Obnovení meiózy - Resumption of meiosis - Wikipedia

Obnovení meiózy se vyskytuje jako součást oocyt redukční dělení buněk po meiotické zástavě. U žen začíná meióza oocytů během embryogeneze a bude ukončena po pubertě.[1] Primordiální folikul se zastaví, což umožní folikulu růst a zrát. Obnovení meiózy se obnoví po ovulačním nárůstu (ovulace ) z luteinizační hormon (LH).

Meiotické zatčení

Meiózu původně objevil Oscar Hertwig v roce 1876, když zkoumal fúzi gamet ve vejcích mořského ježka.[2] V roce 1890 August Weismann, dospěl k závěru, že jsou zapotřebí dvě různá kola meiózy, a definoval rozdíl mezi nimi somatické buňky a zárodečné buňky.[2]

Studií týkajících se zástavy a obnovení meiotiky bylo obtížné dosáhnout, protože u žen je oocyt nepřístupný.[3] Většina výzkumu byla prováděna odstraněním folikulů a umělým udržováním oocytů v meiotické zástavě.[3] Přes toto umožnění získání znalostí o meióze v oocytech může být obtížné interpretovat a aplikovat výsledky této metodiky na člověka.

Během oogeneze se meióza zastaví dvakrát. Hlavní zástava nastává během diploténní fáze profázy 1, tato zástava trvá až do puberty. Druhá meiotická zástava poté nastane po ovulaci během metafáze 2 a trvá mnohem kratší dobu než první zástava. Meiotická zástava nastává hlavně kvůli zvýšeným hladinám cAMP v oocytu, které regulují faktor podporující zrání klíčového regulátoru komplexu cyklin kinázy (MPF). cGMP produkované somatickými folikulárními buňkami dále regulují koncentraci cAMP v oocytu.

Meiotické obnovení u savců

Meiotické obnovení se vizuálně projevuje jako „rozpad zárodečných váčků“ (GVBD),[4] s odkazem na primární oocyt jádro.[5] GVBD je podobný proces rozpouštění jaderné obálky a kondenzace chromozomů mitotická profáza.

U žen, proces folikulogeneze začíná během vývoje plodu. Folikulogeneze je zrání ovariálních folikulů. Prvotní zárodečné buňky (PGC’S) podstupují meiózu vedoucí k tvorbě prvotní folikuly.[6] Při narození se meióza zastaví v diploténní fázi profázy I.[7] Oocyty zůstanou v tomto stavu až do doby puberty. V době ovulace nával LH iniciuje obnovení meiózy a oocyty vstupují do druhého cyklu, který je znám jako zrání oocytů. Meióza je poté znovu zadržena během metafáze 2 až do oplodnění.[8] Po oplodnění se poté obnoví meióza, která má za následek disociaci od druhého polární tělo, což znamená, že zrání oocytu je nyní dokončeno.[8]

Meiotická signalizace obnovení

Úrovně cyklického adenosinmonofosfátu (cAMP)

Zvýšené koncentrace intra-oocytového cAMP regulují zánik meiotika a zabraňují obnovení meiotik. Intracelulární cAMP neustále aktivuje PKA, která poté aktivuje nukleární kinázu Weel / MtyI. Weel / Mtyl inhibuje cyklus buněčného dělení 25B (CDC25B), který je hlavním aktivátorem pro cyklin-dependentní kinázu (CDK). To vede k inaktivaci faktoru podporujícího zrání (MPF), protože MPF obsahuje CDK a cyklin B.[9]

MPF je nezbytným regulátorem pro přechod M-fáze a hraje klíčovou roli při meiotickém obnovení v oocytech a jeho aktivitách po GVBD. Vysoká hladina cAMP tedy nepřímo inaktivuje MPF, čímž brání meiotickému obnovení.[9][10]

Kaskáda GPCR3-Gs-ADCY

Produkce cAMP je udržována intra-oocytovou GPCR-GS-ADCY kaskádou.

Inhibice proteinu Gs v myším oocytu vede k meiotickému obnovení.[9] Bylo zjištěno, že myši KO s receptorem 3 (GPCR3) spřaženým s Gs vykazují také spontánní meiotické obnovení, kterému se dalo zabránit podáním GPCR3 RNA do oocytu. Zjistilo se, že GPCR3 je přítomen v membráně oocytů a funguje tak, že udržuje minimální hladinu cAMP, čímž brání meiotickému obnovení.[9][11][12]

V oocytu je efektorovým enzymem GPR adencylátcykláza (ADCY). Působí jako katalyzátor, který přeměňuje adenosintrifosfát (ATP) na cAMP, udržuje hladiny cAMP v oocytu a brání meiotickému obnovení.[9][13]

Somatické folikulární buňky a cyklický guanosin monofosfát (cGMP)

Odstranění oocytů z folikulu vede k spontánnímu meiotickému obnovení, což implikuje roli somatických folikulárních buněk při zástavě meiotik.

cGMP je produkován guanylylcyklázou přítomnou v granulózních buňkách, zejména natriuretickém peptidovém receptoru 2 (NPR2) a natriuretickém peptidovém prekurzoru C (NPPC), které lze nalézt v kumulovaných a nástěnných granulózových buňkách (u myší, prasat a lidí) .[9]

cGMP produkovaný těmito granulózovými buňkami rychle difunduje do oocytů mezerovými spoji a inhibuje cAMP-fosfodiesterázu 3A (cAMP-PDE3A).[14] cAMP-PDE3A funguje jako katalyzátor štěpení cAMP na AMP v oocytu. Somatické folikulární buňky proto produkují cGMP, který inhibuje buněčné obnovení udržováním hladin cAMP uvnitř oocytů.[9]

Inosin 5 ‘monofosfát (IMP) dehydrogenáza (IMPDH)

Předchozí studie prokázaly, že léčba myších oocytů inhibitory IMPDH vyvolala na gonadotropinu nezávislou meiotickou obnovu in vivo.[9]

IMPDH je enzym omezující rychlost, který katalyzuje IMP na xanthosinmonofosfát (XMP). Může vyvolat meiotické obnovení, protože produkovaný XMP se nakonec převede na cGMP pomocí řady enzymatických aktivit.

Navíc IMPDH udržuje hladinu hypoxantinu (HX) ve folikulární tekutině. Koncentrace HX inhibuje aktivitu cAMP-PDE in vitro.

Lutensing Hormone (LH)

Je všeobecně známo, že měsíční nárůst preovulačního LH z hypofýzy podporuje meiotické obnovení.

Nejprve signalizace LH defosforyluje a inaktivuje NPR2 guanylylcyklázu. To má za následek rychlé snížení hladin cGMP v buňkách granulózy a oocytech prostřednictvím mezerových spojů. Aktivuje se také PDE5, což zvyšuje hydrolýzu cGMP.[1] U myších folikulů klesá koncentrace cGMP z ~ 2-5 μM na ~ 100nM během jedné minuty od expozice LH.[14]

Klesající koncentrace cGMP se vyskytuje postupně, od buněk nástěnné granulózy, buněk cumulus granulosa a nakonec od oocytů. Difúze cGMP z oocytu podporuje meiotické obnovení. Navrhuje, aby k difúzi cGMP z oocytu došlo před uzavřením mezerových spojů mezi somatickými buňkami vyvolaným LH, což by mohlo být „rozšířením, které dále zaručí nízkou hladinu cGMP v oocytu nebo cumulus granulosa“.[9]

Rovněž se věří, že pokles cGMP vyvolaný LH v granulózních buňkách je pouze částí části mechanismu, přičemž celý mechanismus zůstává nevysvětlený.[9]

Další čtení

  • Základní reprodukce. Martin H. Johnson. Chichester; Hoboken, NJ: Wiley-Blackwell; 2013; 7. vydání
  • Vývojová biologie. Michael J F Barresi, Scott F Gilbert. Sinauer Associates je otiskem Oxford University Press; 12. vydání edice. ISBN  1605358223

Reference

  1. ^ A b Jaffe, Laurinda A .; Egbert, Jeremy R. (10.02.2017). „Regulace meiózy oocytů savců mezibuněčnou komunikací uvnitř ovariálního folikulu“. Roční přehled fyziologie. 79 (1): 237–260. doi:10.1146 / annurev-physiol-022516-034102. ISSN  0066-4278. PMC  5305431. PMID  27860834.
  2. ^ A b „Meióza v perspektivě“. Filozofické transakce Královské společnosti v Londýně. B, Biologické vědy. 277 (955): 185–189. 1977-03-21. doi:10.1098 / rstb.1977.0010. ISSN  0080-4622. PMID  16283.
  3. ^ A b Mehlmann, Lisa M (prosinec 2005). „Zastavuje a začíná v savčích oocytech: nedávný pokrok v porozumění regulaci zástavy meiotů a zrání oocytů“. Reprodukce. 130 (6): 791–799. doi:10.1530 / rep. 1.00793. ISSN  1470-1626. PMID  16322539.
  4. ^ Pan, Bo; Li, Julang (01.01.2019). „Umění regulace meiotické zástavy oocytů“. Reprodukční biologie a endokrinologie. 17 (1): 8. doi:10.1186 / s12958-018-0445-8. ISSN  1477-7827. PMC  6320606. PMID  30611263.
  5. ^ "Definice germinálních váčků a příklady - biologický online slovník". Články o biologii, výukové programy a slovník online. Citováno 2020-09-30.
  6. ^ Jung, Dajung; Kee, Kehkooi (2014). „Pohled na biologii zárodečných buněk žen: od vývoje in vivo po derivace in vitro“. Asijský deník andrologie. 0 (3): 415–20. doi:10,4103 / 1008-682X.148077. ISSN  1008-682X. PMC  4430939. PMID  25652637.
  7. ^ Liang, Cheng-Guang; Su, You-Qiang; Ventilátor, Heng-Yu; Schatten, Heide; Sun, Qing-Yuan (01.09.2007). „Mechanismy regulující meiotické obnovení oocytů: role mitogenem aktivované proteinkinázy“. Molekulární endokrinologie. 21 (9): 2037–2055. doi:10.1210 / me.2006-0408. ISSN  0888-8809. PMID  17536005.
  8. ^ A b „Zrání oocytů: příběh o zatčení a propuštění“. www.bioscience.org. Citováno 2020-09-30.
  9. ^ A b C d E F G h i j Pan, Bo; Li, Julang (prosinec 2019). „Umění regulace meiotické zástavy oocytů“. Reprodukční biologie a endokrinologie. 17 (1): 8. doi:10.1186 / s12958-018-0445-8. ISSN  1477-7827. PMC  6320606. PMID  30611263.
  10. ^ Jones, Keith T. (01.01.2004). „Zapnutí a vypnutí: Faktor podporující fázi M během meiotického zrání a oplodnění“. Molekulární lidská reprodukce. 10 (1): 1–5. doi:10,1093 / mol / gah009. ISSN  1360-9947. PMID  14665700.
  11. ^ Mehlmann, Lisa M .; Jones, Teresa L. Z .; Jaffe, Laurinda A. (2002-08-23). „Meiotická zástava ve folikulech myší udržovaná proteinem Gs v oocytu“. Věda. 297 (5585): 1343–1345. doi:10.1126 / science.1073978. ISSN  0036-8075. PMID  12193786. S2CID  590157.
  12. ^ Kalinowski, Rebecca R .; Berlot, Catherine H .; Jones, Teresa L.Z .; Ross, Lavinia F .; Jaffe, Laurinda A .; Mehlmann, Lisa M. (2004-03-15). „Zachování zástavy meiotické profázy v oocytech obratlovců cestou zprostředkovanou proteinem Gs“. Vývojová biologie. 267 (1): 1–13. doi:10.1016 / j.ydbio.2003.11.011. ISSN  0012-1606. PMID  14975713.
  13. ^ Tresguerres, Martin; Levin, Lonny R .; Buck, Jochen (červen 2011). "Intracelulární signalizace cAMP solubilní adenylyl cyklázou". Ledviny International. 79 (12): 1277–1288. doi:10.1038 / ki.2011.95. PMC  3105178. PMID  21490586.
  14. ^ A b Shuhaibar, Leia C .; Egbert, Jeremy R .; Norris, Rachael P .; Lampe, Paul D .; Nikolaev, Viacheslav O .; Thunemann, Martin; Wen, Lai; Feil, Robert; Jaffe, Laurinda A. (2015-03-16). „Mezibuněčná signalizace prostřednictvím cyklické difúze GMP mezerovými spoji restartuje meiózu ve folikulech vaječníků myší“. Sborník Národní akademie věd. 112 (17): 5527–5532. doi:10.1073 / pnas.1423598112. ISSN  0027-8424. PMC  4418852. PMID  25775542.