The mammalian oocyte orchestrates the rate of ovarian
follicular development
John J. Eppig, Karen Wigglesworth, and Frank L.Pendola Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 99, Issue 5, 2890-2894, March 5, 2002
Развитие ооцита и компартментов соматических клеток в овариальном фолликуле млекопитающих высоко скоординировано; эта координация гарантирует, что овцлировавший ооцит готов к оплодотврению и последующему эмбриогенезу. Нарушение этой синхронности вызывает онтогенетическую недостачность ооцита. Коммуникации между ооцитом и компанией соматических клеток существенны для успешного развития обоих компартментов фолликула. Однако оставалось неясным, что детерминирует общую скорость развития фолликула. Среднего размера ооциты изолировали из вторичных фолликулов и переносили обратно в примордиальные фолликулы на самых ранних стадиях фолликулярного развития. Этот перенос удваивает скорость фолликулярного развития и дифференцировки фолликулярных соматических клеток. Развитие ооцита в этих ускоренных фолликулах протекает нормально; ооциты были компетентны к оплодотворению и эмбриональному развитию. Эти результаты демонстрируют, что ооциты дирижируют и координируют развитием овариальных фолликулов млекопитающих и что скорость развития фолликула базируется на онтогенетической программе, внутренне присущей ооциту.
| Diagrammatic representation of ovarian follicular development in the mouse.
| Follicular development in reaggregated ovaries.
| Differentiation of mural granulosa cells in 12/0 follicles.
| Functional differentiation of the cumulus oophorus.
| Competence of oocytes to resume meiosis and undergo fertilization and preimplantation development.
Сложные межклеточные взаимодействия координируют развитие овариальных фолликулов. Пути клеточного общения включают эндокринные, аутокринные и паракринные регуляторы и щелевые соединения. Нарушения координации развития ооцитов и соматических фолликулярных компартментов путем несвоевременного введения экзогенных гонадотропинов м. давать ооциты, неспособные к развитию. Общение между ооцитом и компанией соматических клеток важно для успешного развития обоих компартментов фолликула. Ооцит зависит от своей ассоциации с компаньонами, соматическими гранулезными клетками, для поддержания своего роста и развития и для регуляции хода мейоза. Скорее всего, ооциты способствуют пролиферации, дифференцировке и функции гранулезных клеток. Общение между гранулезными клетками и ооцитом является , следовательно, двунаправленным и происходит в течение всего развития фолликула. Фактически, формирование фолликулом самого себя, по-видимому, координируется с помощью транскрипционного фактора, factor in the germline α (FIGα), экспрессируемого ооцитом. Раннее развитие фолликула зависит от ооцитом секретируемых членов семейства transforming growth factor β , growth differentiation factor (GDF)-9 и bone morphogenic protein (BMP)-15. Эти продуцируемые ооцитом паракринные факторы способствуют также пролиферации фолликулярных соматических клеток и steroidogenesis и локально регулируют экспрессию генов в гранулезных клетках. Т.о., общение между клетками важно для развития обоих типов клеток.
При рождении оварии мыши содержат только примордиальные фолликулы. Коглорта этих самых ранних фолликулов начинает разиваться вскоре после рождения и в течение 10-12 дней достигает стадии вторичных фолликулов, на которой ооциты находятся в середине стадии роста и окружены kldevz слоями гранулезных клеток. Фолликулы разиваются до большой antral стадии и содержат полностью выросшие ооциты спустя 18-24 дней после рождения (Рис. 1a). Чтобы проверить гипотезу, что ооциты контролируют скорость развития фолликула ооциты изолировали из вторичных фолликулов у 12-дневных мышей и комбинировали их с соматическими клетками оварий новорожденных мышей, чтобы получить реагрегированные оварии (обозначаемые как 12/0 оварии). Примордиальные ооциты из оварий новорожденных также реагрегировали с соматическими клетками оварий от мышей того же возраста (0/0 оварии).
Полученные в данной работе результаты показывают, что скорость развития фолликула примерно удваивается при переносе ооцита mid-growth стадии в соматические условия примордиального фолликула. Это ускорение фолликулярного развития включает преждевременную диффернецировку и функцию как mural, иак и cumulus гранулезных клеток. Следовательно, ооциты оркестрируют и координируют развитие овариальных фолликулов у млекопитающих, а скорость развития фолликула в основном базируется на внутренне присущей ооциту онтогенетической программе.
Реципрокный эксперимент по переносу ооцитов ранних стадий развития в фолликулы более поздних стадий, оказались невыполнимы.
Ооциты во вторичных фолликулах находятся наn mid-growth стадии и некомпетентны вступать в мейоз или подвергаться оплодотворению и эмбриогенезу. Напротив, ооциты за больших antral фолликулов компетентны к мейозу и вступают в метафазу II, а затем подвергаются оплодотворению и последующему эмбриональному развитию. л Следовательно, рост и развитие ооцитов происходит скоординированно с развитием фолликула и зависит от взаимодействия с companion гранулезными клетками.
Ооциты которые развиваются в 12/0 конструкцииях в течение 9 дней становились компетентными к оплодотворению и эмбриональному развитию. Однако уровень успешного развития ниже, чем для контрольных ооуитов. Эти различия скорее всего обусловлены лаг-периодом в развитии ооцитов в течении нескольких дней пока не сформируется фолликул и не восстановится функция после реагрегации оварий.
Очевидно, что многие факторы вносят свой вклад в развитие фолликулов:
гонадотропные гормоны, также как и меж- и интра-фолликулярные сигнальные молекулы. Более того, известно, что применение экзогенных гормонов м. ускорять, по крайней мере, финальные стадии фолликулярного развития. Однако, такие стимуляции нарушают синхронность развития ооцита и компонентов соматических клеток фолликулов и
продуцируют ооциты, чей потенциал развития скомпрометирован. Развитие фолликулярных компонентов д.б. , следовательно, тонко скоординировано. Эксперименты показыват, что ооцит является координатором регуляторной петли ооцит-гранулезные клетки, чья функция существенна для нормального развития и самого ооцита и всего фолликула, как структурной и функциональной единицы.
FIGα zdkzttncz ооцит=специфическим транскрипционным фактором, который, по-видимому, функционирует, координируя экспрессию трех генов zona pellucida во время роста ооцита. Однако, экспрессия Figla обнаруживается в ооцитах самое раннее с 13 дня эмбриогенеза, a целенаправленный мутагенез в Figla обусловливает неспособность к образованию примордиальных фолликулов. Эти результаты указывают на то, что FIGα не только координирует экспрессию генов зоны пеллюцида в растущем ооците, но и регулирует экспрессию генов, связанных с ранней сборкой фолликоулов. Полученные результаты показывают, что растущие ооциты, изолированные из вторичных фоликулов способны к организации ранних фолликулов. Это указывает на то, что ген FIGα регулирует генные продукты, которые необходимы для формирования фолликулов, и после завершения ооцитом той стадии, на которой они были необходимы для формирования фолликулов. Возможно, что изоляция растущих ооцитов от их компаньенов гранулезных клеток усилвивает активность FIGα-зависимого пути в ооцитах, необходимого для формирования фолликула. Более того, FIGα-зависимые генные продукты помимо белков из зоны pellucida м.б. необходимы и во время более позднего развития фолликулов
Влияние ооцита на граннулезные клетки preantral фоликулов, по-видимому. запускает программу для развития антральных фолликулов, когда гонадотропные гормоны м. оказывать свое наиболее существенное влияние. Во время развития антральных фолликулов ооцит м. преимуществено влиять на на развитие и функцию гранулезных клеток, наиболее тесно с ним ассоциированны, а именно cumulus клеток. Возможно также, что влияние ооцита на развитие фоллликула распространяется прямо или косвенно и за пределы cumulus клеток antral фолликулов и и затрагивает даже более удаленные клетки.
Механизм, с помощью которого ооциты оркестрируют развитие фолликулов далек от понимания, но по крайней мере идентифицировано с десяток факторов, секретируемых ооцитомe oocyte, которые м. играть критическую роль, включая GDF-9, BMP-15 и oocyte secreted protein (OOSP)-1. Мутации генов Gdf9 или Bmp15 оказывают выраженные эффекты на фолликулярное развитие, хотя фенотип является видо-специфичным.Нулевая мутация Gdf9, но не Bmp15, предупреждает развитие стадии первичных фолликулов у мышей. Неспособность давать BMP-15 вызывает сходный арест ранних фолликулов в яичниках овец. Функция OOSP1 неизвестна, хотя паттерн экспрессии в общем тот же самый, что и у Gdf9 и Bmp15 в ооцитах мышей.
Имеется, по-видимому, множество паракринных регуляторных факторов, помимо GDF-9, BMP-15, и OOSP1, секретируемых ооцитами, которые влияют на развитие фолликулов.
J. Huntriss, R. Gosden, M. Hinkins, B. Oliver, D. Miller, A.J. Rutherford, and H.M. Picton Isolation, characterization and expression of the human Factor In the Germline alpha (FIGLA) gene in ovarian follicles and oocytes Mol. Hum. Reprod., December 1, 2002;
8(12): 1087 - 1095.
R. A. Taft, J. M. Denegre, F. L. Pendola, and J. J. Eppig Identification of Genes Encoding Mouse Oocyte Secretory and Transmembrane Proteins by a Signal Sequence Trap Biol. Reprod., September 1, 2002;
67(3): 953 - 960.
M. M. Matzuk, K. H. Burns, M. M. Viveiros, and J. J. Eppig Intercellular Communication in the Mammalian Ovary: Oocytes Carry the Conversation Science, June 21, 2002;
296(5576): 2178 - 2180.
Meijia Zhang, You-Qiang Su, Koji Sugiura, Guoliang Xia, John J. Eppig Granulosa Cell Ligand NPPC and Its Receptor NPR2 Maintain Meiotic Arrest in Mouse Oocytes
Science 2010: Vol. 330. no. 6002, pp. 366 - 369
DOI: 10.1126/science.1193573
Гранулёзные клетки Граафова фолликула млекопитающих поддерживают мейотический арест ооцита, это предупреждает его преждевременное созревание. Авт. показали, что мышиные муральные гранулёзные клетки, которые выстилают стенку фолликула, экспрессируют мРНК natriuretic peptide precursor type C (Nppc), тогда как cumulus клетки, окружающие ооцит, экспрессируют мРНК NPPC рецептора NPR2, guanylyl cyclase. NPPC увеличивает уровни cGMP в кумулюсных клетках и ооцитах и ингибирует продолжение мейоза in vitro. Мейотический арест не поддерживается в большинстве Граафовых фолликулов Nppc или Npr2 мутантных мышей и мейоз продолжается преждевременно. Производные ооцита, паракринные факторы способствуют кумулюсным клеткам экспрессировать мРНК Npr2. Следовательно, лиганд гранулёзных клеток NPPC и его рецепторов NPR2 в кумулюсных клетках предупреждают преждевременное мейотическое созревание, это является критическим для синхронности созревания и овуляции и для нормальной плодовитости самок. E-mail: john.eppig@jax.org (J.J.E.); glxia@cau.edu.cn (G.X.)
