Отличия сперматогенеза от овогенеза
Основные события, связанные с процессом мейоза в мужских гаметах происходят уже после полового созревания. Женский мейоз начинается еще внутриутробно. Его важнейшая стадия-профаза, в которой происходит коньюгация и рекомбинация, имеет место в гонадах плодов женского пола на 3-4-м месяцах развития. Сперматогенез устанавливается в период полового созревания и продолжается непрерывно до старости. Оогенез начинается у эмбрионов ранних стадий развития, возобновляется в период полового созревания; происходит асинхронно, циклично и полностью завершается только после оплодотворения.
Длительность волны сперматогенеза у человека составляет 72 дня. Общая продолжительность оогенеза исчесляется десятилетиями.
Из одного сперматоцита 1 формируются четыре сперматозоида. Продукция мейоза в оогенезе неравноценна- каждый ооцит 1 дает начало только зрелой яйцеклетке, а три гаплоидных набора удаляются в составе двух полярных телец.
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 ампулярную часть яйцевода, где обычно и происходит оплодотворение. Собственные оболочки овулировавшей яйцеклетки представлены блестящей оболочкой (zona pellucida) и плазматической (вителлиновой) мембраной, непосредственно прилежащей к ооплазме. Блестящая оболочка имеет преимущественно мукополисахаридную природу и является продуктом как самого ооцита, так и питающих его фолликулярных клеток. Ее важной особенностью является наличие особых белков – гликопротеинов ZP1, ZP2 и ZP3, ответственных за видовую специфичность оплодотворения.
Овулировавший ооцит, безусловно, является самой крупной клеткой 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 плазматической мембраны защитных белков, мукополисахаидов (в том числе фактора декапацитации) и холестерина. В результате этих процессов, получивших название реакции капацитации, изменяется электрический заряд наружной мембраны, усиливается потребление кислорода, возрастает подвижность сперматозоидов. Капацитация in vitro может быть получена путем инкубации в течение нескольких часов отмытых от слизи сперматозоидов в солевом растворе при +37С.
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 оплодотворению в течение нескольких дней, а по некоторым наблюдениям – до недели.
Основные биологические барьеры на пути проникновения спермия в овулировавшую яйцеклетку представлены клетками лучистого венца, блестящей (zona pellicida) и плазматической (вителлиновой) оболочками яйцеклетки.
Преодоление лучистого венца (corona radiata) достигается активным движением самого сперматозоида, а также за счет растворения и разжижения межклеточного мукополисахаридного матрикса гиалуронидазой, выделяемой акросомами погибших спермиев.
Пройдя через corona radiata, сперматозоид вначале неспецифически, а затем специфически связывается с поверхностью блестящей оболочки. Происходит так называемая «акросомная реакция»: в результате разрушения наружной акросомной мембраны спермия высвобождается набор литических ферментов (гиалуронидаза, акрозин, нейраминидаза), которые и обеспечивают пенетрацию блестящей оболочки. Общая продолжительность акросомной реакции составляет 5-10 минут. Естественно, что преодоление блестящей оболочки, являющейся наиболее серьезным естественным барьером, требует изначально наличия интактной нормальной акросомы. Сперматозоиды с неправильной формой головки или с нарушенной акросомой не способны к естественному оплодотворению.
Пройдя через блестящую оболочку, сперматозоид связывается своей постакросомальной областью (экваториальным сегментом) с микрофиламентами вителлиновой оболочки и погружается внутрь ооплазмы путем пиноцитоза, то есть без разрушения целостности наружной мембраны яйцеклетки.
Присоединение сперматозоида к плазматической мембране сопровождается сложной ответной реакцией яйцеклетки, получившей название «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 Ca2+ , которое стимулирует распад находящихся в кортикальном слое ооплазмы лизосомоподобных 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 блестящей и плазматической оболочками появляется перивителлиновое пространство. В самой блестящей оболочке наблюдается быстрое разрушение рецепторных гликопротеинов ZP3, что делает невозможным проникновение в яйцеклетку других сперматозоидов (блок полиспермии). Реакция активации приводит к снятию мейотического блока, быстрому завершению яйцеклеткой 2-го деления созревания и отделению в перивителлиновое пространство 2-го полярного тельца. Головка спермия, попавшая в ооплазму в результате оплодотворения, и оставшийся после 2-го мейотического деления гаплоидный набор хромосом яйцеклетки трансформируются соответственно в мужской и женский пронуклеусы. Оплодотворение, продолжительность которого не превышает 24 часа, завершено. Начинается индивидуальное развитие нового организма.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Каждый из родительских геномов в зиготе несет огромное число небольших изменений в нуклеотидной структуре ДНК – генетический полиморфизм. Спектр, частота и тип которых уникален для гаплоидного генома гамет и неповторим для каждого человека уже в момент зачатия.
Исследования сделанные в рамках международного проекта « Геном человека» позволили выяснить молекулярные механизмы многих наследственных заболеваний, роль генетических факторов в этиологии патологических состояний.
Одним из решающих итогов программы « Геном человека» является появление и быстрое развитие качественно нового раздела медицинской науки- молекулярной медицины. Разработаны точные, эффективные и в значительной степени универсальные методы диагностики наследственных болезней на любой стадии онтогенеза, в том числе до рождения. Заложены экспериментальные и клинические основы генной терапии наследственных болезней. Разработаны молекулярные основы профилактической ( превентивной ) медицины. В настоящее время превентивная медицина располагает молекулярным тестами для исследования предрасположенности по многим заболеваниям. Актуально тестирование генов, контролирующих расхождение хромосом в мейозе. Проводится тестирование на предмет установления гетерозиготного носительства мутаций наиболее частых генных болезней. Особое внимание в досимптоматическом тестировании обращено на болезни экспансии ( хорея Гентингтона, и др нейрогенеративные заболевания). На ранних пренатальных стадиях развития проводится молекулярная диагностика этих болезней. При подтверждении диагноза беременность ранних сроков можно прервать.
Прежде всего заслуживает внимание охрана здоровья самой женщины. Очень важно помнить, что закладка первичных половых клеток и основные этапы мейоза, связанные с процессами коньюгации и рекомбинации хромосом в яйцеклетках, происходят внутриутробно. Завершающие этапы созревания яйцеклетки, а также 1-е деление созревания ооцита происходят за несколько дней до предполагаемой овуляции в организме самой женщины. С момента полового созревания состояние яйцеклетки, в первую очередь, активность и функциональная полноценность ее генома, во многом определяет состояние плода и особенности внутриутробного развития. Таким образом вполне справедливо утверждение о том, что каждая яйцеклетка физически и генетически связывает три поколения: бабушка- мать- девочка. Данное обстоятельство необходимо иметь ввиду при разработке рациональных мер профилактики наследственной и врожденной патологии у человека, учитывая при этом, что репродуктивная функция женщины является основой для рождения здорового ребенка.
ПРИЛОЖЕНИЕ№2
Практическое задание № 1.