1 Sexuele differentiatie en organogenese van het genitaal stelsel

EMBRYOLOGIE SAMENVATTING

1 Sexuele differentiatie en organogenese van het genitaal stelsel

1.1 Inleiding

Urogenitaal stelsel

uropotisch stelsel

genitaal stelsel: gonaden, inwendige genitalin en uitwendige genitalin

Ontwikkeling urogenitaal stelsel: grotendeels samen, maar

ontwikkeling uropotisch systeem loopt voorop in tijd

ontwikkeling uropotisch systeem is identiek bij man en vrouw

ontwikkeling genitaal systeem hangt af van genotype

1.2 het SRY-gen

SRY (sex-determining Region op het Y-chromosoom)

ontwikkeling van mannelijk genitaal fenotype ( transcriptie thv SRY regio vereist ( vrouwelijk fenotype = default status

codeert voor DNA binding protein (SRY protein)

vroeger TDF: Testis Determining Factor

Ontwikkeling van geslacht: 2 fasen die in relatie staan

primaire sex determinatie: differentiatie van de gonade

secundaire sex determinatie: fenotypische differentiatie

Sex determinatie

testis ontwikkelt igv Y

ovarium ontwikkelt igv XX

als X0: afunctioneel ovarium

als gonade afwezig: default fenotype (v)

Turner Syndroom

45, X0

1 op 2500 pasgeboren meisjes

missen 1 of gedeelte van X-chromosomen die genen dragen voor

ontwikkeling van eierstokken

geslachtshormonenproductie

lichamelijke geslachtsrijping

lengte

oorzaken onbekend

kenmerken:

bij geboorte: (verdwijnt meestal)

opgezwollen hand- en voetruggen

huidplooien aan weerskanten van nek

geringe lengte (niet groter dan 1m47) ( groeihormonen toedienen

pubertijd treedt niet altijd spontaan op omdat eierstokken onvoldoende werken ( behandeling met vrouwelijke geslachtshormonen

brede borstkas met wijd uitstaande tepels

lage haargrens

laagstaande oren en gehoorproblemen

ellebogen die zich niet geheel kunnen strekken

eventuele afwijkingen aan hart, nieren of schildklier

over het algemeen normale intelligentie, met meer gevoel voor taal dan voor ruimtelijk inzicht

Sexuele differentiatie van reptielen is afhankelijk van de temperatuur bij het uitbroeden van eieren: aromatase (zet mannelijke hormonen om tot vrouwelijke) meer tot expressie en/of actiever bij hogere temperatuur

Actuele menselijke Y-chromosoom:

housekeeping genes

testis-specifieke genen voor primaire sex-determinatie en mannelijke gametogenese

Uitsterven van het Y-chromosoom

tropische vlinder Acrea encedon: ontwikkelt chemische stof die iedere zaadcel met Y-chromosoom erin doodmaakt

van alle mannen heeft 7% een ernstig vruchtbaarheidsprobleem waarvan veroorzaakt door nieuwe defecten aan het Y-chromosoom

zeldzame, erfelijke aandoening waarbij X-chromosoom het Y-chromosoom het zwijgen oplegt

Maar er is hoop:

Kaukasische veldmuis Ellobius lutescens: mannelijkheidsgenen ingebouwd in andere gewone chromosomen, dus geen geslachtschromosomen

Y-chromosoom kan zichzelf enigszins repareren

SRY-gen codeert voor transcriptiefactor die lid is van HMG-box transcriptie factor familie (High Mobility Group)

evolutionair sterk geconserveerde familie van transcriptiefactoren

induceren een DNA bending: herkent sequentie ATAACAAT, bindt en zal verschillende delen DNA bij mekaar brengen voor transcriptie ( startsignaal voor primaire sex-determinatie

1.3 Hermafroditisme en pseudohermafroditisme

= intersexualiteit: het lichaam vertoont zowel mannelijke als vrouwelijke kenmerken, hetzij fenotypisch, hetzij geslachtelijk

Hermafroditisme = individu zowel ovaria als testes (vb slakken, wormen, sommige vissen)

Pseudoharmafroditisme = gonade van 1 geslacht gepaard met fenotypische kenmerken van andere geslacht

Androgeen Ongevoeligheid Syndroom (AOS AIS):

XY-chromosomen

niet-functionerende testes in de onderbuik

9/10 uitwendig geen verschil met meisjes met XX-chromosomen

vaak pas ontdekt als menstruatie uitblijft

Andere aandoeningen 46,XY-chromosomen gepaard met vrouwelijk fenotype:

46,XY gonadale dysgenesie (Syndroom van Sweyer)

leydigcelhypoplasie

hermafroditisme

enzymstoornissen in steroidsynthese (17(hsd en 5-alpha-reductase deficintie)

( hoeveelheid testosteron is bepalend voor richting waarin het lichaam zich ontwikkelt

46, XX mannelijk fenotype, SRY positief

azospermie (afwezigheid van zaadcellen in ejaculaat)

ongedifferentieerde gonade differentieert in testis, maar kan geen zaadcellen aanmaken omdat genen voor spermatogenese ontbreken

gevolg van recombinatie in pseudo-autosomale regio van korte arm van Y-chromosoom met X-chromosoom ( X-chromosoom die SRY-regio incorporeerde

46, XX mannelijk fenotype, SRY negatief

( onder SRY-gen regulatoir gennetwerk dat leidt tot primaire sex-determinatie:

DAX-1 (anti-testis gen, op X-chromosoom) in competitie met SRY-gen

(

SRY-gen inactiveert DAX-1 en activeert SF-1

(

SF-1 activeert SOX-9 gen

(

finaal wordt AMH gen (Anti Mullerian Hormone) actief waardoor testis ontwikkelt

46, XY vrouwelijk fenotype:

wanneer SRY-regio ontbreekt

2 kopijen van DAX-1 aanwezig

DAX-1 activeert WNT4 ( ontwikkeling ovarium

4 Siciliaanse broers: XX, fenotype man en huidaandoening (extra dik eelt op handpalmen en voetzolen en sterke aanleg om huidkanker te krijgen) ( foutje in RSPO1 gen (huidcellen en geslachtsorganen)

Zonder werkend RSPO1 is SRY niet eens nodig voor overwinning van mannelijke kant!

1.4 Ontwikkeling van de gonaden

3 fasen:

week 4: ontwikkeling genitale kammen ( WT-1 en SF-1

week 4-6: migratie primordiale kiemcellen in genitale kammen ( expressie van c-kit

week 5 6: ontwikkeling indifferente dipotentile gonaden tot

testis ( SRY en SOX-9

ovarium ( DAX-1 en WNT-4

Week 3-4

regressie pronephros (bij bepaalde vissoorten = definitieve nier)

ontwikkeling mesonephros (bij meeste vissen en amfibien = definitieve nier)

bestaat uit verschillende gesegmenteerde nephrotomen die draineren in mesonephrische ductus (= kanaal van Wolff)

ligt in urogenitale plooi van embryo

Week 4-5: urogenitale plooi bevat:

ductus mesonephricus

nefrotomen

germinale epitheel (afgeleid van mesoderm)

primitieve geslachtsstrengen van gonade

Week 6-7: urogenitale plooi

vorming ductus paramesonephricus (= kanaal van Mller) vanuit uitstulping van oppervlakkig epitheel van urogenitale plooi

indifferente gonade

ductus mesonephricus

mesonephros

vorming metanephros (definitieve nier, caudaal in plooi) vanaf ureterknop die uitstulping is van ductus mesonephricus

1.4.1 De ontwikkeling van de testis

Ductus mesonephricus ontwikkelt, ductus paramesonephricus regresseert

verbinding tussen ductus mesonephricus en primitieve geslachtsstrengen ( SRY codeert voor chemotactische factor

primitieve geslachtsstrengen ontwikkelen zich medullair en vormen primitieve zaadbuisjes zonder lumen

rete testis anastomoseert met buisjes die uitgroeien vanaf mesonephrische ductus

mesonephrische ductus vormt bijbal en zaadleider (vas deferens)

cortex degenereert en wordt tunica vaginalis en albuginea

caudaal fuseert ductus mesonephricus met pars prostatica van sinus urogenitalis voor vomring van ducti ejaculatori (week 9)

Descensus testis

regresserende mesonephros vormt craniaal en caudaal (gubernaculum) een ligament dat aan testis vastzit

gubernaculum begeleidt afdaling van testis naar scrotum

afdaling gebeurt retroperitoneaal

testis via lieskanaal in huidsplooi (scrotum)

Cryptorchidie (lege balzak)

incorrecte afdaling van testis

behandeling aangewezen, anders:

kan testikel verschrompelen

vruchtbaarheidsproblemen

verhoogd risico op testikelkanker

1.4.2 Ontwikkeling van het ovarium

Ductus mesonephricus regresseert en ductus paramesonephricus ontwikkelt verder

primaire geslachtsstrengen regresseren

secundaire corticale strengen vormen vanaf het oppervlakkig epitheel van de coeloomholte

medulla celarm en geen verbinding van geslachtsstrengen met afvoersysteem

ducti paramesonephrici fuseren caudaal tot canalis uterinus

canalis uterinus fuseert met sinus urogenitalis ( vorming vaginale plaat vanuit tuberkel van Mller

regesserende mesonephros vormt ligamenten welke zich vasthechten aan ovarium

Kyste van Gartner = resten van ductus mesonephricus

Mulleriaanse afwijkingen: afwijkingen thv ductus paramesonephricus

1.5 Migratie van de primordiale kiemcellen

Primordiale kiemcellen

ontstaan in epiblast

migreren tijdelijk naar extra-embryonaal mesoderm

migreren terug in embryo naar posterieure wand van dooierzak

migreren via dorsale mesenterium naar genitale kammen

Migratie van primordiale kiemcellen bij vogels

dag 1: thv anterieure kiemschijf

dag 2: in bloedvaten

dag 3: via diapedese gonade gekoloniseerd

Kiemcellen tijdens migratie geleid door C-kit-steel-factor systeem:

c-kit is membraangebonden tyrosine-kinase receptor welke op gametogene kiemcellen, hematopotische kiemcelle nen melanocytogene kiemcellen voorkomt ( ligand: Steel-factor (Stam Cell Factor)

cellen gelegen op migratiepad van primordiale kiemcellen produceren Stam Cell Factor

ligand-receptor binding ( cel met c-kit receptor niet in apoptose

c-kit of Steel mutaties

c-kit gen: migrerende cel heeft geen c-kit receptor, vb: piebaldisme

afwijkingen van pigmentatie: verstoring van ontwikkeling van huidmelanocyten

anemie: onvoldoende ontwikkeling van hematopotische systeem

steriliteit

mutant steel: begeleider cel secreteert geen stam cell factor

Teratomas tg migratieproblematiek:

= congenitale tumoren opgebouwd uit verschillende weefseltypes

ontstaan vanaf verkeerd gemigreerde primordiale kiemcellen die niet de gepaste ontwikkelingsfactoren ontvangen en daarom verschillende weefseltypes gaan vormen

1.6 Secundaire sex-determinatie

= ontwikkeling van het fenotype

2 fasen:

organogenese

pubertaire ontwikkeling

Vrouwelijk fenotype is default ( afunctioneel ovarium bij

wegname indifferente gonade

X0 genotype

Vrouwelijk fenotype oestrogeen-dependent

van foetale gonade

van moeder en placenta

1.6.1 De ontwikkeling van het mannelijk fenotype

Mannelijk fenotype is actief hormoon-dependent proces

anti-Mullerian hormoon van sertoli cel in geslachtsstrengen ( Mulleriaanse structuren regresseren

testosteron van leydig cel in interstitium van testis

Ontwikkeling van externe genitalia tijdens organogenese

week 4: uitwendig is cloacale regio herkenbaar met ventraal genitaal tuberkel en beiderzijds afgezoomd met cloacale plooien

externe genitalia vormen rond cloacale membraan (overdekt cloaca waarin primitieve sinus urogenitalis en einddarm uitmonden)

cloaca splitst in canalis anorectalis en primitieve sinus urogenitalis

week 6: primitieve sinus urogenitalis ontwikkelt, urogenitaal en ano-rectaal deel zijn gescheiden, er is een anale en urogenitale plooi

blaas

pars pelvina:

: wordt parauretrale klier en uretra

: wordt prostaat en uretra

ductus mesonephricus anastomoseert met blaas

urether zal vanaf metanephros afsplitsen

dustus mesonephricus wordt ductus ejaculatorius (m) of regresseert (v)

mesodermale structuren anastomoseren met endodermale blaas

Onder invloed van testosteron: meerbepaald door biologisch meer actieve gereduceerde vorm hydrotestosteron

genitale tuberkel ontwikkeld tot fallus met distaal de glans

urethrale plooien met urethrale groeve sluiten tot penisschacht

genitale wallen zullen scrotum vormen waarin testes indalen

Hypospadias

wanneer vergroeiing urethrale plooien onvolledig gebeurt

glanulaire of coronaire hypospadias: uitmonding urethra thv penis lichtjes naar onder gericht

1.6.2 De ontwikkeling van het vrouwelijk fenotype

sinus urogenitalis (endoderm) vormt vaginale plaat naar craniaal toe

ducti paramesonefrici (kanalen van Muller, mesoderm) versmelten tot uterus met eileiders

vaginale plaat anastomoseert met aanleg van uterus = Mulleriaanse tuberkel

mulleriaanse tuberkel vormt lumen dat tot vagina ontwikkelt

maagdenvlies (hymen) sluit sinus urogenitalis af

urogenitale plooien vormen labia minora

genitale wallen vormen labia majora

tuberculum genitale ontwikkelt tot clitoris

1.6.3 Intersex

Androgen insensitivity syndrome (AIS)

feminising testicle syndroom

XY individu met vrouwelijk fenotype veroorzaakt door mutatie in androgeen receptor (X-linked)

testis produceren mannelijke hormonen maar eindorganen reageren hierop niet

5-alpha-reductase deficientie

interne genitalia ontwikkelen mannelijk, extern vrouwelijk

bij puberteit: testosteron piek ( penis ontwikkelt

gesoleerde families in Turkije en Dominicaanse Republiek (consanguiniteit)

2 Oogenese

2.1 Inleiding tot de gametogenese

Rol van gametogenese: cruciale stap in sexuele reproductie

behoud van ploidie (aantal chromosomen)

verhogen van overlevingskansen

Stappen in de gametogenese

mitotische expansie van primordiale kiemcellen

meiotische recombinatie

productie van haploide cellen om het gemodifierde genoom te verspreiden

Zaadcelproductie:

200 miljoen per dag

ong 5 miljoen per gram testisweefsel

levenslang: 2 triljoen

Eicel productie:

1 per maand

vanaf puberteit tot aan menopauze

500-tal in hele leven van vrouw

2.2 Algemene aspecten van de ogenese

Ogenese

interactief proces tussen somatische cellen en gameten

resulterend in eicellen in meiotic arrest

meiotic resumption leidt tot eisprong

bij bevruchting wort de meiose afgewerkt en kan een embryo zich vormen

De ogenese is een uniek proces

aanmaak grootste cel: 30 m naar 120m

totipotent: induceert embryonale cellijnen na fertilisatie

gespecialiseerd:

maakt zich op voor fertilisatie (zona pellucida, corticale granules )

maakt zich op voor embryogenese (accumuleert mRNAs, cytoplasmatische organellen, eiwitten, vet en glycogeen)

embryogenesis is rooted in oogenesis ( evolutionaire reductie

van aantal eicellen

van grootte

Want:

beschermende en nutritieve eileider

verminderde noodzaak aan dooiermateriaal

Bij differentiatie van eicellen in ovarium belangrijke rol voor:

endodermaal gemigreerde primordiale kiemcellen

mesodermale epitheliale coeloomcellen ( granulosacellen: supportieve rol

mesodermale mesenchymale cellen ( interstitile thecacellen: endocriene rol

Vorming primordiale follikels

kiemcellen differentiren tot ogonia

ogonia worden omringd door 1 laagje mesodermale cellen = granulosacellen

hierrond ontwikkelen vanuit mesenchym laag thecacellen

meiose start tussen week 8 en 12

Verloop ogenese

toename aantal ogonia en vorming van voorraad primordiale follikels (FSH-independent)

nucleaire eicel maturatie

groei en maturatie van de follikel (FSH-dependent)

preantrale groeifase tot secundaire follikel

antrale groeifase vanaf puberteit

ovulatie en bevruchting

2.3 De aanmaak van de voorraad primordiale follikels

Week 8: mitotische expansie

Week 20-24: piek

Ontstane ogonia vatten snel meiose aan en associren met somatische cellen

Ogonia worden enkel tijdens foetale leven aangevuld door mitosen, vanaf geboorte heeft vrouw geen ovarile stamcellen meer en neemt het aantal voortplantingscellen enkel af

Vrouw produceert toch eitjes

verklaring waarom kwaliteit van eitjes van vrouw na 30 afneemt

gemaakt uit stamcellen

afsterfsnelheid van follikels hoog

na chemokuurmiddel Busulfan die eicellen vernietigt, muizen toch weer vruchtbare eitjes

Follikelatresie:

bepaalt aantal follikels in voorraad

apoptose van antrale en pre-antrale follikels

vanaf week 12 in ogonia die

niet in meiose gaan voor maand 7

niet gencorporeerd zijn in follikel structuur

atresie treedt op bij antrale follikels die niet in dominantie gaan

na menopauze alle follikels in atresie

Ovarile reserve = voorraad aan follikels in oarium

Primaire ovarile insufficintie = premature menopauze: bij zeer beperkte ovarile reserve zal vroegtijdige menopauze optreden (voor leeftijd van 40 jaar)

Vruchtbaarheid van een vrouw

afhankelijk van aantal verder uitrijpbare eicellen in ovarile reserve

hoogst tussen 15 en 25 jaar

fecunditeit = kans op zwangerschap op maandbasis

kwalitatief ook afname van ovarile reserve

blootstelling aan mutagene factoren

meer aneuplodie (trisomie 21, miskramen)

Down syndroom

oorzaak: trisomie (deel van) 21

risico stijgt bij vorderende leeftijd van moeder (vanaf 36 jaar)

diagnose stellen voor geboorte:

bij foetus is nekplooi vaak verdikt

meting van neusbotje

bepaling van een aantal stoffen in moederlijk bloed (PAPP-A en beta-HCG)

Fertiliteitspreservatie bij de vrouw

GnRH analogen behandeling: schade aan gonaden voorkomen door tijdelijk stilleggen van ovarile functie middels toedienen van GnRH-analogen voor en tijdens chemo

preservatie van primordiale follikels

oocyte/embryo preservatie

preservatie van ovariumweefsel (ovariumchips)

in vivo bescherming door transpositie of transplantatie

2.4 De preantrale groeifase

2.4.1 De differentiatie van de folliculaire structuur

Pre-antrale groeifase

vorming primordiale follikels

FSH-dependent (follikel stimulerend hormoon)

foetale hypofyse secreteert FSN vanaf week 12

piek FSH rond week 28 (postmenopausale waardes)

hypofysaire secretie dooft rond 2-jarige leeftijd

Primordiale follikel groeit tot secundaire follikel

primordiale follikels aangemaakt tot 6 maand postpartum

vanaf week 16 worden primaire follikels gevormd vanaf sommige primordiale follikels

Primordiale follikel:

1 laagje folliculaire cellen die differentiren tot granulosacellen

omringd door stromale cellen die differentiren tot thecacellen

Primaire follikels

eicellen

omringd door 1 laag cubodale granulosacellen

Secundaire follikel

volume eicel toegenomen

zona pellucida rondom eicel

omgeven door verschillende lagen granulosacellen (stratum granulosa)

waarrond 2 lagen thecacellen: theca interna en externa

Follikel klassificatie

primordiale follikels

oocyten

omringd door afgeplatte pre-granulosa of folliculaire cellen

onderverdeeld in type 1, 2 en 3

primaire follikels

oocyte met 1 laag cubodale granulosacellen

onderverdeeld in type 4 en 5

ook preantrale follikes wanneer tussen granulosacellen nog geen vochtopstapeling

secundaire en tertiaire follikels

oocyte omringd met vele lagen granulosacellen

vochtopstapeling tussen granulosacellen (in antrum) ( antrale follikels

onderverdeeld in type 6 en 7

pre-ovulatoire of Graafse follikel

oocyte met groot antrum

type 8

Pre-antrale groeifase

vorming zona pellucida: mucopolysacchariden van granulosacellen

extracellulaire matrix met dikte van 15 m

opgebouwd door 3 types glycoprotenes: ZP1, ZP2 en ZP3

ZP1 verbindt ZP2 en ZP3 ketens

ZP2 : sperm receptor bij fertilisatie, verzorgt penetratie van zaadcel

ZP3 : sperm receptor bij fertilisatie, beinding eicel-zaadcel en acrosoomreactie

vorming gap-junctions tussen granulosacellen en naar oolemma

proliferatie granulosacellen en FSH-receptor ontwikkeling op granulosacelmembraan

Ontwikkeling van secundaire follikels (3de trimester van foetale periode)

verdere toename aantal granulosacellen met FSH-receptoren

toename aantal thecacellen met LH-receptoren (luteniserend hormoon

Follikel is avasculaire structuur ( bloedvoorziening rond en tussen de follikels

Interactie oocyte en granulosacellen: vorming van een functioneel syncitium om

voldoende nutrinten aan te brengen voor oocyte

metabole beperkingen van oocyte te compenseren

maturisatiestatus van oocyte te controleren

Bloedvoorziening rond follikel speelt belangrijke rol bij endocriene functie van eierstok:

LH gesecreteert door hypofyse

(

thecacellen maken androgenen aan vanaf cholesterol

(

androgenen (androsteendion en testosteron) diffunderen en komen terecht in granulosacellen

(

granulosacellen zullen oiv FSH (hypofyse) androgene aromatiseren tot vrouwelijke hormonen oestron en oestradiol

(

oestrogenen diffunderen naar bloedbaan

Intercellulaire communicatie in ovarium

endocrien: tussen granulosacellen en andere lichaamscellen via oestrogenen

paracrien:

tussen granuloasacellen en thecacellen via te aromatiseren testosteron

granulosacellen wisselen groeifactoren uit met eicellen

autocrien: in oocyte zelf (cytoplasmatische ruimtelijke ordening van mRNAs en protenes = spatial patterning ( polariteit)

vb leptine: doet eetlust afnemen en zorgt ervoor dat adipocyten efficinter vet verbranden

2.4.2 De nucleaire maturatie

= heropstarten van meiose

Tijdens ftale leven: enkel profase van meiose voltrekken(DNA gedupliceerd en door recombinatie gemodifeerd)

Fasen tijdens profase:

leptoteen

chromatine van chromosomen is sterk uitgerekt

onmogelijk individuele chromosomen identificeren

reeds DNA replicatie

elk chromosoom heeft 2 parallelle chromatiden

zygoteen

homologe chromosomen gaan zij aan zij gaan liggen = synapsis

vorming van een eiwitachtige brug = synaptonemale complex

( elk homoloog chromosoom heeft 2 chromatiden (bivalent) en 4 chromatiden door synaptonemale complex verbonden (tetrade)

pachyteen

chromatiden verdikken en verkorten

individuele chromatiden kunnen onderscheiden worden

crossing-over (uitwisseling van genetisch materiaal waarbij genen van ene chromatide uitgewisseld worden met de homologe genen van de andere chromatide)

diploteen

synaptonemale complex wordt ontbonden

2 homologe chromosomen zullen scheiden, maar blijven toch op verschillende plaatsen nog verbonden = chiasmata (crossing-over gaat verder door)

hoge transcriptieactiviteit ( soms vorming RNA lussen rond DNA (lamp brush chromosomen)

diakinese

centromeren gaan uit mekaar

chromosomen zijn nog aan mekaar verbonden aan uiteinden van chromatiden

Dictiaat stadium:

bij oocyte zal meiose stoppen thv diploteen stadium

homologe chromosomen die nog met chiasmata aan mekaar zitten, zijn opgeborgen in een grote kern = germinaal vesikel

= diploteenblok

onderhouden door granulosacellen: secreteren meiotische inhibitoren naar eicel via gap junctions

c-AMP:

aangemaakt in granulosacellen

via gap junctions naar eicel

hoge c-AMP stabiliseren germinal vesicle

c-AMP thv eicel op peil gehouden door

stimulatie adenylaat cyclase ( zet ATP om naar c-AMP

aanvoer purine nucleosiden (vb hypoxanthine) ( inhibitie c-AMP fosfodiesterase ( c-AMP niet verder afgebroken tot 5-AMP

andere inhibitoren, vb: OMI of oocyte maturation inhibitor

2.5 De antrale groeifase

2.5.1 De hypothalame hypofysaire gonadale as

Antrale groeifase

vanaf puberteit

FSH afhankelijk

Hypothalame hypofysaire gonadale hormonale as

gonadotrophine releasing hormoon (klein decapeptide, GnRH) afgescheiden thv hypothalamus

(

via portaal systeem van hypofysesteel in voorkwab

(

basofiele cellen scheiden gonadotrofines (FSH en LH ( zoeken ahw de gonaden op) af in bloedbaan

(

LH en FSH actief thv theca- en granulosacellen

(

secretie van oestrogenen thv ovarium

(

oestrogenen benvloeden andere organen hormonaal + oefenen negatieve feedback uit naar hypofyse en hypothalamus toe

Tijdens foetale leven: Hpt-Hp-gonadale as actief

foetaal FSH

foetale en maternele oestradiol

GnRH-pompje

sommige vrouwen zullen geen eicellen uitrijpen omdat ze geen GnRH afscheiden

via infuuspompje wordt met enige regelmaat een kleine hoeveelheid GnRH in bloedbaan gebracht ( hypofyse weer FSH en LH afgeven

2.5.2 De puberteit

Tijdens kinderjaren: Hpt-Hp-gonadale as in rust

laag FSH

zeer laag oestradiol

genduceerd door zeer gevoelig feedback mechanisme: laag oestradiol inhibeert as

centrale niet-steroidale GnRH suppressor

Vanaf puberteit: Hpt-Hp-gonadale as start op

toename van FSH secretie

toename oestradiol secretie door ovarium

feedback minder gevoelig

afname centrale genera suppressor functie

( afscheiding GnRH thv hypothalamus neemt toe

toename puls frequentie

toename puls amplitude

( ovarile cyclus orchestreren

Start puberteit afhankelijk van

erfelijke factoren

socio-economische en psychologische factoren ( in Westerse landen steeds op jongere leeftijd

Klinische fases van de puberteit

borstontwikkeling (thelarche): rond leeftijd van 9 10 jaar

pubarche: aanvang schaamhaargroei (10 11 jaar)

groeispurt (12 13 jaar): belangrijke toename in lichaamslengte

menarche (13 jaar): eerste periode van vaginaal bloedverlies = doorbraakbloeding teweeg gebracht door continue lage oestrogeenstimulatie naar het baarmoederslijmvlies toe

1ste ovulatie (14 jaar)

2.5.3 De cytoplasmatische en nucleaire eicel uitrijping in het antrale follikel

Antrale groeifase = eindfase folliculaire groei

belangrijke opbouw van zona pellucida

verhoogde transcriptieactiviteit en protenesynthese

heropstarten meiotische deling

cytoplasma

voorraad intracellulair calcium ( activatie

proteolytische enzymes opgeslagen in granules net onder zona pellucida ( polyspermieblok

oiv glutathion afbouw van disulfidebruggen thv protamines die DNA verpakken ( vorming pronucleus

belangrijke opbouw aan voorraad mRNAs ( vroege embryogenese ondersteunen tot aan het moment dat het embryonaal genoom geactiveerd zal worden

Resumption of meiosis: productie MPF (meiosis-promoting factor, maturation-promoting factor)

inactief MPF:

cycline-B ( neemt toe naarmate eiceluitrijping vordert

P34CDC2 ( constante hoeveelheid

tijdens G2-fase bindt CDC2 met cycline-B ( preMPF (gefosforiliseerde toestand)

inactieve preMPF gedefosforileers ( actief MPF

afbraak kernmembraan = germinal vesicle breakdown

chromosoom condensatie

vorming spoelfiguur

activatie cycline proteolyse ( cycline afgebroken waardoor cel terug in G1 fase van celcyclus

diploteenblok: inactief MPF niet gedefosforileer door hoge c-AMP

antrale fase: afname c-AMP waardoor actief MPF ontstaat en M-fase celcyclus aangevat kan worden ( LH-piek induceert daling c-AMP:

LH-piek

(

vrijmaken van calcium en inositol trifosfaat (intracellulaire mediator ( calcium vanaf ER vrijgemaakt) thv granulosacellen

(

via gap juncties in cytoplasma eices

(

afbraak van c-AMP promoten door toename Ca2+ in eicel

(

hervatten meiose

Na LH-piek:

diakinese voltrekt zich

metafase zal zich vormen

actief MPF wordt door proteolyse gedegradeerd

cel in anafase: homologe chormosoomparen gaan uit elkaar

eerste telofase ( 2 dochtercellen met haplod aantal chromosomen

proteolyse van cycline-B opgehouden en opnieuw cycline-B aangemaakt

cycline-B bindt opnieuw P34CDC2 ( actief MPF ( eicel in metafase-II (metafaseplaat van chromosomen)

Metafase I ongelijke opdeling cytoplasma ( ontstaan oocyt in metafase-II en eerste poollichaampje (polocyte)

( ovulatie: eicel in arrest metafase II

2.5.4 De morfologische en hormonale veranderingen van de antrale follikel

Morfologische verandering thv follikel tijdens antrale groeifase:

vochtholte tussen granulosacellen neemt toe in volume door actieve secretie door granulosacellen ( ontstaan enorme vochtholte afgelijnd met granulosacellen waarin oocyte vastgehecht is en omringd wordt door krans van granulosacellen (corona radiata)

cumulus oophorus = corona radiata met daarin oocyt

geheel: mature of Graafse follikel

granulosacellen hebben ook LH receptoren ontwikkeld net als thecacellen

toename aantal FSH receptoren op granulosacellen ( hoge aromatase activiteit ( massaal oestrogenen aanmaken ( opbouw endometrium baarmoeder + negatieve feedback hypofyse en hypothalamus

follikel die best kan aromatiseren bijkomende FSH-receptoren ( bij lage FSH spiegels blijven functioneren (rest in apoptose) = dominante follikel

Polycysteus-ovariumsyndroom (PCOS) of Stein-Leventhal syndroom

bijna 1 op 10 vrouwen

aromatisatie van testosteron naar oestrogeen niet naar wens ( follikeluitrijping in gedrang

vaak cysten op eierstokken aanwezig

veroorzaakt of gepaard met hormonale afwijkingen

overmaat aan androgenen ( hirsutisme:

acn

vet haar

overdreven haargroei in het gelaat, op ledematen en romp

diagnose indien 2 van de 3 criteria:

hyperandrogenisme: vetzucht, overbeharing en verhoogde androgenen in bloed

chronische anovulatie (uitblijven eisprong)

polycysteuze ovaria: vergroot en vertonen kralensnoer van ophelderingen (follikels)

verminderde vruchtbaarheid

behandeling: anti-oestrogenen of gonadotrofines of ovarile drilling

2.6 De ovulatie

Stijging LH doet granulosacellen

(cumuluscellen) hyaluronzuur secreteren ( mucinatie van de cumuluscellen: gap juncties naar oocyte onderbroken en stop in transfer

meer c-AMP aanmaken waardoor

enzymes geactiveerd die lyse van follikelstructuur induceren

plasmine

collagenase

lysozymes

hydrolases

prostaglandines, histamines en bradykinines aangemaakt worden waardoor ruptuur optreedt

Toegenomen antrale vochtdruk en enzymatische lyse onderlinge cellen

(

folliculaire ruptuur met loskomen cumulus oophorus die samen met antralevocht in buikholte vrijkomt

(

metafase-II oocyt vrij in buikholte omringd door laag cumuluscellen

+ granulosacellen die in follikel overblijven maken oestrone, oestradiol en progesteron (vanaf cholesterol)

Corpus luteum = geel lichaampje

geluteniseerde granulosacellen (gele kleur ( lutene)

geen zwangerschap ( degeneratie corpus luteum = luteolyse ( afschilferen van endometrium thv baarmoederwand ( menstruatiebloeding

Gonadotrofines in de kliniek

menopauzale vrouwen ( FSH en LH in urine: ovarile reserve uitgeput ( geen oestrogenen meer aangemaakt ( geen negatieve feedback naar hypothalamus en hypofyse ( gonadotrofines in verhoogde mate afgescheiden

2.7 De ovulatie

Hormonale veranderingen door uitrijpen van een follikel:

folliculaire fase: vanaf menstruatie tot eisprong ( oestrogeen

endometrium ontwikkelt, epitheel groeit aan en doorbloeding neemt toe

cellen binnenzijde baarmoederhalskanaal maken meer slijm aan ( natuurlijke barrire om opstijgende infectie te vermijden vanuit de vagina naar de uterus toe

kwaliteit slijm verandert: minder taai en meer rekbaar, 3D herorganisatie om als het ware kanalen te vormen = varenbladvorming of ferning ( doorgankelijkheid voor zaadcellen

luteale fase: na eisprong tot menstruatie ( progesteron

kwantiteit en kwaliteit slijm nemen af

endometrium wordt doorspekt met gekronkelde bloedvaten ( endometriale crypten (( eventuel implantatie)

thermoregulatorisch centrum thv CZ benvloed ( stijging kerntemperatuur

zwangerschap: endometrium decidualiseert en vormt decidua

geen zwangerschap: endometrium sterft en schilfert af ( menstruele bloed

3 Spermatogenese

3 soorten celtypes in de testis:

germinale cellen: exocriene functie van de testis

leydigcellen

sertolicellen

endocriene functie van de testis ( rol in

sexuele differentiatie van het individu

regulatie van spermatogenese

aanmaak van semnaal plasma door accessoire geslachtsklieren

potentie en ejaculatie

3.1 Spermatogonia: de testiculaire stamcellen

Spermatogenese

in testis

start vanaf puberteit (12-14 jaar)

foetaal: vanaf primordiale kiemcellen ontwikkelen zich gonocyten die slechts verder differentiren tot spermatogonia van type A

spermatogonia type A ~ progenitorcellen: onbeperkt mitosen en verdere differentiatie)

spermatogonia unipotent ( ontwikkelingshirarchie (! vanaf spermatogonia kunnen toch cellen van andere weefsels gedifferentierd worden in vitro ( pluripotent !)

primordiale germinale cellen (PGCs)

(

migratie naar genitale kammen

(

inclusie in primaire geslachtsstrengen

(

gonocyten

(

proliferatie

(

arrest in G1 fase

(

herstart van de celcyclus

(

aanmaak spermatogonia type A

Primordiale kiemcellen enkel in co-cultuur samen met somatische cellen ( geen syncytia

gonocyten noodzaak voor co-cultuur met specifieke somatische cellen: Sertolicellen ( gelimiteerde differentiatie potentiaal

spermatogonia type A in co-cultuur met sertolicellen, duidelijke incomplete cytokinese ( syncytiumvorming

Spermatogonium type A is progenitorcel van adulte testis, kan 3 richtingen uit:

mitose ondergaan en zichzelf hernieuwen (self-renewal)

differentiren naar een ander type spermatogonium (in principe pas vanaf puberteit)

geprogrammeerde celdood = apoptose

Testiculaire stamcelrenewal

model van Clermont: verschillende subtypes spermatogonia type A die zich elk op zichzelf kunnen vernieuwen en onderling een beperkte dedifferentiatie vertonen

model van Huckings en Oakberg: 1 hernieuwende spermatogonium en alle andere types zijn hieruit gedifferentieerd

( bij mens 2 populaties stamcellen:

1 populatie die enkel zichzelf vernieuwd

1 populatie die bij verdere delingen naar differentiatie toe ontstaat: 1 dochtercel zal gaan differentiren, de andere zal identiek blijven aan de delende moedercel

Theoretisch kan elk spermatogonium A1 uiteindelijk 4096 spermatozoa aanmaken (door renewal capaciteiten van progenitor spermatogonia type A), maar in praktijk veel lager:

normale apoptose: noodzakelijk mechanisme om cellulaire homeostase te voorzien tussen de uitrijpende voortplantingscellen en voedende Sertoli cellen

toename apoptose door

overmatige testiculaire opwarming

toxische stoffen

blootstelling aan straling

wegvallen van hormonale stimulatie

Cellulaire activiteit in testis tijdens foetale en prepubertaire periode:

hernieuwen van stamcellen (spermatogonia type A)

cellulaire homeostase dankzij apoptose

Testiculaire stamcel transplantatie

spermatogenese = continu proces waarbij door mitose en meiose rijpe zaadcellen gevormd worden vanaf testiculaire stamcellen (spermatogonia type A)

spermatogenese kan genduceerd worden vanaf getransplanteerde stamcelbevattende testiculaire celsuspensies

in theorie is het mogelijk om cellen in te banken voor enige steriliserende behandeling plaatsvindt en na genezing opnieuw spermatogenese te induceren door autologe testiculaire stamcel transplantatie

3.2 De puberteit: de spermatogenese start op

populatie type A spermatogonia zal sterk expanderen via mitose ( testes in volume toenemen

verder differentiatie naar spermatogonia type B = opstarten spermatogenese

( opstarten bepaald door hormonale veranderingen in hypothalame-hypofysaire-gonadale as (correcte secretie van FSH en LH)

3.3 De spermatogenese na de puberteit

3.3.1 Algemene anatomie

spermatogenese in testiculaire lobules welke gescheiden worden door septula testis uitgaand van de stevige tunica albuginea

(

tubuli recti collecteren zaadcellen

(

rete testis

(

ductuli efferentes

(

epididymis: maturatie en stockage

(

Bij ejaculatie via ductus deferens tesamen met seminaal plasma vanuit de vesiculae seminales en prostaat via ducti ejaculatorii en urethra

Testiculaire lobules: 2 compartimenten

tubuli seminiferi (zaadvormende buisjes)

gepakt in 300 lobules

75% van testis volume

peritubulaire cellen, germinale cellen en Sertoli cellen

1000-tal buisjes per testis

hoefijzervormig ( aan beide einden anastomoseren met het afvoersysteem richting epididymis en zaadleider

totale lengte aan zaadbuisjes: 360-390 m

interstitium: leydigcellen

3.3.2 De spermatogenese op cytologisch vlak

Belangrijke stappen in spermatogenese:

proliferatie van germinale stamcellen: continue celdeling thv populatie stamcellen (volwassen)

mitose en differentiatie van germinale cellen:

spermatogonia A (46XY, 2N)

(

mitose en differentiatie

(

16 spermatogonia B (46XY, 2N)

(

primaire spermatocyten (46XY, 4N) (~oocyten bij vrouw)

meiose

preleptoteen primaire spermatocyten (46XY, 4N)

(

secundaire spermatocyten

(

tweede meiotische deling

(

spermatiden (23X of 23Y, 1N)

differentiatie: spermatiden differentiren verder tot spermatozoa

vorming acrosoom vanaf Golgi apparaat via acrosomale granule en acrosomaal vesikel ( functie bij penetratie van eicel tijdens bevruchtingsproces

vorming centriole vanaf flagellum

mitochondrin herschikken rond flagellum

structurele veranderingen in kern:

DNA sterk gecondenseerd

histonen vervangen door minder volumineuze protamines

alle overbodige celorganellen worden afgestoten als residual bodies ( worden gefagocyteerd door Sertolicellen

Cyclus van de spermatogenese: continue aanmaak van germinale stamcellen gevolgd door deling en celdifferentiatie waarbij spermatogenetische cellen zich gradueel encentripetaal verplaatsen naar het lumen van de zaadbuisjes (ongeveer 3 maand)

Cyclus seminifere epitheel: 6 stadia, vb

stadium I: spermatogonia, primaire spermatocyten en spermatiden

stadium II: spermatozoa

( gevolg van clonale oorsprong van de verschillende stadia en de helicodale structurering van de germinale cellen in de tubuli seminiferi

3.3.3 De Spermatogenese op histologisch vlak

Bloed-testis barrire

lamina basalis in tubuli seminiferi afgelijnd met Sertolicellen waartussen germinale cellen vastgeankerd dmv ectoplasmatische structuren van Sertolicellen ( belangrijk in onderhouden van spermatogonese

sertolicellen onderling verbonden door tight junctions ( verdelen tubulus in 2 compartimenten

basaal: spermatogonia-stamcellen tot preleptotene primaire spermatocyten

luminaal: germinale cellen ondergaan veranderingen thv celmembraan ( krijgen antigenetische eigenschappen

verhindert dat het lichaam een immunologische afweer tegen eigen, doch nu lichaamsvreemde spermatozoa zal instellen

schade ( vorming anti-sperma antistoffen (IgA en IgG) die motiliteit en bevruchtend vermogen van zaadcellen kunnen aantasten

controle ligt bij Sertolicellen: bepalen welke molecules naar germinale cellen toe kunnen in intraluminaal compartiment

Zaadcel in de kiem gesmoord: Adjudin

verbreekt verbindingen tussen rijpende zaadcel en zijn verzorger (Sertolicel)

bij orale toediening: leverontstekingen en verschrompelende spieren

gekoppeld aan geslachtshormoon FSH dat biologisch inactief gemaakt is ( enkel thv teelballen

effect is omkeerbaar

Sertolicel: functies

voeding voor germinale cellen

transport en controle:

verplaatsing germinale cellen over bloed-testis barrire

vrijlating spermatozoa vanaf ectoplasmatische specialisaties

secretie luminale vloeistof welke door verhoogde hydrostatische druk mee spermatozoa zal afvoeren

fagocytose van residual bodies en gedegenereerde germinale cellen

aromatisering van testosteron naar oestradiol (~ granulosacel bij vrouw)

endocriene, paracriene en autocriene regulatie van spermatogenese

3.3.4 Endocriene aspecten van de spermatogenese

Via hypothalame-hypofysaire-testiculaire as dmv hormonen

oiv centrale neuro-transmitters en neuropeptiden

(

hypothalamus secreteert GnRH op pulsatiele wijze in hypofysair portaal systeem

(

basofiele cellen thv voorkwab hypofyse recepteren GnRH

(

secretie LH en FSH in bloedbaan (analoge structuur als vrouwen)

(

LH stimulert Leydigcellen in interstitile compartiment van testis

FSH stimuleert Sertolicellen

Thv Leydigcellen:

LH bindt op LH-receptor Leydigcel

(

intracellulair ATP wordt omgezet naar cyclisch AMP

(

cAMP activeert cellulaire protenekinasen

(

enzymatische processen starten die leiden tot productie van testosteron vanaf cholesterol

Testosteron:

endocriene effecten: afgegeven in bloedbaan, voor 98% gebonden aan carrierprotene SHBG (Sex Hormone Binding Globulin)

ontwikkeling en onderhouden van secundaire geslachtskenmerken

aanmaak van seminaal plasma door accessoire geslachtsklieren (trofisch effect op prostaat en zaadblaasjes)

lange feedback: regulatie van secretie van GnRH en LH via receptoren op hypothalamus en hypofyse

paracriene effecten: in synergie met FSH stimulatie van Sertolicel tot secretie van inhibine en oestradiol (endocrien) en ABP (Androgen Binding Protein, paracrien)

Thv Sertolicel:

receptie FSH

(

vorming cAMP

(

activatie protenekinasen

(

activatie aromatasen in de cel

(

omzetting testosteron tot oestradiol

productie inhibine ( lange negatieve feedback naar hypofyse ( FSH(

oiv FSH en testosteron ( productie ABP (Androgen Binding Protein) ( bindt testosteron ( in lumen tubuli seminiferi ( hoge locale testosteronconcentratie ( meiose en verdere spermamaturatie

Oestradiol:

lange negatieve terugkoppeling thv hypothalamo-hypofysaire eenheid

korte negatieve feedback thv Leydigcel waardoor productie testosteron (

Thv germinale cellen:

FSH stimuleert eerste stappen (mitoses van verschillende types spermatogonia A) en laatste stappen (spermiogenese) in spermatogenese ( stimulatie via Sertolicel mogelijk via hormonen (SCSGF of Sertoli Cell Secreted Growth Factor)

aanmaak paracriene stoffen (chalonen en gonadocrinines)

Mannenpil

fysiologische feedback mechanismen misleiden om productie van gameten te beletten

toediening testosteron ( gonadotrofine secretie ( ( spermatogenese stilgelegd

bijwerkingen:

toch nog aanwezig blijven van zaadcellen in zaadstaal

acn, vet haar en gemoedsstoornissen

3.4 Factoren die de spermatogenese benvloeden

Fysiologische factoren

voeding:

gebrek vitamine A ( degeneratie spermatozoiden

gebrek vitamine E ( degeneratie spermatiden

vascularisatie: spermatogenese optimaal als temperatuur 2 4 C lager dan lichaamstemperatuur ( plexus pampiniformis! ( verstoring tgv spatader kan meiose en spermiogenese nadelig benvloeden

Latrogene factoren

straling: radioactieve straling vanaf 80 cGy ( azospermie door vernietiging spermatogonia A

Opm: gonaden zullen geen nieuwe zaadcellen aanmaken, maar reeds voordien aangemaakte spermatozoa verschijnen nog geruime tijd (maturatie depletie periode), wel groot gevaar op chromosoomafwijkingen

medicatie: antitumorale medicaties kunnen ook definitieve uitschakeling van spermatogenese veroorzaken

3.5 Testiculair dysgenese syndroom

= verminderde spermakwaliteit en toename in testiskanker, hypospadie en niet-ingedaalde testes (cryptorchidie)

( blootstelling aan hormoonverstorende stoffen tijdens embryonale fase

( minder Sertolicellen

minder zaadcellen op volwassen leeftijd

minder anti-Mulleriaans hormoon ( controleert indaling testis en mogelijk celdeling van stamcellen in testis ( cryptorchidie en ongecontroleerd delen van stamcellen (( ontstaan carcinoma-in-situ = voorloper van testiscarcinoom, bestaande uit kiemcellen met maligne kenmerken genesteld op basale membraan van tubuli seminiferi)

Vooral hormoonverstorende stoffen die zich kunnen hechten op oestrogeenreceptoren worden geacht de testiculaire ontwikkelingsstoornissen te veroorzaken = xeno-oestrogenen (endocriene disruptors)

bootsen effect van echte hormonen na

zwakken effect van hormonen af

blokkeren geheel effect van natuurlijke lichaamseigen hormonen

Oestrogenen: echte en xenos

Diethylstilbestrol (DES-hormoon)

in jaren 50 gebruikt om miskramen tegen te gaan

DES-dochters: op latere leeftijd kanker

DES-zonen: hypospadias (pisbuis halverwege penis), cryptorchidie, zaadcelproductie verstroord

contraceptieve pil of pil na menopauze bevat ethinyl-oestradiol dat via urine in water terecht komt ( effect op mannelijke vruchtbaarheid

xeno-oestrogenen: PCB, dioxine en sommige pesticiden ( bij man afwijkingen geslachtsorganen en verminderde vruchtbaarheid

3.6 De ejaculatie

prikkeling sympatisch zenuwstelsel (peristaltische contracties spierwand epididymis en vas deferens

(

vocht met zaadcellen daar opgeslagen door ductus ejaculatorius naar prostaat

zaadblaasjes scheiden 2-3 ml dikke alkalische vloeistof af in prostaat

prostaat voegt 1-2 ml waterig, zuur prostaatsecreet toe

(

door contracties rond urethra uit urethra verdreven

blaas afgesloten (retrograde ejaculatie voorkomen)

Zaadcel:

functies: aanbrengen haploide set chromosomen en activeren ontwikkelingsproces

kop: herkenningsfunctie en genetische vracht (sterk gecondenseerde haplode kern)

staart: propeller om cel voort te stuwen (lang flagellum opgebouwd uit microtubuli)

middenstuk: motor vol energie (mitochondrin die voedingstoffen uit omgeving omzetten in ATP)

4 Fertilisatie

Rol van fertilisatie

herstellen van somatische diplodie

overdracht gemodificeerd genoom naar volgende generatie

trigger van reeks metabole reacties die tot embryogenese leiden

4 stappen van fertilisatie:

gameetinteractie

eicelpenetratie door het spermatozoon

fusie van genoom van zaad- en eicel

activatie van eicelmetabolisme

4.1 De gameetinteractie

4.1.1 De gameetinteractie bij zeegels

5 stappen:

chemo-attractie van zaadcellen

acrosoomreactie

penetratie van extracellulaire omhulsel (gransulosacellaag bij zoogdieren) en binding aan extracellulaire matrix (zona pellucida bij zoogdieren)

penetratie van extracellulaire matrix

fusie van plasmamembranen

Onderzoek op zeegelmodel: injectie van kaliumchloride rond orale zijde ( gameten komen vrij ( gemakkelijk om in vitro studies te verrichten

Chemo-attractie:

zorgt ervoor dat zaadcellen van een bepaalde soort zich begeven naar eicellen van dezelfde soort

mature eicellen secreteren resact (chemische substantie) die gradint rondom eicel creert, zaadcellen volgen deze gradint (chemotaxis)

resact in extracellulaire matrix van zeegeleicel (gellaag die eicel omringt)

zeegelzaadcel heeft transmembranaire resact-receptor

receptor-ligand binding

(

verhoging mitochondriale ATP productie in zaadcel en verhoogde ATP-ase activiteit thv dynene-armen van flagel

(

zaadcellen sneller bewegen, wanneer gradint verhoogtt richting eicel, zal snelheid toenemen

Acrosoomreactie

proteolytische enzymen van acrosoom komen vrij om extracellulaire omhulsel te doordringen

gecontroleerde exocytsose:

gellaag zeegeleicel bevat jelly-factor (polysacharide dat herkend wordt door zaadcelreceptor)

(

celmembraan van zaadcel fuseert met membraan die acrosoom overdekt

(

enzymen vrij die extracellulaire omhulsel oplossen

Binding aan extracellulaire matrix

na exocytose gaan voorraad globulaire actinemolecules polymeriseren tot lange actine filamenten bij zaadcel

(

ontstaan van acrosomale processus waarop specifieke acrosomale protenes (bindine, soortspecifiek)

(

binding op specifieke eicelreceptor op extracellulaire matrix van eicel (vitelliene enveloppe, aantal receptoren op vitelliene enveloppe voor bindine is beperkt)

Penetratie van extracellulaire matrix en fusie van celmembranen

binding zaadcel en eicel

(

lokale lyse van vitelliene enveloppe

(

polymerisatie van globulaire actinemolecules tot lange actinefilamenten bij eicel

(

vorming fertilisatie conus vanaf microvilli van eicelmembraan waarop zaadcel verankert

(

celmembranen versmelten oiv fusiogene eiwitten (oa bindine)

(

ontstaan cytoplasmabrug tussen zaadcel en eicel door extracellulaire matrix

(

via cytoplasmabrug wordt zaadcel genternaliseerd in cytoplasma eicel

4.1.2 De gameetinteractie bij zoogdieren

Zaadcelmigratie in de vrouwelijke genitale tractus

chemo-attractie minder noodzakelijk, want bevruchting verloopt intern

ejaculatie: enkele honderden miljoenen zaadcellen (( distale ampulla eileider: slechts enkele honderden zaadcellen ( belangrijke selectie thv cervicale mucus + enkel normaal beweeglijke zaadcellen kunnen distale ampulla bereiken

cervixslijm vrij ondoordringbare visceuze prop, behalve dagen voor eisprong: hoge oestrogeenspiegels veranderen fysio-chemische eigenschappen van mucus ( doordringbaar voor zaadcellen

enorm snel (binnen 30 min in eileider) ( andere mechanismen (oa contracties baarmoederspier)

De hyperactivatie en capacitatie: tijdens verblijf in vrouwelijke genitale tractus ondergaan spermatozoa fysiologische veranderingen

hyperactivatie: ze gaan sneller en vinniger bewegen; meestal in-vitro bestudeerd

in waterige oplossingen (niet-lineaire verplaatsingen (( eileider visceuzere oplossingen (eerder lineaire bewegingspatroon)

met computer assisted sperm motility analysers (CASMAs)

capacitatie: ze verkrijgen de capaciteit om acrosoomreactie te ondergaan

genduceerd door calcium, bicarbonaat en albumines

tijdelijk transint proces ( kans tot bevruchting beperkt in tijd

kans tot bevruchting vergroten: translocatie zaadcellen = niet-gecapaciteerde zaadcellen kunnen tijdelijk hechten aan epitheelcellen eileider, dus minder zaadcellen tegelijk richting eicel

stappen

albumines uit vrouwelijke genitale tractus binden met cholesterol uit zaadcelmembraan

(

verhoogde influx voor Ca2+ en bicarbonaat + efflux kalium

(

activiteit van adenylaatcyclase enzym verhoogt

(

meer cAMP aangemaakt vanaf AMP

(

enzym protene-kinase A geactiveerd

(

fosforylatie van cytoplasmatische eiwitten

activatie enzym protene-tyrosine kinase

inhibitie enzym fosfotyrosine-fosfatase

Acrosoomreactie

Dankzij hypergeactiveerd zwempatroon kunnen gecapaciteerde zaadcellen doorheen extracellulaire mantel van eicel (laag granulosacellen)

(

bereiken buitenkant zona pellucida

(

specifieke receptorbinding met ZP3-receptor (enkel functioneel als carohydraat uiteinden intact)

(

acrosoomreactie thv zaadcel geactiveerd: massieve Ca2+-influx ( gecontroleerde exocytose

(

fusie van zaadcelmembraan en acrosomale membraan

(

secundaire binding met ZP2-receptoren

(

stevige verankering van zaadcel met zona pellucida van eicel

Anticonceptie door blokkering ZP-glycoprotenes

cavia: PH20 (equivalent ZP2-receptor bij mens) injecteren ( antistoffen die spermatozon-zona pellucida binding verhinderen (in-vivo: slechts tijdelijk)

mens: vaccin op basis van ZP3-receptor ( geen volledige blokkage ( alternatieve mechanismen naast ZP-glycoprotenes?

Globozospermie

zaadcellen met ronde, kleine koppen

ontbreken van acrosoom en enzymen die wand van eicel doorlaatbaar maken voor zaadcel ( bevruchting kan niet plaatsvinden

erfelijke factoren

behandeling: ICSI waarbij gameetinteractie omzeilt wordt

De penetratie en membraanfusie: zaadcelmembraan thv posterieure membraan eiwit fertiline ( kan alfa-6-bta-1 intrigine thv eicelmembraan binden ( membraanfusie

fusie start thv equatoriale segment zaadcel

door membraanfusie wordt zaadcel genternaliseerd in cytoplasma eicel

4.2 Polyspermieblok

Op moment penetratie zal laatste meiotische deling in eicel vervolledigen

Polyspermie:

meer dan 1 zaadcel bevrucht een eicel

gevolg: polyplodie:

meer dan 1 centriole in eicel gebracht + meer dan 2 haplode sets

(

meer dan 1 spoelfiguur wordt gevormd

(

abnormale klievingsdelingen

(

elke cel verschillend aantal chromosomen

(

embryo ontwikkelt niet en zal desintegreren

4.2.1 Het vroege polyspermieblok

= transinte verandering van membraanpotentiaal

zeegeleicel heeft rustmembraanpotentiaal van 70 mV (hoge Na+ en lage K+ zeewater (( lage Na+ en hoge K+ cytoplasma)

(

bevruchting

(

influx natrium

(

rustpotentiaal stijgt tot +20 mV

(

belet tijdelijk nieuwe membraanfusie van eicel met andere zaadcel

4.2.2 Het late polyspermieblok

= definitieve verandering in opbouw van eicelmembraan

tijdens eicelmaturatie worden corticale granules aangemaakt, georganiseerd aan periferie van cytoplasma

(

vrijkomen van inhoud corticale granules naar perivitelliene ruimte

(

proteases: verbreken verbindingsprotenes tussen olema en vitelliene enveloppe of zona pellucida

hyperosmotische mucopolysacharides: toename watermassa tussen olema en vitelliene enveloppe

peroxydases: verharden vitelliene enveloppe of zona pellucida

interne coating dmv hyaline

Zeegel: vooral toename van watermassa

Zoogdieren: verandering thv zona pellucida belangrijker

proteasen breken ZP2 af

glucosaminidasen breken ZP3 af

( onmogelijkheid tot zonabinding en acrosoomreactie voor andere zaadcellen

transinte stijging Ca2+ (vanuit voorraden endoplasmatische reticulum aangemaakt tijdens antrale uitrijpingsfase) ( ontladen van corticale granules vanaf plaats waar zaadcel penetreerde

4.3 Syngamie en activatie

Na fusie zaadcel en eicelmembraan

kernmembraan zaadcel lost zich op

kernmateriaal decondenseert oiv factoren in cytoplasma van eicel (( syngamie)

Eicelactivatie:

stijging intracellulair Ca2+:

late polyspermieblok

activatie NAD kinase thv cytoplasma ( NAD: aanmaakt ATP (oxidatieve fosforylatie)

stimulatie eiwitsynthese en DNA replicatie

stijging intracellulaire

( activatie fosfolipase C

Alternatieve mechanismen voor activatie fosfolipase C:

binding van zaadcel en fusie van eicelmembraan

binding zaadcel met specifieke tyrosinekinase transmembranaire eicelreceptor

na fusie van eicel met zaadcelmembraan kan activerende factor afkomstig van eicel een tyrosinekinase in zaadcel activeren die op zijn beurt fosfolipase C activeert in eicel

zaadcellen bevatten een oplosbare factor (oscilline) die fosfolipase C kan activeren en dus downstream zal leiden tot calciumrelease

4.4 De zaadcel decondensatie en de vorming van de pronuclei

Zaadcel brengt aan:

genetisch materiaal

eicelactiverende factor

centriole

Rest van zaadcel (flagel, mitochonderia) desintegreert

Centriole

vorming microtubule organising centre ( cytoplasmatische organellen verplaatsen

vorming spoelfiguur voor eerste klievingsdeling

Vorming aster vanaf microtubule organising centre

(

zaadcel in contact met decondenserende kern van eicel

(

nucleaire enveloppe van zaadcelkern desintegreert

(

oiv glutation zullen protamine disulfide bruggen gereduceerd worden in sperma chromatine

(

sperma DNA decondenseert

(

pronucleus van zaadcel ontstaat

Pronucle

tijdens transport van eicelpronucleus naar zaadcelpronucleus zal DNA in beide pronucle zich repliceren (S-fase)

IVF: observeren van 2 pronucle = bewijs van bevruchting

wanneer beide pronucle naast mekaar, chromatine condenseren tot chromosomen ( chromosomen fixeren op spoelfiguur ( metafaseplaat ( anafase ( diplod 2-cellig stadium

Na syngamie is genetisch materiaal samengevoegd maar niet omringd door membraan

4.5 In-vitro fertilisatie (IVF)

( gameetinteractie en bevruchting gebeuren buiten het lichaam

gecontroleerde ovarile stimulatie met gonadotrofines met GnRH-analogen die zo gewijzigd zijn dat ze GnRH receptor thv hypofyse down-reguleren

(

aanvankelijk lichaamseigen gonadotrofinesecretie gestimuleerd en nadien verhinder

(

na week geen LH-piek meer mogelijk

(

eicellen rijpen uit zonder dat er spontane eisprong optreedt

(

als enkele ovarile follikels doormeter 17 mm ( hCG toegediend (alternatief LH)

(

cumulus-eicel complexen 34 38 uur later uit follikels geaspireerd (transvaginaal onder echografische geleiding met lokale verdoving)

(

gensemineerd met gecapaciteerde zaadcellen

(

broedstoof

(

als 18u later 2 pronucle = bevruchting

(

48u later als 6- tot 8-cellig embryo teruggeplaatst of

via aangepaste cultuurvoorwaarden na 5 dagen als blastocysten getransfereerd

Wanneer IVF?

eileiderpathologie

oligoasthenoteratozospermie

endometriose

immunologische onvruchtbaarheid

onverklaarde onvruchtbaarheid

4.6 Intracytoplasmatische sperma injectie of ICSI

( slechts 1 zaadcel wordt tot diep in het cytoplasma van de eicel gebracht dmv een micromanipulator

Omzeilen van

capacitatie

hyperactivatie

herkenning van receptoren thv zona pellucida

acrosoomreactie

penetratie van zaadcel door zona pellucida en celmembraan van eicel

5 Genomische imprinting en transcriptie regulatie

Mendeliaanse overerving: impact van genen afkomstig van vader is identiek aan impact van genen van moeder op nageslacht

5.1 Het paternele en maternele genoom zijn niet equivalent

5.1.1 De mola hydatidosa

1 op 2000 zwangerschappen

= druiventrosvormige ontaarding van de chorionvlokken van de placenta al dan niet in combinatie met een normale zwangerschap

eindigt steeds in miskraam

partile molazwangerschap

eicel door 2 X-dragende zaadcellen bevrucht (ontoereikend corticaal block)

triplod embryo (1/3 maternele genetische info, 2/3 parternele genetische info)

ontwikkeling kiemknop van blastocyst normaal, maar abnormale ontwikkeling trofoblast

complete molazwangerschap:

10% eicel door 2 X-dragende zaadcellen bevrucht, gevolgd door verlies van materneel genetisch materiaal

90% normale bevruchting van eicel door X-dragende zaadcel waarna verlies van materneel genetisch materiaal, gevolgd door duplicatie van paterneel genetisch materiaal

diplod embryo met gehele genoom van paternele afkomst

geen normaal zwangerschap weefsel, enkel de druiventrosvormige hydropische ontaarding van de chorionvlokken

5.1.2 Pronuclei transplantatie

Vrouwelijke pronucleus vervangen door mannelijke ( embryo ontwikkelt amper, maar placenta ontwikkelt nagenoeg normaal

Mannelijke pronucleus vervangen door vrouwelijke ( quasie normale embryonale ontwikkeling, maar sterk onderontwikkelde placenta

pronuclei transplanteren, maar steeds mannelijk en vrouwelijk pronucleus aanwezig ( normale ontwikkeling van embyo en placent

5.1.3 Parthenogenese

= ontwikkeling van een eicel tot een embryo of organisme zonder dat er een paternele genetische input door een zaadcel gebeurt

leidt nooit tot een normale embryonale ontwikkeling

stop in foetale ontwikkeling halverwege de zwangerschap

kan wel bij sommige dieren:

Drosophilla mangabeinaie (fruitvliegsoort): pseudobevruchting dmv poollichaampje

Cremidoforus uniparens (hagedissoort): oogonia tetraplod ( na meiose diplode eicel

Pycnoscelsus surinamesis (Indonesische sprinkhaansoort): oogenese bestaat uit 2 opeenvolgende mitosen (diplodie blijft bewaard)

( enkel vrouwelijke individun, geen mannetjes

bijen, wespen en mieren: geslacht bepaald door parthenogenese:

bij bevruchting ( diplode vrouwtjes

zonder bevruchting ( haplode mannetjes (parthenogenoten) (vorming zaadcellen: 1ste meiotische deling wordt overgeslaan ( 2 zaadcellen)

wanneer ovarile kiemcel zonder bevruchting embryo vormt, ontstaat goedaardig ovariel teratoom (= gezwem dat bestaat uit embryonale weefsels afgeleid uit de 3 kiembladen)

niet onfrequente ovarile tumor

meestal ectodermale structuren (haar, sebumklieren) maar ook kraakbeen, tanden of schildklierweefsel

5.1.4 Imprinting disorders

Angelmann en Prader-Willi syndroom:

mentale retardatie

Angelman: grote lachende mond

Prader-Willi: kleine gestalte en obesitat

gevolg van deletie van E6-AP-ubiquitine protein ligase gen op chromosoom 15

defecte gen van vader ( Prader-Willi syndroom

defecte gen van moeder ( Angelmann

zowel eicel als zaadcel genetische fout ( letaal

5.2 Genomische imprinting

in meeste cellen ad-random imprinting

ontstaat door methyleren van cytosine

vorming 5-methyl-cytosine ( stabiliseert nucleosomen (DNA gewikkeld rond 8 histoneiwitten)

gemethyleerd gen is inactiev, ongemethyleerd gen is actief

dynamisch proces, vb hemoglobine:

embryonaal: zta-2 en E-2

foetaal: alfa-2 en gamma-2

volwassen: afla-2 en beta-2

5.3 Dosage compensation

Drosophilla: dosage compensation

vrouwtjes 2 X-chromosomen met actieve transcriptie

mannetjes 1 X-chromosoom met verdubbelde transcriptie

Zoogdieren: X-inactivatie (Barr-body)

heterochromatische inactieve X-chromosoom thv nucleaire enveloppe (lymfocyten: nodule of uitsteeksel thv nucleaire enveloppe = drumstick)

indien inactivatie niet optreedt zullen ectodermale cellijnen verdwijnen en dus geen ontwikkeling van mesodermale cellijnen

inactivatie na bevruchting, in somatische cellen en ad-random

op genactiveerde X-chromosoom 1 gen actief: Xist-gen

tot en met morula stadium beide X-chromosomen actief

vorming blastocyst (innerr cell mass met daarrond sfeer van trofectodermcellen)

inactivatie thv trofectodermcellen van paternele X

inactivatie paternele X thv primitief ectoderm thv Inner Cell Mass

thv andere cellijnen: ad-random

bij oogenese: reactivatie ( beide X-chromosomen thv oocyten actief

Lapjesdekenmotief: rode en zwarte pigmenten voor vacht op X-chromosoom

( ! ook mannelijke katten met lapjesdekenmotief ! : Klinefelterkatten (2 X-chromosomen en 1 Y-chromosoom), zijn wel steriel

Klinefelter syndroom

mannen hebben extra X-chromosoom (47-XXY)

onvoldoende mannelijk hormoon (testosteron) ( puberteit langzamer op gang

andere symptomen:

geringe of volledig afwezige baardgroei

enige borstvorming

grotere lichaamslengte en langere armen

onvruchtbaarheid vanwege azoospermie

6 Preimplantatie embryonale ontwikkeling

6.1 Preimplantatie embryonale ontwikkeling bij niet placenterende dieren

( ontwikkeling buiten het lichaam van de moeder

snelle embryonale ontwikkeling: op zeer korte tijd ontstaat organisme dat voor zijn eigen voeding kan instaan

enorme hoeveelheid dooiermateriaal

uitgebreide voorraad mRNAs die vooraf in eicel werden aangemaakt ( maternele controle

vb: amfibin:

binnen 24u ligt lichaamsplan vast

na 4 dagen vrij zwemmende en zichzelf voedende larven

na 2 maanden volledige metamorfose en verdere groei ondergaan

trage embryonale ontwikkeling

minder vooraf aangemaakte mRNAs nodig

enorme hoeveelheid dooiermateriaal

snel onder embryonale controle

bij reptielen en vogels, vb kip:

bevruchte ei wordt ingekapseld in harde kalkhoudende schaal

in oviduct van kip ontwikkelt embryo bovenop dooier

na 3 weken wordt ei gelegd ( kiemschijf maakt lichaamsassen aan

na 2 dagen broeden: lichaamsplan klaar

na 3 weken broeden: kuiken geboren

6.2 Preimplantatie embryonale ontwikkeling bij placenterende dieren

Delende embryo moet zich voor implantatie ontwikkelen met weinige dooiermateriaal dat er is

switch controle maternele mRNAs naar controle embryonale mRNAs = zygotic activation

muis: 2 tot 4-cellig stadium

mens: 4 tot 8-cellig stadium

ondertussen treden klievingsdelingen op

6.3 De klievingsdelingen

= snel opeenvolgende mitosen zonder bijkomende celgroei

ontstane cellen van embryo = blastomeren ( worden kleiner bij elke celdeling

celdelingen gebeuren binnen intacte zona pellucida die bevruchte eicel omringt

celdelingen gebeuren relatief traag

celdelingen gebeuren volgens specifiek georinteerde delingsvlakken: rotationele deling (delingsvlak dat loodrecht staat op voorgaande, ondergaat telkens een rotatie)

celdelingen gebeuren asynchroon ( tussenstadie

afzonderlijke cellen kunnen vervloeien tot 1 geheel = compacteren

telkens veranderende metabole eisen (( IVF: sequentile media)

6.4 De compactie

rond 8-cellig tot 16-cellig (morula) stadium

buitenste blastomeren versmelten door vorming tight junctions en gap junctions

polarisatie: buitenste cellen vormen microvilli aan buitenzijde, binnenste cellen niet

radiale celdeling buitenste blastomeer ( 2 kleinere, gepolariseerde blastomeren

tangentile celdeling buitenste blastomeer ( 1 gepolariseerde en 1 niet-gepolariseerde balstomeer

binnenste celle geen tight junctions en geen Na-K-pomp

6.5 De cavitatie

= ontstaan van vochtophoping tussen interne cellen

Na-K-ATPase (ionpomp) van externe blastomeren zorgt voor actief transport van natrium en chloor over celmembraan naar intracellulair ( water volgt passief door osmotische gradint

Na-K-pomp pompt natrium verder weg tussen cellen van embryo ( water volgt passief door osmotische gradint

( ontstaan van blastocyst (of blastula):

vochtholte: blastocoele

inner cell mass of kiemknop

uit interne cellen van morula

ontwikkelt verder tot embryo en nadien foetus en dooierzak, allantois en amnion

trofoblast: (trofectodermcellen)

externe cellen met microvilli

ontwikkelen chorion

embryonale deel placenta

zuurstof en nutrinten aanvoeren

secreteren van lokale factoren zodat moeder embryo niet afstoot

Chimeer = organisme samengesteld uit cellen met verschillende genetische afkomst

Constructie: blastomeren uit 8-cellig embryo scheiden en individuele blastomeren in blastocoele van blastocyst brengen van genetisch verschillende individu

volgens specifieke karakteristieken (vb Na-K-pomp) zal blastomeer zich incorporeren hetzij in trofoblast, hetzij in kiemknop van recipint embryo

vb: transgene muizen produceren

embryonale stamcellen in cultuur

(

genetisch transfecteren

(

in blastocoele van blastocyst inbrengen

(

incorporeren in onder andere kiemknop

(

foetus = chimeer met wild-type cellijnen en getransfecteerde cellijnen

(

gameten zijn mengsel van 2 cellijnen

(

door verdere interbreeding kunnen niet-chimere, zuivere transgene muizen bekomen worden

7 Stamcellen

2 belangrijke karakteristieken van stamcellen:

ongespecialiseerde cellen die de capaciteit vertonen tot een ongelimiteerde celdeling (self renewal)

capaciteit tot het aanmaken van minstens 1 hoog gedifferentierd matuur celtype (differentiatie)

7.1 Embryonale versus somatische stamcellen

Embryonale stamcellen

cellen afkomstig van kiemknop van blastocyst: pluripotent (kunnen ontwikkelen tot alle celtypes van de 3 kiemlagen: endoderm, ectoderm en mesoderm)

blastomeren van preimplantatie embryo: totipotent (kunnen aanleiding geven tot alle celtypes van een organisme inclusief de cellen van de extra-embryonaire weefsels)

Somatische (adulte) stamcellen

stamcellen in adulte weefsels

orgaan- of weefselspecifiek, maar:

210 verschillende weefseltypes gekend

naar schatting slechts 10- tot 20-tal types adulte stamcellen

weefsel die zeker stamcellen bevatten: beenmerg, perifeer bloed, bloedvaten, gestreept spierweefsel, huid, lever, testis en hersenweefsel

staan in voor weefselregeneratie en heling

multipotent: capaciteit om zicht te ontwikkelen tot cellen uit sommige kiemlagen

differentiatie via transitoire tussencellen (progenitor- of precursorcellen)

7.2 Onderzoek op stamcellen

Problemen:

ethische problemen bij gebruik van humane embryonale stamcellen

praktische problemen:

immuunrejectie

nood aan correcte differentiatie in-vitro

risico van teratoomvorming wanneer embryonale stamcellen die onvoldoende gedifferentieerd zijn, zouden gebruikt worden

Teratomen en teratocarcinomen

tumoren die verschillende weefseltypes bevatten

pasgeborene:

overleven van verkeerd gemigreerde primordiale kiemcellen of blijven bestaan van ongedifferentierde cellen van kiemlaag

typische lokalisaties: sacrococcigeaal, mediastinaal of oropharyngeaal

volwassenen:

ontstaan steeds vanaf primordiale kiemcellen

man: testisteratoom in zaadbuisjes

vrouw: dermodtumor door parthenogenetische activatie van oocyten in ovarium

7.3 Stamceldifferentiatie

Theoretisch zou men pluripotente stamcellen kunnen doen differentiren naar alle mogelijke weefseltypes:

ectodermale cellen: huidcellen, neuronen, pigmentcellen

mesodermale cellen: hartspiercellen, gestreepte spiercellen, tubulaire cellen nier, bloedcellen, gladde spiercellen

endodermale cellen: pancreatische cellen, schildkliercellen, alveolaire longcellen

Oplossingen voor het probleem van afstoting:

genetische manipulatie van MHC-genen:

MHC-genen deleteren

MHC-genen zodanig gesubstitueerd dat ze leiden tot celtype dat niet afgestoten kan worden

Na beenmergceldepletie en co-transplantatie uitvoeren van enerzijds de in-vitro bekomen cellen samen met hematopotisch gedifferentieerde cellen waardoor afstoting afgezwakt zou worden

embryonale stamcellen maken met identieke MHC-genen als het individu dat een celtransplantatie dient te ondergaan (( celkerntransplantatie)

7.4 Celkerntransplantatie of kloneren

kern van cel wordt gereprogrammeerd door in verarmd cultuurmedium te brengen ( cel in inactieve rusttoestand

onbevruchte eicel wordt genucleerd waarna celkern van cel in rust wordt ingebracht

dmv microinjectie

door fusie in elektrisch veld

elektrisch veld brengt herpolarisatie van cel- en kernmembraan teweeg

(

membranen gaan vervloeien

(

gereconstrueerde cel wordt door elektrische stroom geactiveerd

(

cel start celcyclus herop

(

eicel gedraagt zich als bevruchte eicel en zal nodige celdelingen ondergaan en vormt dus een embryo

Therapeutisch klonen: menselijk embryo reconstrueren na nucleaire transplantatie en uit blastocyst kiemknopcellen halen als humane embryonale stamcellen ( zelfde MHC-antigenen als donor van celkern, dus niet afgestoten bij eventuele celtransplantatie

7.5 MAPC: de cel van de toekomst?

Beenmerg

hematopotische stamcellen

endotheliale progenitorcellen

mesenchymale progenitorcellen = stromale cellen

kunnen differentiren naar

cellen uit bot en kraakbeen

stromacellen die beenmerg opbouwen

vetcellen die zich in beenmerg bevinden

vertonen dezelfde karakteristieken als adulte stamcellen

7.6 Multipotente adulte progenitorcellen (MAPC) versus embryonale stamcellen

MAPCs:

geen problemen van afstoting

etisch acceptabel want er dienen geen embryos aangemaakt te worden

geen spontane differentiatie in-vitro

geen risicos op vorming van teratomas

verliezen zeer snel renewal capaciteit bij in-vitro cultuur

verliezen snel hun differentiatiecapaciteit bij in-vitro cultuur

8 Implantatie

sluit bij mens eerste week van embryonale ontwikkeling af

stapsgewijs:

embryo herkent endometrium en vice-versa

embryo hecht zich aan endometrium

embryo penetreert endometrium

embryo invadeert materneel vasculair systeem

noodzaak aan intense cross-talk tussen 2 genetisch verschillende celpopulaties en aangepaste ontwikkeling en voorbereiding van beide weefsels

noodzakelijke synchronisatie van maternele en embryonale biologische klok

8.1 De maternele klok

start bij de LH-piek die de eisprong voorafgaat

granulosacellen maken naast oestrogenen ook progesteron aan

endometriale cellen (oestrogeen en progesteronreceptoren) gaan in secretoire fase

endometrium zal klaar zijn voor implantatie 7 dagen na LH-piek

8.2 De embryonale klok

start bij fertilisatie

na 5 dagen komt blastocyst aan in uteriene holte, omgeven door zona pellucida

blastocyst moet zona pellucida verlaten = hatching

gebeurt intra-uterien

als te vroeg: extra-uteriene graviditeit (buitenbaarmoederlijjke implantatie) ( levensbedreigend want kan ruptuur en bloeding van eileider veroorzaken

ampulair (meest frequent): distale 1/3 van eileider

istmisch (frequent)

interstitiel (zeldzaamst): overgang eileider-baarmoederholte

cervicaal en abdominaal (eerder zeldzaam)

proces:

trofoblastcellen van blastocyst secreteren protease dat zona pellucida protenes die de fibrillaire matrix opbouwen, zullen lyseren

blastocyst contraheert door verlies van vocht vanuit blastocoele en zwelt vervolgens terug op door nieuwe vochtophoping ( wandverzwakking van zona pellucida

mogelijk ook uteriene secreties rol bij hatchings proces

8.3 Onderhandelingen tussen embryo en endometrium

Signalen van embryo

vanaf 8-cellig stadium: oestradiol

hatching blastocyst secreteert hCG (human chorionic gonadotrofine) ( onderhouden corpus luteum dat oestradiol en progesteron secreteert

cytotrofoblastcellen brengen molecules met vaak receptorfunctie tot expressie

geen expressie van MHC-molecules ( geen afstoting

Endometrium:

folliculaire fase: endometrium prolifereert oiv oestradiol (van uitrijpende follikel)

stromale component neemt toe

epitheel vormt klieren

snelle groei van arterioles in stroma

secretoire fase: vanaf ovulatie

accumulatie van glycogeen basaal in epitheelcellen

rondom implantatie: mid-secretoire fase:

epitheel enorme klierbuizen vol glycogeenachtige substantie

hypervascularisatie en oedeem van stroma

8.4 De implantatie verloopt in fasen

8.4.1 Activatie

Start door signaal van uteriene epitheel

Sommige diersoorten (vb hert) uitgestelde implantatie (wegens niet bevallen in winterperiode)

8.4.2 Appositie

Embryo komt in contact met uteriene epitheel en orinteerd zich

kan overal in uterus, meestal thv fundus

steeds aan zijde van embryo waar kiemknop zit

8.4.3 Aanhechting

endometrium receptief ( uteriene epitheelcellen ontwikkelen thv apicale opp kleine uitstulpende blaasjes (= pinopods) = soort anker?

resultaat van receptor-ligand binding tussen embryo en endometrium

adhesiemolecules (integrines, intercellulaire adhesiemolecules)

modulerende molecules (interleukine-1, leukemia inhibitory factor)

8.4.4 Intrusie

Embryo invadeert endometrium

trofoblastcellen die kiemknop overspannen delen zonder vorming celmembranen ( cytoplasmamassa die zich verder ontwikkelt tussen endometriale epitheelcellen = syncytiotrofoblast

andere trofoblastcellen delen en bouwen celmembraan terug op = cytotrofoblast

8.5 De uteroplacentaire circulatie

Tweede week: ontstaan van tweebladige kiemschijf thv kiemknop (epiblastlaag en hypoblastlaag)

dag 8:

syncytioblast heeft rest embryo bijna onder epitheel getrokken

tussen epiblastcellen ontstaat amnionholte

dag 9:

embryo volledig onder epitheel verdwenen

re-epithalisatie van endometriale epitheel

opp waar implantatie plaats greep ( transiente fibrineplug thv endometrium

vanaf hypoblast is laag cellen over cytoblast gaan groeien ( blastocoele bekleed met nieuwe cellaag = membraan van Heuser

holte = exocoeloom of primitieve dooierzak

syncytiotrofoblast vormt lacunes en heeft maternele vaten bereikt

dag 10:

ontwikkeling uteroplacentaire circulatie

eerste week: aanvoer en afvoer van metabolieten passief (diffusie)

einde derde week: actieve aanvoer en afvoer door interface

bloed van moeder stroomt in lacunes van trofoblast

cellen tussen membraan van Heuser en cytotrofoblast groeien uit ( vorming extra-embryonair reticulum = coeloom

dag 13:

cellen vanaf hypoblast groeien uit en overdekken binnenzijde exocoeloommembraan

binnen exocoeloom ontstaat nieuwe holte = secundaire of definitieve dooierzak

tweelagige kiemschijf met amnionholte en secundaire dooierzak liggenmet hechtsteel opgehangen in coeloomholte (=chorionholte)

uteroplacentaire interface ontwikkeld tot primaire villus

uitstulping syncytioblast met daarin cytotrofoblastcellen overdekt door extra-embryonair mesoderm

steken uit in maternele bloedsinussen

zullen secundaire villi vormen (verder ingroeien van extra-embryonair mesoderm)

3de week:

dag 21:

tertiaire villus: in extra-embryonair mesoderm hebben zich arteries en venen gevormd

dicht netwerk van bloedvaten via hechtsteel naar embryo ( navelstreng

dicht netwerk van bloedvaten in extra-embryonaire mesoderm = chorionplaat

embryo heeft 3 bladig kiemschijf gevormd tussen amnionholte en definitieve dooierzak

Placenta: opgebouwd uit tertiaire hechtvlokken waartussen intervilleuze bloedruimten ( gevoed door spieraalvormige arterin van moeder

Chorion:

Pool waar kiemknop was ( meer ontwikkeld en meer villi = chorion frondosum ( wordt placenta

andere kant amper villi = chorion laeve

Endometrium: decidualisatie: veel glycogeen en lipiden opgestapeld thv stroma + hypervascularisatie

decidua basalis: grenst chorion frondosum, onder toekomstige placenta

decidua capsullaris: over chorion laeve, verdwijnt in toekomst

decidua parietalis: bekleedt rest uteruswand

9 Gastrulatie

Eerste week: embryo deelt zich op in

deel dat instaat voor vormen van foetus

deel dat instaat voor uteroplacentaire circulatie

Tweede week:

opbouw uteroplacentaire circulatie

kiemknop ontwikkelt tot tweebladige kiemschijf

Derde week:

gastrulatie: cellen van tweebladige kiemschijf worden herschikt en nemen nieuwe positie aan ( driebladige kiemschijf

lichaamsassen worden bepaald

blauwdruk voor aanleg van de organen en vorm

9.1 De basismechanismen van de gastrulatie

Basismechanismen:

celdelingen

veranderingen van celvorm

veranderingen van celkleverigheid

migratie van cellen onderling

Celkleverigheid ( cellulaire adhesiemolecules (CAMs) = transmembranaire structuren die onderling van cel tot cel bindingen aangaan

Indeling volgens type binding:

CAMs met homofiele binding

CAMs met heterofiele binding

CAMs met Ca2+ dependente homofiele binding

( type celadhesiemolecule zal bepalen of cel in contact blijft met buren of weefselstructuur verlaat en zich associeert met andere cellen

Vormverandering ( actinenetwerk in celcytoplasma

actine moleculen verenigen tot actinefilamenten ( cellen insnoeren

actine samen met myosine moleculen vormen contractiele bundels ( aanmaken van contractiele uitlopers van de cel

Basisveranderingen bij gastrulatie

invaginatie: instulpen van een cellaag

involutie: laag cellen over een andere laag cellen naar binnen gedraaid

ingressie: afzonderlijke cellen maken zich los uit weefsel en migreren

delaminatie: cellen scheiden zich af, migreren uit cellaag en vormen tweede tegenaanliggende cellaag

epibolie: cellen zullen andere cellaag overgroeien en overdekken

intercalatie: afzonderlijke celgroepen voegen zich in mekaar

radiale intercalatie: twee opeenvolgende cellagen schuiven in mekaar tot 1 grotere nlagige cellaag

mediolaterale intercalatie: twee naast mekaar liggende cellen voegen zich in mekaar om 1 lange celrij te vormen

9.2 De gastrulatie bij de zeegel

Eicel ( polariteit:

dooiermateriaal aan vegetale pool

andere pool = animale pool

( Na eerste 2 klievingsdelingen 4 cellen met dezelfde polariteit, maar 3de klievingsdeling is equatoriaal ( 2 types cellen:

cellen van animale pool = mesomeren

cellen van vegetale pool ( grote macromeren en kleinere micromeren onderaan

2 Basismechanismen die zorgen voor gastrulatie:

ingressie: onderaan de vegetale pool thv micromeren

veranderingen in expressie CAMs ( loskomen en door basale lamina tot in blastocoele

nemen specifieke vorm aan: bottle cells

herorganisatie van actine en myosine molecules ( vorming filopodia (draadvoetjes) ( opzoeken van kraagvormige positie in blastocoele

( vormen primaire mesenchymcellen die aanleiding geven tot skelet

invaginatie

epitheliale cellen van vegetale pool secreteren vesikels met chondrotinesulfaat proteoglycanen naar hyaliene laag ( binnenste laag hyaliene laag zwelt op ( kromming van hyaliene laag

cellen ondergaan constrictie ( worden kegelvormig

herschikking door intercalatie (mediolateraal) ( instulping verlengen

( Binnen 24u embryo waarbij

deel micromeren vegetale pool door blastocoele als koker tot aan animale pool reiken = archenteron ( primitieve maagdarmkanaal van zeegel

primaire mesenchymcellen die door ingressie in blastocoele terecht kwamen ( skelet

= pluteus larve: skelet overdekt door epidermale cellen met binnenin een maagdarmkanaal

Blastula zeegel aanvankelijk 2 celpopulaties:

cellen van animale pool ( ectodermale structuren (epiderm met stekels)

micromeren van vegetale pool ( endoderm (maag-darmkanaal)

Bij gastrulatie ontstaat 3de celpopulatie: ingresserende micromeercellen ( mesodermale structuren (skelet)

+ ontstaan craniaal-caudale orintatie en aanmaak blauwdruk voor verdere organogenese

9.3 Gastrulatie bij de amfibien

Xenopus laevis:

tropische kikkersoort, makkelijk onder labo-omstandigheden te kweken en te bestuderen

eieren vrij in water, in water bevrucht door zaadcellen mannetje

polariteit:

vegetale pool is wit

animale pool donkergrijs tot donkerbruin

klievingsdelingen:

eerste: meridionaal

derde: equatoriaal

vertraagd thv vegetale pool ( bovenaan meer delingsvlakken en sneller klieving

gastrulatie: thv van overgang tussen animale en vegetale pool

ingressie: cellen migreren naar blastocoele toe ( ontstaan van derde cellaag

buitenste: ectoderm

binnenste: endoderm

tussenliggende: mesoderm

involutie: buurcellen groeien naar binnen toe ( invaginatie = blastopore

epibolie: cellen animale pool nemen toe door celdelingen en overgroeien cellen van vegetale pool ( nieuwe instulping = archenteron

( gastrulatie zorgt voor

3 cellijnen

lichaamsassen vastgelegd

blauwdruk voor organogenese

9.4 Gastrulatie bij de mens

Acht dagen na bevruchting

implantatie

trofoblast opgesplitst in cytotrofoblas en syncitiotrofoblast

kiemknop = tweebladige kiemschijf met epiblast en hypblast

tussen cellen van epiblast vormt amnionholte

cellen van hypoblast overgroeien blastocoelholte = membraan van Heuser

Dag 12: vanaf epiblast groeit nieuwe cellaag uit tussen membraan van Heuser en cytotrofoblastcellen = extra-embryonaire mesodermale cellen

vanaf mesoderm ontwikkelen bloedvaten

primitieve dooierzak (oude blastocoele) groeit uit en vertoont afsnoering = definitieve dooierzak

tussen extra-embryonaire mesodermale cellen ontstaat chorionholte

afgesnoerde deel dooierzak tussen mesodermale cellen = exocoeloomcyste

( embryo:

op mesodermale steel opgehangen in chorionholte

tweebladige kiemschijf

epiblastzijde: amnionholte

hypoblastzijde: definitieve dooierzak

9.4.1 Van twee naar drie kiemschijfbladen

Start gastrulatie: dag 15

thv epiblast ontstaat primitiefknoop (knoop van Hensen) ( vormt invaginatie naar caudaal = primitiefstreep

thv primitiefstreep ondergaan cellen van epiblast ingressie (bottle-cells) = mesenchymale cellen ( zullen differentiren tot steunweefsel en mesoderm

( vorming:

genduceerd door oa TGF (transforming growth factor)

vorming van cellen vanaf epiblast

migratie naar hypoblast

(

dankzij CAMs nesteling tussen hypoblastcellen

(

epiblastcellen secreteren hyaluronzuur

(

ontstaan van virtuele ruimte tussen epiblastcellen en hypoblastcellen

(

epiblastcellen verdringen hypoblastcellen en worden endodermale cellen genoemd

(

cellen van epiblast migreren nu ook naar virtuele ruimte

(

aanmaak 3de kiemlaag

Dag 16:

hypoblast vervangen door endodermlaag

tussenlaag heeft zich gevormd = mesodermlaag

epiblast wordt ectoderm ( cellen delen continu verder en laten zicht thv primitiefstreep invagineren en ingresseren om mesoderm verder uit te bouwen naar craniaal en lateraal toe

lichaamsassen liggen vast

9.4.2 De ontwikkeling van het mesoderm

de van epiblast afsplitsende mesenchymale cellen vormen mesoderm, deel extra-embryonair mesoderm en notochale processus (= chorda uitsteeksel)

(

aan weerszijde van notochordale processus strekt mesoderm zich uit tussen ectoderm en endoderm behalve in 2 zones waar deel van tweebladige kiemschijf behouden blijft

craniaal: bucopharyngeale membraan ( wordt mondholte

caudaal: cloacale membraan ( wordt anus en urogenitale openingen

(

chordale uitsteeksel wordt opgenomen in endodermlaag onderaan

(

buisstructuur verdwijnt en notochord wordt als lint gentegreerd tussen endodermale cellen: notochordale plaat

(

notochordcellen herorganiseren en zonderen zich opnieuw af uit endoderm als solide buis = chorda dorsalis

(

thv lumen blijft tijdelijk verbinding van amnion naar dooierzak = neurenterisch kanaal

(

notochord (basis van axiaal skelet dat rigiditeit aan embryo geeft) induceert vorming neurale plaat in ectoderm, maar verdwijnt uiteindelijk

Chordomas

wanneer notochordcellen blijven bestaan ( tumor = chordoma

meestal aan schedelbasis, soms elders waar wervels op ontstaan

zeldzame, langzaam groeiende tumor

veelal behandeld met combinatie van beperkte operaties (zenuwbeschadiging!) en bestraling (hoge precisie bestralingstechnieken)

9.4.3 Caudale dysplasie

Gastrulatie ( basisstructuur aangelegd voor verdere ontwikkeling van lichaamsdelen en organen

Caudale dysplasie = mesodermale