ОНТОГЕНЕЗ, 2013, том 44, № 5, с. 316-330
ОБЗОРЫ
УДК 591.465.12
ФОЛЛИКУЛЯРНЫЕ КЛЕТКИ ЯИЧНИКА АМФИБИЙ: ПРОИСХОЖДЕНИЕ, СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ © 2013 г. В. В. Кондукторова1,2, Н. Н. Лучинская1
1 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова 119991 Москва, Ленинские горы 2Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН 119991 Москва, Вавилова, 32
E-mail: venir5@mail.ru Поступила в редакцию 16.10.12 г.
Окончательный вариант получен 07.12.12 г.
Образование фолликулярных оболочек вокруг ооцитов в формирующемся яичнике и последующая их морфологическая дифференцировка идет "рука об руку" со сменой фаз стероидогенеза, блоком мейоза и его поддержанием, созданием условий для вителлогенеза, роста и созревания ооцитов. Обмен метаболитами осуществляется через щелевые контакты и путем рецептор-опосредованного транпорта через периооцитное пространство. Транспорт ионов в фолликулярных клетках (ФК) регулирует потенциал плазматической мембраны, создавая условия для эффективного направленного транспорта через щелевые контакты. Акцепция разнообразных биологически активных веществ фолликулярными клетками является дополнительным рычагом регуляции состояния системы фолликула. В нашем обзоре мы попытались сделать акцент на ФК амфибий, как на ключевых участниках системы фолликула, тем более, что обзоров, собирающих воедино данные о происхождении ФК у амфибий, их морфологии, регуляции роста и развития ооцита, обнаружить не удалось. Современные работы в этой области, как правило, посвящены исследованию молекулярных механизмов регуляции отдельных этапов в ходе развития ооцита. В обзоре описано происхождение и изменение морфологии фолликулярных оболочек в процессе развития ооцита у Xenopus laevis, приводятся данные о их регуляторных функциях во время вителлогенеза, об участии в стероидогенезе, процессе поддержания блока мейоза и последующем созревании.
Ключевые слова: амфибии, фолликулярные клетки, оогенез, щелевые контакты, вителлогенез, сте-роидогенез.
Б01: 10.7868/80475145013040034
ВОЗНИКНОВЕНИЕ ФОЛЛИКУЛЯРНЫХ КЛЕТОК В РАННЕМ РАЗВИТИИ ООЦИТОВ АМФИБИЙ
Яичники амфибий, так называемые половые валики, удается идентифицировать у шпорцевой лягушки на стадиях метаморфоза (50—54). Это парные органы около 2 мм длиной и 0.7 мм шириной, возникающие как выросты мезентерия на вентральной стороне почки (0§1екка, Ко1ш2, 2004). В мезентерии могут быть выделены две зоны — медуллярный (мезенхимальный) и кортикальный эпителиальный слой, разделенные ба-зальной мембраной (Iwasawa, Уаша§иеЫ, 1984; Ташшига, Iwasawa, 1988; Ра1еош е! а1., 2001). Размножение кортикальных клеток приводит к формированию половых валиков, которые заселяются первичными половыми клетками (ППК). У бесхвостых амфибий ППК являются потомками клеток, унаследовавших в процессе дробления уча-
сток цитоплазмы на вегетативном полюсе зиготы, содержащий факторы, определяющие их дальнейшее развитие. Во время гаструляции в составе энтодермы ППК погружаются внутрь зародыша. На стадии хвостовой почки ППК активно мигрируют на дорсальную сторону зародыша к закладке гонады. Там ППК начинают интенсивно делиться ми-тотически, давая начало многочисленным первичным оогониям. Клетки медуллярного слоя, размножаясь, врастают в центральную часть полового валика между эпителиальными клетками. Оого-нии, вступившие на путь дифференцировки, претерпевают четыре последовательных митотиче-ских деления, в результате которых образуется кластер из 16 цистоцитов, связанных между собой межклеточными мостиками, который называется цистой или гнездом. Каждый цистоцит имеет грушевидную форму, направлен узким концом к центру цисты и уже имеет первые признаки будущей
Рис. 1. Последовательные этапы формирования оболочек ооцита в яичнике шпорцевой лягушки на ст. 62—66.
анимально-вегетативной полярности ооцита (К1ос й а1., 2004). У шпорцевой лягушки 16-клеточная циста входит в профазу первого мейотического деления. Стадии первой мейотической профазы ци-стоциты в яичнике лягушонка проходят синхронно (К1ос й а1., 2004). Эпителиальные клетки кор-текса окружают гнезда и отдельные цистоциты, образуя префолликулярные оболочки (0§1екка, Ко1ш2, 2004) (рис. 1). К поздней пахитене ооциты отделяются друг от друга префолликулярными клетками и теряют связь через цитоплазматиче-ские мостики. Дальнейшее развитие первичных фолликулов происходит асинхронно (Со^^шъ, 1973).
У Хвпорш каждый из 16 цистоцитов дает начало ооциту, в отличие от млекопитающих, где на мыши было показано, что лишь 33% всех ооцитов выживают и формируют первичные фолликулы (РерНп§, $ргаёНп§, 2001), а прочие претерпевают апоптоз. Апоптотические клетки были обнаружены в кортикальной зоне яичника шпорцевой ля-
гушки, и они располагались вне цист (Kloc et al., 2004). Предположительно, апоптозу подвержены префолликулярные клетки.
Мезенхимальные клетки яичника формируют теку — соединительно-тканный слой вокруг первичных фолликулов. Так называемый вторичный фолликул содержит ооцит, покрытый оболочками соматического происхождения: где ФК являются производными эпителиального компартмента яичника, а клетки теки — мезенхимального (Wallace, Selman, 1990; Ogielska, Kotusz, 2004). После формирования оболочек ооцита наступает блок мейоза на стадии диплотены. Гормональная регуляция этого этапа у амфибий не изучена. При исследовании процесса формирования фолликулов во фрагментах яичника теленка in vitro было отмечено, что блок мейоза не наступал, пока не были сформированы оболочки (Fortune et al., 2011).
Факторы, определяющие переход ооцитов к дальнейшему росту, также известны только для млекопитающих (см. обзоры: Buratini, Price, 2011;
Jagarlamudi, Rajkovic, 2012; Kim, 2012; Matsuda et al., 2012). Рост ооцита определяется взаимодействием сигнальных путей ряда факторов, таких как FGFs, Kit-лиганд, NGF, BMPs, PDGF, TGFs и других, синтезируемых клетками гранулезы (ФК) и самим ооцитом. Связывание с лигандами рецеп-торных тирозиновых протеинкиназ (RPTK), ключевой из которых является Kit, вызывает активацию сигнального пути фосфатидилинозитол-3-киназа (PI3K)—Akt. Фосфорилирование Akt приводит к подавлению активности ингибитор-ных молекул ооцита (FOXO, PTEN, AMH и др.), препятствующих началу роста фолликула. Таким образом, ФК в яичнике млекопитающих и, по-видимому, низших позвоночных принадлежит важнейшая роль в регуляции перехода к стадии роста.
МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
ФОЛЛИКУЛЯРНЫХ КЛЕТОК В ПРОЦЕССЕ РОСТА ФОЛЛИКУЛОВ
Морфологическая структура клеток в фолликуле является отражением идущих здесь молекулярных процессов и метаболической кооперации между ооцитом и окружающими клетками. Развитие ооцитов шпорцевой лягушки условно разделяют на 6 стадий (Dumont, 1972).
На стадии I в начале цитоплазматического роста (диаметр 0.05—0.3 мм), уплощенные ФК тесно соприкасаются с плазматической мембраной ооцита. Между собой ФК соединяются адгезионными контактами и десмосомами (Dumont, Brum-mett, 1978; Wallace, Selman, 1990). К концу I стадии ооцит и ФК формируют навстречу друг другу цито-плазматические выросты, и ФК приподнимаются над поверхностью ооцита, формируется перио-оцитное пространство. Между ооцитом и ФК формируются неспециализированные контактные зоны с расстоянием между мембранами 20 нм и более (Browne, Werner, 1984). Наличие щелевых контактов (ЩК) на этой стадии достоверно не установлено.
На стадии II (0.3—0.45 мм) в теке увеличивается количество коллагена, а слой ФК утолщается. Количество и длина микровилли на поверхности ооцита растет, при этом плазматическая мембрана образует эндоцитозные инвагинации между выростами. Микровилли и инвагинации значительно увеличивают площадь поверхности ооцита. ФК утолщаются, и на их поверхности, обращенной к ооциту, формируются макровилли, в количестве 50—70 штук на клетку (наши неопубликованные данные). В результате слой ФК приобретает арочный вид. Морфологически между ооцитом и ФК впервые удается идентифицировать ЩК (Browne, Werner, 1984), создается основа для прямой метабо-
лической кооперации. В периооцитном пространстве островками начинает формироваться желточная (вителлиновая) оболочка (Dumont, 1972). По современным данным, в состав желточной оболочки амфибий входят 6 (возможно, 7) различающихся по молекулярной массе гликопротеинов со сходной доменной структурой входящих в них белков (Harris et al., 1994; Hedric, 2008). Различными методами было показано, что компоненты оболочки у амфибий синтезируются ооцитом (Yamaguchi et al., 1989; Yang, Hedrick, 1997; Kubo etal., 2000), тогда как у костистых рыб в состав желточной оболочки входит белок, синтез которого индуцирован эстрогеном в печени (Hamazaki etal., 1987). Синтез компонентов желточной оболочки в ФК до сего времени не показан.
У некоторых амфибий на превителлогенных стадиях была обнаружена гетерогенность ФК. У рогатки Кранвелла (Ceratophrys cranwelli) различают светлые и более крупные темные ФК, ультраструктура которых указывает на высокую синтетическую активность. Цитоплазма включает большое количество свободных рибосом и шероховатого эндоплазмитического ретикулюма, скопления гликогена и везикулы с электронно-плотными частицами (Villecco et al., 2007).
При исследовании фолликулов у червяг Ichthyo-phis tricolor и Gegeneophis ramaswamii (Beyo et al., 2007) авторы разделили ФК на темные и светлые, основываясь, прежде всего, на структуре хроматина. В ядрах темных клеток хроматин находится преимущественно в неактивном конденсированном состоянии, в отличие от светлых клеток с деконденсированным эухроматином. С развитием ооцита все ФК становятся темными. Эта гетерогенность ФК у некоторых амфибий, по-видимому, связана с различиями в их синтетической активности.
На стадии III (0.45—0.6 мм) тека прорастает кровеносными сосудами, и ооцит активно акцептирует и аккумулирует желток. ФК увеличиваются в объеме. Желточная оболочка к этой стадии образует непрерывный слой в периооцитном пространстве. Микро- и макровилли пронизывают ее, сохраняя прямые контакты ооцита и ФК.
К стадии IV (0.6—1 мм) (рис. 2) скорость вител-логенеза достигает своего максимума. Ооциты этой стади
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.