Spermatogonia: stem cells with a great perspective
|
|
|---|---|
|
В раннем эмбриогенезе несколько клеток предназначено, чтобы стать примордиальными зародышевыми клетками. Эти клетки расопзнаются по специфичной для зародышево линии транскрипционной активности, со специфической экспрессией транскрипционного фактора Oct4 и продукта дрозофилийного гена VASA. Примордиальные зародышевые клетки распознаются также по экспрессии щелочной фосфатазы. После миграции в недифференцированные гонады эти клетки дифференцируются в предшественники зародышевых клеток самок или самцов в зависимости от половой дифференцировки гонад. Необратимое решение принимается, когда эти клетки или вступают в мейоз, чтобы стать ооцитами, или арестовываются, когда начинает формироваться семявыносящий тяж, чтобы сформировать тестисы. Передача сигналов об этих событиях передается через соматические клетки. Этот механизм позволяет примордиальным зародышевым клеткам самцов сохранить пролиферативную активность для поздних стадий тестикулярного развития, чтобы дифференцироваться в гоноциты и стать новым типом стволовых клеток, недифференцированным сперматогонием, который даст миллионы дифференцирующихся зародышевых клеток у взрослых.
Гоноциты определяются по их морфологическим характеристикам и функциональым свойствам6 реинициации митотической активности, ассоциированой с формированием первой генерации сперматогоний типа А. Сперматогонии также определяются на основании их морфологии, включая присутствие гетерогенного субнабора клеток, содержащих недифференцированные (стволовы клетки) и дифференцирующиеся клетки. Номенклатура представлена в статье de Rooij, Russell, 2000. Количество сперматогониальных стволовых клеток очень мало: тестисы мыши содержат около 35000 сперматогониальных стволовых клеток, тестисы крыс - около 350000.
Рис.1.Тестикулярные стволовые клетки и дифференцирующиеся сперматогонии у крыс. Финальное количество клеток Сертоли предопределяет верхний предел величины сперматогониальной популяции. Недифференцированные сперматогонии (стволовые клетки) регулируются автономно или генетически в зависимости от доступности ниш для стволовых клеток. Появление и нумерация дифференцирующихся сперматогоний зависит от гормональной среды. Ранние дифференцирующиеся сперматогонии чувствительны к FSH. Деления дифференцирующихся сперматогоний зависят от стимуляции c-kit рецепторов. Нет доказательств прямого действия FSH на сперматогонии типа В, продукция фактора стволовых клеток клетками Сертоли может стимулировать деления дифференцирующихся сперматогоний. Противоположные эффекты наблюдаются для андрогенов, которые супрессируют экспансию и дифференцировку сперматогоний |
Spermatogonial control mechanisms Клетки Сертоли ограничивают экспансию популяции сперматогоний. Предполагается, что каждая клетка Сертоли поддерживает определенное количество зародышевых клеток, они формируют ниши для стволовых клеток. Нахождение стволовых клеток в таких нишах подтверждено на овариях мух. Трансплантированные зародышевые клетки собак, кроликов и большинства одомашенных видов способны занимать тестисы мышей, но не способны там дифференцироваться.
Появление дифференцирующихся сперматогоний и их экспансия, по крайней мере частично, зависят от гормональных сигналов. FSH играет основную роль в регуляции сперматогоний у взрослых. FSH очевидно действует как фактор жизнеспособности и как митоген. Показано, что сперматогонии типа А3-А4 (ассоциированые со стадией XIV-I) являются принципиальными местами действия FSH (Рис.1). Эта стадия соответствует времени, когда количество FSH рецепторов и мРНК FSH рецепторов наивысшее. Индуцированная FSH чувствительность к цАМФ клеток Сертоли также наивысшая на этой стадии. Снижение гонадотрофинов у приматов и человека снижает количество сперматогоний типа В до 10% от контроля. А типа сперматогонии также затрагиваютс при удалении FSH и гонадотрофинов у обезьян. Следовательно, первая ступень митоза (A pale сперматогонии) являются местом действия гормона. У крыс не обнаруживается признаков прямого влияния FSH на тип В сперматогонии или прелептотенные сперматоциты.
Роль тестостерона неясна.
Stem cell factor (SCF) и его рецептор c-kit играют важную роль в развитии спермтогоний. Их мутации вызывают бесплодие благодаря нарушению миграции, пролиферации и выживания примордиальных сперматогоний. Установлено также, что семейство bcl-2 играет ключевую роль в интеграции позитивных и негативных сигналов для выживания сперматогоний с некоторыми членами, способствующими выживанию (напр., Bcl-2, BcL-xL, Bcl-w, A1/Bfl-1) и другими, способствующими гибели (напр., Bax, Bak, Bad, Bim). Трансгенная потеря продуцируемого клетками Сертоли glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF)ведет к истощению резервов стволовых клеток, тогда как мыши с избытком GDNF накапливают недифференцированные сперматогонии.
Spermatogonia in culture
Вступление сперматогоний в мейоз наблюдается только во фрагментах семявыносящих канальцев, но не в клетках и ко-культуре. Созревания стволовых клеток после начала мейотической профазы in vitro не происходит. Следовательно, инициация дифференцировки сперматогоний из стволовых клеток и вступление дифференцирующихся сперматогоний в мейоз блокированы в культивируемых клетках. Одкако культура клеток позволяет изучать выживаемость и индукцию апоптоза.
Разработаны "клоногенные" методы для пролиферации гоноцитов. Показано, что тестикулярные клетки лежат в основе ингибиции gonocyte-derived роста, указывая тем самым, что гормональная среда семенников может супрессировать раннее развитие зародышевых клеток.
Germ cell transplantation
На мышах удалось восстановить сперматогенез из сперматогониальных стволовых клеток, микроинъецированных в семявыносящие канаьцы хозяев. Большинство трансплантированных клеток дегенерирует и исчезает до первого мейотического деления донорских клеток наступающего спустя 1 м-ц. Эффективными оказались микроинъекции в rete testis.
разработаны новые улучшенные подходы трансплантации, криоконсервации. Используется обработка хозяев GnRH-агонистами.
Spermatogonial transplantation: hope for tumor patientsРис.2.Схема сохранение фертильности путем консервации и трансплантации тестикулярных стволовых клеток после радио- и химиотерапии онкологических больных
Онкологические болезни, такие как тестикулярный канцер, лейкемия, б-нь Hodgkin, появляются у детей после 15 лет с частотой 1 на 581. Быстроделящиеся диплоидные сперматогонии наиболее чувствительны к цитотоксическим эффектам радиотерапии и химиотерапии. Попытки гормональной защиты сперматогенеза у таких пациентов оказались тщетны. Возлагаются большие надежды на трансплантацию зародышевых клеток. Техника переноса разработана на приматах и клинически опробована у онкологических пациентов (Radford et al., 1999).
|