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 méhszáj 25
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 kapacitációja. 26
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 1. Spermium kapacitációja; 2. Áthatolása a corona radiatán; 3. Acrosoma reakció; 4. Áthatolás a zona pellucidán; 5. Zona reakció; 6. Membrán fúzió; 7. A spermium organellumai bekerülnek az oocytába; 8. Kialakul a két pronucleus; 9. A két pronucleus egyesül: ez az amphimixis; 10. Zigota keletkezik. 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 méhszáj 36
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