Сперматоциттер: Меиозға ұшырайтын сперма алдындағы жасушалар
Spermatocyte
Сперматоциттер – ер жыныс жасушалары, аталық бездегі ұрық түтікшелерінде пайда болады. Біріншілік және екіншілік сперматоциттер мейоз процесінен өтеді.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Мейозға түсетін сперматозоид алдындағы жасуша.
Sperm precursor cell that undergoes meiosis
Сперматоциттер – жануарлардағы еркек гаметоциттердің бір түрі. Олар spermatogonia деп аталатын дамымаған герм жасушаларынан пайда болады. Олар ұрықта, яғни ұрық түтіктері деп аталатын құрылымдарда орналасқан. Сперматоциттердің екі түрі бар: біріншілік және екіншілік. Біріншілік және екіншілік сперматоциттер сперматоцитогенез процесі арқылы қалыптасады.
Spermatocytes are a type of male gametocyte in animals. They derive from immature germ cells called spermatogonia. They are found in the testis, in a structure known as the seminiferous tubules. There are two types of spermatocytes, primary and secondary spermatocytes. Primary and secondary spermatocytes are formed through the process of spermatocytogenesis.
Даму
Жасөспірімдік шақта, ұрық түтікшелерінің қабырғалары бойында орналасқан сперматогониялар белсенділеніп, митоздық бөлінуді бастайды, нәтижесінде ядролық қабықшаға бекітілген ядрошыққа ие, сопақ ядролы екі түрлі А жасушасы пайда болады; біреуі қараңғы (Ad), екіншісі – ақшыл (Ap). Ad жасушалары – базальды бөлімде (түтікшенің сыртқы аймағында) қалатын сперматогониялар; бұл жасушалар – көбінесе митозға түспейтін резервтік сперматогониялық сақталатын жасушалар. Ap типті сперматогониялық сақталатын жасушалар белсенді бөлінеді және ядролық қабықшаға және ядрошықтың ортасына жалғасқан гетерохроматині бар дөңгелек ядролы В типті сперматогонияға дифференциациялануды бастайды. В типті жасушалар түтікшенің ішкі бөлігіне қарай жылжып, біріншілік сперматоциттерге айналады; осы процестің аяқталуына шамамен 16 күн уақыт кетеді. Ішкі бөлімдегі біріншілік сперматоциттер I мейозға өтеді және екіншілік сперматоциттер деп аталатын екі қыз жасушаға бөлінеді, бұл процеске 24 күн жұмсалады. Әрбір екіншілік сперматоцит II мейоздың нәтижесінде екі сперматидке айналады.
At puberty, spermatogonia located along the walls of the seminiferous tubules within the testis will be initiated and start to divide mitotically, forming two types of A cells that contain an oval shaped nucleus with a nucleolus attached to the nuclear envelope; one is dark (Ad) and the other is pale (Ap). The Ad cells are spermatogonia that will stay in the basal compartment (outer region of the tubule); these cells are reserve spermatogonial stem cells that do not usually undergo mitosis. Type Ap are actively dividing spermatogonial stem cells which begin differentiation to type B spermatogonia, which have round nuclei and heterochromatin attached to the nuclear envelope and the center of nucleolus. Type B cells will move on to the adluminal compartment (towards the inner region of tubule) and become primary spermatocytes; this process takes about 16 days to complete. The primary spermatocytes within the adluminal compartment will continue on to meiosis I and divide into two daughters cells, known as secondary spermatocytes, a process which takes 24 days to complete. Each secondary spermatocyte will form two spermatids after meiosis II.
Гормондардың рөлі
Адамда алғашқы сперматоциттердің (сперматоцитогенез процесі) қалыптасуы еркек жыныстық жағынан жетілгенде, яғни 10-14 жас аралығында басталады. Гипоталамустан гонадотропин босататын гормонның (GnRH) импульстік толқындарынан кейін қалыптасу басталады, бұл алдыңғы гипофиз безінен шығарылатын фоликулға ынталандыратын гормонның (FSH) және лютеинизациялық гормонның (LH) секрециясына әкеледі. FSH-тың ұрыққа бөлінуі сперматогенезді күшейтеді және Сероли жасушаларының дамуына әкеледі, олар мейоз II-ден кейін сперматидтердің жетілуіне көмектесетін емші жасушалар ретінде қызмет етеді. LH Лейдиг жасушаларының тестостеронды ұрықшалар мен қанға бөліп шығаруын ынталандырады, бұл сперматогенезді күшейтеді және екіншілік жыныстық белгілердің қалыптасуына көмектеседі. Осы уақыттан бастап FSH және LH секрециясы (тестостерон өндірісін стимуляциялайды) еркек өлгенше сперматогенезді стимуляциялайды. Ерлердегі FSH және LH гормондарының деңгейінің жоғарылауы сперматогенездің қарқынын арттырмайды. Дегенмен, жас ұлғайған сайын, тіпті бөлінетін гормон мөлшері тұрақты болған жағдайда да, өндіріс қарқыны төмендейді; бұл мейотикалық профаза кезінде герм жасушаларының жоғары дегенерация деңгейіне байланысты. Двойной спиральный тізілімнің гомологты рекомбинациялық жөнделуі (HRR) егешқұйрықтарда сперматогенездің тізбектелген кезеңдерінде жүзеге асады, бірақ сперматоциттерде ең айқын байқалады. Сперматоциттерде HRR оқиғалары негізінен мейоздың пахитен кезеңінде жүзеге асады және HRR гендік конверсия түрі басым, ал сперматогенездің басқа кезеңдерінде HRR өзара алмасу түрі жиі кездеседі. ДНҚ жөндеу қабілеті жоғары болғандықтан, сперматоциттер төмен мутация деңгейін сақтауда және еркек герм қатарының генетикалық тұтастығын сақтауда маңызды рөл атқарады. Гетерозиготалық хромосомалық реттелулер сперматогендік бұзылысқа немесе сәтсіздікке әкелетіні белгілі, бірақ осыған себеп болатын молекулалық механизмдер толыққанды зерттелмеген. Сперматоциттердегі асинаптикалық аймақтардың кластерленуі мүмкін себеп болуы мүмкін деп ұсынылады. Асинаптикалық аймақтар пахитен сперматоциттерінде BRCA1, киназа ATR және γH2AX-тың болуымен байланысты.
The formation of primary spermatocytes (a process known as spermatocytogenesis) begins in humans when a male is sexually matured at puberty, around the age of 10 through 14. Formation is initiated upon the pulsated surges of gonadotropin releasing hormone (GnRH) from the hypothalamus, which leads to the secretion of follicle stimulating hormone (FSH) and luteinizing hormone (LH) produced by the anterior pituitary gland. The release of FSH into the testes will enhance spermatogenesis and lead to the development of Sertoli cells, which act as nursing cells where spermatids will go to mature after meiosis II. LH promotes Leydig cell secretion of testosterone into the testes and blood, which induce spermatogenesis and aid the formation of secondary sex characteristics. From this point on, the secretion of FSH and LH (inducing production of testosterone) will stimulate spermatogenesis until the male dies. Increasing the hormones FSH and LH in males will not increase the rate of spermatogenesis. However, with age, the rate of production will decrease, even when the amount of hormone that is secreted is constant; this is due to higher rates of degeneration of germ cells during meiotic prophase. Homologous recombinational repair (HRR) of double strand breaks occurs in mice during sequential stages of spermatogenesis but is most prominent in spermatocytes. In spermatocytes, HRR events occur mainly in the pachytene stage of meiosis and the gene conversion type of HRR is predominant, whereas in other stages of spermatogenesis the reciprocal exchange type of HRR is more frequent. Because of their elevated DNA repair capability, spermatocytes likely play a central role in the maintenance of these lower mutation rates, and thus in the preservation of the genetic integrity of the male germ line. It is known that heterozygous chromosomal rearrangements lead to spermatogenic disturbance or failure; however the molecular mechanisms that cause this are not as well known. It is suggested that a passive mechanism involving asynaptic region clustering in spermatocytes is a possible cause. Asynaptic regions are associated with BRCA1, kinase ATR and γH2AX presence in pachytene spermatocytes.
Арнайы мутациялар
Ретино қышқылының 8 (STRA8) ынталандыратын гені адамдарда ретино қышқылы сигналдық жолының жұмыс істеуі үшін қажет, ол мейоздың басталуына алып келеді. STRA8 экспрессиясы мейоздың I фазасының ең алғашқы кезеңі – прелептотенді сперматоциттерде, сперматогонияға қарағанда жоғары болады. STRA8 мутантты сперматоциттері мейозды бастауға қабілетті екені көрсетілді, бірақ олар процесті толық аяқтауға шамалары жетпейді. Лептотенді сперматоциттердегі мутациялар ерте хромосомалық конденсацияға алып келуі мүмкін. Репро4 мутантты сперматоциттерде байқалған Mtap2 микротубуламен байланысты белоктың мутациялары мейоз I профазасы кезінде сперматогенездің дамуын тоқтатады. Бұл репро4 мутанттарында сперматидтердің азаюы арқылы көрінеді. Сперматоциттердің Spo11, DMC1, ATM және MSH5 гендерінде рекомбинантты бұзылған мутациялар пайда болуы мүмкін. Бұл мутациялар екі тізілімді үзілістерді жөндеудің бұзылуын қамтиды, бұл семинарлық эпителий циклінің IV кезеңінде сперматогенездің тоқтауына әкелуі мүмкін.
The gene Stimulated By Retinoic Acid 8 (STRA8) is required for the retinoic acid signaling pathway in humans, which leads to meiosis initiation. STRA8 expression is higher in preleptotene spermatocytes (at the earliest stage of prophase I in meiosis) than in spermatogonia. STRA8 mutant spermatocytes have been shown to be capable of meiosis initiation; however, they cannot complete the process. Mutations in leptotene spermatocytes can result in premature chromosome condensation. Mutations in Mtap2, a microtubule associated protein, as observed in repro4 mutant spermatocytes, have been shown to arrest spermatogenesis progress during the prophase of meiosis I. This is observed by a reduction in spermatid presence in repro4 mutants. Recombinant defective mutations can occur in Spo11, DMC1, ATM and MSH5 genes of spermatocytes. These mutations involve double strand break repair impairment, which can result in arrest of spermatogenesis at stage IV of the seminiferous epithelium cycle.
Тарих
Сперматогенез процесін зерттеушілер жылдар бойы ішкі (ұрық және Сертоли жасушалары) және сыртқы (FSH және LH) факторларға байланысты бірнеше кезеңдерге бөлді. Сүтқоректілердегі сперматогенез процесі, жасушалық трансформацияны, митоз бен мейозды қамтитын, 1950-1980 жылдар аралығында жақсы зерттелді және құжатталды. Алайда, 1990 және 2000 жылдары зерттеушілер гендер, ақуыздар және сигнал беру жолдары арқылы сперматогенезді реттеуді, сондай-ақ осы процестерге қатысатын биохимиялық және молекулалық механизмдерді түсінуді арттыруға назар аударды. Соңғы уақытта ерлердегі бедеулік жиілігінің артуына байланысты сперматогенезге қоршаған ортаның әсері зерттеу ошағына айналды. Сперматогенез процесіндегі маңызды жаңалық – 1952 жылы С.Р. Леблунд пен И. Клермонның жұмысы нәтижесінде сүтқоректілердің семіздіктің эпителиялық циклын анықтауы болды, бұл жұмыста егеуқұйрықтардың семіздік түтікшелеріндегі сперматогония, сперматоцит қабаттары және сперматидтер зерттелді. Тағы бір маңызды жаңалық – сперматогенезді реттеуде маңызды рөл атқаратын гипоталамус-гипофиз-ұрық гормональды тізбегінің табылуы, бұл туралы 1994 жылы Р.М. Шарп зерттеді. Mesostoma ehrenbergii – сперматоциттердің қалыптасу кезінде ерекше еркек мейозы кезеңіне ие рабдокоэльді жалпақ құрт. Алдын-анафаза кезеңінде төрт уақытша хромосомадан тұратын сперматоциттерде бөліну ойықтары пайда болады. Анафаза кезеңінің соңында әр полюсте біреуі шпиндель полюстері арасында физикалық байланыссыз (қашықтық бойынша бөліну деп те аталады) қозғалады. Бұл ерекше қасиеттер зерттеушілерге хромосомалардың қозғалуын, бөліну ойықтарын басқаруды және қашықтық бойынша бөлінуді зерттеуге мүмкіндік беретін шпиндель полюстерінің күшін зерттеуге мүмкіндік береді.
The spermatogenesis process has been elucidated throughout the years by researchers who divided the process into multiple stages or phases, depending on intrinsic (germ and Sertoli cells) and extrinsic (FSH and LH) factors. The spermatogenesis process in mammals as a whole, involving cellular transformation, mitosis, and meiosis, has been well studied and documented from the 1950s to 1980s. However, during the 1990s and 2000s researchers have focused around increasing understanding of the regulation of spermatogenesis via genes, proteins, and signaling pathways, and the biochemical and molecular mechanisms involved in these processes. Most recently, the environmental effects on spermatogenesis have become a focus as male infertility in men has become more prevalent. An important discovery in the spermatogenesis process was the identification of the seminiferous epithelial cycle in mammals—work by C. P. Leblound and Y. Clermont in 1952 that studied the spermatogonia, spermatocyte layers and spermatids in rat seminiferous tubules. Another critical discovery was that of the hypothalamic pituitary testicular hormone chain, which plays a role in spermatogenesis regulation; this was studied by R. M. Sharpe in 1994. Mesostoma ehrenbergii is a rhabdocoel flatworm with a distinctive male meiosis stage within the formation of spermatocytes. During the pre anaphase stage, cleavage furrows are formed in the spermatocyte cells containing four univalent chromosomes. By the end of the anaphase stage, there is one at each pole moving between the spindle poles without actually having physical interactions with one another (also known as distance segregation). These unique traits allow researchers to study the force created by the spindle poles to allow the chromosomes to move, cleavage furrow management and distance segregation.