KOMÓRKI ZARODKOWE: CHARAKTERYSTYKA, TWORZENIE, TYPY, MIGRACJA - BIOLOGIA - 2026

Gdy komórki rozrodcze są komórki prekursorowe gametach u zwierząt z rozmnażania płciowego. Są prekursorami embrionalnymi, które różnicują się z wielu linii komórek somatycznych (soma = ciało) na bardzo wczesnym etapie rozwoju większości gatunków.

Praktycznie wszystkie organizmy rozmnażające się płciowo powstają z połączenia dwóch komórek gamety. Gamety to wyspecjalizowane komórki, które niosą połowę informacji genetycznej jednostki, która je produkuje, ojca i matki (są to komórki haploidalne).

Ludzkie embrionalne komórki macierzyste w hodowli komórkowej. Ryddragyn w angielskiej Wikipedii

Wszystkie gamety produkowane przez zwierzę powstają ze specjalnej linii komórek zwanej linią zarodkową, która rozwija się zgodnie ze złożonym zestawem specyficznych sygnałów. Komórki te reprezentują główny szlak „przenoszenia” genomu i składników cytozolowych z jednego pokolenia na drugie.

Komórki zarodkowe są odpowiedzialne za procesy specjacji i ewolucji, ponieważ to zmiany, które w nich zachodzą, są przekazywane z pokolenia na pokolenie. Ponadto komórki te pośredniczą w przenoszeniu chorób dziedzicznych z rodziców na ich dzieci, zwłaszcza u ludzi.

Charakterystyka komórek zarodkowych

Komórki zarodkowe są „pluripotencjalnymi” lub „totipotencjalnymi” komórkami embrionalnymi, to znaczy mogą różnicować się w prawie każdy typ komórek w odpowiednich warunkach i przy odpowiednich sygnałach. Ponadto są komórkami zdolnymi do „samoodnawiania”, ponieważ są odpowiedzialne za własną regenerację.

Te komórki są jedynymi zdolnymi do wytwarzania gamety, czyli komórek, które mogą tworzyć nowy organizm, właściwość, którą inne komórki zarodka tracą podczas różnicowania.

Niektórzy autorzy uważają je zatem za „komórki macierzyste” gatunku, ponieważ nie tworzą narządów, ale raczej nowe osobniki. Podobnie komórki te są głównym środkiem ewolucji gatunków i nośnikami przenoszenia chorób dziedzicznych, zwłaszcza u ludzi.

Komórki rozrodcze wytwarzają gamety w procesach znanych jako mejoza i gametogeneza (oogeneza i spermatogeneza u wielu zwierząt), które są charakterystyczne i unikalne dla tej grupy komórek.

Kanaliki nasienne z dojrzałymi plemnikami. Nephron

Trening

Komórki zarodkowe odróżnia się wcześnie od innych linii komórek somatycznych podczas rozwoju embrionalnego.

Jak to się dzieje u niektórych bezkręgowców?

Mucha owocowa Drosophila melanogaster. Zrobione i zredagowane przez: Sanjay Acharya

U wielu gatunków, takich jak muszki owocówki D. melanogaster, komórki te powstają z pierwotnych komórek blastuli, które „odziedziczyły” cytozolowy czynnik determinujący zwany „plazmą zarodkową” lub „plazmą zarodkową”, to znaczy: bardzo szczególne blastomery.

Wspomniana plazma zarodkowa zawiera elementy strukturalne i pewną ilość informacyjnego RNA i podczas oogenezy i zapłodnienia podlega różnym ruchom cytozolowym, aby później utworzyć pierwotne skupiska komórek w stadium blastuli, które dadzą początek pierwotnym komórkom zarodkowym.

Blastomery, które mają „plazmę zarodkową”, dzielą się asymetrycznie, dziedzicząc plazmę zarodkową do pojedynczej komórki potomnej. Kiedy zarodek osiąga stadium gastruli, rozpoczyna się równoważny podział tych komórek i populacja pierwotnych komórek w linii zarodkowej rozszerza się.

Jak to się dzieje u ludzi?

Z drugiej strony, u ssaków takich jak człowiek nie stwierdzono udziału „plazmy zarodkowej” w procesie tworzenia pierwotnych komórek zarodkowych, ale raczej specyfikę tej linii określają interakcje komórka-komórka.

Pierwotne komórki rozrodcze we wczesnych stadiach embriogenezy są zlokalizowane w pewnego rodzaju przedziale pozazarodkowym, a u ludzi następuje to około trzeciego tygodnia rozwoju.

Po zdefiniowaniu linii komórek pierwotnych migrują one w kierunku gonad żeńskich lub męskich, gdzie odpowiednio aktywowane są procesy oogenezy lub spermatogenezy.

Interakcja pierwotnych komórek z komórkami somatycznymi gonad, oprócz obecności chromosomów płciowych i innych czynników matczynych, określa determinację płci w linii zarodkowej, chociaż proces ten może się znacznie różnić między gatunkami i kolejny.

Różnicowa ekspresja genów

Aby nastąpiło początkowe „oddzielenie” komórek somatycznych i komórek rozrodczych, pierwszą rzeczą, jaka się pojawia, jest zróżnicowana ekspresja genów, ponieważ w linii zarodkowej następuje represja charakterystycznych genów linii somatycznych, aby rozpocząć „program”. Genetyka komórek zarodkowych.

Podczas procesu tworzenia się komórki te migrują również z miejsca, w którym powstały, do określonego miejsca, w którym utworzą się gonady, czyli tkanki wytwarzające gamety u osoby dorosłej.

Migrację komórek osiąga się również poprzez aktywację całej „maszynerii” migracyjnej i różnych mechanizmów „prowadzących”, które mają do czynienia z wieloma czynnikami genetycznymi i epigenetycznymi (które nie mają nic wspólnego z modyfikacją sekwencji nukleotydów ).

Migracja

Pierwotne komórki rozrodcze, te, które dają początek „prawdziwym” komórkom rozrodczym, powstają z dala od miejsca ich rozwoju i aby się osiedlić, muszą migrować do miejsc, w których znajdują się jajniki i jądra, którymi są żeńskie i męskie gonady. .

Pierwotne komórki rozrodcze są początkowo widoczne podczas gastrulacji jako skupisko komórek u podstawy allantois, która jest błoną pozazarodkową, która tworzy się jako wypływ z pierwotnego przewodu pokarmowego zarodka.

Gastrulacja zwierzęcia diblastycznego. 1-Blastula. 2-Gastrula. Pidalka44

Na tym etapie pierwotne komórki uzyskują spolaryzowaną morfologię, a niektóre eksperymenty wykazały, że wydłużają one długie procesy, gdy są mobilizowane.

Później stają się one widoczne w jelicie grubym, a następnie wyłaniają się z grzbietu jelita i migrują w bok, kolonizując grzbiety narządów płciowych.

Gdy pierwotne komórki przemieszczają się z jelita grubego do otaczającej tkanki łącznej, ta ostatnia wydłuża się, tworząc krezkę jelita (tkankę wyściełającą jelito cienkie i łączącą je ze ścianą brzucha), co zachodzi podczas komórki wychodzą przez ścianę jelita.

Mechanizmy kontrolne

Przybycie komórek prekursorowych do tkanki gonad jest kontrolowane przez komórki somatyczne tych struktur, które najwyraźniej wywierają na te pierwsze działanie „chemoatraktantów”.

Eksperymenty wykazały, że ekspresja genu zwanego fragilis ma duży wpływ na rozwój ruchliwości pierwotnych komórek płciowych.

Gen ten bierze udział w procesach adhezji komórka-komórka oraz w kontroli cyklu komórkowego, dlatego podejrzewa się, że regulacja procesów adhezji może mieć kluczowe znaczenie dla inicjacji procesu migracji.

Jednak niektórzy autorzy uważają, że droga migracji tych komórek jest kontrolowana na poziomie środowiskowym, zamiast być procesem autonomicznym.

W drodze do gonad i już w nich, komórki te rozmnażają się przez mitozę, tworząc wiele klonów, którym udaje się zwiększyć liczbę osobników w populacji komórek.

Rodzaje komórek zarodkowych

Gdy pierwotne komórki rozrodcze dotrą do właściwych tkanek, rozwijają się w żeńskie komórki rozrodcze lub męskie komórki rozrodcze, w zależności od przypadku, oraz w otrzymywane sygnały endogenne i egzogenne.

Żeńskie gonady to jajniki, a męskie - jądra. W tych tkankach pierwotne komórki rozmnażają się szybko, ale wzorce tej mitotycznej proliferacji różnią się między nimi.

Istnieją zatem dwa typy komórek rozrodczych, znane jako oogonia i spermatogonia.

Żeńskie komórki rozrodcze: oogonia

Oogonia. Źródło: Chassot AA, Gregoire EP, Lavery R, ​​Taketo MM, de Rooij DG, et al.

Oogonia to komórki aktywne mitotycznie. Dzielą się intensywnie podczas rozwoju embrionalnego, szczególnie od drugiego do piątego miesiąca ciąży u ludzi, tworząc w ten sposób do ponad 7 milionów tych komórek, chociaż niektóre ulegają naturalnej degeneracji.

Komórki te nie dzielą się ponownie w wyniku mitozy w okresie poporodowym, ale różnicują się okresowo. Jednak na ostatnich etapach rozwoju płodu zaczynają się dzielić mejozą, procesem, który pozostaje w „zatrzymaniu” aż do początku dojrzewania.

Męskie komórki rozrodcze: spermatogonia

Proliferacja spermatogonii różni się nieco od proliferacji oogonii, ponieważ pomimo tego, że zaczynają się one formować i namnażać w jądrach embrionalnych, zachowują zdolność do dzielenia się praktycznie przez całe życie poporodowe.

Kanały nasienne jąder są wewnętrznie ograniczone kiełkującą spermatogonią, a niektóre populacje złożone z tych komórek dzielą się na drodze mitozy. Na początku okresu dojrzewania grupy spermatogonii (pierwotne spermatocyty) zaczynają się dzielić przez mejozę, tworząc wtórne spermatocyty, które dadzą początek haploidalnym spermatydom.

Mutacje

Komórki rozrodcze to „fabryki”, w których produkowane są „pojazdy” do przekazywania informacji z pokolenia na pokolenie. Podobnie komórki te mają ogromne znaczenie dla procesów ewolucyjnych, ponieważ prawie każda modyfikacja, której podlegają, zostanie odciskana na potomstwie.

Można powiedzieć, że DNA wszystkich komórek organizmu jest podatne na mutacje i chociaż mutacje w komórkach somatycznych są ważne w kontekście wielu chorób i innych schorzeń, to nie zawsze wykraczają poza okres życia organizmu. osoba, która je nosi.

Z drugiej strony mutacje linii germinalnych przyczyniają się bezpośrednio do ewolucyjnych procesów genetycznych, ponieważ zmiany te mogą być przekazywane z pokolenia na pokolenie przez gamety i zygoty.

Z tych powodów mutacje komórek rozrodczych mogą być widoczne tylko u potomstwa i bardzo często zależy to od homozygotyczności lub heterozygotyczności dotkniętych genów u każdego z rodziców.

Przyczyn mutacji linii zarodkowej jest wiele, ponieważ mogą one wystąpić w odpowiedzi na sygnały endogenne lub egzogenne. Niektóre z tych mutacji powodują choroby, które mogą być dziedziczone przez linię matczyną lub przez linię ojcowską, w zależności od przypadku.

Guzy zarodkowe

Niekontrolowany podział komórek w prawie każdej tkance organizmu człowieka, jak również u innych zwierząt, może skutkować powstaniem guzów, które mogą być łagodne lub złośliwe.

Te, które powstają z komórek rozrodczych, są zwykle nazywane nowotworami i mogą być:

- Germinomas

- potworniaki

- Raki zarodkowe

- Endodermalne guzy zatok

- Choriocarcinomas

Guzy te mogą występować regularnie w wewnętrznych obszarach gonad, chociaż mogą być również związane z proliferacją lub nieprawidłową migracją pierwotnych komórek rozrodczych, co oznacza, że ​​mogą pojawiać się w różnych obszarach ciała.

Mikrografia elektronowa wewnątrz cewkowego nowotworu zarodkowego w jądrach lub „nasieniaka” (źródło: Nephron via Wikimedia Commons)

Nowotwory związane z pierwotną linią komórek płciowych są znane jako zarodkowce, podczas gdy raki zarodków to te, które pochodzą z embrionalnych komórek „macierzystych” lub komórek pochodnych.

Zwykle pierwotne komórki rozrodcze, które tworzą się w miejscach pozagonadalnych, są wydalane, ale potworniaki są nieprawidłowymi wzrostami pozagonadalnych komórek rozrodczych, którym udało się przeżyć i składają się z przypadkowych mieszanin zróżnicowanych tkanek, takich jak chrząstka, skóra, włosy lub zęby.

Endodermalne guzy zatok to te, które powstają z komórek pochodzących z tkanek pozazarodkowych i które są zróżnicowane, tworząc woreczek żółtkowy endodermy. Jeśli, wręcz przeciwnie, guz tworzy się w warstwie trofoblastycznej, nazywa się go choriocarcinoma.

Guzy zarodkowe jajników stanowią około 20% wszystkich guzów jajnika, są powszechne u dziewcząt i młodych dorosłych do około 20 roku życia i prawie zawsze są potworniakami o charakterze złośliwym.

Wśród nich wyróżniono dysgerminomy, czyli guzy lite i mięsiste o miękkiej osłonie, złożone z agregatów komórek o wielokątnym wyglądzie, z wydatnymi błonami plazmatycznymi i dużą liczbą ziaren cytozolowych.

Bibliografia

1. Carlson, BM (2018). E-book dotyczący embriologii człowieka i biologii rozwoju. Elsevier Health Sciences.
2. Jennings, MT, Gelman, R., & Hochberg, F. (1985). Guzy wewnątrzczaszkowe z komórek płciowych: historia naturalna i patogeneza. Journal of neurosurgery, 63 (2), 155-167.
3. Kurman, RJ i Norris, HJ (1977). Złośliwe guzy zarodkowe jajnika. Human pathology, 8 (5), 551-564.
4. Molyneaux, K. i Wylie, C. (2004). Migracja pierwotnych komórek rozrodczych. International Journal of Developmental Biology, 48 (5-6), 537-543.
5. Pelosi, E., Forabosco, A. i Schlessinger, D. (2011). Tworzenie się komórek zarodkowych z embrionalnych komórek macierzystych i wykorzystanie jąder komórek somatycznych w oocytach. Annals of the New York Academy of Sciences, 1221 (1), 18.
6. Richardson, BE i Lehmann, R. (2010). Mechanizmy kierujące migracją pierwotnych komórek zarodkowych: strategie z różnych organizmów. Nature reviews Molecular cell biology, 11 (1), 37-49.
7. Van Doren, M. (2010). Biologia komórki w cyklu życia komórki zarodkowej. Aktualna opinia w biologii komórki, 22 (6), 707.
8. Wylie, C. (1999). Komórki zarodkowe. Celi, 96 (2), 165-174.