1.6.2010

1

EMBRIOLOGIJA

primordijalne germinativne ćelije migriraju iz endoderma žumancetne kese u predeo gonadnog nabora

Sazrevanje i građa gameta

• Primordijalne germinativne ćelije (PGĆ) se mogu

naći u gonadnim naborima:

– pasa 21. dana graviditeta

– Goveda 26. dana “

– svinja 18. dana “

• PGĆ gube svoju mogućnost za ameboidno kretanjepostaju okruglaste sa retkim organelama u citoplazmi

• Ovogonije - mitotičke deobe dok ćelije ne uđu u profazu mejoze

Gonade (semenici i jajnici) sastoje se iz:

germinativnih ćelija

somatskih ćelija (epitel celoma):

epitelne vrpce→ folikularne ćelije jajnika

→ Sertolijeve ćelije semenika

mezenhimskih ćelija:

→ teca externa i corpora luteajajnika

→ intersticijalne ćelije (Leydigove)semenika

Tubuli seminiferi Folliculi ovarici

XY Genotip

Prisustvo SRY gena na Y hromozomu

Primordiajalne gonadeTestis fetusa

SertolijevećelijeLajdigovećelije

Anti - Milerov hormon Testosteron

Regresija Milerovog kanala i kortikalnih vrpci

Volfov kanal se razvija u :

epididimis, semevodsemenu kesicu

-penis-prostata

-scrotum

Razvoj spolj. gen. org.:

Germinativnećelije

Dihidrotestosteron

“Sex-determining Region Y”

XXGenotip

Nema SRY gena

Primordijalnegonade

Jajnik fetusa

Odsustvo anti –Milerovog hormona Osustvo testosterona

-vagina-spoljašnje genitalije

Milerov kanal Regresija Volfovog

kanala -materica-jajovodi

Primordijalne

germinativnećelije

Razvoj spolj. gen. org.

1.6.2010

2

�Testis determinirajući faktor sa Y hromozoma se eksprimira u ćelijama vrpci i sintetiše se TDF protein

�TDF deluje na ćelije medularne vrpce, od njih se diferentuju Sertolijeve ćelije i luče anti-Milerov hormon koji utiče na regresiju kortikalnih vrpci

�TDF deluje i na mezodermalne ćelije gonadnog nabora da se diferentuju Lajdigove ćelije koje luče testosteron

�U fetalnom periodu testosteron i njegovi derivati učestvuju u diferentovanju drugih organa karakterističnih za muški pol

Mejoza

Razdvajanjehomologih hromozoma

razdvajanjesestrinskih hromatida

Haploidna ćelija

Diploidna ćelija

Mejoza I(redukcionadeoba)

Mejoza II

Haploidna ćelija

Profaza I

• Leptoten - hromozomi su izduženi, končastog oblika i obrazuju klupče

• Zigoten - hromozomi se raspoređuju u parove - bivalenti.

• na nekim mestima hromatide se približavaju -sinapsis.

• Pahiten - hromatide se uzdužno dele i obrazuju se tetrade. između hromatida ne-sestrinskih hromozoma obrazuju se mostovi - hijazme - i preko tih hijazmi se vrši crossing over.

•• Diploten - hromozomi su u vezi samo preko hijazmi, rekombinacija se

nastavlja, hijazme se pomeraju ka periferiji hromozoma - terminalizacija.

• Dijakineza - rekombinacija gena se završava, hijazme nestaju, hromozomi zadebljavaju

Ovogeneza • proces tokom koga se

od matičnih ćelija, ovogonija razvijaju ćelije koje mogu biti oplođene-ovocti

Kobile, krave, ovce – mitoza se završava u toku graviditetaKod krmača i postnatalno do 7. danaKod mačaka postnatalno do mesec dana

• Primarni ovociti su u profazi I mejotičke deobe-diplotena - diktioten.

• Ovocit u ovom stadijumu je diploidna ćelija, u kojoj je zaustavljena mejotička deoba, a jajnici obebezbeđeni konačnim brojem ovocita.

BROJ OVOCITA u jajnicima krava

• Fetalni period - 2,700,000

• rođenje - 70,000

• odrasla - 24,000

Broj ovuliranih ovocita u toku života?

žena ~500

krava ~350

• Kod domaćih životinja prva mejotička deoba se završava neposredno pred ovulaciju,

• sem kod kuja i kobila gde se završava posle ovulacije

1.6.2010

3

• Primarni ovociti su u profazi I mejotičke deobe-diplotena diktioten.

• Ovocit u ovom stadijumu je diploidna ćelija, u kojoj je zaustavljena mejotička deoba, a jajnici obebezbeđeni konačnim brojem ovocita.

• Primarni ovocit završava prvu mejotičku deobu i odvaja se prvo polarno telo

• odmah ulazi u II mejotičku deobu i u metafazi II se opet odmara do oplođenja sekundarni ovocit

• II mejotička deoba završava se tek po oplođenju i ovocit postaje ovum.

• Odvaja se drugo polarno telo

• Folikulogeneza je proces koji obezbeđuje

razvoj folikula koji ovuliraju i oslobađaju jednu ili više zrelih ovocita u određenim intervalima u toku reproduktivnog života ženki.

• sve dok se "zalihe" ne potroše

OVULACIJA• Jedan ili više folikula

dostigne maksimalni rast i razvoj u vreme ovulacije

• Folikuli prominiraju iznad površine jajnika

• Proces oslobađanja ovocita iz zrelog de Grafovog folikula

• Iznad folikula, na površini jajnika formira se mehurato uzdignuće –stigma folliculi

• Iznad se zid folikula i tunike albuginee stanjuju-kolagenaza

• Svi ovociti moraju proći kapacitaciju

- kapacitacija podrazumeva ultrastrukturne modifikacije u ovocitima dominantnih folikula pre naglog porasta LH

- pored promena u jedru tokom mejoza to znači i promene koje znače sazrevanje citoplazme:

ultrastrukturne promene: - menja se položaj GV od ekscentričnog prema ZP

- mitohondrije iz centra na periferiju citoplazme

- povećava se broj Golgi kompleksa

- kortikalne granule se iz centra pomeraju na periferiju

- ćelije kumulusa vrše važne uloge (ishrana ovocita, zamena protamina histonima i dr.)

Vrste jajnih ćelijana osnovu količine vitelusa

• Polilecitne (megalecitne)• Velika količina vitelusa

– Ribe, vodozemci, ptice, monotremata

• Mezolecitne• Srednja količina vitelusa

– Neke vrste vodoemaca

• Izolecitne• Mala količina vitelusa

– Niži crvi, mekušci, amfioksus i sisari

• Telolecitne• Jedro i malo citoplazme na animalnom polu ćelije, a

žumance na vegetativnom

– Ribe, vodoemci, ptice

• Centrolecitne• Vitelus u srednjem delu ćelije

– Zglavkari

• Izolecitne• Ravnomerno rasporđen vitelus u citoplazmi

– Amfioksus i sisari

Vrste jajnih ćelijana osnovu rasporeda vitelusa u

citoplazmi

1.6.2010

4

Spermatogeneza

•proliferacija (mitoza)

•mejoza

•diferencijacija (spermiogeneza)

spermiocitogeneza

• Proces diferencijacije muških polnih ćelija od spermatogonija do spermatozoida u izuvijanim kanalićima semenika

Spermatogeneza

SPERMATOGONIJA

PRIMARNI

SPERMATOCIT

SEKUNDARNI

SPERMATOCIT

SPERMATIDA

MITOZA

I MEJOTIČKA DEOBA

II MEJOTIČKA DEOBA

Spermatogeneza• Spermatogonije se dele mitozom

• Jedna ćelija se čuva kao rezerva a druga postaje primarni spermatocit (2n)

• Primarni spermatocit ulazi u I mejotičku deobu (2n)

• Sekundarni spermatocit odmah nastavlja II mejotičku deobu

• Spermatide (n)

Spermiogeneza:Transformacija spermatida u spermatozoide

Spermatozoid

• Glava

•Različitog oblika u zavisnosti

od vrste životinje:

• Rep

�Vrat

�Srednji deo

�Glavni

�Završni

Spermatogeneza

� počinje u pubertetu� odvija se celog života� iz jedne spermatogonije 4 spermatozoida� u svakom ciklusu ogroman broj ćelija

Ovogeneza

� počinje u embrionalnom periodu� dužina odvijanja zavisi od broja raspoloživih

ovocita� iz jedne ovogonije jedan ovocit� u svakom ciklusu ograničen broj ćelija

1.6.2010

5

Kapacitacija je niz događaja koji na kraju

obezbeđuju da spermatozoidi mogu izvesti akrozomsku reakciju.

• U pasemeniku su glavne promene u membrani:

– promene u sastavu lipida

– raspodela mesta za vezivanje lektina

– menja se brzina difuzije proteina i lipida membrane

– intramembranska raspodela delova membrana

– ostale promene se odvijaju u ženskim polnim kanalima

• U toku kopulacije sperma se deponuje u različitim delovima ženskog reproduktivnog sistema:

– Kod goveda i ovaca mala količina ejakulata u kranijalni deo vagine prema cerviksu

– Kod konja i i svinja kroz otvoreni kanal cerviksa u matericu

OPLOĐENJE• Proces u toku koga dolazi do

spajanja muškog i ženskog gameta

• Kod sisara se dešava u ampuli jajovoda

• Kod većine domaćih životinja spajaju se spermatozoidi i sekundarni ovociti u metafazi II mejotičke deobe, dok kod konja i psa su primarni ovociti u diplotenu

1. Prolaz kroz omotače ovocita

– corona radiata

� hijaluronidaza

� Izgleda da samo spermatozoidi koji su uspešno završili kapacitaciju mogu da odgovore na hemotaksu, ali i da je ta sposobnost ograničena vremenski

2.Vezivanje i prolaz kroz zonu pelucidu (akrozomska reakcija)- spermatozoidi se vezuju za ZP3 čime se proverava pripadnost vrsti

3. Specifično vezivanje za membranu ovocita

- protein u membrani spermatozoida (fertilin – PH30) vezuje se za receptor u membrani ovocita

- na mestu vezivanja formira se atrakciona kupa i jajna ćelija obuhvata glavu spermatozoida i unosi je u citoplazmu

1.6.2010

6

Kod megalecitnih ovocitaaksijalna simetrija (animalni ivegetativni pol) je određena i pre oplođenja

Kod sisara animalni pol određuje mesto gde je izbačen polocit

4. Kortikalna reakcija – modifikacija zone pelucide

- unošenje/prodiranje spermatozoida dovodi do depolarizacije membrane ovocita što sprečava prolaz drugih spermatozoida (brza blokada)

- u isto vreme dolazi do egzocitoze tj. pražnjenja sadržaja kortikalnih granula koje sadrže specifične enzime

- enzimi dovode do modifikacije ZP2 proteina u zoni pelucidi (odvajaju se neki šećeri) i zona postaje “čvršća” čime se sprečava prodiranje drugih spermatozoida (spora blokada)

•Eventualno unete organele se brzo razgrađuju, a jedrov omotač razgrađuje u vezikule•Dekondezacija i disperzija hromatina, a od vezikula povezanih sa hromatinom formira se membrana muškog pronukleusa

5.Završetak mejoze i formiranje muškog i ženskog pronukleusa

Rezultat oplođenja

1. obnavlja se diploidni genom

2. završava se mejoza

3. metabolički se aktivira ovocit

4. određuje se pol ploda

5. počinje blastomerizacija

1.6.2010

7

Nivoi ekspresije pola

• Genetski pol (XX ili XY)

• Gonadni pol (semenik ili jajnik)

• Somatski /fenotipski/ pol – razviće odgovarajućih unutrašnjih, spoljašnjih i akcesornih polnih organa

• Psihički

Određivanje pola

• SRY – sex related region on Y chromosome

• prepisuje se TDF – testis determining factor

• TDF je transkripcioni faktor koji uz sadejstvo proizvoda drugih gena uslovljava da se:

– prekursori klicinih ćelija diferenciraju u spermatogonije

– prekursori vegetativnih ćelija diferenciraju u Sertolijeve ćelije

– -odgovarajuće ćelije blastema diferenciraju u Lajdigove ćelije

Osnovni procesi i principi razvića

• Suština embriogeneze je preobražavanje jedne ćelije- zigota u složeni organizam odgovarajuće vrste

• Dva osnovna principa:

– Rast

– Diferencijacija

Rast

Na nekoliko načina:

• Povećanjem broja ćelija

• Povećanjem veličine ćelija

• Povećanjem količine vanćelijske supstance

Zavisno od vrste životinje ovociti mogu imati rezerve iRNK koje koriste za translaciju, tako

da ne moraju da povećavaju svoju masu prve deobe blastomera su zato jako brze,

samo M i S faza

Rast

Povećanje broja ćelija se može postići:

• Povećanjem broja ćelija u deobi

• Skraćenjem dužine ćelijskog ciklusa

• Smanjenjem broja ćelija koje propadaju (inhibicija apoptoze)

1.6.2010

8

Diferencijacija

• Proces tokom koga se formiraju grupe ćelija ćerki koje se razlikuju od osnovnih po svojoj građi i/ili funkciji

• U ćeliji koja se diferencira dolazi do selektivne aktivacije gena

– Jedni se inaktiviraju, a drugi aktiviraju

Faktori koji utiču na diferencijaciju ćelija

Sve ćelije imaju isti genom, tako da različiti faktori mogu uticati na različite mehanizme ekspresije gena

• Unutrašnji

• Spoljašnji

Unutrašnji faktori

• Faktori u jedru – geni

• Faktori u citoplazmi

• Deobe

Faktori u jedru – geni

• Specifične grupe gena -glavni tkivni geni

Faktori u citoplazmi

• Jajna ćelija je asimetrična, komponente (organele ili specifični molekuli ) smešteni su u određenim delovima

• Prilikom deoba nastaju razlike između blastomera.

• Lokalizovane determinante su različite kod različitih vrsta domaćih životinja (dugoživeće iRNK)

Uloga deobe ćelija tokom diferencijacije

• Tokom deobe nasledjuju se različiti faktori iz citoplazme

• Posle odgovarajućeg broja deoba počinje diferencijacija- mehanizam nije potpuno razjašnjen. Metilacijom se “evidentira” broj replikacija

1.6.2010

9

Faktori izvan ćelije

1. Na početku brazdanja ćelije- blastomere prenose signale direktnim kontaktom –induktivna interakcija

2. Hemijski medijatori- različite vrste signalnih molekula: hormoni, faktori rasta.....

– Specifičene međućelijske veze

meñućelijska komunikacija

Direktni kontakt

Difuzija Neksus

Vanćelijski matriks

1. Vanćelijski matriks je veoma značajan za preživljavanje, deobu i diferencijaciju i migraciju mnogih ćelija

› Interakcija sa glikoproteinima u matriksu /kolagen, fibronektin.../

› Ako ćelija migrira, dolaskom u novu sredinu može doći do ekspresije drugih gena

Indukcija

• Mozaično razviće

– razviće organizma zavisi od lokalizovanih determinanti u jajnoj ćeliji

• Regulisano– razviće organizma zavisno od interakcije među

ćelijama

• Inermedijerni tip razvića

Morfogena polja

• razviće organizma je praćeno obrazovanjem specifičnih predela gde treba da se formira odgovarajuće tkivo – morfogena polja

• Mora se obezbediti da se u celom embrionu procesi razvića odvijaju usklađeno i po redosledu

Morfogena polja• Ćelijska promenjiva

• Sistem za određivanje položaja ćelije

Poziciona informacija – morfogeni

Poziciona vrednost – unutarćelijski mehanizam

=Promena koncentracije

Morfogeni su specifični signalni molekuli koji deluju direktno na ćelije i izazivaju specifične odgovore zavisno od koncentracije morfogena

1.6.2010

10

VRSTE INDUKTORA I OSOBINE INDUKCIJE

• Indukcija je proces u kome odgovarajući faktor INDUKTOR deluje na diferencijaciju ćelije ili grupe ćelija

• Različite vrste signalnih molekula –hemijski medijatori

• Fizički – zračenje

• Biološki- npr. virusi

• Grupe ćelija- npr. horda na n.s.

Ćelije moraju biti u odgovarajućem trenutku kompetentne da bi mogle da reaguju na induktor

VRSTE INDUKTORA I OSOBINE INDUKCIJE

�Vrste promena zavise od koncentracije induktora i vremena kada deluje

�Efekat je trajan, prenosi se na sledeće generacije ćelija i kad prestane delovanje induktora – ĆELIJSKO PAMĆENJE

Determinacijapostepeno gubljenje totipotentnosti/pluripotentnosti ćelija

� Osnovni mehanizmi:› Asimetrična deoba› Uticaj induktora ili

interakcije među ćelijama

• Ako se umnožavaju istom brzinom –samo rast, oblik isti

• Ako jedan deo brže raste, menja se oblik

MORFOGENI PROCESI:

1. Lokalizovano umnožavanje/rast

Na brzinu deoba utiču:

- genetski faktori (Ped gen kod miša)

- faktori okoline (druge blastomere, GH, IGF-I, Ach, serotonin i dr.)

2. Nakupljanje- agregacija ćelija

• Specifični adhezivni molekuli (CAM) u ćelijskoj memebrani koji potpomažu da se povežu slične ćelije, ali i sa međućelijskim matriksom

3. Pokretanje ćelija- migracija

• Aktivno

• Pomeranje slojeva ćelija

1.6.2010

11

4.Nabiranje ili uvraćanje

Zbog promene oblika epitelnih ćelija dolazi do uvraćanja-Invaginacija –Ili nabiranja - Evaginacija

5. Apoptoza

• Razvojno regulisana neophodna u procesu razvića i diferencijacije

•Morfogeneza (uklanjanje viška ćelija)

•Selekcija (eliminacija nefunkcionalnih ćelija)

•Imunitet (eliminacija opasnih ćelija)

•Veličina organa (uklanjanje suvišnih ćelija)

6.Stapanje - fuzija

• Kombinovani lokalizovani rast i apoptoza

7. Razdvajanje - delaminacija

• Proces tokom koga se ćelije izdvajaju iz jednog sloja i formiraju novi sloj. Npr. mezoderm

delaminazionepenetrazione

interpozicijaepibolia

Invaginacija

evaginacija

migracija

estensione convergente

delaminacijapenetracijaPreembrionalni period – od oplođenja do razvića

prvog sistema organa (kardiovaskularni)

• blastomerizacija

• blastulacija

• gastrulacija

• neurulacija

• celomacija

Embrionalni period (razviće ostalih sistema organa)

Fetalni period – kada se po spoljašnjim odlikama može odrediti kojoj vrsti pripada plod

1.6.2010

12

Preembrionalni period

• Izolecitne jajne ćelije sisara se dele:

– jednako - ekvalno

– potpuno - holoblastično

Blastomerizacija

Deoba zigota – u početku se sve blastomere dele istom brzinom kasnije su sve odlike lokalizovanog rasta/umnožavanja

Blastomerizacija

• zamena protamina sa histonima• -prelaz sa majčine kontrole na zigot• specifična ekspresija nekih gena

– Sry – određivanje muškog pola– Myc – iRNK za myc i receptori za myc

– Sp1- transkripcioni faktor reguliše ekspresiju brojnih gena uključenih u deobu i diferencijaciju ćelija (konc. se poveć. 8x)

– Oct4 gen - regulator transkripcije – marker za embrioblast– Oct6 gen - “ “ “ “

***Deoba zigota – u početku se sve blastomere dele istom brzinom (samo je to brazdanje?); kasnije su sve odlike lokalizovanog rasta/umnožavanja

Blastomerizacija

• Ako se dve blastomere odvoje- razviće kompletnog organizma. Totipotentnost do stadijuma 8 ćelija, najviše i to kod miša i kunića

�Diploidno jedro od oba roditelja i citoplazma majčina

1.6.2010

13

Blastomerizacija

• sinteza proteina na osnovu majčinih iRNK

• metabolizam enzima i strukturnih komponenti (aktin, tubulin, spektrin) – stalno se sintetišu

• aktivator plazminogena (serin protein) i dr.; samo u specifičnim periodima (Tbl + primitivni endoderm)

Morula

� 8-16 ćelija (3-4 deobe)–morula

� Pošto je prisutna zona pellucida, blastomere se prilagođavaju ograničenom prostoru – kompakcija

� Postaju polarizovane

Blastulacija

�U materici morula je u sekretu sa hranjivim materijama. Ova tečnost razmiče ćelije i formira se šupljina- blastocel

› Embrionalni čvorić

› Trofoblast

2 CELL EMBRYO 16 CELL EMBRYO

64 CELL BLASTULA

1 METRE

1 mm

THE EXTENDED BLASTULA OF THE PIG

FORMATION OF THE MAMMALIAN BLASTULAPolar Body

Blastomere

Zona pellucida

Inner cell mass

Blastocyst cavity

Trophoblast

• Mehanizmi pomoću kojih se razlaže z. pelucida razlikuju se između životinja

• Kod konja se pre nestanka zone pelucide formira uh kapsula koju luče ćelije trofoblasta.

• Zaštita jer kod kobila nije sterilna unutrašnjost materice.

• Kod konja kasna implantacija i blastula se kreće

• Kod ovih životinja samo oplođena jana ćelija dolazi u matericu

svinja

kobilamačka

Blastocista od oko 120 ćelija sadrži:

~40 ćelija emb. čvorića

~80 ćelija trofoblasta

Sinhronizacija se gubi i blastomere se počinju deliti i diferencirati nezavisno Trofoblast

Održavanje graviditeta, štiti embrion od odbacivanja

�Citotrofoblast

› Ćelije se umnožavaju

�Sincicijumtrofoblast

› Mnogo jedara i nema jasne ćelijske granice

1.6.2010

14

Gastrulacija

loptasti oblik zametka u izduženi

- potrošnja O2 i dr. Procesi su pojačani -mitohondrije, Golgi, ER i dr. – složeni

- sinteza novih iRNK -

Gastrulacijapojava primitivne trake (PT)

- formiranje 3 klicina lista - primitivni (Hensenov) čvor

- mezoderm prvo u kaudalnom delu PT (nije još vidljiva) - regresija PT kada se formira mezoderm - širenje mezoderma najsporije kod konja - kraj gastrulacije – troslojna gastrula

• Bilaminarna u trilaminarnu strukturu• Ektoderm

• Endoderm

• Mezoderm

• Formiranje primitivne trake na površini epiblasta

• Uspostavljanje ose glava-rep

• Centar umnožavanja i pokretanja ćelija

• Na cefaličnom kraju – neizdiferencirane ćelije – primitivni čvor

• Pluripotentne ćelije koje formiraju sva tri klicina lista, učestvuju u formiranju mezoderma glave

• Imaju ulogu u formiranju horde

Formiranje mezoderma

Delaminacija i invaginacija ćelija Epiblast = EKTODERM

MESODERM

hipoblast = ENDODERM

TROFOBLAST

MESODERM

ENTODERM

U embrionu

Van embriona

1.6.2010

15

MESODERM PARAKSIJALNI (SOMITI)MESODERM INTERMEDIJERNIMESODERM LATERALNI: (lamina dorsale / somatica)

(lamina ventrale / splanchnica)

INTRAEMBRIONALNI MEZODERM

DIFERENCIJACIJA MEZODERMA

PODELA U TRI REGIJE

MEZODERM PARAAKSIJALNI(SOMITI)

Uporedo sa formiranjem horde, formiraju se i blokovi mezodermalnih ćelija - somiti

Jedan par po vertebralnom segmentu

+ 4-6 u glavenom delu

•sklerotom

Celomacija

CELOMACIJAMESODERM LATERALNI:

Somatopleura

Splanhnopleura

Prostor između - celom

Sa razvićem tela embriona i formiranjem telesnog zida formiraju se dve šupljine:egzocelom i endocelom

Egzocelom je privremena šupljina, a endocelom stalna

U početku simetrična grudno-trbušna šupljina

Kasnije septum transversum deli ove dve šupljine

ZIGOT

BLASTULA

GASTRULA

ENDODERMEKTODERM

PRIMITIVNO CREVO

EPIDERMIS I NJEGOVI DERIVATI

NERVNI SISTEM I strukture koje potiču od nervne kreste

Veći deo epitela digestivne cevi Žlezde

digestivnog sistema

Epitel respiratornog sistema

MEOZODERM

LATERALNI MEZODERM

SOMITI

INTRMEDIJERNI MEZODRM

LATERALNI

Urogenitalni sistem

SKLEROTOMpršljenovi

MIOTOMmišići

DERMATOMDermis

LATERALNI

Splanhnopleura

Somatopleura

Klicini listovi i njihove potence