У позвоночных животных и человека

У рыб гоноциты обособляются в конце гаструляции. Появляются они в первичной энтомезодерме, а перед началом миграции обнаруживаются в перибласте.

У амфибий (травяная лягушка) зерна «половой цитоплазмы» обнаруживаются в яйце еще до начала его развития. Эта безжелтковая «половая цитоплазма» является маркером половых клеток на стадии 2-х бластомеров. Несмотря на раннее обособление зерен половой цитоплазмы, первичные гоноциты обособляются позже. Сначала зерна половой цитоплазмы распределяются поровну между разными клетками зародыша, а затем перемещаются и скапливаются в немногих клетках во внутренних слоях зародыша, поблизости от первичной полости или бластоцеля. Таким образом, первичный клон клеток выделяется при дроблении и в составе энтодермы претерпевает 2-3 деления. У молодых личинок первичные гоноциты некоторое время находятся в составе энтодермы, а затем мигрируют в гонаду.

У рептилий первичные гоноциты обнаруживаются во внезародышевой энтодерме.

У зародышей высших позвоночных (амниот) первичные гоноциты располагаются на границе так называемой зародышевой и внезародышевой области. У птиц - вблизи от головного конца зародыша, у млекопитающих - возле его заднего конца. Имеются данные, что и у птиц на более ранних стадиях развития гоноциты локализуются в заднем отделе зародыша. Например, на стадии дробления первичные половые клетки выявляются в передней и задней бластодерме.

У млекопитающих первичные гоноциты обнаруживаются в бластодерме в период формирования первичной полоски. Затем они мигрируют в заднюю внезародышевую энтодерму, в стенку кишки и мезенхиму, в дорзальный мезентерий к закладке гонады.

У человека гоноциты обособляются в эпибласте (клеточный материал зародыша), а локализация во внезародышевых структурах (энтодерма и мезодерма желточного мешка) - вторична. Гоноциты обособляются еще до полного формирования зародышевых листков, не принадлежат ни одному из них, а являются потомками эмбриональных тотипотентных клеток. У человека первичные половые клетки обнаруживаются у эмбриона впервые на 14-15 сутки развития (гаструляция) в области первичного узелка и в стенке желточного мешка. На 20-е сутки эмбриогенеза большая часть гоноцитов располагается во внезародышевой энтодерме в устье желточного мешка, на границе выхода аллантоиса. Это место первичной локализации гоноцитов перед началом их миграции к зачаткам гонад (половым валикам). Как было показано на мыши, в этот момент гоноциты уже разделились на две группы, которые будут мигрировать в левую и правую гонады. Гоноциты смогут дать начало линии стволовых половых клеток в гонаде в том случае, если попадут в половые валики и вступят в контакт с соматическими клетками гонады. Если гоноциты оказываются в окружении других зачатков и не достигают гонад, они гибнут или становятся источником эмбриональных аномалий развития (тератом). Однако это происходит только тогда, когда гоноциты осуществляют несколько дополнительных митотических циклов (при нарушениях нормальной регулировки ростовыми факторами), теряют коммитированность половых клеток и трансформируются в полипотентные стволовые клетки, так называемые EG-клетки.

Таким образом, дифференцировка первичных половых клеток начинается, как правило, еще в раннем эмбриональном развитии будущего половозрелого организма и продолжается в постэмбриональном периоде.

Характерные особенности первичных половых клеток (гоноцитов)

Морфологически сходные гоноциты генетически чаще детерминированы (мужские, женские), поскольку пол зародыша определяется хромосомным набором, полученным им в момент оплодотворения. Морфологические различия между мужскими и женскими первичными половыми клетками появляются лишь в процессе дальнейшей дифференцировки первичных гоноцитов, после проникновения их в половую железу.

У многих видов животных первичные половые клетки, мигрирующие в гонаду, бипотенциальны, т.е. могут дифференцироваться либо в спермий, либо в яйцо в зависимости от своего окружения. У гермафродитных животных смена формирования спермиев на яйца или наоборот – естественное физиологическое явление. Выделено несколько генов, которые, возможно, необходимы для этого процесса.

У некоторых животных (например, комнатная муха, саламандра, мышь) гонады могут управлять дифференцировкой половых клеток. Например, зрелый семенник саламандры, пересаженный самке, трансформирует яичники в семенники, и дифференцированные по женскому пути половые клетки, начинают развиваться в спермии.

У некоторых видов первичные половые клетки отличаются своеобразной морфологией (размер, форма) или по специфическому окрашиванию цитоплазмы химическими красителями. Например, для первичных гоноцитов птиц и млекопитающих характерен высокий уровень активности щелочной фосфотазы - главный гистохимический маркер первичных половых клеток. По выявлению этого фермента можно проследить путь перемещения первичных половых клеток вплоть до гонады.

У млекопитающих и человека раннее выявление гоноцитов затруднено. У зародышей человека не выявлено морфологически достоверных половых детерминант – естественных маркеров первичных гоноцитов. Хотя у некоторых млекопитающих (мышь) в цитоплазме гоноцитов описаны перинуклеарные тельца – тонкофибриллярные или гранулярно-фибриллярные пластинки, не ограниченные мембраной и содержащие рибонуклеопротеиды. Эти тельца рассматривают как возможные половые детерминанты. Гоноциты человека описаны, в основном, начиная с периода их миграции из энтодермы желточного мешка к закладкам гонад. Первичные половые клетки человека идентифицируются по совокупности некоторых морфологических и гистохимических признаков, включая специфические и неспецифические. Это крупные клетки (12-20 мкм в диаметре) округлой или неправильной формы, имеют центрально расположенное светлое ядро с хорошо заметным крупным ядрышком. В цитоплазме первичных гоноцитов выявляется высокая активность щелочной фосфотазы и гранулы гликогена.

С помощью электронного микроскопа в ядрах гоноцитов выявлены многочисленные ядерные поры, тонкодисперсный хроматин, цитоплазма обнаруживает низкую электронную плотность, из органелл – умеренно развитая зернистая эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, много свободных рибосом и полисом, сферические митохондрии с пластинчатыми кристаллами, лизосомоподобные везикулы, элементы цитоскелета. В эндоплазматической сети выявлен иммунореактивный ламинин (главный гликопротеид базальных мембран), секреция которого первичными половыми клетками может играть важную роль в их адгезивных взаимодействиях. Клеточная мембрана образует единичные микроворсинки, а также ламеллоподии с филоподиями.

Свойства полярной плазмы

Полярная (половая, зародышевая) плазма – это особая дискретная структура, уникальная для половых клеток и имеет сходную форму и расположение у большинства животных. Она формируется (насекомые, амфибии) на заднем полюсе яйца, богата РНК, имеет зернистую структуру и интересна в биохимическом отношении. В ней обнаруживаются кислые белки, важные для генной активности. Гетерогенизация цитоплазмы яйцеклетки может быть видна по разной окраске ее частей. Например, это обнаруживается у асцидий, у которых также рано выявляется гетерогенность в распределении белков, например ацетилхолинтрансферазы.

Наличие зародыщевой плазмы защищает ядра клеток от вступления на путь соматической дифференцировки и является частным случаем ооплазматической сегрегации.

В процессе раннего эмбриогенеза половая плазма распределяется между бластомерами, которые сформируются в гоноциты на начальных стадиях дробления (некоторые черви, низшие ракообразные, насекомые, бесхвостые амфибии), или которые дадут начало линии клеток с более поздним обособлением в гоноциты, во время гаструляции (млекопитающие).

Клеточные ядра, попадающие в область полярной плазмы, дают начало половым клеткам. При воздействии на область полярной плазмы ультрафиолетом из яиц развиваются стерильные лишенные половых клеток особи. Микроинъекции полярной плазмы в различные участки бластодермы вызывают образование половых клеток в необычном месте.

В целом, выявлены следующие особенности полярной плазмы:

- функционирует автономно, т.е. способна вызвать эффект в любом участке зародыша;

- функционирует специфически, индуцируя образование только одного определенного типа клеток – половых;

- видонеспецифична, и микроинъекции полярной плазмы одного вида в бластодерму другого вида вызывают положительный эффект – стимуляцию образования гоноцитов в месте инъекции, однако образующиеся при этом половые клетки сохраняют строение, свойственное «своему» виду.

Миграция первичных половых клеток

Часто первичные гоноциты закладываются далеко от гонады, например, в любой части колонии гидроидных полипов или во внезародышевой части эмбриона амниот (рис. 1). Поэтому они сначала должны добраться до места закладки половой железы - гонады.

Первичные гоноциты и резервные клетки (интерстициальные) способны двигаться самостоятельно, посредством амебоидного движения, но большую часть пути они двигаются пассивно. Например, интерстициальные клетки с током воды в гастральной полости, гоноциты куриного зародыша с током крови по эмбриональным кровеносным сосудам. Пассивная миграция гоноцитов с кровью описана и у млекопитающих, например, у эмбриона теленка и у человека.

Но, приближаясь к месту своего назначения, клетки начинают двигаться активно. Одним из основных механизмов заселения гоноцитами гонад считается хемотаксис – движение клеток в направлении градиента концентрации какого-либо химического фактора, содержащегося в растворе. Клетки будут воспринимать химический сигнал и перемещаться в направлении повышающейся концентрации до тех пор, пока не достигнут источника секреции этого вещества. Целомический эпителий половых валиков (зачатков гонад) секретирует для гоноцитов аттрактивные вещества. Эти вещества определяют направление миграции первичных половых клеток и способствуют задержанию гоноцитов, находящихся в кровотоке, в капиллярах около зачатков гонад, с последующим их выходом из капилляров и продолжением движения к половым валикам. Аттрактивная субстанция имеет гликопротеиновую природу и обладает видовой специфичностью. Например, гоноциты куриного зародыша привлекаются химическими веществами типа мукополисахаридов, выделяемых зачатком гонады, и активно преодолевают ее стенку.

Кроме хемотаксиса миграция клеток на дальние расстояния может происходить путем гаптотаксиса и контактного ориентирования. Гаптотаксис – этодвижение клеток по градиенту адгезии к белкам внеклеточного матрикса. Как показано у зародышей африканской шпорцевой лягушки Xenopus laevis обнаружена зависимость адгезии и миграции первичных гоноцитов от концентрации молекул фибронектина и от ориентации волокон этого гликопротеина во внеклеточном матриксе, которым выстлан путь первичных гоноцитов.

Контактное ориентирование – это активное движение клеток, которое определяется влиянием физических факторов субстрата в отличие от химических при хемо- и гаптотаксисе. Физические свойства субстрата заставляют клетки выбирать преимущественное направление своего перемещения, и если физические преграды оставляют открытым только один канал, то подвижным клеткам не остается иного пути миграции, кроме этого канала.

Первичные половые клетки человека мигрируют из желточной энтодермы через мезенхиму желточного мешка, задней кишки и дорзальной брыжейки к закладкам гонад, которые закладываются на 2-ом месяце эмбриональной жизни в брюшной полости эмбриона в виде парных закладок из мезодермального материала. Миграция первичных гоноцитов начинается после 25-х суток развития и происходит в основном по интерстициальному типу, т.е. через мезенхиму зародыша и внезародышевых структур – путем контактного ориентирования. Первичные гоноциты человека во время миграции образуют тонковолокнистый слой толщиной 30 нм, связывающий сам гоноцит с участками специфических макромолекул внеклеточного матрикса (в том числе с фибронектином) и играющий важную роль в процессах миграции и рекогносцировки. В этом фибриллярном слое имеются специфические молекулы, необходимые для субстратной адгезии. В процессе миграции происходят постоянные изменения адгезивных свойств гоноцитов при их взаимодействии с определенными участками связывания в составе внеклеточного гликопротеинового матрикса. Адгезивные свойства первичных гоноцитов изменяются по отношению к коллагену IV типа, фибронектину и ламинину в зависимости от стадии развития зародыша.

Когда на 25-27 сутки развития гоноциты зародышей человека покидают стенку желточного мешка, некоторые первичные половые клетки попадают в кровоток, пассивно разносятся с кровью по телу зародыша, но затем выходят из сосудов в области зачатка гонады путем диапедеза и продолжают мигрировать к этому зачатку по интерстициальному типу.

На 28-30-е суток развития первичные гоноциты зародыша человека достигают закладок гонад и внедряются в их целомический эпителий. В процессе миграции гоноциты делятся митозом, и к моменту заселения гонад их численность резко возрастает (например, у зародыша мыши – более чем в 50 раз).

Соматические элементы эмбриональной гонады (целомический эпителий) создают необходимое микроокружение для гоноцитов. Для дальнейшего нормального развития гоноциты подвергаются воздействию различных факторов роста, продуцируемых соматическими клетками гонад. Воздействие ростовых факторов предотвращает гибель первичных половых клеток путем апоптоза, подавляет их пролиферацию и обеспечивает возможность дифференцироваться – осуществлять сперматогенез и овогенез. Мигрирующие гоноциты, оставшиеся вне зачатков гонад, подвергаются апоптозу (программированная клеточная гибель).

Дата добавления: 2015-07-26