Диссертация (Хромосомная, клеточная и тканевая специфичность гидроксиметилирования ДНК в проэмбриональный и эмбриональный периоды развития человека), страница 8

Сам процесс сперматогенеза проходит в мужских половыхжелезах – семенниках, внутри извитых семенных канальцев – производных половыхтяжей. Семенник состоит из 250-300 долек, в каждой из которых 3-4 извитых канальца.Стенки канальцев состоят из соединительно-тканной основы, слоя «питающих» клетокСертоли и тесно связанных с ними клеток сперматогенного ряда, находящихся на разныхстадиях сперматогенеза.

При созревании происходит перемещение сперматогенныхклеток. Клетки Сертоли за счёт контактов между собой образуют гематотестикулярныйбарьер, который препятствует взаимодействию сперматогенных клеток с клеткамииммуннойсистемы,иобеспечиваютпроцессыдыханияитрофикуклетоксперматогенного эпителия. Клетки Сертоли фагоцитируют и переваривают погибшиеклетки и цитоплазматические капельки сперматид, отбрасываемые при формированиизрелых сперматозоидов. В семенниках крысы клетки Сертоли прекращают делиться на 17й день после рождения (Orth, 1982).

Общее число клеток Сертоли остается относительнонеизменным в течение жизни у крыс и человека (Sharpe et al, 2003). В семенниках увзрослого человека около 1 850 миллионов клеток Сертоли (Cortes et al, 1987).В центре канальца имеется просвет. По мере созревания половых клеток ониперемещаются от периферии канальца к его просвету. По периферии канальцеврасполагаются сперматогонии (рис. 3). Ближе к центру канальца расположенысперматоциты I порядка, затем сперматоциты II порядка, далее – сперматиды, у самогопросвета канальца – сперматозоиды. Образовавшиеся в извитых семенных канальцахсперматозоиды поступают в просвет семявыносящих канальцев и по ним переносятся впридаток семенника, где дозревают.

Незрелые сперматозоиды, находящиеся в извитомсеменном канальце, неподвижны и не способны к оплодотворению. Они приобретаютподвижность при смешивании с секретом мужских половых желез.32Рисунок 3. Схема сперматогенеза человека.Начало процесса сперматогенеза совпадает с половым созреванием и находитсяпод контролем гормонов гопофиза и основного гормона семенников – тестостерона,вырабатываемого клетками Лейдига в стенке извитых семенных канальцев.Сперматогенез происходит в эпителии семенных канальцев, которые производятболее 300 миллионов сперматозоидов в день, начиная с периода полового созревания и досамой смерти (Cheng, Mruk, 2012). Сперматогенез включает в себя 3 стадии: митотическаяпролиферацияидифференцировкасперматогониев,мейотическоеделениесперматоцитов, трансформация сперматид в зрелые сперматозоиды – спермиогенез.В первые дни постнатального развития гоноциты находятся в центре семенныхканальцев.

Они делятся, а затем перемещаются к базальной мембране. При контакте сбазальной мембраной они превращаются в просперматогонии (Ohbo et al, 2003). Средисперматогониев различают клетки А и В типа. Сперматогонии А типа делятся на два вида:Ad (dark) и Ap (pale) сперматогонии. Ad клетки являются стволовыми, они делятсямитотически с образованием либо двух Ad, либо двух Ap сперматогониев (Schlatt,Weinbauer, 1994; Boitani et al., 2016). Сперматогонии Ap также делятся митотически собразованием сперматогониев типа В. Именно в митотически делящихся сперматозоидахпроисходит метилирование импринтированных генов (Kerjean et al., 2000; Marques et al.,332011).

DNMT1, обеспечивающая поддержание метелирования, обнаруживаются всперматогенных клетках, начиная со стадии сперматогониев типа А вплоть досперматозоидов. Сперматогонии типа В вступают в мейоз и становятся сперматоцитами.Синхронность созревания гамет обеспечивается за счёт сохранения межклеточныхконтактов между материнскими и дочерними клетками (Alastalo et al, 1998).В ходе первого деления мейоза из сперматоцита I (2n) образуются двасперматоцита II (n).

Профаза I длится 1-3 недели, тогда как другие фазы мейозапродолжаются 1-2 дня. В результате второго мейотического деления образуются четыресперматиды с гаплоидным числом хромосом (Carlson 2009).Заключительным этапом сперматогенеза является спермиогенез. Длительностьспермиогенеза у человека составляет около 21,6 дня (Iguchi et al., 2006). В спермиогенезепроисходит развитие структур сперматозоида: акросомы, аксонемы, хвоста и шейки, вкоторой уложена митохондрия (Hermo et al., 2010). За это время сперматиды проходят рядпоследовательных стадий дифференцировки: фаза Гольджи, фаза колпачка, акросомнаяфаза, фаза созревания. На этих стадиях осуществляется конденсация хроматина иструктурное оформление ядра клетки, появление жгутика и удаление большей частицитоплазмы.

Во время фазы Гольджи появляются акросомные пузырьки. В фазе колпачкасперматида удлиняется и из мембран аппарата Гольджи развивается акросома,содержащаялитическиеферментыдляпреодоленияоболочекооцитаприоплодотворении. Во время акросомной фазы клеточное ядро еще больше конденсируется,и клетка продолжает удлиняться. При этом происходит замена гистоновых белков напротамины (PRM1 и PRM2), конденсация хроматина достигает максимальной величины.У человека выделяют два типа протаминов – PRM1 и PRM2. Показано, что отсутствиеодной из форм протаминов или нарушение соотношения между двумя формами ведёт кнарушению сперматогенеза (Aoki et al., 2006).

ДНК сперматозоида в комплексе спротаминамиобразуеткомпактныетороидальныеструктуры.Дополнительнойстабилизации хроматина сперматозоида способствует образование дисульфидных связеймеждупротаминами.ПротаминированиеДНКсперматозоиданеобходимодлякомпактизации и защиты ДНК.

Кроме того, это один из механизмов эпигенетическойрегуляции экспрессии генов (Carrell et al., 2008). Нарушение замены гистонов напротамины приводит к снижению фертильности и сказывается на раннем эмбриональномразвитии (Carrell, 2012).В акросомной фазе спермиогенеза полностью созревает жгутик. В результатенакопления мукополисахаридов, холестерина и других защитных белков меняютсясвойства плазматической мембраны, что необходимо для хемотаксиса в процессе34движения по женским половым путям и связывания с плазматической мембраной ооцита.С момента отделения от клетки Сертоли и выхода в просвет семенного канальца поздняясперматида называется сперматозоидом. Выход сперматозоидов в просвет семенногоканальцаназываетсяспермиацией.Впридаткеяичкапроисходитдозреваниесперматозоидов: завершается формирование акросомы и сперматозоиды приобретаютподвижность.ВпроцесседифференциацииППКвзрелыегаметыустанавливаетсяспецифический набор эпигенетических маркеров посредством изменения метилированияДНК, замены гистонов на протамины, воздействия малых некодирующих РНК.

Этонеобходимо для специализации сперматозоида, с целью дальнейшей передачи егонаследственного материала яйцеклетке и последующей инициации эмбриональногоразвития зародыша (Reik, Surani, 2015).1.8. Оогенез человекаЖенский гаметогенез (оогенез) – сложный многостадийный процесс, которыйзанимает значительную часть онтогенеза. Этапы оогенеза значительно разнесены вовремени. Женский гаметогенез начинается с того, что ППК заселяют зачатки будущихяичников к концу 1-го – середине 2-го месяца беременности.

При этом ППК теряютамебоидную подвижность, вступают в контакт с клетками фолликулярного эпителия иначинают активно делиться митозом. В ППК, мигрирующих в зачатки гонад, происходитглобальнаямодификацияхроматина,включающаядеметилированиеДНКимодифицирование гистонов (H3K4me2, H3K4me3, H3K9ac). Установлено, что у мышейактивное деметилирование мигрирующих ППК контролируют гены Aid, Apobec1, Gadd45,Dntm3a/3b. Часть ДНК-меток в мигрирующих ППК – около 100 импринтированных генов– не подвергается деметилированию. Однако, уже в зачатках гонад происходитдеметилированиевсехнеимпринтированныхДНК-локусов(Surani,Reik,–2010).какимпринтированных,Деметилированноесостояниетакигеномасохраняется вплоть до возобновления мейоза в оогониях.При митотических делениях образуются генетически одинаковые диплоидныеклетки, называемые оогониями.

Гаметогенез на этом этапе протекает во времявнутриутробного развития (2-5 месяц) в эмбриональном яичнике. В этот период числополовых клеток увеличивается от нескольких тысяч до 7 миллионов. Максимальноеколичество оогониев достигается к 20-й неделе развития (Lobo, 2003). Сразу же запериодом размножения следует апоптоз – запрограммированная гибель большей частиоогониев. К моменту рождения их количество сокращается до 1-2 миллионов. Апоптоз35постоянно происходит в женском яичнике вплоть до наступления менопаузы.

Врезультате, только около 40 тысяч оогониев смогут вступить в мейоз, а из них лишь 400дадут зрелые яйцеклетки, которые будут способны к оплодотворению (Carlson, 2009).Значительная часть естественной убыли женских половых клеток происходит в результатеапоптоза оогониев, другие погибают уже внутри атретических фолликулов, которые недоходят до овуляции.Начиная с 3-го месяца беременности, часть оогониев завершает циклымитотических делений, трансформируется в ооциты и вступает в период роста. Ооцитыувеличиваются в размерах, окружаются фолликулярными клетками и вступают в профазумейоза.

Однако вслед за профазой не наступает метафаза, ооцит вступает в диплотенупервого деления мейоза и наступает первый блок оогенеза. Ооциты вплоть до началаполового созревания, переходят в состояние покоя – диктиотену. Блокада мейоза связана сдействием особых факторов, секретируемых фолликулярными клетками гонады (Дыбан,1988). С началом мейоза фолликулярные клетки постепенно окружают ооциты I порядка,образуя, таким образом, первичные фолликулы. До полового созревания длится периодмедленного роста, во время которого прогрессивно увеличивается число слоевфолликулярных клеток, окружающих ооцит на стадии покоя.