1 Sexuele differentiatie en organogenese van het genitaal
stelsel
EMBRYOLOGIE SAMENVATTING
1 Sexuele differentiatie en organogenese van het genitaal
stelsel
1.1 Inleiding
Urogenitaal stelsel
uropotisch stelsel
genitaal stelsel: gonaden, inwendige genitalin en uitwendige
genitalin
Ontwikkeling urogenitaal stelsel: grotendeels samen, maar
ontwikkeling uropotisch systeem loopt voorop in tijd
ontwikkeling uropotisch systeem is identiek bij man en vrouw
ontwikkeling genitaal systeem hangt af van genotype
1.2 het SRY-gen
SRY (sex-determining Region op het Y-chromosoom)
ontwikkeling van mannelijk genitaal fenotype ( transcriptie thv
SRY regio vereist ( vrouwelijk fenotype = default status
codeert voor DNA binding protein (SRY protein)
vroeger TDF: Testis Determining Factor
Ontwikkeling van geslacht: 2 fasen die in relatie staan
primaire sex determinatie: differentiatie van de gonade
secundaire sex determinatie: fenotypische differentiatie
Sex determinatie
testis ontwikkelt igv Y
ovarium ontwikkelt igv XX
als X0: afunctioneel ovarium
als gonade afwezig: default fenotype (v)
Turner Syndroom
45, X0
1 op 2500 pasgeboren meisjes
missen 1 of gedeelte van X-chromosomen die genen dragen voor
ontwikkeling van eierstokken
geslachtshormonenproductie
lichamelijke geslachtsrijping
lengte
oorzaken onbekend
kenmerken:
bij geboorte: (verdwijnt meestal)
opgezwollen hand- en voetruggen
huidplooien aan weerskanten van nek
geringe lengte (niet groter dan 1m47) ( groeihormonen
toedienen
pubertijd treedt niet altijd spontaan op omdat eierstokken
onvoldoende werken ( behandeling met vrouwelijke
geslachtshormonen
brede borstkas met wijd uitstaande tepels
lage haargrens
laagstaande oren en gehoorproblemen
ellebogen die zich niet geheel kunnen strekken
eventuele afwijkingen aan hart, nieren of schildklier
over het algemeen normale intelligentie, met meer gevoel voor
taal dan voor ruimtelijk inzicht
Sexuele differentiatie van reptielen is afhankelijk van de
temperatuur bij het uitbroeden van eieren: aromatase (zet
mannelijke hormonen om tot vrouwelijke) meer tot expressie en/of
actiever bij hogere temperatuur
Actuele menselijke Y-chromosoom:
housekeeping genes
testis-specifieke genen voor primaire sex-determinatie en
mannelijke gametogenese
Uitsterven van het Y-chromosoom
tropische vlinder Acrea encedon: ontwikkelt chemische stof die
iedere zaadcel met Y-chromosoom erin doodmaakt
van alle mannen heeft 7% een ernstig vruchtbaarheidsprobleem
waarvan veroorzaakt door nieuwe defecten aan het Y-chromosoom
zeldzame, erfelijke aandoening waarbij X-chromosoom het
Y-chromosoom het zwijgen oplegt
Maar er is hoop:
Kaukasische veldmuis Ellobius lutescens: mannelijkheidsgenen
ingebouwd in andere gewone chromosomen, dus geen
geslachtschromosomen
Y-chromosoom kan zichzelf enigszins repareren
SRY-gen codeert voor transcriptiefactor die lid is van HMG-box
transcriptie factor familie (High Mobility Group)
evolutionair sterk geconserveerde familie van
transcriptiefactoren
induceren een DNA bending: herkent sequentie ATAACAAT, bindt en
zal verschillende delen DNA bij mekaar brengen voor transcriptie (
startsignaal voor primaire sex-determinatie
1.3 Hermafroditisme en pseudohermafroditisme
= intersexualiteit: het lichaam vertoont zowel mannelijke als
vrouwelijke kenmerken, hetzij fenotypisch, hetzij geslachtelijk
Hermafroditisme = individu zowel ovaria als testes (vb slakken,
wormen, sommige vissen)
Pseudoharmafroditisme = gonade van 1 geslacht gepaard met
fenotypische kenmerken van andere geslacht
Androgeen Ongevoeligheid Syndroom (AOS AIS):
XY-chromosomen
niet-functionerende testes in de onderbuik
9/10 uitwendig geen verschil met meisjes met XX-chromosomen
vaak pas ontdekt als menstruatie uitblijft
Andere aandoeningen 46,XY-chromosomen gepaard met vrouwelijk
fenotype:
46,XY gonadale dysgenesie (Syndroom van Sweyer)
leydigcelhypoplasie
hermafroditisme
enzymstoornissen in steroidsynthese (17(hsd en 5-alpha-reductase
deficintie)
( hoeveelheid testosteron is bepalend voor richting waarin het
lichaam zich ontwikkelt
46, XX mannelijk fenotype, SRY positief
azospermie (afwezigheid van zaadcellen in ejaculaat)
ongedifferentieerde gonade differentieert in testis, maar kan
geen zaadcellen aanmaken omdat genen voor spermatogenese
ontbreken
gevolg van recombinatie in pseudo-autosomale regio van korte arm
van Y-chromosoom met X-chromosoom ( X-chromosoom die SRY-regio
incorporeerde
46, XX mannelijk fenotype, SRY negatief
( onder SRY-gen regulatoir gennetwerk dat leidt tot primaire
sex-determinatie:
DAX-1 (anti-testis gen, op X-chromosoom) in competitie met
SRY-gen
(
SRY-gen inactiveert DAX-1 en activeert SF-1
(
SF-1 activeert SOX-9 gen
(
finaal wordt AMH gen (Anti Mullerian Hormone) actief waardoor
testis ontwikkelt
46, XY vrouwelijk fenotype:
wanneer SRY-regio ontbreekt
2 kopijen van DAX-1 aanwezig
DAX-1 activeert WNT4 ( ontwikkeling ovarium
4 Siciliaanse broers: XX, fenotype man en huidaandoening (extra
dik eelt op handpalmen en voetzolen en sterke aanleg om huidkanker
te krijgen) ( foutje in RSPO1 gen (huidcellen en
geslachtsorganen)
Zonder werkend RSPO1 is SRY niet eens nodig voor overwinning van
mannelijke kant!
1.4 Ontwikkeling van de gonaden
3 fasen:
week 4: ontwikkeling genitale kammen ( WT-1 en SF-1
week 4-6: migratie primordiale kiemcellen in genitale kammen (
expressie van c-kit
week 5 6: ontwikkeling indifferente dipotentile gonaden tot
testis ( SRY en SOX-9
ovarium ( DAX-1 en WNT-4
Week 3-4
regressie pronephros (bij bepaalde vissoorten = definitieve
nier)
ontwikkeling mesonephros (bij meeste vissen en amfibien =
definitieve nier)
bestaat uit verschillende gesegmenteerde nephrotomen die
draineren in mesonephrische ductus (= kanaal van Wolff)
ligt in urogenitale plooi van embryo
Week 4-5: urogenitale plooi bevat:
ductus mesonephricus
nefrotomen
germinale epitheel (afgeleid van mesoderm)
primitieve geslachtsstrengen van gonade
Week 6-7: urogenitale plooi
vorming ductus paramesonephricus (= kanaal van Mller) vanuit
uitstulping van oppervlakkig epitheel van urogenitale plooi
indifferente gonade
ductus mesonephricus
mesonephros
vorming metanephros (definitieve nier, caudaal in plooi) vanaf
ureterknop die uitstulping is van ductus mesonephricus
1.4.1 De ontwikkeling van de testis
Ductus mesonephricus ontwikkelt, ductus paramesonephricus
regresseert
verbinding tussen ductus mesonephricus en primitieve
geslachtsstrengen ( SRY codeert voor chemotactische factor
primitieve geslachtsstrengen ontwikkelen zich medullair en
vormen primitieve zaadbuisjes zonder lumen
rete testis anastomoseert met buisjes die uitgroeien vanaf
mesonephrische ductus
mesonephrische ductus vormt bijbal en zaadleider (vas
deferens)
cortex degenereert en wordt tunica vaginalis en albuginea
caudaal fuseert ductus mesonephricus met pars prostatica van
sinus urogenitalis voor vomring van ducti ejaculatori (week 9)
Descensus testis
regresserende mesonephros vormt craniaal en caudaal
(gubernaculum) een ligament dat aan testis vastzit
gubernaculum begeleidt afdaling van testis naar scrotum
afdaling gebeurt retroperitoneaal
testis via lieskanaal in huidsplooi (scrotum)
Cryptorchidie (lege balzak)
incorrecte afdaling van testis
behandeling aangewezen, anders:
kan testikel verschrompelen
vruchtbaarheidsproblemen
verhoogd risico op testikelkanker
1.4.2 Ontwikkeling van het ovarium
Ductus mesonephricus regresseert en ductus paramesonephricus
ontwikkelt verder
primaire geslachtsstrengen regresseren
secundaire corticale strengen vormen vanaf het oppervlakkig
epitheel van de coeloomholte
medulla celarm en geen verbinding van geslachtsstrengen met
afvoersysteem
ducti paramesonephrici fuseren caudaal tot canalis uterinus
canalis uterinus fuseert met sinus urogenitalis ( vorming
vaginale plaat vanuit tuberkel van Mller
regesserende mesonephros vormt ligamenten welke zich vasthechten
aan ovarium
Kyste van Gartner = resten van ductus mesonephricus
Mulleriaanse afwijkingen: afwijkingen thv ductus
paramesonephricus
1.5 Migratie van de primordiale kiemcellen
Primordiale kiemcellen
ontstaan in epiblast
migreren tijdelijk naar extra-embryonaal mesoderm
migreren terug in embryo naar posterieure wand van dooierzak
migreren via dorsale mesenterium naar genitale kammen
Migratie van primordiale kiemcellen bij vogels
dag 1: thv anterieure kiemschijf
dag 2: in bloedvaten
dag 3: via diapedese gonade gekoloniseerd
Kiemcellen tijdens migratie geleid door C-kit-steel-factor
systeem:
c-kit is membraangebonden tyrosine-kinase receptor welke op
gametogene kiemcellen, hematopotische kiemcelle nen melanocytogene
kiemcellen voorkomt ( ligand: Steel-factor (Stam Cell Factor)
cellen gelegen op migratiepad van primordiale kiemcellen
produceren Stam Cell Factor
ligand-receptor binding ( cel met c-kit receptor niet in
apoptose
c-kit of Steel mutaties
c-kit gen: migrerende cel heeft geen c-kit receptor, vb:
piebaldisme
afwijkingen van pigmentatie: verstoring van ontwikkeling van
huidmelanocyten
anemie: onvoldoende ontwikkeling van hematopotische systeem
steriliteit
mutant steel: begeleider cel secreteert geen stam cell
factor
Teratomas tg migratieproblematiek:
= congenitale tumoren opgebouwd uit verschillende
weefseltypes
ontstaan vanaf verkeerd gemigreerde primordiale kiemcellen die
niet de gepaste ontwikkelingsfactoren ontvangen en daarom
verschillende weefseltypes gaan vormen
1.6 Secundaire sex-determinatie
= ontwikkeling van het fenotype
2 fasen:
organogenese
pubertaire ontwikkeling
Vrouwelijk fenotype is default ( afunctioneel ovarium bij
wegname indifferente gonade
X0 genotype
Vrouwelijk fenotype oestrogeen-dependent
van foetale gonade
van moeder en placenta
1.6.1 De ontwikkeling van het mannelijk fenotype
Mannelijk fenotype is actief hormoon-dependent proces
anti-Mullerian hormoon van sertoli cel in geslachtsstrengen (
Mulleriaanse structuren regresseren
testosteron van leydig cel in interstitium van testis
Ontwikkeling van externe genitalia tijdens organogenese
week 4: uitwendig is cloacale regio herkenbaar met ventraal
genitaal tuberkel en beiderzijds afgezoomd met cloacale plooien
externe genitalia vormen rond cloacale membraan (overdekt cloaca
waarin primitieve sinus urogenitalis en einddarm uitmonden)
cloaca splitst in canalis anorectalis en primitieve sinus
urogenitalis
week 6: primitieve sinus urogenitalis ontwikkelt, urogenitaal en
ano-rectaal deel zijn gescheiden, er is een anale en urogenitale
plooi
blaas
pars pelvina:
: wordt parauretrale klier en uretra
: wordt prostaat en uretra
ductus mesonephricus anastomoseert met blaas
urether zal vanaf metanephros afsplitsen
dustus mesonephricus wordt ductus ejaculatorius (m) of
regresseert (v)
mesodermale structuren anastomoseren met endodermale blaas
Onder invloed van testosteron: meerbepaald door biologisch meer
actieve gereduceerde vorm hydrotestosteron
genitale tuberkel ontwikkeld tot fallus met distaal de glans
urethrale plooien met urethrale groeve sluiten tot
penisschacht
genitale wallen zullen scrotum vormen waarin testes indalen
Hypospadias
wanneer vergroeiing urethrale plooien onvolledig gebeurt
glanulaire of coronaire hypospadias: uitmonding urethra thv
penis lichtjes naar onder gericht
1.6.2 De ontwikkeling van het vrouwelijk fenotype
sinus urogenitalis (endoderm) vormt vaginale plaat naar craniaal
toe
ducti paramesonefrici (kanalen van Muller, mesoderm) versmelten
tot uterus met eileiders
vaginale plaat anastomoseert met aanleg van uterus =
Mulleriaanse tuberkel
mulleriaanse tuberkel vormt lumen dat tot vagina ontwikkelt
maagdenvlies (hymen) sluit sinus urogenitalis af
urogenitale plooien vormen labia minora
genitale wallen vormen labia majora
tuberculum genitale ontwikkelt tot clitoris
1.6.3 Intersex
Androgen insensitivity syndrome (AIS)
feminising testicle syndroom
XY individu met vrouwelijk fenotype veroorzaakt door mutatie in
androgeen receptor (X-linked)
testis produceren mannelijke hormonen maar eindorganen reageren
hierop niet
5-alpha-reductase deficientie
interne genitalia ontwikkelen mannelijk, extern vrouwelijk
bij puberteit: testosteron piek ( penis ontwikkelt
gesoleerde families in Turkije en Dominicaanse Republiek
(consanguiniteit)
2 Oogenese
2.1 Inleiding tot de gametogenese
Rol van gametogenese: cruciale stap in sexuele reproductie
behoud van ploidie (aantal chromosomen)
verhogen van overlevingskansen
Stappen in de gametogenese
mitotische expansie van primordiale kiemcellen
meiotische recombinatie
productie van haploide cellen om het gemodifierde genoom te
verspreiden
Zaadcelproductie:
200 miljoen per dag
ong 5 miljoen per gram testisweefsel
levenslang: 2 triljoen
Eicel productie:
1 per maand
vanaf puberteit tot aan menopauze
500-tal in hele leven van vrouw
2.2 Algemene aspecten van de ogenese
Ogenese
interactief proces tussen somatische cellen en gameten
resulterend in eicellen in meiotic arrest
meiotic resumption leidt tot eisprong
bij bevruchting wort de meiose afgewerkt en kan een embryo zich
vormen
De ogenese is een uniek proces
aanmaak grootste cel: 30 m naar 120m
totipotent: induceert embryonale cellijnen na fertilisatie
gespecialiseerd:
maakt zich op voor fertilisatie (zona pellucida, corticale
granules )
maakt zich op voor embryogenese (accumuleert mRNAs,
cytoplasmatische organellen, eiwitten, vet en glycogeen)
embryogenesis is rooted in oogenesis ( evolutionaire
reductie
van aantal eicellen
van grootte
Want:
beschermende en nutritieve eileider
verminderde noodzaak aan dooiermateriaal
Bij differentiatie van eicellen in ovarium belangrijke rol
voor:
endodermaal gemigreerde primordiale kiemcellen
mesodermale epitheliale coeloomcellen ( granulosacellen:
supportieve rol
mesodermale mesenchymale cellen ( interstitile thecacellen:
endocriene rol
Vorming primordiale follikels
kiemcellen differentiren tot ogonia
ogonia worden omringd door 1 laagje mesodermale cellen =
granulosacellen
hierrond ontwikkelen vanuit mesenchym laag thecacellen
meiose start tussen week 8 en 12
Verloop ogenese
toename aantal ogonia en vorming van voorraad primordiale
follikels (FSH-independent)
nucleaire eicel maturatie
groei en maturatie van de follikel (FSH-dependent)
preantrale groeifase tot secundaire follikel
antrale groeifase vanaf puberteit
ovulatie en bevruchting
2.3 De aanmaak van de voorraad primordiale follikels
Week 8: mitotische expansie
Week 20-24: piek
Ontstane ogonia vatten snel meiose aan en associren met
somatische cellen
Ogonia worden enkel tijdens foetale leven aangevuld door
mitosen, vanaf geboorte heeft vrouw geen ovarile stamcellen meer en
neemt het aantal voortplantingscellen enkel af
Vrouw produceert toch eitjes
verklaring waarom kwaliteit van eitjes van vrouw na 30
afneemt
gemaakt uit stamcellen
afsterfsnelheid van follikels hoog
na chemokuurmiddel Busulfan die eicellen vernietigt, muizen toch
weer vruchtbare eitjes
Follikelatresie:
bepaalt aantal follikels in voorraad
apoptose van antrale en pre-antrale follikels
vanaf week 12 in ogonia die
niet in meiose gaan voor maand 7
niet gencorporeerd zijn in follikel structuur
atresie treedt op bij antrale follikels die niet in dominantie
gaan
na menopauze alle follikels in atresie
Ovarile reserve = voorraad aan follikels in oarium
Primaire ovarile insufficintie = premature menopauze: bij zeer
beperkte ovarile reserve zal vroegtijdige menopauze optreden (voor
leeftijd van 40 jaar)
Vruchtbaarheid van een vrouw
afhankelijk van aantal verder uitrijpbare eicellen in ovarile
reserve
hoogst tussen 15 en 25 jaar
fecunditeit = kans op zwangerschap op maandbasis
kwalitatief ook afname van ovarile reserve
blootstelling aan mutagene factoren
meer aneuplodie (trisomie 21, miskramen)
Down syndroom
oorzaak: trisomie (deel van) 21
risico stijgt bij vorderende leeftijd van moeder (vanaf 36
jaar)
diagnose stellen voor geboorte:
bij foetus is nekplooi vaak verdikt
meting van neusbotje
bepaling van een aantal stoffen in moederlijk bloed (PAPP-A en
beta-HCG)
Fertiliteitspreservatie bij de vrouw
GnRH analogen behandeling: schade aan gonaden voorkomen door
tijdelijk stilleggen van ovarile functie middels toedienen van
GnRH-analogen voor en tijdens chemo
preservatie van primordiale follikels
oocyte/embryo preservatie
preservatie van ovariumweefsel (ovariumchips)
in vivo bescherming door transpositie of transplantatie
2.4 De preantrale groeifase
2.4.1 De differentiatie van de folliculaire structuur
Pre-antrale groeifase
vorming primordiale follikels
FSH-dependent (follikel stimulerend hormoon)
foetale hypofyse secreteert FSN vanaf week 12
piek FSH rond week 28 (postmenopausale waardes)
hypofysaire secretie dooft rond 2-jarige leeftijd
Primordiale follikel groeit tot secundaire follikel
primordiale follikels aangemaakt tot 6 maand postpartum
vanaf week 16 worden primaire follikels gevormd vanaf sommige
primordiale follikels
Primordiale follikel:
1 laagje folliculaire cellen die differentiren tot
granulosacellen
omringd door stromale cellen die differentiren tot
thecacellen
Primaire follikels
eicellen
omringd door 1 laag cubodale granulosacellen
Secundaire follikel
volume eicel toegenomen
zona pellucida rondom eicel
omgeven door verschillende lagen granulosacellen (stratum
granulosa)
waarrond 2 lagen thecacellen: theca interna en externa
Follikel klassificatie
primordiale follikels
oocyten
omringd door afgeplatte pre-granulosa of folliculaire cellen
onderverdeeld in type 1, 2 en 3
primaire follikels
oocyte met 1 laag cubodale granulosacellen
onderverdeeld in type 4 en 5
ook preantrale follikes wanneer tussen granulosacellen nog geen
vochtopstapeling
secundaire en tertiaire follikels
oocyte omringd met vele lagen granulosacellen
vochtopstapeling tussen granulosacellen (in antrum) ( antrale
follikels
onderverdeeld in type 6 en 7
pre-ovulatoire of Graafse follikel
oocyte met groot antrum
type 8
Pre-antrale groeifase
vorming zona pellucida: mucopolysacchariden van
granulosacellen
extracellulaire matrix met dikte van 15 m
opgebouwd door 3 types glycoprotenes: ZP1, ZP2 en ZP3
ZP1 verbindt ZP2 en ZP3 ketens
ZP2 : sperm receptor bij fertilisatie, verzorgt penetratie van
zaadcel
ZP3 : sperm receptor bij fertilisatie, beinding eicel-zaadcel en
acrosoomreactie
vorming gap-junctions tussen granulosacellen en naar oolemma
proliferatie granulosacellen en FSH-receptor ontwikkeling op
granulosacelmembraan
Ontwikkeling van secundaire follikels (3de trimester van foetale
periode)
verdere toename aantal granulosacellen met FSH-receptoren
toename aantal thecacellen met LH-receptoren (luteniserend
hormoon
Follikel is avasculaire structuur ( bloedvoorziening rond en
tussen de follikels
Interactie oocyte en granulosacellen: vorming van een
functioneel syncitium om
voldoende nutrinten aan te brengen voor oocyte
metabole beperkingen van oocyte te compenseren
maturisatiestatus van oocyte te controleren
Bloedvoorziening rond follikel speelt belangrijke rol bij
endocriene functie van eierstok:
LH gesecreteert door hypofyse
(
thecacellen maken androgenen aan vanaf cholesterol
(
androgenen (androsteendion en testosteron) diffunderen en komen
terecht in granulosacellen
(
granulosacellen zullen oiv FSH (hypofyse) androgene aromatiseren
tot vrouwelijke hormonen oestron en oestradiol
(
oestrogenen diffunderen naar bloedbaan
Intercellulaire communicatie in ovarium
endocrien: tussen granulosacellen en andere lichaamscellen via
oestrogenen
paracrien:
tussen granuloasacellen en thecacellen via te aromatiseren
testosteron
granulosacellen wisselen groeifactoren uit met eicellen
autocrien: in oocyte zelf (cytoplasmatische ruimtelijke ordening
van mRNAs en protenes = spatial patterning ( polariteit)
vb leptine: doet eetlust afnemen en zorgt ervoor dat adipocyten
efficinter vet verbranden
2.4.2 De nucleaire maturatie
= heropstarten van meiose
Tijdens ftale leven: enkel profase van meiose voltrekken(DNA
gedupliceerd en door recombinatie gemodifeerd)
Fasen tijdens profase:
leptoteen
chromatine van chromosomen is sterk uitgerekt
onmogelijk individuele chromosomen identificeren
reeds DNA replicatie
elk chromosoom heeft 2 parallelle chromatiden
zygoteen
homologe chromosomen gaan zij aan zij gaan liggen = synapsis
vorming van een eiwitachtige brug = synaptonemale complex
( elk homoloog chromosoom heeft 2 chromatiden (bivalent) en 4
chromatiden door synaptonemale complex verbonden (tetrade)
pachyteen
chromatiden verdikken en verkorten
individuele chromatiden kunnen onderscheiden worden
crossing-over (uitwisseling van genetisch materiaal waarbij
genen van ene chromatide uitgewisseld worden met de homologe genen
van de andere chromatide)
diploteen
synaptonemale complex wordt ontbonden
2 homologe chromosomen zullen scheiden, maar blijven toch op
verschillende plaatsen nog verbonden = chiasmata (crossing-over
gaat verder door)
hoge transcriptieactiviteit ( soms vorming RNA lussen rond DNA
(lamp brush chromosomen)
diakinese
centromeren gaan uit mekaar
chromosomen zijn nog aan mekaar verbonden aan uiteinden van
chromatiden
Dictiaat stadium:
bij oocyte zal meiose stoppen thv diploteen stadium
homologe chromosomen die nog met chiasmata aan mekaar zitten,
zijn opgeborgen in een grote kern = germinaal vesikel
= diploteenblok
onderhouden door granulosacellen: secreteren meiotische
inhibitoren naar eicel via gap junctions
c-AMP:
aangemaakt in granulosacellen
via gap junctions naar eicel
hoge c-AMP stabiliseren germinal vesicle
c-AMP thv eicel op peil gehouden door
stimulatie adenylaat cyclase ( zet ATP om naar c-AMP
aanvoer purine nucleosiden (vb hypoxanthine) ( inhibitie c-AMP
fosfodiesterase ( c-AMP niet verder afgebroken tot 5-AMP
andere inhibitoren, vb: OMI of oocyte maturation inhibitor
2.5 De antrale groeifase
2.5.1 De hypothalame hypofysaire gonadale as
Antrale groeifase
vanaf puberteit
FSH afhankelijk
Hypothalame hypofysaire gonadale hormonale as
gonadotrophine releasing hormoon (klein decapeptide, GnRH)
afgescheiden thv hypothalamus
(
via portaal systeem van hypofysesteel in voorkwab
(
basofiele cellen scheiden gonadotrofines (FSH en LH ( zoeken ahw
de gonaden op) af in bloedbaan
(
LH en FSH actief thv theca- en granulosacellen
(
secretie van oestrogenen thv ovarium
(
oestrogenen benvloeden andere organen hormonaal + oefenen
negatieve feedback uit naar hypofyse en hypothalamus toe
Tijdens foetale leven: Hpt-Hp-gonadale as actief
foetaal FSH
foetale en maternele oestradiol
GnRH-pompje
sommige vrouwen zullen geen eicellen uitrijpen omdat ze geen
GnRH afscheiden
via infuuspompje wordt met enige regelmaat een kleine
hoeveelheid GnRH in bloedbaan gebracht ( hypofyse weer FSH en LH
afgeven
2.5.2 De puberteit
Tijdens kinderjaren: Hpt-Hp-gonadale as in rust
laag FSH
zeer laag oestradiol
genduceerd door zeer gevoelig feedback mechanisme: laag
oestradiol inhibeert as
centrale niet-steroidale GnRH suppressor
Vanaf puberteit: Hpt-Hp-gonadale as start op
toename van FSH secretie
toename oestradiol secretie door ovarium
feedback minder gevoelig
afname centrale genera suppressor functie
( afscheiding GnRH thv hypothalamus neemt toe
toename puls frequentie
toename puls amplitude
( ovarile cyclus orchestreren
Start puberteit afhankelijk van
erfelijke factoren
socio-economische en psychologische factoren ( in Westerse
landen steeds op jongere leeftijd
Klinische fases van de puberteit
borstontwikkeling (thelarche): rond leeftijd van 9 10 jaar
pubarche: aanvang schaamhaargroei (10 11 jaar)
groeispurt (12 13 jaar): belangrijke toename in
lichaamslengte
menarche (13 jaar): eerste periode van vaginaal bloedverlies =
doorbraakbloeding teweeg gebracht door continue lage
oestrogeenstimulatie naar het baarmoederslijmvlies toe
1ste ovulatie (14 jaar)
2.5.3 De cytoplasmatische en nucleaire eicel uitrijping in het
antrale follikel
Antrale groeifase = eindfase folliculaire groei
belangrijke opbouw van zona pellucida
verhoogde transcriptieactiviteit en protenesynthese
heropstarten meiotische deling
cytoplasma
voorraad intracellulair calcium ( activatie
proteolytische enzymes opgeslagen in granules net onder zona
pellucida ( polyspermieblok
oiv glutathion afbouw van disulfidebruggen thv protamines die
DNA verpakken ( vorming pronucleus
belangrijke opbouw aan voorraad mRNAs ( vroege embryogenese
ondersteunen tot aan het moment dat het embryonaal genoom
geactiveerd zal worden
Resumption of meiosis: productie MPF (meiosis-promoting factor,
maturation-promoting factor)
inactief MPF:
cycline-B ( neemt toe naarmate eiceluitrijping vordert
P34CDC2 ( constante hoeveelheid
tijdens G2-fase bindt CDC2 met cycline-B ( preMPF
(gefosforiliseerde toestand)
inactieve preMPF gedefosforileers ( actief MPF
afbraak kernmembraan = germinal vesicle breakdown
chromosoom condensatie
vorming spoelfiguur
activatie cycline proteolyse ( cycline afgebroken waardoor cel
terug in G1 fase van celcyclus
diploteenblok: inactief MPF niet gedefosforileer door hoge
c-AMP
antrale fase: afname c-AMP waardoor actief MPF ontstaat en
M-fase celcyclus aangevat kan worden ( LH-piek induceert daling
c-AMP:
LH-piek
(
vrijmaken van calcium en inositol trifosfaat (intracellulaire
mediator ( calcium vanaf ER vrijgemaakt) thv granulosacellen
(
via gap juncties in cytoplasma eices
(
afbraak van c-AMP promoten door toename Ca2+ in eicel
(
hervatten meiose
Na LH-piek:
diakinese voltrekt zich
metafase zal zich vormen
actief MPF wordt door proteolyse gedegradeerd
cel in anafase: homologe chormosoomparen gaan uit elkaar
eerste telofase ( 2 dochtercellen met haplod aantal
chromosomen
proteolyse van cycline-B opgehouden en opnieuw cycline-B
aangemaakt
cycline-B bindt opnieuw P34CDC2 ( actief MPF ( eicel in
metafase-II (metafaseplaat van chromosomen)
Metafase I ongelijke opdeling cytoplasma ( ontstaan oocyt in
metafase-II en eerste poollichaampje (polocyte)
( ovulatie: eicel in arrest metafase II
2.5.4 De morfologische en hormonale veranderingen van de antrale
follikel
Morfologische verandering thv follikel tijdens antrale
groeifase:
vochtholte tussen granulosacellen neemt toe in volume door
actieve secretie door granulosacellen ( ontstaan enorme vochtholte
afgelijnd met granulosacellen waarin oocyte vastgehecht is en
omringd wordt door krans van granulosacellen (corona radiata)
cumulus oophorus = corona radiata met daarin oocyt
geheel: mature of Graafse follikel
granulosacellen hebben ook LH receptoren ontwikkeld net als
thecacellen
toename aantal FSH receptoren op granulosacellen ( hoge
aromatase activiteit ( massaal oestrogenen aanmaken ( opbouw
endometrium baarmoeder + negatieve feedback hypofyse en
hypothalamus
follikel die best kan aromatiseren bijkomende FSH-receptoren (
bij lage FSH spiegels blijven functioneren (rest in apoptose) =
dominante follikel
Polycysteus-ovariumsyndroom (PCOS) of Stein-Leventhal
syndroom
bijna 1 op 10 vrouwen
aromatisatie van testosteron naar oestrogeen niet naar wens (
follikeluitrijping in gedrang
vaak cysten op eierstokken aanwezig
veroorzaakt of gepaard met hormonale afwijkingen
overmaat aan androgenen ( hirsutisme:
acn
vet haar
overdreven haargroei in het gelaat, op ledematen en romp
diagnose indien 2 van de 3 criteria:
hyperandrogenisme: vetzucht, overbeharing en verhoogde
androgenen in bloed
chronische anovulatie (uitblijven eisprong)
polycysteuze ovaria: vergroot en vertonen kralensnoer van
ophelderingen (follikels)
verminderde vruchtbaarheid
behandeling: anti-oestrogenen of gonadotrofines of ovarile
drilling
2.6 De ovulatie
Stijging LH doet granulosacellen
(cumuluscellen) hyaluronzuur secreteren ( mucinatie van de
cumuluscellen: gap juncties naar oocyte onderbroken en stop in
transfer
meer c-AMP aanmaken waardoor
enzymes geactiveerd die lyse van follikelstructuur induceren
plasmine
collagenase
lysozymes
hydrolases
prostaglandines, histamines en bradykinines aangemaakt worden
waardoor ruptuur optreedt
Toegenomen antrale vochtdruk en enzymatische lyse onderlinge
cellen
(
folliculaire ruptuur met loskomen cumulus oophorus die samen met
antralevocht in buikholte vrijkomt
(
metafase-II oocyt vrij in buikholte omringd door laag
cumuluscellen
+ granulosacellen die in follikel overblijven maken oestrone,
oestradiol en progesteron (vanaf cholesterol)
Corpus luteum = geel lichaampje
geluteniseerde granulosacellen (gele kleur ( lutene)
geen zwangerschap ( degeneratie corpus luteum = luteolyse (
afschilferen van endometrium thv baarmoederwand (
menstruatiebloeding
Gonadotrofines in de kliniek
menopauzale vrouwen ( FSH en LH in urine: ovarile reserve
uitgeput ( geen oestrogenen meer aangemaakt ( geen negatieve
feedback naar hypothalamus en hypofyse ( gonadotrofines in
verhoogde mate afgescheiden
2.7 De ovulatie
Hormonale veranderingen door uitrijpen van een follikel:
folliculaire fase: vanaf menstruatie tot eisprong (
oestrogeen
endometrium ontwikkelt, epitheel groeit aan en doorbloeding
neemt toe
cellen binnenzijde baarmoederhalskanaal maken meer slijm aan (
natuurlijke barrire om opstijgende infectie te vermijden vanuit de
vagina naar de uterus toe
kwaliteit slijm verandert: minder taai en meer rekbaar, 3D
herorganisatie om als het ware kanalen te vormen = varenbladvorming
of ferning ( doorgankelijkheid voor zaadcellen
luteale fase: na eisprong tot menstruatie ( progesteron
kwantiteit en kwaliteit slijm nemen af
endometrium wordt doorspekt met gekronkelde bloedvaten (
endometriale crypten (( eventuel implantatie)
thermoregulatorisch centrum thv CZ benvloed ( stijging
kerntemperatuur
zwangerschap: endometrium decidualiseert en vormt decidua
geen zwangerschap: endometrium sterft en schilfert af (
menstruele bloed
3 Spermatogenese
3 soorten celtypes in de testis:
germinale cellen: exocriene functie van de testis
leydigcellen
sertolicellen
endocriene functie van de testis ( rol in
sexuele differentiatie van het individu
regulatie van spermatogenese
aanmaak van semnaal plasma door accessoire geslachtsklieren
potentie en ejaculatie
3.1 Spermatogonia: de testiculaire stamcellen
Spermatogenese
in testis
start vanaf puberteit (12-14 jaar)
foetaal: vanaf primordiale kiemcellen ontwikkelen zich gonocyten
die slechts verder differentiren tot spermatogonia van type A
spermatogonia type A ~ progenitorcellen: onbeperkt mitosen en
verdere differentiatie)
spermatogonia unipotent ( ontwikkelingshirarchie (! vanaf
spermatogonia kunnen toch cellen van andere weefsels
gedifferentierd worden in vitro ( pluripotent !)
primordiale germinale cellen (PGCs)
(
migratie naar genitale kammen
(
inclusie in primaire geslachtsstrengen
(
gonocyten
(
proliferatie
(
arrest in G1 fase
(
herstart van de celcyclus
(
aanmaak spermatogonia type A
Primordiale kiemcellen enkel in co-cultuur samen met somatische
cellen ( geen syncytia
gonocyten noodzaak voor co-cultuur met specifieke somatische
cellen: Sertolicellen ( gelimiteerde differentiatie potentiaal
spermatogonia type A in co-cultuur met sertolicellen, duidelijke
incomplete cytokinese ( syncytiumvorming
Spermatogonium type A is progenitorcel van adulte testis, kan 3
richtingen uit:
mitose ondergaan en zichzelf hernieuwen (self-renewal)
differentiren naar een ander type spermatogonium (in principe
pas vanaf puberteit)
geprogrammeerde celdood = apoptose
Testiculaire stamcelrenewal
model van Clermont: verschillende subtypes spermatogonia type A
die zich elk op zichzelf kunnen vernieuwen en onderling een
beperkte dedifferentiatie vertonen
model van Huckings en Oakberg: 1 hernieuwende spermatogonium en
alle andere types zijn hieruit gedifferentieerd
( bij mens 2 populaties stamcellen:
1 populatie die enkel zichzelf vernieuwd
1 populatie die bij verdere delingen naar differentiatie toe
ontstaat: 1 dochtercel zal gaan differentiren, de andere zal
identiek blijven aan de delende moedercel
Theoretisch kan elk spermatogonium A1 uiteindelijk 4096
spermatozoa aanmaken (door renewal capaciteiten van progenitor
spermatogonia type A), maar in praktijk veel lager:
normale apoptose: noodzakelijk mechanisme om cellulaire
homeostase te voorzien tussen de uitrijpende voortplantingscellen
en voedende Sertoli cellen
toename apoptose door
overmatige testiculaire opwarming
toxische stoffen
blootstelling aan straling
wegvallen van hormonale stimulatie
Cellulaire activiteit in testis tijdens foetale en prepubertaire
periode:
hernieuwen van stamcellen (spermatogonia type A)
cellulaire homeostase dankzij apoptose
Testiculaire stamcel transplantatie
spermatogenese = continu proces waarbij door mitose en meiose
rijpe zaadcellen gevormd worden vanaf testiculaire stamcellen
(spermatogonia type A)
spermatogenese kan genduceerd worden vanaf getransplanteerde
stamcelbevattende testiculaire celsuspensies
in theorie is het mogelijk om cellen in te banken voor enige
steriliserende behandeling plaatsvindt en na genezing opnieuw
spermatogenese te induceren door autologe testiculaire stamcel
transplantatie
3.2 De puberteit: de spermatogenese start op
populatie type A spermatogonia zal sterk expanderen via mitose (
testes in volume toenemen
verder differentiatie naar spermatogonia type B = opstarten
spermatogenese
( opstarten bepaald door hormonale veranderingen in
hypothalame-hypofysaire-gonadale as (correcte secretie van FSH en
LH)
3.3 De spermatogenese na de puberteit
3.3.1 Algemene anatomie
spermatogenese in testiculaire lobules welke gescheiden worden
door septula testis uitgaand van de stevige tunica albuginea
(
tubuli recti collecteren zaadcellen
(
rete testis
(
ductuli efferentes
(
epididymis: maturatie en stockage
(
Bij ejaculatie via ductus deferens tesamen met seminaal plasma
vanuit de vesiculae seminales en prostaat via ducti ejaculatorii en
urethra
Testiculaire lobules: 2 compartimenten
tubuli seminiferi (zaadvormende buisjes)
gepakt in 300 lobules
75% van testis volume
peritubulaire cellen, germinale cellen en Sertoli cellen
1000-tal buisjes per testis
hoefijzervormig ( aan beide einden anastomoseren met het
afvoersysteem richting epididymis en zaadleider
totale lengte aan zaadbuisjes: 360-390 m
interstitium: leydigcellen
3.3.2 De spermatogenese op cytologisch vlak
Belangrijke stappen in spermatogenese:
proliferatie van germinale stamcellen: continue celdeling thv
populatie stamcellen (volwassen)
mitose en differentiatie van germinale cellen:
spermatogonia A (46XY, 2N)
(
mitose en differentiatie
(
16 spermatogonia B (46XY, 2N)
(
primaire spermatocyten (46XY, 4N) (~oocyten bij vrouw)
meiose
preleptoteen primaire spermatocyten (46XY, 4N)
(
secundaire spermatocyten
(
tweede meiotische deling
(
spermatiden (23X of 23Y, 1N)
differentiatie: spermatiden differentiren verder tot
spermatozoa
vorming acrosoom vanaf Golgi apparaat via acrosomale granule en
acrosomaal vesikel ( functie bij penetratie van eicel tijdens
bevruchtingsproces
vorming centriole vanaf flagellum
mitochondrin herschikken rond flagellum
structurele veranderingen in kern:
DNA sterk gecondenseerd
histonen vervangen door minder volumineuze protamines
alle overbodige celorganellen worden afgestoten als residual
bodies ( worden gefagocyteerd door Sertolicellen
Cyclus van de spermatogenese: continue aanmaak van germinale
stamcellen gevolgd door deling en celdifferentiatie waarbij
spermatogenetische cellen zich gradueel encentripetaal verplaatsen
naar het lumen van de zaadbuisjes (ongeveer 3 maand)
Cyclus seminifere epitheel: 6 stadia, vb
stadium I: spermatogonia, primaire spermatocyten en
spermatiden
stadium II: spermatozoa
( gevolg van clonale oorsprong van de verschillende stadia en de
helicodale structurering van de germinale cellen in de tubuli
seminiferi
3.3.3 De Spermatogenese op histologisch vlak
Bloed-testis barrire
lamina basalis in tubuli seminiferi afgelijnd met Sertolicellen
waartussen germinale cellen vastgeankerd dmv ectoplasmatische
structuren van Sertolicellen ( belangrijk in onderhouden van
spermatogonese
sertolicellen onderling verbonden door tight junctions (
verdelen tubulus in 2 compartimenten
basaal: spermatogonia-stamcellen tot preleptotene primaire
spermatocyten
luminaal: germinale cellen ondergaan veranderingen thv
celmembraan ( krijgen antigenetische eigenschappen
verhindert dat het lichaam een immunologische afweer tegen
eigen, doch nu lichaamsvreemde spermatozoa zal instellen
schade ( vorming anti-sperma antistoffen (IgA en IgG) die
motiliteit en bevruchtend vermogen van zaadcellen kunnen
aantasten
controle ligt bij Sertolicellen: bepalen welke molecules naar
germinale cellen toe kunnen in intraluminaal compartiment
Zaadcel in de kiem gesmoord: Adjudin
verbreekt verbindingen tussen rijpende zaadcel en zijn verzorger
(Sertolicel)
bij orale toediening: leverontstekingen en verschrompelende
spieren
gekoppeld aan geslachtshormoon FSH dat biologisch inactief
gemaakt is ( enkel thv teelballen
effect is omkeerbaar
Sertolicel: functies
voeding voor germinale cellen
transport en controle:
verplaatsing germinale cellen over bloed-testis barrire
vrijlating spermatozoa vanaf ectoplasmatische specialisaties
secretie luminale vloeistof welke door verhoogde hydrostatische
druk mee spermatozoa zal afvoeren
fagocytose van residual bodies en gedegenereerde germinale
cellen
aromatisering van testosteron naar oestradiol (~ granulosacel
bij vrouw)
endocriene, paracriene en autocriene regulatie van
spermatogenese
3.3.4 Endocriene aspecten van de spermatogenese
Via hypothalame-hypofysaire-testiculaire as dmv hormonen
oiv centrale neuro-transmitters en neuropeptiden
(
hypothalamus secreteert GnRH op pulsatiele wijze in hypofysair
portaal systeem
(
basofiele cellen thv voorkwab hypofyse recepteren GnRH
(
secretie LH en FSH in bloedbaan (analoge structuur als
vrouwen)
(
LH stimulert Leydigcellen in interstitile compartiment van
testis
FSH stimuleert Sertolicellen
Thv Leydigcellen:
LH bindt op LH-receptor Leydigcel
(
intracellulair ATP wordt omgezet naar cyclisch AMP
(
cAMP activeert cellulaire protenekinasen
(
enzymatische processen starten die leiden tot productie van
testosteron vanaf cholesterol
Testosteron:
endocriene effecten: afgegeven in bloedbaan, voor 98% gebonden
aan carrierprotene SHBG (Sex Hormone Binding Globulin)
ontwikkeling en onderhouden van secundaire
geslachtskenmerken
aanmaak van seminaal plasma door accessoire geslachtsklieren
(trofisch effect op prostaat en zaadblaasjes)
lange feedback: regulatie van secretie van GnRH en LH via
receptoren op hypothalamus en hypofyse
paracriene effecten: in synergie met FSH stimulatie van
Sertolicel tot secretie van inhibine en oestradiol (endocrien) en
ABP (Androgen Binding Protein, paracrien)
Thv Sertolicel:
receptie FSH
(
vorming cAMP
(
activatie protenekinasen
(
activatie aromatasen in de cel
(
omzetting testosteron tot oestradiol
productie inhibine ( lange negatieve feedback naar hypofyse (
FSH(
oiv FSH en testosteron ( productie ABP (Androgen Binding
Protein) ( bindt testosteron ( in lumen tubuli seminiferi ( hoge
locale testosteronconcentratie ( meiose en verdere
spermamaturatie
Oestradiol:
lange negatieve terugkoppeling thv hypothalamo-hypofysaire
eenheid
korte negatieve feedback thv Leydigcel waardoor productie
testosteron (
Thv germinale cellen:
FSH stimuleert eerste stappen (mitoses van verschillende types
spermatogonia A) en laatste stappen (spermiogenese) in
spermatogenese ( stimulatie via Sertolicel mogelijk via hormonen
(SCSGF of Sertoli Cell Secreted Growth Factor)
aanmaak paracriene stoffen (chalonen en gonadocrinines)
Mannenpil
fysiologische feedback mechanismen misleiden om productie van
gameten te beletten
toediening testosteron ( gonadotrofine secretie ( (
spermatogenese stilgelegd
bijwerkingen:
toch nog aanwezig blijven van zaadcellen in zaadstaal
acn, vet haar en gemoedsstoornissen
3.4 Factoren die de spermatogenese benvloeden
Fysiologische factoren
voeding:
gebrek vitamine A ( degeneratie spermatozoiden
gebrek vitamine E ( degeneratie spermatiden
vascularisatie: spermatogenese optimaal als temperatuur 2 4 C
lager dan lichaamstemperatuur ( plexus pampiniformis! ( verstoring
tgv spatader kan meiose en spermiogenese nadelig benvloeden
Latrogene factoren
straling: radioactieve straling vanaf 80 cGy ( azospermie door
vernietiging spermatogonia A
Opm: gonaden zullen geen nieuwe zaadcellen aanmaken, maar reeds
voordien aangemaakte spermatozoa verschijnen nog geruime tijd
(maturatie depletie periode), wel groot gevaar op
chromosoomafwijkingen
medicatie: antitumorale medicaties kunnen ook definitieve
uitschakeling van spermatogenese veroorzaken
3.5 Testiculair dysgenese syndroom
= verminderde spermakwaliteit en toename in testiskanker,
hypospadie en niet-ingedaalde testes (cryptorchidie)
( blootstelling aan hormoonverstorende stoffen tijdens
embryonale fase
( minder Sertolicellen
minder zaadcellen op volwassen leeftijd
minder anti-Mulleriaans hormoon ( controleert indaling testis en
mogelijk celdeling van stamcellen in testis ( cryptorchidie en
ongecontroleerd delen van stamcellen (( ontstaan carcinoma-in-situ
= voorloper van testiscarcinoom, bestaande uit kiemcellen met
maligne kenmerken genesteld op basale membraan van tubuli
seminiferi)
Vooral hormoonverstorende stoffen die zich kunnen hechten op
oestrogeenreceptoren worden geacht de testiculaire
ontwikkelingsstoornissen te veroorzaken = xeno-oestrogenen
(endocriene disruptors)
bootsen effect van echte hormonen na
zwakken effect van hormonen af
blokkeren geheel effect van natuurlijke lichaamseigen
hormonen
Oestrogenen: echte en xenos
Diethylstilbestrol (DES-hormoon)
in jaren 50 gebruikt om miskramen tegen te gaan
DES-dochters: op latere leeftijd kanker
DES-zonen: hypospadias (pisbuis halverwege penis),
cryptorchidie, zaadcelproductie verstroord
contraceptieve pil of pil na menopauze bevat ethinyl-oestradiol
dat via urine in water terecht komt ( effect op mannelijke
vruchtbaarheid
xeno-oestrogenen: PCB, dioxine en sommige pesticiden ( bij man
afwijkingen geslachtsorganen en verminderde vruchtbaarheid
3.6 De ejaculatie
prikkeling sympatisch zenuwstelsel (peristaltische contracties
spierwand epididymis en vas deferens
(
vocht met zaadcellen daar opgeslagen door ductus ejaculatorius
naar prostaat
zaadblaasjes scheiden 2-3 ml dikke alkalische vloeistof af in
prostaat
prostaat voegt 1-2 ml waterig, zuur prostaatsecreet toe
(
door contracties rond urethra uit urethra verdreven
blaas afgesloten (retrograde ejaculatie voorkomen)
Zaadcel:
functies: aanbrengen haploide set chromosomen en activeren
ontwikkelingsproces
kop: herkenningsfunctie en genetische vracht (sterk
gecondenseerde haplode kern)
staart: propeller om cel voort te stuwen (lang flagellum
opgebouwd uit microtubuli)
middenstuk: motor vol energie (mitochondrin die voedingstoffen
uit omgeving omzetten in ATP)
4 Fertilisatie
Rol van fertilisatie
herstellen van somatische diplodie
overdracht gemodificeerd genoom naar volgende generatie
trigger van reeks metabole reacties die tot embryogenese
leiden
4 stappen van fertilisatie:
gameetinteractie
eicelpenetratie door het spermatozoon
fusie van genoom van zaad- en eicel
activatie van eicelmetabolisme
4.1 De gameetinteractie
4.1.1 De gameetinteractie bij zeegels
5 stappen:
chemo-attractie van zaadcellen
acrosoomreactie
penetratie van extracellulaire omhulsel (gransulosacellaag bij
zoogdieren) en binding aan extracellulaire matrix (zona pellucida
bij zoogdieren)
penetratie van extracellulaire matrix
fusie van plasmamembranen
Onderzoek op zeegelmodel: injectie van kaliumchloride rond orale
zijde ( gameten komen vrij ( gemakkelijk om in vitro studies te
verrichten
Chemo-attractie:
zorgt ervoor dat zaadcellen van een bepaalde soort zich begeven
naar eicellen van dezelfde soort
mature eicellen secreteren resact (chemische substantie) die
gradint rondom eicel creert, zaadcellen volgen deze gradint
(chemotaxis)
resact in extracellulaire matrix van zeegeleicel (gellaag die
eicel omringt)
zeegelzaadcel heeft transmembranaire resact-receptor
receptor-ligand binding
(
verhoging mitochondriale ATP productie in zaadcel en verhoogde
ATP-ase activiteit thv dynene-armen van flagel
(
zaadcellen sneller bewegen, wanneer gradint verhoogtt richting
eicel, zal snelheid toenemen
Acrosoomreactie
proteolytische enzymen van acrosoom komen vrij om
extracellulaire omhulsel te doordringen
gecontroleerde exocytsose:
gellaag zeegeleicel bevat jelly-factor (polysacharide dat
herkend wordt door zaadcelreceptor)
(
celmembraan van zaadcel fuseert met membraan die acrosoom
overdekt
(
enzymen vrij die extracellulaire omhulsel oplossen
Binding aan extracellulaire matrix
na exocytose gaan voorraad globulaire actinemolecules
polymeriseren tot lange actine filamenten bij zaadcel
(
ontstaan van acrosomale processus waarop specifieke acrosomale
protenes (bindine, soortspecifiek)
(
binding op specifieke eicelreceptor op extracellulaire matrix
van eicel (vitelliene enveloppe, aantal receptoren op vitelliene
enveloppe voor bindine is beperkt)
Penetratie van extracellulaire matrix en fusie van
celmembranen
binding zaadcel en eicel
(
lokale lyse van vitelliene enveloppe
(
polymerisatie van globulaire actinemolecules tot lange
actinefilamenten bij eicel
(
vorming fertilisatie conus vanaf microvilli van eicelmembraan
waarop zaadcel verankert
(
celmembranen versmelten oiv fusiogene eiwitten (oa bindine)
(
ontstaan cytoplasmabrug tussen zaadcel en eicel door
extracellulaire matrix
(
via cytoplasmabrug wordt zaadcel genternaliseerd in cytoplasma
eicel
4.1.2 De gameetinteractie bij zoogdieren
Zaadcelmigratie in de vrouwelijke genitale tractus
chemo-attractie minder noodzakelijk, want bevruchting verloopt
intern
ejaculatie: enkele honderden miljoenen zaadcellen (( distale
ampulla eileider: slechts enkele honderden zaadcellen ( belangrijke
selectie thv cervicale mucus + enkel normaal beweeglijke zaadcellen
kunnen distale ampulla bereiken
cervixslijm vrij ondoordringbare visceuze prop, behalve dagen
voor eisprong: hoge oestrogeenspiegels veranderen fysio-chemische
eigenschappen van mucus ( doordringbaar voor zaadcellen
enorm snel (binnen 30 min in eileider) ( andere mechanismen (oa
contracties baarmoederspier)
De hyperactivatie en capacitatie: tijdens verblijf in
vrouwelijke genitale tractus ondergaan spermatozoa fysiologische
veranderingen
hyperactivatie: ze gaan sneller en vinniger bewegen; meestal
in-vitro bestudeerd
in waterige oplossingen (niet-lineaire verplaatsingen ((
eileider visceuzere oplossingen (eerder lineaire
bewegingspatroon)
met computer assisted sperm motility analysers (CASMAs)
capacitatie: ze verkrijgen de capaciteit om acrosoomreactie te
ondergaan
genduceerd door calcium, bicarbonaat en albumines
tijdelijk transint proces ( kans tot bevruchting beperkt in
tijd
kans tot bevruchting vergroten: translocatie zaadcellen =
niet-gecapaciteerde zaadcellen kunnen tijdelijk hechten aan
epitheelcellen eileider, dus minder zaadcellen tegelijk richting
eicel
stappen
albumines uit vrouwelijke genitale tractus binden met
cholesterol uit zaadcelmembraan
(
verhoogde influx voor Ca2+ en bicarbonaat + efflux kalium
(
activiteit van adenylaatcyclase enzym verhoogt
(
meer cAMP aangemaakt vanaf AMP
(
enzym protene-kinase A geactiveerd
(
fosforylatie van cytoplasmatische eiwitten
activatie enzym protene-tyrosine kinase
inhibitie enzym fosfotyrosine-fosfatase
Acrosoomreactie
Dankzij hypergeactiveerd zwempatroon kunnen gecapaciteerde
zaadcellen doorheen extracellulaire mantel van eicel (laag
granulosacellen)
(
bereiken buitenkant zona pellucida
(
specifieke receptorbinding met ZP3-receptor (enkel functioneel
als carohydraat uiteinden intact)
(
acrosoomreactie thv zaadcel geactiveerd: massieve Ca2+-influx (
gecontroleerde exocytose
(
fusie van zaadcelmembraan en acrosomale membraan
(
secundaire binding met ZP2-receptoren
(
stevige verankering van zaadcel met zona pellucida van eicel
Anticonceptie door blokkering ZP-glycoprotenes
cavia: PH20 (equivalent ZP2-receptor bij mens) injecteren (
antistoffen die spermatozon-zona pellucida binding verhinderen
(in-vivo: slechts tijdelijk)
mens: vaccin op basis van ZP3-receptor ( geen volledige blokkage
( alternatieve mechanismen naast ZP-glycoprotenes?
Globozospermie
zaadcellen met ronde, kleine koppen
ontbreken van acrosoom en enzymen die wand van eicel
doorlaatbaar maken voor zaadcel ( bevruchting kan niet
plaatsvinden
erfelijke factoren
behandeling: ICSI waarbij gameetinteractie omzeilt wordt
De penetratie en membraanfusie: zaadcelmembraan thv posterieure
membraan eiwit fertiline ( kan alfa-6-bta-1 intrigine thv
eicelmembraan binden ( membraanfusie
fusie start thv equatoriale segment zaadcel
door membraanfusie wordt zaadcel genternaliseerd in cytoplasma
eicel
4.2 Polyspermieblok
Op moment penetratie zal laatste meiotische deling in eicel
vervolledigen
Polyspermie:
meer dan 1 zaadcel bevrucht een eicel
gevolg: polyplodie:
meer dan 1 centriole in eicel gebracht + meer dan 2 haplode
sets
(
meer dan 1 spoelfiguur wordt gevormd
(
abnormale klievingsdelingen
(
elke cel verschillend aantal chromosomen
(
embryo ontwikkelt niet en zal desintegreren
4.2.1 Het vroege polyspermieblok
= transinte verandering van membraanpotentiaal
zeegeleicel heeft rustmembraanpotentiaal van 70 mV (hoge Na+ en
lage K+ zeewater (( lage Na+ en hoge K+ cytoplasma)
(
bevruchting
(
influx natrium
(
rustpotentiaal stijgt tot +20 mV
(
belet tijdelijk nieuwe membraanfusie van eicel met andere
zaadcel
4.2.2 Het late polyspermieblok
= definitieve verandering in opbouw van eicelmembraan
tijdens eicelmaturatie worden corticale granules aangemaakt,
georganiseerd aan periferie van cytoplasma
(
vrijkomen van inhoud corticale granules naar perivitelliene
ruimte
(
proteases: verbreken verbindingsprotenes tussen olema en
vitelliene enveloppe of zona pellucida
hyperosmotische mucopolysacharides: toename watermassa tussen
olema en vitelliene enveloppe
peroxydases: verharden vitelliene enveloppe of zona
pellucida
interne coating dmv hyaline
Zeegel: vooral toename van watermassa
Zoogdieren: verandering thv zona pellucida belangrijker
proteasen breken ZP2 af
glucosaminidasen breken ZP3 af
( onmogelijkheid tot zonabinding en acrosoomreactie voor andere
zaadcellen
transinte stijging Ca2+ (vanuit voorraden endoplasmatische
reticulum aangemaakt tijdens antrale uitrijpingsfase) ( ontladen
van corticale granules vanaf plaats waar zaadcel penetreerde
4.3 Syngamie en activatie
Na fusie zaadcel en eicelmembraan
kernmembraan zaadcel lost zich op
kernmateriaal decondenseert oiv factoren in cytoplasma van eicel
(( syngamie)
Eicelactivatie:
stijging intracellulair Ca2+:
late polyspermieblok
activatie NAD kinase thv cytoplasma ( NAD: aanmaakt ATP
(oxidatieve fosforylatie)
stimulatie eiwitsynthese en DNA replicatie
stijging intracellulaire
( activatie fosfolipase C
Alternatieve mechanismen voor activatie fosfolipase C:
binding van zaadcel en fusie van eicelmembraan
binding zaadcel met specifieke tyrosinekinase transmembranaire
eicelreceptor
na fusie van eicel met zaadcelmembraan kan activerende factor
afkomstig van eicel een tyrosinekinase in zaadcel activeren die op
zijn beurt fosfolipase C activeert in eicel
zaadcellen bevatten een oplosbare factor (oscilline) die
fosfolipase C kan activeren en dus downstream zal leiden tot
calciumrelease
4.4 De zaadcel decondensatie en de vorming van de pronuclei
Zaadcel brengt aan:
genetisch materiaal
eicelactiverende factor
centriole
Rest van zaadcel (flagel, mitochonderia) desintegreert
Centriole
vorming microtubule organising centre ( cytoplasmatische
organellen verplaatsen
vorming spoelfiguur voor eerste klievingsdeling
Vorming aster vanaf microtubule organising centre
(
zaadcel in contact met decondenserende kern van eicel
(
nucleaire enveloppe van zaadcelkern desintegreert
(
oiv glutation zullen protamine disulfide bruggen gereduceerd
worden in sperma chromatine
(
sperma DNA decondenseert
(
pronucleus van zaadcel ontstaat
Pronucle
tijdens transport van eicelpronucleus naar zaadcelpronucleus zal
DNA in beide pronucle zich repliceren (S-fase)
IVF: observeren van 2 pronucle = bewijs van bevruchting
wanneer beide pronucle naast mekaar, chromatine condenseren tot
chromosomen ( chromosomen fixeren op spoelfiguur ( metafaseplaat (
anafase ( diplod 2-cellig stadium
Na syngamie is genetisch materiaal samengevoegd maar niet
omringd door membraan
4.5 In-vitro fertilisatie (IVF)
( gameetinteractie en bevruchting gebeuren buiten het
lichaam
gecontroleerde ovarile stimulatie met gonadotrofines met
GnRH-analogen die zo gewijzigd zijn dat ze GnRH receptor thv
hypofyse down-reguleren
(
aanvankelijk lichaamseigen gonadotrofinesecretie gestimuleerd en
nadien verhinder
(
na week geen LH-piek meer mogelijk
(
eicellen rijpen uit zonder dat er spontane eisprong optreedt
(
als enkele ovarile follikels doormeter 17 mm ( hCG toegediend
(alternatief LH)
(
cumulus-eicel complexen 34 38 uur later uit follikels
geaspireerd (transvaginaal onder echografische geleiding met lokale
verdoving)
(
gensemineerd met gecapaciteerde zaadcellen
(
broedstoof
(
als 18u later 2 pronucle = bevruchting
(
48u later als 6- tot 8-cellig embryo teruggeplaatst of
via aangepaste cultuurvoorwaarden na 5 dagen als blastocysten
getransfereerd
Wanneer IVF?
eileiderpathologie
oligoasthenoteratozospermie
endometriose
immunologische onvruchtbaarheid
onverklaarde onvruchtbaarheid
4.6 Intracytoplasmatische sperma injectie of ICSI
( slechts 1 zaadcel wordt tot diep in het cytoplasma van de
eicel gebracht dmv een micromanipulator
Omzeilen van
capacitatie
hyperactivatie
herkenning van receptoren thv zona pellucida
acrosoomreactie
penetratie van zaadcel door zona pellucida en celmembraan van
eicel
5 Genomische imprinting en transcriptie regulatie
Mendeliaanse overerving: impact van genen afkomstig van vader is
identiek aan impact van genen van moeder op nageslacht
5.1 Het paternele en maternele genoom zijn niet equivalent
5.1.1 De mola hydatidosa
1 op 2000 zwangerschappen
= druiventrosvormige ontaarding van de chorionvlokken van de
placenta al dan niet in combinatie met een normale zwangerschap
eindigt steeds in miskraam
partile molazwangerschap
eicel door 2 X-dragende zaadcellen bevrucht (ontoereikend
corticaal block)
triplod embryo (1/3 maternele genetische info, 2/3 parternele
genetische info)
ontwikkeling kiemknop van blastocyst normaal, maar abnormale
ontwikkeling trofoblast
complete molazwangerschap:
10% eicel door 2 X-dragende zaadcellen bevrucht, gevolgd door
verlies van materneel genetisch materiaal
90% normale bevruchting van eicel door X-dragende zaadcel waarna
verlies van materneel genetisch materiaal, gevolgd door duplicatie
van paterneel genetisch materiaal
diplod embryo met gehele genoom van paternele afkomst
geen normaal zwangerschap weefsel, enkel de druiventrosvormige
hydropische ontaarding van de chorionvlokken
5.1.2 Pronuclei transplantatie
Vrouwelijke pronucleus vervangen door mannelijke ( embryo
ontwikkelt amper, maar placenta ontwikkelt nagenoeg normaal
Mannelijke pronucleus vervangen door vrouwelijke ( quasie
normale embryonale ontwikkeling, maar sterk onderontwikkelde
placenta
pronuclei transplanteren, maar steeds mannelijk en vrouwelijk
pronucleus aanwezig ( normale ontwikkeling van embyo en placent
5.1.3 Parthenogenese
= ontwikkeling van een eicel tot een embryo of organisme zonder
dat er een paternele genetische input door een zaadcel gebeurt
leidt nooit tot een normale embryonale ontwikkeling
stop in foetale ontwikkeling halverwege de zwangerschap
kan wel bij sommige dieren:
Drosophilla mangabeinaie (fruitvliegsoort): pseudobevruchting
dmv poollichaampje
Cremidoforus uniparens (hagedissoort): oogonia tetraplod ( na
meiose diplode eicel
Pycnoscelsus surinamesis (Indonesische sprinkhaansoort):
oogenese bestaat uit 2 opeenvolgende mitosen (diplodie blijft
bewaard)
( enkel vrouwelijke individun, geen mannetjes
bijen, wespen en mieren: geslacht bepaald door
parthenogenese:
bij bevruchting ( diplode vrouwtjes
zonder bevruchting ( haplode mannetjes (parthenogenoten)
(vorming zaadcellen: 1ste meiotische deling wordt overgeslaan ( 2
zaadcellen)
wanneer ovarile kiemcel zonder bevruchting embryo vormt,
ontstaat goedaardig ovariel teratoom (= gezwem dat bestaat uit
embryonale weefsels afgeleid uit de 3 kiembladen)
niet onfrequente ovarile tumor
meestal ectodermale structuren (haar, sebumklieren) maar ook
kraakbeen, tanden of schildklierweefsel
5.1.4 Imprinting disorders
Angelmann en Prader-Willi syndroom:
mentale retardatie
Angelman: grote lachende mond
Prader-Willi: kleine gestalte en obesitat
gevolg van deletie van E6-AP-ubiquitine protein ligase gen op
chromosoom 15
defecte gen van vader ( Prader-Willi syndroom
defecte gen van moeder ( Angelmann
zowel eicel als zaadcel genetische fout ( letaal
5.2 Genomische imprinting
in meeste cellen ad-random imprinting
ontstaat door methyleren van cytosine
vorming 5-methyl-cytosine ( stabiliseert nucleosomen (DNA
gewikkeld rond 8 histoneiwitten)
gemethyleerd gen is inactiev, ongemethyleerd gen is actief
dynamisch proces, vb hemoglobine:
embryonaal: zta-2 en E-2
foetaal: alfa-2 en gamma-2
volwassen: afla-2 en beta-2
5.3 Dosage compensation
Drosophilla: dosage compensation
vrouwtjes 2 X-chromosomen met actieve transcriptie
mannetjes 1 X-chromosoom met verdubbelde transcriptie
Zoogdieren: X-inactivatie (Barr-body)
heterochromatische inactieve X-chromosoom thv nucleaire
enveloppe (lymfocyten: nodule of uitsteeksel thv nucleaire
enveloppe = drumstick)
indien inactivatie niet optreedt zullen ectodermale cellijnen
verdwijnen en dus geen ontwikkeling van mesodermale cellijnen
inactivatie na bevruchting, in somatische cellen en
ad-random
op genactiveerde X-chromosoom 1 gen actief: Xist-gen
tot en met morula stadium beide X-chromosomen actief
vorming blastocyst (innerr cell mass met daarrond sfeer van
trofectodermcellen)
inactivatie thv trofectodermcellen van paternele X
inactivatie paternele X thv primitief ectoderm thv Inner Cell
Mass
thv andere cellijnen: ad-random
bij oogenese: reactivatie ( beide X-chromosomen thv oocyten
actief
Lapjesdekenmotief: rode en zwarte pigmenten voor vacht op
X-chromosoom
( ! ook mannelijke katten met lapjesdekenmotief ! :
Klinefelterkatten (2 X-chromosomen en 1 Y-chromosoom), zijn wel
steriel
Klinefelter syndroom
mannen hebben extra X-chromosoom (47-XXY)
onvoldoende mannelijk hormoon (testosteron) ( puberteit
langzamer op gang
andere symptomen:
geringe of volledig afwezige baardgroei
enige borstvorming
grotere lichaamslengte en langere armen
onvruchtbaarheid vanwege azoospermie
6 Preimplantatie embryonale ontwikkeling
6.1 Preimplantatie embryonale ontwikkeling bij niet
placenterende dieren
( ontwikkeling buiten het lichaam van de moeder
snelle embryonale ontwikkeling: op zeer korte tijd ontstaat
organisme dat voor zijn eigen voeding kan instaan
enorme hoeveelheid dooiermateriaal
uitgebreide voorraad mRNAs die vooraf in eicel werden aangemaakt
( maternele controle
vb: amfibin:
binnen 24u ligt lichaamsplan vast
na 4 dagen vrij zwemmende en zichzelf voedende larven
na 2 maanden volledige metamorfose en verdere groei
ondergaan
trage embryonale ontwikkeling
minder vooraf aangemaakte mRNAs nodig
enorme hoeveelheid dooiermateriaal
snel onder embryonale controle
bij reptielen en vogels, vb kip:
bevruchte ei wordt ingekapseld in harde kalkhoudende schaal
in oviduct van kip ontwikkelt embryo bovenop dooier
na 3 weken wordt ei gelegd ( kiemschijf maakt lichaamsassen
aan
na 2 dagen broeden: lichaamsplan klaar
na 3 weken broeden: kuiken geboren
6.2 Preimplantatie embryonale ontwikkeling bij placenterende
dieren
Delende embryo moet zich voor implantatie ontwikkelen met
weinige dooiermateriaal dat er is
switch controle maternele mRNAs naar controle embryonale mRNAs =
zygotic activation
muis: 2 tot 4-cellig stadium
mens: 4 tot 8-cellig stadium
ondertussen treden klievingsdelingen op
6.3 De klievingsdelingen
= snel opeenvolgende mitosen zonder bijkomende celgroei
ontstane cellen van embryo = blastomeren ( worden kleiner bij
elke celdeling
celdelingen gebeuren binnen intacte zona pellucida die bevruchte
eicel omringt
celdelingen gebeuren relatief traag
celdelingen gebeuren volgens specifiek georinteerde
delingsvlakken: rotationele deling (delingsvlak dat loodrecht staat
op voorgaande, ondergaat telkens een rotatie)
celdelingen gebeuren asynchroon ( tussenstadie
afzonderlijke cellen kunnen vervloeien tot 1 geheel =
compacteren
telkens veranderende metabole eisen (( IVF: sequentile
media)
6.4 De compactie
rond 8-cellig tot 16-cellig (morula) stadium
buitenste blastomeren versmelten door vorming tight junctions en
gap junctions
polarisatie: buitenste cellen vormen microvilli aan buitenzijde,
binnenste cellen niet
radiale celdeling buitenste blastomeer ( 2 kleinere,
gepolariseerde blastomeren
tangentile celdeling buitenste blastomeer ( 1 gepolariseerde en
1 niet-gepolariseerde balstomeer
binnenste celle geen tight junctions en geen Na-K-pomp
6.5 De cavitatie
= ontstaan van vochtophoping tussen interne cellen
Na-K-ATPase (ionpomp) van externe blastomeren zorgt voor actief
transport van natrium en chloor over celmembraan naar
intracellulair ( water volgt passief door osmotische gradint
Na-K-pomp pompt natrium verder weg tussen cellen van embryo (
water volgt passief door osmotische gradint
( ontstaan van blastocyst (of blastula):
vochtholte: blastocoele
inner cell mass of kiemknop
uit interne cellen van morula
ontwikkelt verder tot embryo en nadien foetus en dooierzak,
allantois en amnion
trofoblast: (trofectodermcellen)
externe cellen met microvilli
ontwikkelen chorion
embryonale deel placenta
zuurstof en nutrinten aanvoeren
secreteren van lokale factoren zodat moeder embryo niet
afstoot
Chimeer = organisme samengesteld uit cellen met verschillende
genetische afkomst
Constructie: blastomeren uit 8-cellig embryo scheiden en
individuele blastomeren in blastocoele van blastocyst brengen van
genetisch verschillende individu
volgens specifieke karakteristieken (vb Na-K-pomp) zal
blastomeer zich incorporeren hetzij in trofoblast, hetzij in
kiemknop van recipint embryo
vb: transgene muizen produceren
embryonale stamcellen in cultuur
(
genetisch transfecteren
(
in blastocoele van blastocyst inbrengen
(
incorporeren in onder andere kiemknop
(
foetus = chimeer met wild-type cellijnen en getransfecteerde
cellijnen
(
gameten zijn mengsel van 2 cellijnen
(
door verdere interbreeding kunnen niet-chimere, zuivere
transgene muizen bekomen worden
7 Stamcellen
2 belangrijke karakteristieken van stamcellen:
ongespecialiseerde cellen die de capaciteit vertonen tot een
ongelimiteerde celdeling (self renewal)
capaciteit tot het aanmaken van minstens 1 hoog gedifferentierd
matuur celtype (differentiatie)
7.1 Embryonale versus somatische stamcellen
Embryonale stamcellen
cellen afkomstig van kiemknop van blastocyst: pluripotent
(kunnen ontwikkelen tot alle celtypes van de 3 kiemlagen: endoderm,
ectoderm en mesoderm)
blastomeren van preimplantatie embryo: totipotent (kunnen
aanleiding geven tot alle celtypes van een organisme inclusief de
cellen van de extra-embryonaire weefsels)
Somatische (adulte) stamcellen
stamcellen in adulte weefsels
orgaan- of weefselspecifiek, maar:
210 verschillende weefseltypes gekend
naar schatting slechts 10- tot 20-tal types adulte
stamcellen
weefsel die zeker stamcellen bevatten: beenmerg, perifeer bloed,
bloedvaten, gestreept spierweefsel, huid, lever, testis en
hersenweefsel
staan in voor weefselregeneratie en heling
multipotent: capaciteit om zicht te ontwikkelen tot cellen uit
sommige kiemlagen
differentiatie via transitoire tussencellen (progenitor- of
precursorcellen)
7.2 Onderzoek op stamcellen
Problemen:
ethische problemen bij gebruik van humane embryonale
stamcellen
praktische problemen:
immuunrejectie
nood aan correcte differentiatie in-vitro
risico van teratoomvorming wanneer embryonale stamcellen die
onvoldoende gedifferentieerd zijn, zouden gebruikt worden
Teratomen en teratocarcinomen
tumoren die verschillende weefseltypes bevatten
pasgeborene:
overleven van verkeerd gemigreerde primordiale kiemcellen of
blijven bestaan van ongedifferentierde cellen van kiemlaag
typische lokalisaties: sacrococcigeaal, mediastinaal of
oropharyngeaal
volwassenen:
ontstaan steeds vanaf primordiale kiemcellen
man: testisteratoom in zaadbuisjes
vrouw: dermodtumor door parthenogenetische activatie van oocyten
in ovarium
7.3 Stamceldifferentiatie
Theoretisch zou men pluripotente stamcellen kunnen doen
differentiren naar alle mogelijke weefseltypes:
ectodermale cellen: huidcellen, neuronen, pigmentcellen
mesodermale cellen: hartspiercellen, gestreepte spiercellen,
tubulaire cellen nier, bloedcellen, gladde spiercellen
endodermale cellen: pancreatische cellen, schildkliercellen,
alveolaire longcellen
Oplossingen voor het probleem van afstoting:
genetische manipulatie van MHC-genen:
MHC-genen deleteren
MHC-genen zodanig gesubstitueerd dat ze leiden tot celtype dat
niet afgestoten kan worden
Na beenmergceldepletie en co-transplantatie uitvoeren van
enerzijds de in-vitro bekomen cellen samen met hematopotisch
gedifferentieerde cellen waardoor afstoting afgezwakt zou
worden
embryonale stamcellen maken met identieke MHC-genen als het
individu dat een celtransplantatie dient te ondergaan ((
celkerntransplantatie)
7.4 Celkerntransplantatie of kloneren
kern van cel wordt gereprogrammeerd door in verarmd
cultuurmedium te brengen ( cel in inactieve rusttoestand
onbevruchte eicel wordt genucleerd waarna celkern van cel in
rust wordt ingebracht
dmv microinjectie
door fusie in elektrisch veld
elektrisch veld brengt herpolarisatie van cel- en kernmembraan
teweeg
(
membranen gaan vervloeien
(
gereconstrueerde cel wordt door elektrische stroom
geactiveerd
(
cel start celcyclus herop
(
eicel gedraagt zich als bevruchte eicel en zal nodige
celdelingen ondergaan en vormt dus een embryo
Therapeutisch klonen: menselijk embryo reconstrueren na
nucleaire transplantatie en uit blastocyst kiemknopcellen halen als
humane embryonale stamcellen ( zelfde MHC-antigenen als donor van
celkern, dus niet afgestoten bij eventuele celtransplantatie
7.5 MAPC: de cel van de toekomst?
Beenmerg
hematopotische stamcellen
endotheliale progenitorcellen
mesenchymale progenitorcellen = stromale cellen
kunnen differentiren naar
cellen uit bot en kraakbeen
stromacellen die beenmerg opbouwen
vetcellen die zich in beenmerg bevinden
vertonen dezelfde karakteristieken als adulte stamcellen
7.6 Multipotente adulte progenitorcellen (MAPC) versus
embryonale stamcellen
MAPCs:
geen problemen van afstoting
etisch acceptabel want er dienen geen embryos aangemaakt te
worden
geen spontane differentiatie in-vitro
geen risicos op vorming van teratomas
verliezen zeer snel renewal capaciteit bij in-vitro cultuur
verliezen snel hun differentiatiecapaciteit bij in-vitro
cultuur
8 Implantatie
sluit bij mens eerste week van embryonale ontwikkeling af
stapsgewijs:
embryo herkent endometrium en vice-versa
embryo hecht zich aan endometrium
embryo penetreert endometrium
embryo invadeert materneel vasculair systeem
noodzaak aan intense cross-talk tussen 2 genetisch verschillende
celpopulaties en aangepaste ontwikkeling en voorbereiding van beide
weefsels
noodzakelijke synchronisatie van maternele en embryonale
biologische klok
8.1 De maternele klok
start bij de LH-piek die de eisprong voorafgaat
granulosacellen maken naast oestrogenen ook progesteron aan
endometriale cellen (oestrogeen en progesteronreceptoren) gaan
in secretoire fase
endometrium zal klaar zijn voor implantatie 7 dagen na
LH-piek
8.2 De embryonale klok
start bij fertilisatie
na 5 dagen komt blastocyst aan in uteriene holte, omgeven door
zona pellucida
blastocyst moet zona pellucida verlaten = hatching
gebeurt intra-uterien
als te vroeg: extra-uteriene graviditeit (buitenbaarmoederlijjke
implantatie) ( levensbedreigend want kan ruptuur en bloeding van
eileider veroorzaken
ampulair (meest frequent): distale 1/3 van eileider
istmisch (frequent)
interstitiel (zeldzaamst): overgang eileider-baarmoederholte
cervicaal en abdominaal (eerder zeldzaam)
proces:
trofoblastcellen van blastocyst secreteren protease dat zona
pellucida protenes die de fibrillaire matrix opbouwen, zullen
lyseren
blastocyst contraheert door verlies van vocht vanuit blastocoele
en zwelt vervolgens terug op door nieuwe vochtophoping (
wandverzwakking van zona pellucida
mogelijk ook uteriene secreties rol bij hatchings proces
8.3 Onderhandelingen tussen embryo en endometrium
Signalen van embryo
vanaf 8-cellig stadium: oestradiol
hatching blastocyst secreteert hCG (human chorionic
gonadotrofine) ( onderhouden corpus luteum dat oestradiol en
progesteron secreteert
cytotrofoblastcellen brengen molecules met vaak receptorfunctie
tot expressie
geen expressie van MHC-molecules ( geen afstoting
Endometrium:
folliculaire fase: endometrium prolifereert oiv oestradiol (van
uitrijpende follikel)
stromale component neemt toe
epitheel vormt klieren
snelle groei van arterioles in stroma
secretoire fase: vanaf ovulatie
accumulatie van glycogeen basaal in epitheelcellen
rondom implantatie: mid-secretoire fase:
epitheel enorme klierbuizen vol glycogeenachtige substantie
hypervascularisatie en oedeem van stroma
8.4 De implantatie verloopt in fasen
8.4.1 Activatie
Start door signaal van uteriene epitheel
Sommige diersoorten (vb hert) uitgestelde implantatie (wegens
niet bevallen in winterperiode)
8.4.2 Appositie
Embryo komt in contact met uteriene epitheel en orinteerd
zich
kan overal in uterus, meestal thv fundus
steeds aan zijde van embryo waar kiemknop zit
8.4.3 Aanhechting
endometrium receptief ( uteriene epitheelcellen ontwikkelen thv
apicale opp kleine uitstulpende blaasjes (= pinopods) = soort
anker?
resultaat van receptor-ligand binding tussen embryo en
endometrium
adhesiemolecules (integrines, intercellulaire
adhesiemolecules)
modulerende molecules (interleukine-1, leukemia inhibitory
factor)
8.4.4 Intrusie
Embryo invadeert endometrium
trofoblastcellen die kiemknop overspannen delen zonder vorming
celmembranen ( cytoplasmamassa die zich verder ontwikkelt tussen
endometriale epitheelcellen = syncytiotrofoblast
andere trofoblastcellen delen en bouwen celmembraan terug op =
cytotrofoblast
8.5 De uteroplacentaire circulatie
Tweede week: ontstaan van tweebladige kiemschijf thv kiemknop
(epiblastlaag en hypoblastlaag)
dag 8:
syncytioblast heeft rest embryo bijna onder epitheel
getrokken
tussen epiblastcellen ontstaat amnionholte
dag 9:
embryo volledig onder epitheel verdwenen
re-epithalisatie van endometriale epitheel
opp waar implantatie plaats greep ( transiente fibrineplug thv
endometrium
vanaf hypoblast is laag cellen over cytoblast gaan groeien (
blastocoele bekleed met nieuwe cellaag = membraan van Heuser
holte = exocoeloom of primitieve dooierzak
syncytiotrofoblast vormt lacunes en heeft maternele vaten
bereikt
dag 10:
ontwikkeling uteroplacentaire circulatie
eerste week: aanvoer en afvoer van metabolieten passief
(diffusie)
einde derde week: actieve aanvoer en afvoer door interface
bloed van moeder stroomt in lacunes van trofoblast
cellen tussen membraan van Heuser en cytotrofoblast groeien uit
( vorming extra-embryonair reticulum = coeloom
dag 13:
cellen vanaf hypoblast groeien uit en overdekken binnenzijde
exocoeloommembraan
binnen exocoeloom ontstaat nieuwe holte = secundaire of
definitieve dooierzak
tweelagige kiemschijf met amnionholte en secundaire dooierzak
liggenmet hechtsteel opgehangen in coeloomholte (=chorionholte)
uteroplacentaire interface ontwikkeld tot primaire villus
uitstulping syncytioblast met daarin cytotrofoblastcellen
overdekt door extra-embryonair mesoderm
steken uit in maternele bloedsinussen
zullen secundaire villi vormen (verder ingroeien van
extra-embryonair mesoderm)
3de week:
dag 21:
tertiaire villus: in extra-embryonair mesoderm hebben zich
arteries en venen gevormd
dicht netwerk van bloedvaten via hechtsteel naar embryo (
navelstreng
dicht netwerk van bloedvaten in extra-embryonaire mesoderm =
chorionplaat
embryo heeft 3 bladig kiemschijf gevormd tussen amnionholte en
definitieve dooierzak
Placenta: opgebouwd uit tertiaire hechtvlokken waartussen
intervilleuze bloedruimten ( gevoed door spieraalvormige arterin
van moeder
Chorion:
Pool waar kiemknop was ( meer ontwikkeld en meer villi = chorion
frondosum ( wordt placenta
andere kant amper villi = chorion laeve
Endometrium: decidualisatie: veel glycogeen en lipiden
opgestapeld thv stroma + hypervascularisatie
decidua basalis: grenst chorion frondosum, onder toekomstige
placenta
decidua capsullaris: over chorion laeve, verdwijnt in
toekomst
decidua parietalis: bekleedt rest uteruswand
9 Gastrulatie
Eerste week: embryo deelt zich op in
deel dat instaat voor vormen van foetus
deel dat instaat voor uteroplacentaire circulatie
Tweede week:
opbouw uteroplacentaire circulatie
kiemknop ontwikkelt tot tweebladige kiemschijf
Derde week:
gastrulatie: cellen van tweebladige kiemschijf worden herschikt
en nemen nieuwe positie aan ( driebladige kiemschijf
lichaamsassen worden bepaald
blauwdruk voor aanleg van de organen en vorm
9.1 De basismechanismen van de gastrulatie
Basismechanismen:
celdelingen
veranderingen van celvorm
veranderingen van celkleverigheid
migratie van cellen onderling
Celkleverigheid ( cellulaire adhesiemolecules (CAMs) =
transmembranaire structuren die onderling van cel tot cel bindingen
aangaan
Indeling volgens type binding:
CAMs met homofiele binding
CAMs met heterofiele binding
CAMs met Ca2+ dependente homofiele binding
( type celadhesiemolecule zal bepalen of cel in contact blijft
met buren of weefselstructuur verlaat en zich associeert met andere
cellen
Vormverandering ( actinenetwerk in celcytoplasma
actine moleculen verenigen tot actinefilamenten ( cellen
insnoeren
actine samen met myosine moleculen vormen contractiele bundels (
aanmaken van contractiele uitlopers van de cel
Basisveranderingen bij gastrulatie
invaginatie: instulpen van een cellaag
involutie: laag cellen over een andere laag cellen naar binnen
gedraaid
ingressie: afzonderlijke cellen maken zich los uit weefsel en
migreren
delaminatie: cellen scheiden zich af, migreren uit cellaag en
vormen tweede tegenaanliggende cellaag
epibolie: cellen zullen andere cellaag overgroeien en
overdekken
intercalatie: afzonderlijke celgroepen voegen zich in mekaar
radiale intercalatie: twee opeenvolgende cellagen schuiven in
mekaar tot 1 grotere nlagige cellaag
mediolaterale intercalatie: twee naast mekaar liggende cellen
voegen zich in mekaar om 1 lange celrij te vormen
9.2 De gastrulatie bij de zeegel
Eicel ( polariteit:
dooiermateriaal aan vegetale pool
andere pool = animale pool
( Na eerste 2 klievingsdelingen 4 cellen met dezelfde
polariteit, maar 3de klievingsdeling is equatoriaal ( 2 types
cellen:
cellen van animale pool = mesomeren
cellen van vegetale pool ( grote macromeren en kleinere
micromeren onderaan
2 Basismechanismen die zorgen voor gastrulatie:
ingressie: onderaan de vegetale pool thv micromeren
veranderingen in expressie CAMs ( loskomen en door basale lamina
tot in blastocoele
nemen specifieke vorm aan: bottle cells
herorganisatie van actine en myosine molecules ( vorming
filopodia (draadvoetjes) ( opzoeken van kraagvormige positie in
blastocoele
( vormen primaire mesenchymcellen die aanleiding geven tot
skelet
invaginatie
epitheliale cellen van vegetale pool secreteren vesikels met
chondrotinesulfaat proteoglycanen naar hyaliene laag ( binnenste
laag hyaliene laag zwelt op ( kromming van hyaliene laag
cellen ondergaan constrictie ( worden kegelvormig
herschikking door intercalatie (mediolateraal) ( instulping
verlengen
( Binnen 24u embryo waarbij
deel micromeren vegetale pool door blastocoele als koker tot aan
animale pool reiken = archenteron ( primitieve maagdarmkanaal van
zeegel
primaire mesenchymcellen die door ingressie in blastocoele
terecht kwamen ( skelet
= pluteus larve: skelet overdekt door epidermale cellen met
binnenin een maagdarmkanaal
Blastula zeegel aanvankelijk 2 celpopulaties:
cellen van animale pool ( ectodermale structuren (epiderm met
stekels)
micromeren van vegetale pool ( endoderm (maag-darmkanaal)
Bij gastrulatie ontstaat 3de celpopulatie: ingresserende
micromeercellen ( mesodermale structuren (skelet)
+ ontstaan craniaal-caudale orintatie en aanmaak blauwdruk voor
verdere organogenese
9.3 Gastrulatie bij de amfibien
Xenopus laevis:
tropische kikkersoort, makkelijk onder labo-omstandigheden te
kweken en te bestuderen
eieren vrij in water, in water bevrucht door zaadcellen
mannetje
polariteit:
vegetale pool is wit
animale pool donkergrijs tot donkerbruin
klievingsdelingen:
eerste: meridionaal
derde: equatoriaal
vertraagd thv vegetale pool ( bovenaan meer delingsvlakken en
sneller klieving
gastrulatie: thv van overgang tussen animale en vegetale
pool
ingressie: cellen migreren naar blastocoele toe ( ontstaan van
derde cellaag
buitenste: ectoderm
binnenste: endoderm
tussenliggende: mesoderm
involutie: buurcellen groeien naar binnen toe ( invaginatie =
blastopore
epibolie: cellen animale pool nemen toe door celdelingen en
overgroeien cellen van vegetale pool ( nieuwe instulping =
archenteron
( gastrulatie zorgt voor
3 cellijnen
lichaamsassen vastgelegd
blauwdruk voor organogenese
9.4 Gastrulatie bij de mens
Acht dagen na bevruchting
implantatie
trofoblast opgesplitst in cytotrofoblas en
syncitiotrofoblast
kiemknop = tweebladige kiemschijf met epiblast en hypblast
tussen cellen van epiblast vormt amnionholte
cellen van hypoblast overgroeien blastocoelholte = membraan van
Heuser
Dag 12: vanaf epiblast groeit nieuwe cellaag uit tussen membraan
van Heuser en cytotrofoblastcellen = extra-embryonaire mesodermale
cellen
vanaf mesoderm ontwikkelen bloedvaten
primitieve dooierzak (oude blastocoele) groeit uit en vertoont
afsnoering = definitieve dooierzak
tussen extra-embryonaire mesodermale cellen ontstaat
chorionholte
afgesnoerde deel dooierzak tussen mesodermale cellen =
exocoeloomcyste
( embryo:
op mesodermale steel opgehangen in chorionholte
tweebladige kiemschijf
epiblastzijde: amnionholte
hypoblastzijde: definitieve dooierzak
9.4.1 Van twee naar drie kiemschijfbladen
Start gastrulatie: dag 15
thv epiblast ontstaat primitiefknoop (knoop van Hensen) ( vormt
invaginatie naar caudaal = primitiefstreep
thv primitiefstreep ondergaan cellen van epiblast ingressie
(bottle-cells) = mesenchymale cellen ( zullen differentiren tot
steunweefsel en mesoderm
( vorming:
genduceerd door oa TGF (transforming growth factor)
vorming van cellen vanaf epiblast
migratie naar hypoblast
(
dankzij CAMs nesteling tussen hypoblastcellen
(
epiblastcellen secreteren hyaluronzuur
(
ontstaan van virtuele ruimte tussen epiblastcellen en
hypoblastcellen
(
epiblastcellen verdringen hypoblastcellen en worden endodermale
cellen genoemd
(
cellen van epiblast migreren nu ook naar virtuele ruimte
(
aanmaak 3de kiemlaag
Dag 16:
hypoblast vervangen door endodermlaag
tussenlaag heeft zich gevormd = mesodermlaag
epiblast wordt ectoderm ( cellen delen continu verder en laten
zicht thv primitiefstreep invagineren en ingresseren om mesoderm
verder uit te bouwen naar craniaal en lateraal toe
lichaamsassen liggen vast
9.4.2 De ontwikkeling van het mesoderm
de van epiblast afsplitsende mesenchymale cellen vormen
mesoderm, deel extra-embryonair mesoderm en notochale processus (=
chorda uitsteeksel)
(
aan weerszijde van notochordale processus strekt mesoderm zich
uit tussen ectoderm en endoderm behalve in 2 zones waar deel van
tweebladige kiemschijf behouden blijft
craniaal: bucopharyngeale membraan ( wordt mondholte
caudaal: cloacale membraan ( wordt anus en urogenitale
openingen
(
chordale uitsteeksel wordt opgenomen in endodermlaag
onderaan
(
buisstructuur verdwijnt en notochord wordt als lint gentegreerd
tussen endodermale cellen: notochordale plaat
(
notochordcellen herorganiseren en zonderen zich opnieuw af uit
endoderm als solide buis = chorda dorsalis
(
thv lumen blijft tijdelijk verbinding van amnion naar dooierzak
= neurenterisch kanaal
(
notochord (basis van axiaal skelet dat rigiditeit aan embryo
geeft) induceert vorming neurale plaat in ectoderm, maar verdwijnt
uiteindelijk
Chordomas
wanneer notochordcellen blijven bestaan ( tumor = chordoma
meestal aan schedelbasis, soms elders waar wervels op
ontstaan
zeldzame, langzaam groeiende tumor
veelal behandeld met combinatie van beperkte operaties
(zenuwbeschadiging!) en bestraling (hoge precisie
bestralingstechnieken)
9.4.3 Caudale dysplasie
Gastrulatie ( basisstructuur aangelegd voor verdere ontwikkeling
van lichaamsdelen en organen
Caudale dysplasie = mesodermale