Занятие №4. Оогенез амфибий и рыб. Захарченко Е. О.

Яйца рыб и амфибий происходят от популяции оогониальных стволовых клеток, способных ежегодно давать новую генерацию ооцитов. То есть период размножения продолжается и у взрослой особи. У лягушки Rana pipiens оогенез длится 3 года. В течение первых двух лет происходит очень медленное увеличение размеров ооцита. В течение 3-го года быстрое накопление желтка приводит к тому, что ооцит приобретает дефинитивные размеры. Созревание ооцитов осуществляется партиями: первая генерация созревает вскоре после метаморфоза, следующая - годом позже. В процессе вителлогенеза у амфибий желток образует желточные пластинки. Большая часть яиц характеризуется высокой степенью асимметрии, и именно во время оогенеза происходит спецификация анимально-вегетативной оси. Концентрация желтка повышается примерно в 10 раз в направлении от анимального к вегетативному полюсу. Включение вителлогенина одинаково по всей поверхности ооцита, а различия в концентрации желтка обусловлены его перемещением внутри ооцита. Если желточные пластинки формируются в будущем анимальном полушарии, то они перемещаются внутрь, к центру клетки. На вегетативном полюсе пластинки не изменяют своего положения, оставаясь в течение длительного времени на периферии и постепенно увеличиваясь в размерах. Они медленно смещаются от кортекса вглубь, а их место занимают новые желточные пластинки, образующиеся у поверхности. В результате этого дифференциального внутриклеточного транспорта в вегетативном полушарии количество желтка возрастает до тех пор, пока здесь не сосредоточится около 75% желтка зрелого ооцита Xenopus. Расположение органелл также становится асимметричным. Из АГ формируются кортикальные гранулы, сначала равномерно по всей цитоплазма, затем – они мигрируют к периферии клетки, располагаясь здесь между пигментными гранулами. К этому времени приурочена репликация МТХ (их образуются миллионы). Ближе к концу вителлогенеза цитоплазма становится стратифицированной (многослойной). Кортикальные гранулы, МТХ и пигментные гранулы обнаруживаются в кортикальном слое ооцита. Во внутренней цитоплазме возникают четкие градиенты. Желточные пластинки все более концентрируются у вегетативного полюса, а гликогеновые гранулы, рибосомы, МТХ и ЭПР – все ближе к анимальному. Наблюдается ооплазматическая сегрегация, хорошо изученная на неравномерном распределении специфических мРНК в цитоплазме ооцита.

У Xenopus стадия лептотены мейоза длится 3-7 суток, зиготены – 5-9 суток, пахитены – около 3 недель. Диплотена может длиться годы. Под действием прогестерона, секретируемого фэ в ответ на гонадотропные гормоны гипофиза, в течение 6 часов происходит дезинтеграция зародышевого пузырька, исчезновение микроворсинок, дезинтеграция ядрышек, сокращение и миграция хромосом типа лщ к анимальному полюсу, инициируется трансляция запасенных мРНК. Вскоре происходит первое деление мейоза, и зрелое яйцо выделяется из яичника в процессе овуляции.

В яичнике амфибий выделяют четко видные лопасти, окруженные выростами оболочки яичника, в каждой лопасти можно наблюдать различные стадии оогенеза.

Оогонии: мелкие клетки с крупным ядром, лежат группами.

Ооциты на стадии малого роста: от малых до средних размеров, с гомогенной цитоплазмой, крупным ядром. В ядре видны многочисленные ядрышки на периферии, хромосомы типа лщ в центре. Иногда хорошо видна кариосфера: хромосомы собраны в центре ядра и окружены капсулой, состоящей из псевдомембран и ассоциированных с ними ядрышек. Изменяется форма ядра: от гладкой до сильно извилистой. Вокруг ооцита – первичная оболочка, пронизанная выростами фолликулярных клеток и ооцита. Фолликулярный эпителий плоский, однослойный, сверху лежит базальная мембрана и один слой клеток теки, включающей сосуды. К концу малого роста около ядра формируется т.н. желточное тело, или тело Бальбиани – скопление АГ и МТХ, ранее считавшееся центром образования желтка. Теперь показано, что хотя желток и может появляться здесь в следствии наличия АГ, к его образованию тело Бальбиани отношения не имеет.

Переход к стадии большого роста – стадия вакуолизации: в периферической области цитоплазмы появляются вакуоли – предшественники кортикальных гранул, вскоре начнут появляться желточные пластинки.

Ооциты на стадии большого роста: ядро сильно изрезанной формы с многочисленными краевыми ядрышками, его диаметр возрастет в 7-8 раз. Между периферией ядра и цитоплазмой идет постоянный интенсивный обмен по механизму «блеббинга» - образования пузырьков на внутренней и наружной ядерных мембранах. В цитоплазме идет активное накопление желтка в виде пластинок, пигмент меланин распределяется в кортикальном слое, преимущественно на анимальном полюсе. Активные синтез и накопление полисахаридов. Фолликулярная оболочка и тека истончаются. Тека иногда не видна вовсе. В период большого роста увеличивается периооцитное пространство, становясь максимальным к овуляции, когда из состава первичной оболочки исчезают отростки фэ и ооцита. Ближе к периоду созревания ядро начинает перемещаться к анимальному полюсу.

In vivo созревание регулируют гонадотропные гормоны. Причем выделяют гормонозависимый период (рецепторы к гонадотропину находятся на фэ, которые под действием этого гормона выделяют прогестерон) и период инерции созревания. Весной в природе действие гонадотропина максимальное, а осенью – минимальное. Созревание возможно стимулировать in vitro с помощью прогестерона.

На протяжении всего оогенеза происходит атрезия (деградация) ооцитов, они теряют форму, накапливают пигмент.

После овуляции оставшиеся клетки фэ и теки образуют своеобразные чехлики, которые видны меду фолликулами на срезах яичника.

КОРТИКАЛЬНЫЕ ГРАНУЛЫ

В ооцитах многих животных (плоские, круглые и кольчатые черви, моллюски, членистоногие, иглокожие, хордовые, в т.ч. ланцетник, миноги, осетровые и костистые рыбы, амфибии, рептилии, млекопитающие) в ходе оогенеза происходит накопление особых кортикальных гранул, которые формируются при участии элементов АГ. Изначально они рассеяны по всей цитоплазме, но на завершающих этапах оогенеза концентрируются в кортикальной области ооцита. Обычно это сравнительно мелкие пузырьки, диаметром до 1 мкм, но у осетровых рыб они достигают 3-4 мкм, а у костистых они называются кортикальными альвеолами и достигают 30-40 мкм. Кортикальные гранулы содержат разного рода ферменты, сульфомукополисахариды и другие вещества, которые играют важную роль в процессе оплодотворения.

Рис.1 Ооцит малого роста. 1- фоликулярный эпителий, 2-ядро

Рис.2 Лопастное ядро ооцита на стадии большого роста

Рис.3 Вакуолизация

Рис.4 Тельце Бальбиани

ООГЕНЕЗ У РЫБ.

По количеству желтка яйца костистые рыб относят к полилецитальным, осетровых – к мезолецитальным.

Яичники парные, у некоторых рыб происходит слияние зачатков в один (окунь, бельдюга), развитие лишь одного из зачатков (атерина), или срастание парных зачатков (горчак, судак).

Половые клетки располагаются в лопастях стенки яичника – яйценосных пластинках, покрытых снаружи эпителием. У хрящевых, кистеперых, двоякодышащих, многоперовых, осетровых, лососевых рыб яичники открытого типа: при овуляции ооциты из пластинок попадают в полость тела, где одеваются секретом специальных желез (у хрящевых и двоякодышащих). Яичники закрытого типа (у большинства костистых рыб) имеют свою полость, куда попадают овулировавшие яйца. Задние части яичников продолжаются в парные яйцеводы, концы которых, соединяясь, открываются наружу генитальным отверстием.

Первичные половые клетки в процессе миграции определяются вблизи зачатка гонады, Вольфовых протоков и кишки. Это – клетки с крупным ядром.

Оогонии – клетки диаметром 10-20 мкм, с относительно крупным ядром диаметром 5-7 мкм, в котором хроматин расположен глыбками. К мембране оогония примыкают единичные клетки стромы гонады. У взрослых рыб оогонии локализуются по краям яйцевых пластинок, процесс размножения оогониев отмечается в определенные периоды у взрослых рыб: у горчака – во время размножения, у линя и вьюна – вскоре после икрометания.

Период малого роста. В ядре появление хромосом типа лщ, число ядрышек возрастает до 100-130, они занимают положение по периферии ядра, форма ядра изменяется от округлой до изрезанной. Объем ядра возрастает в 5-6 раз,

цитоплазмы – в 100-150 раз (к концу диаметр – 200-300 мкм). Размножение МТХ, появляется желточное ядро. Появляется первичная оболочка – zona radiata, фк и ооцит образуют в ней микроворсинки, ооцит окружен одним слоем фк и двумя слоями соединительнотканных клеток – текой.

В конце превителлогенеза наступает стадия вакуолизации – образование КГ.

Период большого роста. Идет накопление желтка в виде желточных гранул, а также липидных капель, зерен гликогена. Ядро сильно изрезанной формы, на границе с цитоплазмой – интенсивные обменные процессы. Число краевых ядрышек возрастает до 200-300. Значительно возрастает число клеточных органелл и общий объем цитоплазмы. Липиды появляются в околоядерной зоне цитоплазмы еще на стадии вакуолизации, затем их число возрастает, они распространяются от ядра в остальную цитоплазму. Повышается количество пористых пластинок в цитоплазме. Запасание желтка может начинаться одновременно с вакуолизацией, или после нее в зависимости от вида. Желток накапливается и в МТХ. Zona radiata становится шире, ее пронизывают канальцы с микроворсинками ооцита и фк, сверху лучистой оболочки откладывается материал хориона – вторичной оболочки (в его состав входят белки и мукополисахариды). В фолликуле один слой черепицеобразных фк (в них возрастает число органелл, особенно ЭПР и АГ), базальная мембрана, два слоя теки – theca interna и theca externa, между которыми расположены капилляры. В области будущего анимального полюса развивается узкое отверстие для прохождения сперматозоида – микропиле. В его образовании принимает участие одна крупная фк (замыкающая), в ее цитоплазме хорошо развиты органеллы, особенно ЭПР. Клетка имеет один небольшой отросток, располагающийся в более широком, чем радиальные, микропиллярном канальце. Замыкающая клетка у многих видов располагается в воронковидном углублении лучистой оболочки.

Период созревания. Ядро перемещается из центра ооцита к анимальному полюсу, становится округлой формы, ядрышки перемещаются к центру ядра, хромосомы спирализуются. Ядерная мембрана распадается на отдельные пузырьки, в область смешения цито- и кариоплазмы проникают органеллы, образуется кариосфера. Первое деление созревания происходит за несколько часов до овуляции (у вьюна за 2-3 часа). Цитопазма и гранулы желтка оводняются, теряют кристаллическую структуру и у многих видов сливаются в гомогенную массу, капли жира часто сливаются в одну крупную каплю. Кортикальные гранулы на периферии ооцита занимают положение под слоем пигмента. Фолликулярные клетки становятся более высокими, исчезают микроворсинки, периооцитное пространство становится более широким. После овуляции остается фэ и тека. Клетки фэ становятся высокими, вакуолизируются, продолжают синтез половых гормонов, регулирующих деятельность гипоталамуса, постепенно синтез затухает, фэ редуцируется, и через 1,5-2 месяца на месте запустевших фолликулов наблюдаются узелки соединительной ткани. Невыметанные ооциты подвергаются резорбции. В таких ооцитах желток и липиды перемешиваются с цитоплазмой, появляются полости с жидкостью. ФК поглощают содержимое ооцита, в них появляются включения. После резорбции остаются только фк, содержащие продукт резорбции желтка – пигмент липофусцин.

Моноцикличные виды: лишь один цикл развития половых клеток и единственный в жизни (однократный) нерест, после которого они гибнут (дальневосточные лососи, мойва, проходные сельди, угорь и нек. др.). Ооциты таких видов развиваются синхронно (лососи) или асинхронно (угорь).

Полициклические виды: в течение жизни наблюдается несколько циклов развития половых клеток, многократный нерест (почти все виды хрящевых и костных рыб). На основании различий в отделении от резервного фонда генерации ооцитов для очередного вымета различают два типа оогенеза: прерывистый и непрерывный. У рыб с прерывистым типом ко времени размножения уже сформирована генерация ооцитов, которая предназначена для вымета в текущем году. При этом они могут развиваться синхронно с единовременным икрометанием (окунь, щука, плотва), синхронно с многопорционным икрометанием (спикара, камбалы), асинхронно с малопорционным икрометанием (сазан, лещ, карась, линь) – 2-3 порции икры развиваются друг за другом, нерест в течение 2-3 месяцев. У рыб с непрерывным типом оогенеза развитие ооцитов всегда происходит асинхронно, а икрометание многопорционное, продолжается несколько месяцев (морской дракон, морской язык, псевдорасбор).

Рис.1 Яичник окуня: 1-ооцит большого роста, 2-ядро, 3- ооцит малого роста

Рис.2 Начало вакуолозиции 1-вакуоль, 2-ядро, 3-фоликулярные клетки

Начало дегенерации

Дата добавления: 2015-07-26