Новости

 
30 мая 2019 г.

Формирование половых желез млекопитающих определяется не только тем, какие половые хромосомы содержатся в клетках конкретного индивида. Важна васкуляризация — «прорастание» кровеносных сосудов: в семенниках сосуды появляются уже на ранней стадии их развития, а в яичниках этого не происходит. Имеет значение и иннервация гонад. Как показала новая работа американских ученых, которые проводили эксперименты на мышах, при развитии яичников в них из нервного гребня мигрируют предшественники нейронов. В семенниках такие клетки не выявляются. Миграция нервных клеток происходит и в случае реверсии пола, когда прекращается генетически запрограммированное развитие семенников и начинается формирование женских половых желез.

Рис. 1. Образование мужских и женских половых желез плацентарных млекопитающих из индифферентной гонады

Рис. 1. Образование мужских (Б) и женских (В) половых желез плацентарных млекопитающих из индифферентной гонады (А). При формировании семенников мезонефросы и их протоки сохраняются, а при формировании яичников они утрачиваются и остается только незначительная часть ткани мезонефросов. Поэтому яйцеводы (производные парамезонефрических протоков) не связаны напрямую с яичниками (производными мезонефроса) и созревшие яйцеклетки могут выйти в пространство между этими структурами. Если при этом произойдет оплодотворение, то наступит внематочная беременность.

Семенники и яичники — соответственно, мужские и женские половые железы — уникальны в плане путей развития органы. Они формируются из одного и того же зачатка — индифферентной первичной гонады, а он является частью туловищной почки — мезонефроса (рис. 1). (И мезонефрос, и первичная гонада — парные структуры.) Ее строение не зависит от генетического пола эмбриона (то есть от того, какие половые хромосомы находятся в клетках эмбриона). Но затем ткань внутри этой гонады начинает преобразовываться, прилегающие к ней протоки — тоже, и преобразования эти зависят от концентрации фактора развития семенников (testis determining factor, TDF), чей ген расположен на Y-хромосоме. Если эта молекула вырабатывается в клетках эмбриона (а для этого им надо иметь соответствующую хромосому), из первичной гонады получаются семенники. Если нет — яичники.

Когда путь развития индифферентной гонады определен, в действие вступают и другие факторы. Анатомия яичника и семенника начинает различаться. Основу семенника формирует мозговое вещество первичной половой железы, то есть ее внутренние слои, а в случае яичника это, напротив, наружная ткань (корковая). В семенники начинают прорастать многочисленные кровеносные сосуды. У мышей это происходит на 16,5 сутки после зачатия, а определение судьбы гонад — за 5 суток до этого (всего беременность лабораторной мыши, Mus musculus, длится около 30 дней). Кровеносные сосуды мигрируют в будущий семенник из мезонефроса, и притягивают их туда факторы, запустившие формирование половых желез по мужскому пути. Клетки эндотелия способствуют разделению ткани семенников на четко оформленные семенные канальцы, в которых формируются сперматозоиды.

В яичниках нет таких канальцев. В них вообще довольно мало кровеносных сосудов. То есть они не участвуют в формировании первичных фолликулов, где впоследствии будут дозревать яйцеклетки. Возникает вопрос: что же тогда определяет структуру яичников? Один из кандидатов — нервы. Нервные клетки входят в состав любого органа, они нужны, чтобы подавать ему сигналы и принимать от него «отчеты о работе». Это хорошо известный факт, но иннервацию половых желез, ее изменения в ходе формирования эмбриона, тем не менее, практически не исследовали. Ученые из Медицинской школы Вашингтонского университета и Университета Дьюка занялись этим.

В предшествующих работах иннервацию яичников и семенников изучали на срезах, притом обычно уже сформированных органов. Таким методом невозможно проследить за образованием сосудов в первичной гонаде и продолжением их развития после того, как судьба этой гонады определится в пользу какого-то одного пола. Авторы нового исследования следили за изменением количества и положения нервных клеток еще в первичных гонадах и мезонефросе в целом. Сначала они использовали для этой цели культуры тканей мезонефроса и первичных гонад (ткани брали непосредственно перед тем, как гонада «решит», по какому пути ей развиваться), но поняли, что в такой искусственной системе миграция нервных клеток и сосудов может пойти не так, как в реальном организме. Иннервация яичников в культурах была слабой, вероятно, из-за отсутствия связей с симпатическим стволом — чередой нервных узлов рядом с позвоночником, от которой отходит множество нервов.

Поэтому основной массив данных в итоге собрали при изучении срезов мезонефроса, почек и гонад эмбрионов, сделанных через определенное количество суток после зачатия. Спаривание множества пар мышей постарались синхронизировать. Момент оплодотворения определяли по возникновению вагинальной пробки (Mating plug): считалось, что от зачатия до ее появления проходит 0,5 суток.

Будущие нервные клетки несут в себе специфические молекулы-маркеры, например: TUJ1 (входит в состав микротрубочек нейронов и их предшественников), HuC и HuD (связываются с мРНК и таким образом влияют на ее активность). Иммуногистохимическое исследование — «покраска» срезов флуоресцирующими антителами к соответствующим молекулам — показало, что в срезах надпочечников и почек эмбрионов возрастом 15,5 суток после зачатия TUJ1, HuC и HuD уже имеются. Клетки, содержащие эти маркеры, на этом этапе обнаруживаются в мезонефросах зародышей обоих полов, но в небольших количествах, по две группы в пять-восемь клеток каждая. Они лежат там среди клеток, обладающих маркерами клеток Сертоли (маркер — AMH) в семенниках и зернистых клеток (granulosa cell, маркер — FOXL2) в яичниках. Нервы явно начинают расти в сторону половых желез, но внутри них пока не развиты (рис. 2).

Рис. 2. Распределение нейрональных маркеров

Рис. 2. Распределение нейрональных маркеров TUJ1 (отмечен красным) и HuC, HuD (отмечены зеленым) по гонадам и мезонефросам мышиных эмбрионов в возрасте 15,5 суток (E15.5, embryonic day 15.5). Изображения A, С, C', D — самка (XX), B, E, E', F, F' — самец (XY). Чтобы лучше было видно гонады каждого пола, на A эмбрион показан с дорсальной стороны, на B — с вентральной. Голубым отмечены маркеры типичных клеток половых желез — FOXL2 зернистых клеток яичника и AMH клеток Сертоли семенников. Серым отмечены участки, несущие ДНК (то есть в основном ядра клеток). Пунктиром выделены увеличенные участки (например, E' — изображение области, выделенной белым пунктиром на E). Dorsal — дорсальная, спинная сторона (C, C', E, E'). Ventral — вентральная, брюшная сторона (D, F, F'). Буквами обозначены: o — яичник (ovary), t — семенник (testis), m — мезонефрос (mesonephros), p — таз (pelvis), sc — симпатический ствол (sympathetic chain), k — почка (kidney), a — надпочечник (adrenal gland). Длина масштабных отрезков — 100 мкм.

На 16,5 сутки TUJ1 присутствует в гонадах обоих полов. Однако у самцов он проникает только в придатки яичек и семявыносящие протоки, но не в толщу семенников. А у самок клетки, несущие TUJ1, в тот же день эмбрионального развития обнаруживаются уже и в яичниках. На 18,5 сутки после зачатия картина принципиально не меняется: нейронов и их предшественников в семенниках по-прежнему нет. Непосредственно после рождения и на пятый день жизни они там тоже отсутствуют (рис. 3).

Рис. 3. Распределение нейрональных маркеров

Рис. 3. Распределение нейрональных маркеров TUJ1 (отмечен красным) и HuC, HuD (отмечены зеленым) по гонадам и мезонефросам мышиных эмбрионов в возрасте 16,5 суток (E16.5, embryonic day 16.5), 18,5 суток (E18.5, embryonic day 18.5), а также сразу после рождения (P0, postnatal day 0) и в пятые (P5, postnatal day 5) сутки после него. Первая и третья строки (A, C, E, E'; G, I, I') — срезы тканей самцов, остальные — срезы тканей самок. Видно, что маркер TUJ1 в семенниках и после рождения отсутствует в самой ткани, образующей сперматозоиды, и есть только в канальцах (E', I'). Нервные клетки в яичниках после рождения обнаруживаются и в корковом (cort, cortex), и в мозговом веществе (med, medulla). Буквами обозначены: h — ворота яичника (hilus), e — придаток семенника (epididymis), ed — выносящие протоки (efferent ductules), tt — семенные канальцы (testis tubules), vd — семявыносящий проток (vas deferens). Остальные обозначения — как на рис. 2.

Итак, в сердцевине развивающихся яичников предшественники нейронов есть, а в сердцевине семенников их нет и после рождения. В теории эти клетки могли бы происходить и не из нервного гребня. Чтобы проверить, из какой структуры они мигрировали, использовали трансгенных мышей, экспрессирующих Wnt1-Cre. Работа гена Wnt1 в эмбриональном развитии запускает формирование мозжечка и среднего мозга, определяет границу между задним и средним мозгом и многое другое. Такие трансгенные мыши широко используются для определения судьбы производных нервного гребня. Ген Cre кодирует одноименный белок, важный для рекомбинации, которая нередко происходит в нейронах и после деления их предшественников. Современные методы позволяют менять интенсивность экспрессии этого гена в разных типах клеток независимо. Таким образом, конструкции с Cre, такие как Wnt1-Cre, можно настроить на работу в производных нервного гребня, но «запретить» им проявлять себя в других типах клеток.

Помимо Wnt1-Cre клетки нервного гребня исследованных эмбрионов экспрессировали Rosa-tdTomato. «Rosa» в данном случае, условно говоря, — это место в ДНК, куда внедряется ген красного флуоресцентного белка tdTomato. Клетки с такой активной структурой светятся красным. Получается, что если предшественники нейронов в развивающихся гонадах мышей мигрировали из нервного гребня, то в ткани половых желез зародышей уже на 15,5 сутки будут видны красные области. Так и оказалось (рис. 4).

Рис. 4. Нейроны и их предшественники мигрируют в половые железы из нервного гребня

Рис. 4. Нейроны и их предшественники мигрируют в половые железы из нервного гребня. Фотографии комплексов гонад с органами выделительной системы у эмбрионов трансгенных мышей с Wnt1-Cre, Rosa-tdTomato (Rosa-TdTm на рисунке). Обозначения — как на рис. 2 и 3.

Клетки нервной ткани принципиально делят на две группы: нейроны и нейроглию (глию). Второй в разы больше (по крайней мере, в головном мозге), но при этом она нужна больше для защиты и питания нейронов — клетки самой глии редко генерируют электрические импульсы, и эти импульсы не служат основным «средством общения» ни внутри нервной системы, ни в ее контактах с другими системами и органами. А что с глией в яичниках? Чтобы это выяснить, ученые использовали эмбрионы трансгенных мышей, у которых ген красного флуоресцентного белка мог проявлять себя только в клетках-предшественниках (и их потомках) с маркером глиальных клеток S100b. Такие клетки обнаружились, tdTomato в них флуоресцировал. Они выявлялись и на 17,5 сутки эмбрионального развития, и через 5 дней после рождения. Значит, и глия в яичниках есть, притом уже в начале их формирования.

Еще один важный вопрос: какие факторы вызывают «прорастание» предшественников нейронов и глии в гонаду? Оно явно начинается уже после действия генов, расположенных на половых хромосомах. Здесь снова помогла генетика. Известно, что в эмбрионах мышей с неработающим геном FGF9 не развиваются полноценные семенники, даже если генетически это самцы (XY). Какое-то время гонада может формироваться по мужскому типу, но между 12,5 и 14,5 сутками после оплодотворения происходит реверсия пола (sex reversal), и гонада переходит на путь развития яичника. Изучение срезов почек, мезонефросов и будущих половых желез у самцов-мутантов по FGF9 выявило, что к 17,5 суткам эмбрионального развития их гонады выглядят как яичники, в них вырабатываются те же маркеры, что и в яичниках (в частности, FOXL2), а еще в них из нервного гребня мигрируют предшественники нейронов и глии. Таким образом, «прорастание» нервов в яичники контролируется не хромосомным полом, а какими-то молекулами, присутствующими в гонадах.

Здесь возможно несколько вариантов. Вероятно, какие-то вещества (репелленты) в развивающихся семенниках «отпугивают» предшественников нейронов и глии. Либо, напротив, в формирующихся яичниках находятся молекулы-аттрактанты, «привлекающие» туда обсуждаемые производные нервного гребня. Исследователи измерили экспрессию генов, кодирующих некоторые из молекул-кандидатов на эти роли: репеллентов нейронов и глии Sema3f, Sema6c, Slit1 и ряда аттрактантов тех же клеток. Оказалось, что в яичниках «привлекающие» будущую нервную ткань белки производятся с той же интенсивностью, как и в соседних органах, зато снижена экспрессия генов белков-репеллентов Sema3f, Sema6c и Slit1. Она падает и в бывших семенниках мутантов по FGF9, меняющих пол с мужского на женский. Получается, что гонады самцов вырабатывают белки, не дающие нейронам и глии проникнуть внутрь органа, а гонады самок так не делают.

Вопросов по-прежнему много. Если нервной сети в сердцевине семенников нет, то как там осуществляется координация функций? Почему без нейронов и глии там можно обойтись? Какие клетки берут на себя роль регуляторов? И как нервная ткань, в свою очередь, влияет (или не влияет) на развитие гонад? Эти вопросы относятся к мужским половым железам, и на них сложнее ответить, потому что кандидатов-регуляторов пока много. Чуть более узкий вопрос касается яичников: как составляющие этих органов влияют на их иннервацию на поздних стадиях развития? Все это еще предстоит выяснить, а пока можно составить схему иннервации яичника мышиного эмбриона (рис. 5). Скорее всего, она не сильно отличается от человеческой.

Рис. 5. Схема иннервации развивающегося яичника мыши

Рис. 5. Схема иннервации развивающегося яичника мыши. Показаны и прилегающие органы: почка (kidney, желтый), симпатический ствол (sympathetic chain, серый), яйцевод (oviduct, серый более темного оттенка). Голубым в яичнике (ovary) показаны зернистые клетки, экспрессирующие FOXL2. Фиолетовые точки — ооциты (oocytes, из них развиваются яйцеклетки). Красные точки — тела нейронов (neural bodies), красные линии — нервные волокна (neural fibers), зеленые линии — кровеносные сосуды (vasculature; не входят в зону, где экспрессируется FOXL2).

Источник: ЭЛЕМЕНТЫ БОЛЬШОЙ НАУКИ

Есть вопрос или комментарий?..


Ваше имя Электронная почта
Получать почтовые уведомления об ответах:

| Примечание. Сообщение появится на сайте после проверки модератором.


Вернуться в раздел Новости

Регистрация ЛСCRO Биоконсалтинг предлагает любые виды услуг по юридическому оформлению лекарственных средств на территории РФ....
Открыть раздел Регистрация ЛС
Подработка для студентов! Участие в медицинских-научных исследованиях. Исследования проводятся в течении 4-х дней (2+2 через 2 недели) (оплата от 3 000 рублей в день)....
Открыть раздел Вакансии
Политика в области качестваОсновная цель деятельности Общество с ограниченной ответственностью «Биоконсалтинг» (далее ООО «Биоконсалтинг») – проведение токсикологических,...
Открыть раздел Политика в области качества
The LineAct Platform