spermatogenez - Spermatogenesis
spermatogenez | |
---|---|
tanımlayıcılar | |
ağ | D013091 |
Anatomik terminoloji |
Spermatogenezis işlemdir haploid sperm gelişir germ hücreleri içinde seminiferous tübüllerin bir testis . Bu işlem ile başlar mitoz bölünme bölgesinin kök hücrelerin tübüllerin bazal membran yakındır. Bu hücrelere spermatogonial kök hücreler denir . Bunların mitotik bölünmesi iki tip hücre üretir. A tipi hücreler kök hücreleri yeniler ve B tipi hücreler birincil spermatositlere farklılaşır . Birincil spermatosit bölme meiotically ( mayoz iki ikincil spermatositlerin içine I) her ikincil spermatosit, Meiosis II ile iki eşit haploid spermatite bölünür . Spermatidler, spermiyogenez süreci ile spermatozoaya (sperm) dönüştürülür . Bunlar, sperm hücreleri olarak da bilinen olgun spermatozoaya dönüşür . Böylece, birincil spermatosit iki hücreye yol açar, ikincil spermatositler ve iki ikincil spermatosit, alt bölümleriyle dört spermatozoa ve dört haploid hücre üretir.
Spermatozoa, cinsel olarak üreyen birçok organizmadaki olgun erkek gametlerdir . Bu nedenle spermatogenez, dişi eşdeğeri oogenez olan gametogenezin erkek versiyonudur . Gelen memelilerde bu meydana seminifer tübül erkek arasında testisler , kademeli bir biçimde. Spermatogenez, sürecin doğru bir şekilde gerçekleşmesi için en uygun koşullara büyük ölçüde bağlıdır ve cinsel üreme için gereklidir . DNA metilasyonu ve histon modifikasyonu , bu sürecin düzenlenmesinde yer almıştır. Ergenlikte başlar ve genellikle ölüme kadar kesintisiz devam eder, ancak yaşla birlikte üretilen sperm miktarında hafif bir azalma fark edilebilir (bkz. Erkek infertilitesi ).
Spermatogenez, seminifer tüplerin alt kısmında başlar ve aşamalı olarak hücreler tüplere daha derine iner ve olgun spermatozoa, olgun spermlerin biriktiği lümene ulaşana kadar ilerler. Bölünme asenkronik olarak gerçekleşir; tüp çapraz olarak kesilirse, farklı olgunlaşma durumları gözlemlenebilir. Aynı anda üretilen farklı olgunlaşma durumlarına sahip bir hücre grubuna spermatojenik dalga denir.
Amaç
Spermatogenez, genellikle sperm olarak adlandırılan, ancak daha spesifik olarak spermatozoa olarak bilinen ve zigot olarak bilinen tek hücreli bir birey üretmek için gebe kalma sırasında karşı dişi gamet olan oositi dölleyebilen olgun erkek gametler üretir . Bu, cinsel üremenin temel taşıdır ve kromozomal olarak normal ( diploit ) bir zigot ile sonuçlanmak üzere normal kromozom setinin ( haploid ) yarısına katkıda bulunan iki gameti içerir .
Türler arasında farklılık gösteren yavrudaki kromozom sayısını korumak için her bir gametten birinin diğer vücut hücrelerinde bulunan normal kromozom sayısının yarısına sahip olması gerekir. Aksi takdirde, yavru normal kromozom sayısının iki katına sahip olacak ve ciddi anormallikler ortaya çıkabilir. İnsanlarda, yanlış spermatogenezden kaynaklanan kromozomal anormallikler, konjenital defektlere ve anormal doğum kusurlarına ( Down sendromu , Klinefelter sendromu ) ve çoğu durumda gelişmekte olan fetüsün spontan abortusuna neden olur.
İnsanlarda yer
Spermatogenez, erkek üreme sisteminin çeşitli yapıları içinde gerçekleşir . İlk aşamalar testislerde meydana gelir ve gelişen gametlerin olgunlaştığı ve boşalmaya kadar depolandığı epididime ilerler . Seminifer tübüller testisin işlem için başlangıç noktası olan kök hücreleri spermatogonial iç borucuk duvar bölme bitişik merkezcil bir doğrultuda-başlayarak duvarlar ve devam iç kısmına, ya da lümenin -to üretmek olgunlaşmamış sperm. Olgunlaşma epididimde gerçekleşir. Spermatogenez süreci, canlı sperm üretmek için daha düşük bir sıcaklık, özellikle normal vücut sıcaklığından 37 °C (98.6 °F) daha düşük 1°-8 °C gerektirdiğinden [Testes/Skrotum] konumu özellikle önemlidir. Klinik olarak, atletik bir destek kayışı gibi sıcaklıktaki küçük dalgalanmalar, sperm canlılığında veya sayısında herhangi bir bozulmaya neden olmaz.
Süre
İnsanlar için, tüm spermatogenez sürecinin 74 gün (trityum etiketli biyopsilere göre) ve yaklaşık 120 gün (DNA saat ölçümlerine göre) olduğu çeşitli şekillerde tahmin edilmektedir. Kanal sistemi üzerinden taşıma dahil 3 ay sürmektedir. Testisler günde 200 ila 300 milyon spermatozoa üretir. Ancak bunların sadece yaklaşık yarısı veya 100 milyonu canlı sperm haline gelir.
Aşamalar
Tüm spermatogenez süreci, her biri insanlarda belirli bir hücre tipine karşılık gelen birkaç farklı aşamaya bölünebilir. Aşağıdaki tabloda ploidi, kopya sayısı ve kromozom/kromatid sayıları, genellikle DNA sentezi ve bölünmesinden önce (varsa G1'de) bir hücre içindir. Birincil spermatosit, DNA sentezinden sonra ve bölünmeden önce tutuklanır.
hücre tipi | insanda ploidi / kromozomlar | İnsanda DNA kopya sayısı/ kromatitler | Hücre tarafından girilen işlem |
spermatogonium (Ad, Ap ve B türleri) | diploid (2N) / 46 | 2C / 46 | spermatositogenez ( mitoz ) |
birincil spermatosit | diploid (2N) / 46 | 4C / 2x46 | spermatidogenez (mayoz I) |
iki ikincil spermatosit | haploid (N) / 23 | 2C / 2x23 | spermatidogenez (mayoz II) |
dört spermatid | haploid (N) / 23 | C / 23 | spermiyogenez |
dört fonksiyonel spermatozoit | haploid (N) / 23 | C / 23 | spermiasyon |
spermatositogenez
Spermatositogenez, gametositogenezin erkek formudur ve genetik materyalin normal tamamlayıcısının yarısına sahip spermatositlerin oluşumuyla sonuçlanır . Spermatositogenezde, seminifer tübüllerin bazal kompartmanında bulunan bir diploid spermatogonium , mitotik olarak bölünerek birincil spermatositler olarak adlandırılan iki diploid ara hücre üretir . Her birincil spermatosit daha sonra seminifer tübüllerin adluminal bölmesine hareket eder ve DNA'sını çoğaltır ve daha sonra bir kez daha haploid spermatidlere bölünecek olan iki haploid sekonder spermatosit üretmek için mayoz I'e girer . Bu bölünme, ebeveyn kromozomlarından birinin rastgele dahil edilmesi ve gametin genetik değişkenliğini artıran kromozomal çaprazlama gibi genetik çeşitlilik kaynaklarını içerir . DNA hasar yanıtı (DDR) makine spermatogenez önemli bir rol oynar. Protein FMRP , mayotik kromozomlara bağlanır ve spermatogenez sırasında DDR mekanizmasının dinamiklerini düzenler. DNA hasarının onarımı için FMRP gerekli görünmektedir .
Bir spermatogoniumdan bir spermatide her hücre bölünmesi eksiktir; hücreler, senkronize gelişmeye izin vermek için sitoplazma köprüleriyle birbirine bağlı kalır. Tüm spermatogonia, spermatosit üretmek için bölünmez; aksi takdirde, spermatogonia arzı tükenirdi. Bunun yerine, spermatogonial kök hücreler , kendilerinin kopyalarını üretmek için mitotik olarak bölünerek , spermatogenezi beslemek için sürekli bir spermatogonia kaynağı sağlar.
spermatidogenez
Spermatidogenez, ikincil spermatositlerden spermatidlerin oluşturulmasıdır . Daha önce üretilen ikincil spermatositler hızla mayoz II'ye girer ve haploid spermatidler üretmek için bölünür. Bu aşamanın kısalığı, ikincil spermatositlerin histolojik çalışmalarda nadiren görüldüğü anlamına gelir .
spermiyogenez
Spermiyogenez sırasında spermatidler , sentriyollerden birinde mikrotübüller büyüterek bazal gövdeye dönüşen bir kuyruk oluşturmaya başlar . Bu mikrotübüller bir aksonem oluşturur . Daha sonra sentriyol, sentrozom indirgeme sürecinde değiştirilir . Kuyruğun ön kısmı (orta parça olarak adlandırılır) kalınlaşır çünkü mitokondriler enerji beslemesini sağlamak için aksonem çevresinde düzenlenir. Spermatid DNA'sı da paketlenerek yüksek oranda yoğunlaşır. DNA ilk olarak spesifik nükleer bazik proteinlerle paketlenir, bunlar daha sonra spermatid uzaması sırasında protaminlerle değiştirilir . Elde edilen sıkıca paketlenmiş kromatin , transkripsiyonel olarak aktif değildir. Golgi aygıtı olma, hemen yoğunlaştırılmış bir çekirdeği saran akrozom .
Olgunlaşma daha sonra kalan gereksiz sitoplazma ve organelleri ortadan kaldıran testosteronun etkisi altında gerçekleşir . Olarak bilinen aşırı sitoplazma, kalıntı organları , bir fagosite Sertoli çevreleyen hücreler tarafından testisler . Ortaya çıkan spermatozoa artık olgundur ancak hareketliliği yoktur. Olgun spermatozoa, koruyucu Sertoli hücrelerinden spermiasyon adı verilen bir süreçte seminifer tübülün lümenine salınır .
Olmayan motil spermatozoa taşınır epididimde içinde testiküler sıvı yardımıyla Sertoli hücreleri tarafından salgılanan peristaltik kasılma . Epididimde iken spermatozoa hareketlilik kazanır ve dölleme yeteneği kazanır. Bununla birlikte, olgun spermatozoanın erkek üreme sisteminin geri kalanı boyunca taşınması , spermatozoonun yakın zamanda kazanılmış hareketliliğinden ziyade kas kasılması yoluyla sağlanır.
Sertoli hücrelerinin rolü
Farklılaşmanın tüm aşamalarında spermatojenik hücreler, gelişen sperm hücrelerine yapısal ve metabolik destek sağladığı düşünülen Sertoli hücreleri ile yakın temas halindedir. Tek bir Sertoli hücresi, bazal membrandan seminifer tübülün lümenine kadar uzanır, ancak sitoplazmik süreçleri ışık mikroskobik düzeyde ayırt etmek zordur.
Sertoli hücreleri, spermatogenez sırasında bir dizi fonksiyona hizmet eder, gelişmekte olan gametleri aşağıdaki şekillerde desteklerler:
- Kan-testis bariyeri yoluyla gelişme ve olgunlaşma için gerekli ortamı koruyun
- Mayoz bölünmeyi başlatan salgı maddeleri
- Testis sıvısını destekleyen salgı
- Testosteronu gelişmekte olan gametlerin yakınında
yoğunlaştıran androjen bağlayıcı protein (ABP) salgılar.
- Üreme yolunun bakımı için çok yüksek miktarlarda testosterona ihtiyaç vardır ve ABP çok daha yüksek bir doğurganlık düzeyine izin verir.
- Hipofiz bezinin spermatogenezin kontrolünü etkileyen hormonları salgılar, özellikle polipeptit hormonu, inhibin
- Spermiyogenezden arta kalan fagositoz kalıntı sitoplazması
- Anti-Müllerian hormonunun salgılanması , Müllerian kanalının bozulmasına neden olur.
- Kan-testis bariyeri yoluyla spermatidleri erkeğin bağışıklık sisteminden koruyun
- Spermatogonial kök hücre nişine katkıda bulunun
Hücre içi yapışma molekülleri -ICAM 1 ve çözünür ICAM-1 üzerinde antagonistik etkiye sahip sıkı bağlantıları kan testis engeli oluşturur. ICAM-2 molekülleri, bariyerin apikal tarafında ( lümene doğru ) spermatid yapışmasını düzenler .
Etkileyen faktörler
Spermatogenez süreci, ortamdaki, özellikle hormonlar ve sıcaklıktaki dalgalanmalara karşı oldukça hassastır . Testosteronun, seminifer tübüllerde bulunan androjen bağlayıcı protein tarafından bağlanması yoluyla elde edilen süreci sürdürmek için büyük lokal konsantrasyonlarda testosteron gereklidir . Testosteron, seminifer tübüllerin bitişiğinde bulunan Leydig hücreleri olarak da bilinen interstisyel hücreler tarafından üretilir .
Seminifer epitel, insanlarda ve diğer bazı türlerde yüksek sıcaklığa duyarlıdır ve normal vücut sıcaklığına kadar olan sıcaklıklardan olumsuz etkilenecektir. Sonuç olarak, testisler vücudun dışında, skrotum adı verilen bir deri torbasında bulunur . Optimum sıcaklık, vücut sıcaklığının 2 °C'sinde ( insan ) (8 °C fare ) tutulur . Bu, kan akışının düzenlenmesi ve skrotumdaki kremasterik kas ve dartos düz kasının vücudun ısısına doğru ve ondan uzağa konumlanmasıyla sağlanır .
Önemli bir mekanizma, testiküler arteriyel ve venöz kan akımları arasındaki termal değişimdir. Özel anatomik düzenlemeler, iç spermatik arter boyunca iki sarmal bölgesinden oluşur. Bu anatomik düzenleme, testis arteriyel ve venöz kan akışları arasındaki temas süresini ve termal alışverişi uzatır ve kısmen, köpeklerde ve koçlarda rapor edilen aortik ve testis arteriyel kan arasındaki sıcaklık gradyanını açıklayabilir. Ayrıca, internal spermatik arterin kıvrımlı uzunluğunun proksimal üçte birinde meydana gelen nabız basıncında azalma. Ayrıca, spermatojenik rekombinazın aktivitesi azalır ve bunun testis dejenerasyonunun önemli bir faktörü olduğu varsayılır.
Diyet eksiklikleri (B, E ve A vitaminleri gibi), anabolik steroidler , metaller (kadmiyum ve kurşun), röntgen ışınlarına maruz kalma, dioksin , alkol ve bulaşıcı hastalıklar da spermatogenez hızını olumsuz etkileyecektir. Ek olarak, erkek germ hattı, oksidatif stresin neden olduğu DNA hasarına karşı hassastır ve bu hasarın muhtemelen döllenme ve hamilelik üzerinde önemli bir etkisi vardır. Pestisitlere maruz kalma da spermatogenezi etkiler.
hormon kontrolü
Spermatogenezin hormonal kontrolü türler arasında farklılık gösterir. İnsanlarda mekanizma tam olarak anlaşılamamıştır; ancak hipotalamus , hipofiz bezi ve Leydig hücrelerinin etkileşimi nedeniyle spermatogenez başlangıcının ergenlik döneminde gerçekleştiği bilinmektedir . Hipofiz bezi çıkarılırsa, spermatogenez, folikül uyarıcı hormon (FSH) ve testosteron tarafından hala başlatılabilir . FSH'nin aksine, luteinize edici hormonun (LH) gonadal testosteron üretimini indüklemek dışında spermatogenezde çok az rolü olduğu görülmektedir.
FSH, hem Sertoli hücreleri tarafından androjen bağlayıcı protein (ABP) üretimini hem de kan-testis bariyerinin oluşumunu uyarır . ABP, testosteronu spermatogenezi başlatacak ve sürdürecek kadar yüksek seviyelerde konsantre etmek için gereklidir. Sağlıklı erkekler arasında 5 ila 10 kat arasında bir varyasyon olmasına rağmen, intratestiküler testosteron seviyeleri kanda bulunan konsantrasyondan 20–100 veya 50–200 kat daha yüksektir. FSH, testislerde testosteronun sekestre edilmesini başlatabilir, ancak bir kez geliştirildiğinde, spermatogenezi sürdürmek için sadece testosteron gerekir. Bununla birlikte, FSH seviyelerini arttırarak önleyerek sperm üretimini artıracak apoptoz arasında tip A spermatogonia . İnhibin hormonu , FSH seviyelerini düşürmek için hareket eder. Kemirgen modellerinden yapılan çalışmalar, gonadotropinlerin (hem LH hem de FSH) proapoptotik sinyalleri baskılayarak spermatogenez sürecini desteklediğini ve dolayısıyla spermatojenik hücre sağkalımını desteklediğini göstermektedir.
Sertoli hücrelerinin kendileri, hormon üretimi yoluyla spermatogenezin bölümlerine aracılık eder. Östradiol ve inhibin hormonlarını üretme yeteneğine sahiptirler . Leydig hücreleri, ana ürünleri olan testosterona ek olarak estradiol de üretebilir. Hayvanlarda spermatogenez için östrojenin gerekli olduğu bulunmuştur. Bununla birlikte, östrojen duyarsızlık sendromu (kusurlu bir ERα ) olan bir erkeğin , anormal derecede düşük sperm canlılığı olmasına rağmen, normal sperm sayısına sahip sperm ürettiği bulunmuştur ; kısır olup olmadığı belli değil. Çok yüksek östrojen seviyeleri, gonadotropin sekresyonunun baskılanması ve intratestiküler testosteron üretiminin uzaması nedeniyle spermatogenez için zararlı olabilir. Prolaktin ayrıca spermatogenez için önemli görünmektedir.
Ayrıca bakınız
Referanslar
daha fazla okuma
- Okano, Tsukasa; İşiniwa, Hiroko; Onuma, Manabu; Shindo, Junji; Yokohata, Yasushi; Tamaoki, Masanori (23 Mart 2016). "Fukushima'dan vahşi büyük Japon tarla farelerinde (Apodemus speciosus) çevresel radyasyonun testisler ve spermatogenez üzerindeki etkileri" . Bilimsel Raporlar . 6 (1): 23601. Bibcode : 2016NatSR...623601O . doi : 10.1038/srep23601 . PMC 4804236 . PMID 27005329 .
- Johnson, L.; Blanchard, TL; Varner, DD; Scrutchfield, WL (Kasım 1997). "Aygırda spermatogenezi etkileyen faktörler". Teriyojenoloji . 48 (7): 1199–1216. doi : 10.1016/s0093-691x(97)00353-1 . PMID 16728209 .
- Bardin, CW (1991). "Hipofiz-testis ekseni". Yen, SSC'de; Jaffee, RB (ed.). Üreme Endokrinolojisi (3. baskı). Philadelphia: WB Saunders. ISBN'si 0721632068.
- Chambers, Christopher V.; Shafer, Mary-Ann; Adger, Hoover; Ohm-Smith, Marilyn; Millstein, Susan G.; Irwin, Charles E.; Schachter, Julius; Tatlı, Richard (Şubat 1987). "Ergen erkeklerde üretranın mikroflorası: Cinsel aktivite ve nongonokokal üretrit ile ilişkiler". Pediatri Dergisi . 110 (2): 314-321. doi : 10.1016/s0022-3476(87)80180-4 . PMID 3100755 .
- Czyba, JC; Girod, C. (1980). "Normal testis gelişimi". Hafız'da, ESE (ed.). İnmiş ve Kriptorşid Testis . Lahey: Martinus Nijhoff. ISBN'si 9024723337.
- Whitmore, Willet F.; Karsh, Lawrence; Gittes, Ruben F. (Ekim 1985). "İntratestiküler Greftlerin Ayrıcalıklı Sağkalımında Germinal Epitel ve Spermatogenezin Rolü". Üroloji Dergisi . 134 (4): 782-786. doi : 10.1016/s0022-5347(17)47438-6 . PMID 2863395 .