содержание .. 2 3 4 5 ..

Цитогенетика эмбрионального развития - часть 4

Цитогенетика эмбрионального развития человека

ледующих 3–4 месяцев оогонии активно делятся митозом. В результа-

те их число возрастает от исходных 1500–2000 клеток до нескольких

миллионов. Максимальное число оогоний (до 7 млн) находится в яич-

никах плодов женского пола на 7-м месяце беременности. Сразу же

за периодом размножения следует апоптоз — запрограммированная

гибель большей части оогониев. Причины апоптоза остаются невыяс-

ненными. Неясна и селективная роль такой массовой клеточной гибе-

ли. Возможно, погибают те оогонии, которые по тем или иным причи-

нам не могут трансформироваться в ооциты и вступить в мейоз, либо,

что кажется более правдоподобным, гибнущие клетки — это ооциты,

находящиеся в профазе мейоза.

Количество женских половых клеток к концу беременности и у но-

ворожденных 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. Значительная часть ес-

тественной убыли женских половых клеток происходит в результате

апоптоза оогониев, другие погибают уже внутри атретических фолли-

кулов, которые не доходят до овуляции. Уместно также отметить, что

в отличие от млекопитающих, процессы оогенеза у человека протека-

ют асинхронно, а потому значительно растянуты во времени.

Уже с 3-го 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 (рис. 1.3). Однако в отличие от

мужского мейоза, в оогенезе вслед за профазой не наступает метафаза,

а мейоз блокируется, и ооциты надолго, вплоть до начала полового со-

зревания, переходят в состояние покоя — диктиотену. Предполагается,

что блокада мейоза связана с действием особых факторов, секретиру-

емых соматическими (фолликулярными) клетками гонады [54]. Ок-

руженные одним слоем фолликулярных клеток ооциты образуют так

называемые первичные (примордиальные) фолликулы. До полового

созревания длится период медленного роста, во время которого про-

грессивно увеличивается число слоев фолликулярных клеток, окру-

жающих ооцит на стадии покоя (диктиотены). Ядро ооцита на этой

стадии очень крупное, светлое, называется иногда «зародышевым

пузырьком». Характерной структурой такого ядра у человека являются

Глава 1.

основы проэмбрионального и эмбрионального развития человека

Рис. 1.3. Цитогенетические и временные характеристики профазы мейоза у плодов

женского пола и стадий созревания яйцеклеток после полового созревания [804]

«ламповые щетки» — петли ДНК, на которых происходит активный

синтез РНК-комплексов, откладывающихся в ооплазме до момента

оплодотворения. Размеры ооцита по мере увеличения числа фолли-

кулярных клеток также увеличиваются. Рост самого ооцита прекра-

щается только с началом периода быстрого роста его фолликула, что

совпадает с периодом полового созревания. В это время внутри фол-

ликула образуется полость (антрум), которая заполняется жидкостью.

Ее размеры быстро увеличиваются. Фолликул превращается в Граафов

пузырек [52].

Созревание ооцитов начинается с возобновления мейоза и закан-

чивается только после оплодотворения, когда завершается 2-е мейо-

тическое деление (рис. 1.3). С наступлением активного репродуктив-

ного возраста ооциты группами (5–10 шт.) вступают в мейоз, однако

в большинстве случаев в каждом цикле овулирует только один, наибо-

лее продвинутый в развитии доминантный фолликул, тогда как ооциты

Цитогенетика эмбрионального развития человека

в остальных фолликулах, вступившие в период созревания, прекраща-

ют развитие и подвергаются атрезии.

Рост и созревание фолликулов с находящимися в них ооцитами

находится под гормональным контролем как со стороны гипо-

физа (фолликулостимулирующий гормон — ФСГ, лютетропный

гормон — ЛГ) и гипоталамуса (пролактин — 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 преиму-

щественно ФСГ, а период созревания — ЛГ. Примерно за сутки до

овуляции, то есть до разрыва Граафова пузырька и выхода ооцита,

отмечается пик подъема ЛГ.

Контролирующие механизмы оогенеза и особенности гормональной

регуляции этого процесса подробно рассмотрены в ряде обстоятель-

ных монографий и обзоров [52, 54, 94, 129, 556].

1.1.2. 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 ампу лярную часть яйцевода, где обычно и происходит оплодот-

ворение. Собственные оболочки овулировавшей яйцеклетки пред-

ставлены блестящей оболочкой (zona pellucida) и плазматической

(вителлиновой) мембраной, непосредственно прилежащей к ооплазме

(рис. 1.2, в). Блестящая оболочка имеет преимущественно му-

кополисахаридную природу и является продуктом как самого

ооцита, так и питающих его фолликулярных клеток. Ее важной

особенностью является наличие особых белков — гликопротеи-

нов ZP1, ZP2 и ZP3, ответственных за видовую специфичность

оплодотворения.

Овулировавший ооцит, безусловно, является самой крупной клет-

Глава 1.

основы проэмбрионального и эмбрионального развития человека

кой 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 плазма-

тической мембраны защитных белков, мукополисахаридов (в том числе

фактора декапацитации) и холестерина. В результате этих процессов,

получивших название реакции капацитации, изменяется электрический

заряд наружной мембраны, усиливается потребление кислорода, воз-

растает подвижность сперматозоидов. Капацитация in vitro может быть

получена путем инкубации в течение нескольких часов отмытых от слизи

сперматозоидов в солевом растворе при + 37

С.

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 опло-

дотворению в течение нескольких дней, а по некоторым наблюдени-

ям — до 1 недели.

Основные биологические барьеры на пути проникновения спермия

в овулировавшую яйцеклетку представлены клетками лучистого вен-

ца, блестящей (zona pellucida) и плазматической (вителлиновой) обо-

лочками яйцеклетки (рис. 1.2, в).

Преодоление лучистого венца (corona radiata) достигается актив-

ным движением самого сперматозоида, а также за счет растворения и

разжижения межклеточного мукополисахаридного матрикса гиалуро-

нидазой, выделяемой акросомами погибших спермиев.

Пройдя через corona radiata, сперматозоид вначале неспецифиче-

ски, а затем специфически связывается с поверхностью блестящей

оболочки. Происходит так называемая «акросомная реакция»: в ре-

зультате разрушения наружной акросомной мембраны спермия вы-

свобождается набор литических ферментов (гиалуронидаза, акро-

зин, нейраминидаза), которые и обеспечивают пенетрацию блестя-

щей оболочки (рис. 1.2, а, б). Общая продолжительность акросом-

ной реакции составляет 10–15 минут. Естественно, что преодоление

блестящей оболочки, являющейся наиболее серьезным естествен-

ным барьером, требует изначально наличия интактной нормальной

акросомы. Сперматозоиды с неправильной формой головки или с

Цитогенетика эмбрионального развития человека

нарушенной акросомой не способны к естественному оплодотворе-

нию.

Пройдя через блестящую оболочку, сперматозоид связывается своей

постакросомальной областью (экваториальным сегментом) с микро-

филаментами вителлиновой оболочки и погружается внутрь ооплазмы

путем пиноцитоза, то есть без разрушения целостности наружной

мембраны яйцеклетки.

Присоединение сперматозоида к плазматической мембране сопро-

вождается сложной ответной реакцией яйцеклетки, получившей на-

звание «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 Са

2 +

, которое стиму-

лирует распад находящихся в кортикальном слое ооплазмы лизосо-

моподобных 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 блес-

тящей и плазматической оболочками появляется перивителлиновое

пространство. В самой блестящей оболочке наблюдается быстрое раз-

рушение рецепторных гликопротеинов ZP3, что делает невозможным

прикрепление и проникновение в яйцеклетку других сперматозоидов

(блок полиспермии). Реакция активации приводит к снятию мейоти-

ческого блока, быстрому завершению яйцеклеткой 2-го деления созре-

вания и отделению в перивителлиновое пространство 2-го полярного

тельца. Головка спермия, попавшая в ооплазму в результате оплодо-

творения, и оставшийся после 2-го мейотического деления гаплоид-

ный набор хромосом яйцеклетки трансформируются соответственно

в мужской и женский пронуклеусы. Оплодотворение, продолжитель-

ность которого не превышает 24 часа, завершено. Начинается индиви-

дуальное развитие нового организма.

1.2. Преэмбриональный период

Преэмбриональный период (первые 20 дней после оплодотворе-

ния) включает доимплантационные стадии, имплантацию и начало

постимплантационного этапа развития.

Глава 1.

основы проэмбрионального и эмбрионального развития человека

Рис. 1.4. Прижизненные фотографии зародышей человека доимплантационного пе-

риода развития. Фазовый контраст. а — зигота; б — 2 бластомера; в — 4 блас-

томера; г — 6 бластомеров; д, е — морула; ж — бластоциста; з — вылупление

бластоцисты. Увеличение 200×. (Фотографии любезно предоставлены C. Mackie

Ogilvie, Gay Hospital, London, и проф. В. С. Корсаком, НИИ акушерства и гинекологии

им. Д. О. Отта РАМН, Санкт-Петербург)

1.2.1. доимплантационный период

(дробление, компактизация, бластуляция)

Доимплантационное развитие у человека занимает около 6–7 дней

(1–6 д. р. /1 н. б.) и включает такие основные морфогенетические про-

цессы как формирование пронуклеусов, дробление, компактизация и

бластуляция. Фотографии зародышей человека доимплантационных

стадий развития (от зиготы до бластоцисты) приведены на рисунке 1.4.

Собственно развитие зародыша начинается с формирования муж-

ского и женского пронуклеусов. При этом мужской пронуклеус фор-

мируется несколько раньше женского (8 часов после оплодотворения).

Деконденсация его хромосом выражена в большей степени, чем жен-

Цитогенетика эмбрионального развития человека

Рис. 1.5. Прижизненные фотографии зародышей человека на стадии зиготы (а) и на

стадии бластоцисты (б). Обозначения: 1 — блестящая оболочка; 2 — перивителли-

новое пространство; 3 — пронуклеусы; 4 — сперматозоиды; 5 — трофобласт; 6 —

эмбриобласт (внутренняя клеточная масса); 7 — бластоцель. (Фотографии любезно

предоставлены проф. В. С. Корсаком, НИИ акушерства и гинекологии им. Д. О. Отта

РАМН, Санкт-Петербург)

ского. В результате размеры мужского пронуклеуса несколько пре-

восходят размеры женского. Формирование обоих пронуклеусов

завершается через 12 часов после оплодотворения (рис. 1.5, а). Уже

через 9 часов в обоих пронуклеусах начинается синтез ДНК, то есть

происходит репликация хромосом. Через 20 часов оба пронуклеу-

са встречаются примерно в центре ооплазмы. Хромосомы конден-

сируются и приблизительно через 30 часов после оплодотворения,

когда растворяются ядерные оболочки. Хромосомный материал

обоих пронуклеусов объединяется в одной метафазной пластинке

(сингамия). Наступает 1-е деление дробления. Дальнейшие деления

дробления происходят примерно каждые 18 часов. Со стадии двух

бластомеров отмечается асинхронность ритма дробления бластоме-

ров. В течение трех первых делений дробления все бластомеры име-

ют округлую форму, идентичны по своей морфологии и ростовым

потенциям.

На стадии морулы (3–5-й дни развития, рис. 1.4, д, е) зародыш

состоит из 8–16 бластомеров, начинается процесс компактизации,

сопровождающийся поляризацией бластомеров. При этом бластоме-

Глава 1.

основы проэмбрионального и эмбрионального развития человека

ры, расположенные снаружи, приобретают свойства эпителиальных

клеток, между ними возникают тесные межклеточные контакты (де-

смосомы), а внутри зародыша начинает накапливаться жидкость.

Через 4,5–5 дней после оплодотворения зародыш превращается

в бластоцисту — небольшой пузырек, заполненный жидкостью. Стен-

ка бластоцисты состоит из одного слоя крупных клеток трофобласта,

изнутри к которому в одном месте прилежит небольшая группа кле-

ток эмбриобласта (внутренняя клеточная масса — ВКМ) (рис. 1.4;

рис. 1.5, б). Общее число клеток на этой стадии — более 60.

Клетки трофобласта (трофэктодермы) начинают активно син-

тезировать гормон — хорионический гонадотропин (тест на бере-

менность!), а также различные лизирующие ферменты, в результате

чего приобретают инвазивные свойства, обеспечивая гистиотроф-

ное питание зародыша и процесс имплантации.

Клетки ВКМ активно размножаются и при дальнейшем развитии

дают начало всем тканям собственно эмбриона, а также его внеза-

родышевым частям (хорион, плацента, желточный мешок, алланто-

ис, амнион).

В ходе дробления зародыш продвигается по маточной трубе в направ-

лении матки как за счет тока жидкости, так и вследствие перистальтичес-

ких сокращений мускулатуры и движения эпителиальных ресничек. На

5–6-й день зародыш на стадии бластоцисты попадает в матку.

В заключение отметим, что первые деления дробления осущест-

вляются за счет генетической информации, накопленной ооцитом

еще в период оогенеза. Зародыш человека обладает достаточным за-

пасом готовых белков, рибонуклеопротеиновых комплексов, необ-

ходимых для синтеза новых белков, а также питательных веществ и

энергетических ресурсов, чтобы полностью обеспечить начальные

этапы эмбриогенеза. Синтез белков, необходимых на этой стадии,

происходит на матрицах РНК, синтезированных еще в оогенезе,

то есть на хромосомах ооцита. Отсюда ее название — материнс-

кая РНК. Переключение индивидуальной генетической программы

с материнской РНК на геном самого зародыша происходит посте-

пенно. Считается, что у зародыша человека этот процесс начинает-

ся только со стадии 4–8 бластомеров, то есть несколько позже, чем

у лабораторных мышей (2 бластомера).

содержание .. 2 3 4 5 ..