eléri az uterus üregét és megkezdődik a beágyazódás, az implantáció. A blastocysta az endometrium stratum compactumába ágyazódik. A beágyazódás elején tűnik el a zona pellucida (degenerálódik).
33
A trophoblastjainak segítségével beágyazódó blastocysta: 1. Külső sejtjei a trophoblastok. 2. Belsők az embryoblastok. A trophoblastokból fejlődik a placenta és a chorion. Az embryoblastokból az embryo teste és az amnion lesz. A trophoblast két rétegre differenciálódik: 1. cytotrophoblast; 2. syncytiotrophoblast.
34
Beágyazódás (implantatio): 6-10. nap •
Az implantatio leggyakrabban az uterus corpus felső-hátsó falán következik be.
•
Az implantatio a ciklus 20.-23. napjain lehetséges („implantation window”).
•
Az implantatio első lépése, hogy a blastocysta kibújik a zona pellucidából („hatching”).
•
Egyidejűleg az endometrium felszínén a hámsejtek kiboltosulnak, illetve az endometrium hormonhatásra oedemássá válik és az uterus ürege szinte eltűnik.
•
A blastocysta külső trophoblast sejtjei (syncytiotrophoblastok) molekuláris mechanizmusokkal (adhéziós fehérjék) kitapadnak az endometriumon.
•
A syncytiotrophoblast (ST) lysosomális enzimszekréció révén képes az endometrium sejtek és basalis laminák emésztésére. A ST olyan cytokineket szekretál, melyek az endometrium-sejteket apoptózisra késztetik.
•
Az implantatio a fertilisatiót követő 6-10. napon történik.
•
Az implantatio az endometriumban ún. decidua-reakciót okoz.
35
Az uterus anteflexióban (1) és anteversióban (2). Isthmus uteri: kék színben. Cervix uteri (canalis cervicis – nyakcsatorna) • Isthmus: a cervix üregének felső része (kék). • Portio supravaginalis (zöld színben). • Portio vaginalis (sárga színben): kitölti az elülső és hátsó hüvelyboltozat terét. • A piros-sárgán jelölt terület a beágyazódás tipikus helye.
Fornix vaginae
Fornix vaginae (hüvelyboltozat)
Ostium uteri externum: külső 36 méhszáj
Decidua-reakció • Az endometrium stratum compactumában zajlik . • A stroma fibroblast sejtjei megnagyobbodnak, polygonalissá válnak és hámszerű struktúra keletkezik: ezek a decidua sejtek. • A deciduasejtekben tartalék tápanyagok, glikogén, zsírok halmozódnak fel. • Az extracelluláris matrix is átépül, hogy segítse a syncytiotrophoblast mozgását. • Speciális lymphocyta populáció jelenik meg (NK sejtek). • A decidua-reakció az egész endometriumot érinti: a decidua (hullóhártya) a terhes méh endometriuma. • Decidua basalis, decidua parietalis, decidua capsularis és decidua marginalis. 37
• • • • •
FERTILISATIO: 1. NAP BARÁZDÁLÓDÁS: 1-3. NAP BLASTOCYSTA KÉPZŐDÉS: 4-5. NAP BEÁGYAZÓDÁS: 6-10. NAP KÉTLEMEZŰ EMBRIÓPAJZS, AMNION, SZIKHÓLYAG KIALAKULÁSA: 12. NAPRA KÉSZEN ÁLLNAK • GASTRULATIO: 3. HÉT • NEURULATIO: 4. HÉT • LEFŰZŐDÉS: 4-5. HÉTEN LEZAJLIK 38
Az embryoblast változásai: epiblast és hypoblast differenciálódása • Az implantatio közben az embryoblastban is fontos fejlődés zajlik. • Az embriócsomóban apró üreg képződik: ez az amnion. • Egyidejűleg az embrioblasztok két sejtrétegre differenciálódnak: epiblast az amnion felől, és hypoblast az ellenkező oldalon. • A hypoblast felőli oldalon laza sejtszövedék alakul ki: extraembrionális mezoderma: ezek a sejtek egy exocoel nevű (extraembrionális testüreg) üreget alakítanak ki a hypoblast körül. • Ez lesz a szikhólyag, amelynek csak a neve utal a tojás sárgájára – emberben nincs táplálási szerepe. • Így a második hét végére két sejtrétegből álló emrioblasztunk lesz, amit embriópajzsnak nevezünk, enyhén ovális alakja miatt. • Az embriópajzs mindkét oldalán egy-egy sejtekkel szegélyezett üreg fejlődik: az amnion és a szikhólyag (vesicula vitellina). 39
Chorion differenciálódása I. • Már a morulában vannak központi sejtek, melyek mesoderma-szerűek (magma reticulare). • Ezek a sejtek a blastocystában az üregben találhatók és hozzájárulnak a szikhólyag kialakulásához (szikhólyag mesoderma). • A sejtek körülnövik az amniont (amnion mesoderma). • A sejtek a trophoblast belső felszínét is benövik (trophoblast mesoderma). • Az embryopajzs egyik pólusán köteget alkotnak, amely az embryot és a trophoblastot összeköti: testnyélmesoderma. • A trophoblast és a hozzátartozó mesoderma együtt a CHORION-t alkotják. A chorion magzatburok lesz a későbbi fejlődés során. 40
Chorion differenciálódása II. • A chorionlemez: 1. chorion mesoderma (belül); 2. cytotrophoblast; 3. syncytiotrophoblast (kívül) rétegekből áll. • A syncytio-réteg betör az endometrium ereibe és gyors szaporodása révén lacunákat alakít ki, melyekben kering az anyai vér. • A chorionnak ez a része a decidua basalis felé tekintő rész, mely így labyrinthus-szerű, bolyhos: ez a chorion frondosum. • Az endometrium felszín felé tekintő chorionban a sejtaktivitás mérsékelt: ez a chorion laeve (sima chorion). • A chorion frondosum a decidua basalisszal kialakítja a placentát. A placenta morfogenezise hosszú folyamat, mely átnyúlik a magzati korba. • A chorion laeve az extraembryonális testüreget alkotja, amelybe belenő az embryo, ezért a chorion laeve a magzatburkok egyik eleme/rétege. 41
Amnion és szikhólyag • Az amnion korán kialakul (2. hét). Növekedése gyors, mert az embryo teste az amnion felé növekszik és végül oda fűződik le. • Az amnion üregét köbhám béleli, az üreg folyadékot tartalmaz. A folyadék részben az embryoból, a későbbi magzatból, részben az endometriumból filtrálódik. • Az amnion hamarosan ( a 3. hónap végére) teljesen kitölti az extraembryonális testüreget, és így hozzáfekszik a chorionhoz. Ezzel az amnion a magzatburok részévé válik. • A szikhólyag egyre kisebb lesz, és az embryo lefűződésével belekerül a köldökzsinórba – megszűnik, elsorvad (egyes elemei kivételt képeznek). 42
EMBRYO, CHORION, AMNION, PLACENTA AZ ELSŐ KÉT HÓNAP SORÁN 43
Gastrulatio • A gastrulatio a harmadik héten történik. • A gastrulatio során az epiblastból és hypoblastból álló embryopajzs három rétegűvé válik. • Kialakul a chorda dorsalis: az embryo testtengelye. • Kialakul az ectoderma, a mesoderma és az entoderma: ezek a csíralemezek.
44
Csíralemezek származékai (nagy vonalakban)
• Ectoderma: kültakaró, idegrendszer, érzékszervek. • Entoderma: légzőhám és légzőrendszer mirigyei, emésztőrendszer hámja és mirigyei, egyes endokrin mirigyek. • Mesoderma: urogenitalis rendszer, kötő- és támasztószövetek mindenütt (vázrendszer), izomrendszer, szív és erek, immunrendszer, vérsejtek.
45
Fejlődésünk az uterusban • A beágyazódáskor már embryonak nevezhetjük a blastocystát, amelyben elkülönültek az embryoblastok és a trophoblastok. • Az embryonális szakasz a terhesség első két hónapja, amelynek során kialakulnak a szervrendszereink kezdeményei, és emberi formát nyerünk (fej, nyak, végtagok). • A további hónapok (3-9) a fejlődés magzati periódusát jelentik: ekkor differenciálódnak és növekednek a szerveink. (Magzat: foetus.) 46
Fogalmak, szinonímák • Megtermékenyítés, megtermékenyülés, fogamzás: inseminatio, fertilisatio, foecundatio, conceptio. • A zygota barázdálódik: ez a segmentatio, blastulatio, blastogenesis. • A blastocysta beágyazódik az uterus endometriumába (decidua): implantatio, nidatio. • Ezzel kezdetét veszi a terhesség: graviditas, gestatio. • A terhesség végén megszületik a magzat: partus, parturitio. 47
Az intrauterin életünket segítő szervek, képletek • Ezek a képletek részben a blastocystából, részben a deciduából (endometrium) jönnek létre. • Placenta: a legfontosabb szerv, amely részben a deciduából, részben a trophoblastból fejlődik. • Magzatburkok: amnion és chorion. Az amnion üregében folyadék van: liquor amnii. • Köldökzsinór: funiculus umbilicalis, amely összeköttetést jelent a magzati test és a placenta között (benne futnak a köldökzsinór erei). • Az uterus endometriuma mint decidua körülveszi az amniont-choriont és részt vesz az anyagcserében, táplálásban. 48
