Definition: Hvad er kønsceller?
Kønsceller er i det væsentlige de embryonale forstadier til æg- og sædceller (gameter), der er involveret i den seksuelle reproduktion hos dyr. Hos hvirveldyr har disse celler deres oprindelse uden for embryoet i den tidlige udvikling, inden de vandrer til organismens reproduktionsorganer.
For eksempel stammer de hos mus fra præ-gastrulation, post-implantationsembryoner (et embryon, der endnu ikke har sat sig fast i livmodervæggen). Fordi de spiller en vigtig rolle i overførslen af information fra en generation til en anden, betegnes kønsceller i nogle kredse som udødelige celler.
* Da alle celler i en organisme nedstammer fra primordiale kønsceller (PGC’er), betegnes PGC’er ofte som totipotente celler.
Nogle af kimcellernes kendetegn er bl.a.:
- Runde eller ovale i formen
- Store i størrelsen (fra 10 til 20 um afhængig af organismen)
- Voluminøse, excentrisk placeret kerne
- Har amoeboid bevægelse til at vandre
- Høj alkalisk fosfataseaktivitet
Embryonal udvikling af kimceller
Som med alle andre celler (i somatisk væv) er kimlinens udvikling også stærkt reguleret for at sikre, at organismen bliver fertil og i stand til at reproducere. Hos hvirveldyr er denne proces kendt som PGC-specifikation (germcellespecifikation) og er opdelt i to tilstande, nemlig; den induktive tilstand og kimcellerne.
* Kønscellespecifikation henviser til den proces, hvorved kimceller afsættes.
Germplasma – I denne mekanisme for kimspecifikation afsættes moderligt nedarvede proteiner (herunder RNA’er, nogle organeller osv.) på et bestemt sted i oocytten eller i det tidlige embryo med den instruktive information, der styrer differentieringen af celler til kønsceller.
I D. melanogaster f.eks. transporteres proteiner og RNA’er, der produceres af ammecellerne, til oocytten gennem de cytoplasmatiske broer og lokaliseres ved den bageste del af ooplasmaet, når de sætter sig fast på oocytten. Her bliver ooplasmaet til kimplasmaet, og de celler, der arver det under embryogenesen, udvikler sig til primordiale kønsceller.
Baseret på en række undersøgelser er tab af kimplasma blevet forbundet med fravær eller fald i antallet af kønsceller, hvilket beviser, at komponenterne i kimplasmaet er afgørende for udviklingen af kønsceller.
Induktion
I sammenligning med kimplasmespecifikation har induktion vist sig at være en mere almindelig mekanisme for kimcellespecifikation for de fleste dyr. Den ligner de andre mekanismer, der anvendes til cellespecifikation i kroppen, og indebærer induktion af kønsceller gennem signaler fra den ekstra-embryonale ektoderm.
I museembryoet, som det er tilfældet med mange andre dyreembryoer, sender den ekstra-embryonale ektoderm signalerne (Bmp4/8- Bone marrow promoting factor 4/8) til epiblasten (det egentlige embryo), som igen stimulerer cellerne i interfasen til at udvikle sig til primordiale kønsceller.
Nogle af de organismer, hvor kimceller differentierer epigenetisk (kimplastikken er involveret), omfatter bl.a:
- Salamander
- Visse andre øgler
- Søpattedyr (mennesker, bavianer osv.)
- Fugle
Nogle af de organismer, hvor der dannes kimceller som følge af induktion, omfatter:
- Zebrafisk
- Drosophila
- C. elegans
Udvikling
Som kimceller stammer primordiale kimceller fra en lille gruppe af celler, der befinder sig uden for embryoet tidligt i embryogenesen (flere dage eller få uger afhængigt af organismetypen).
I mennesket kan den første population af disse celler findes i endodermen i rygvæggen, der er placeret i æggeblommesækken nær allantois i løbet af den tredje uge af embryonets udvikling. De migrerer dog til dette område fra det primære ektoderm, hvilket viser, at de stammer fra et ekstraembryonalt rum tidligt i embryogenesen.
Omkring fjerde uge af embryonets udvikling begynder cellerne (Primordial Germ Cells) at migrere fra ektodermen og ind i embryonet og bliver dermed ekstraembryonale (placeret i rum i gulsækken kendt som endoderm og mesoderm). Herfra (i de næste to uger af embryonets udvikling) begynder kimcellerne deres vandring mod kønscellerne, mens de formerer sig.
Migrationen er opdelt i tre hovedfaser, der omfatter:
– Separationsfasen – Primordiale kønsceller bevæger sig fra bagkileepitelet til mesenchymet.
– Anden migrationsfase – Ved hjælp af amoeboid bevægelse migrerer primordiale kimceller fra mesenkymet (mesenkymceller i det dorsale mesenterium) mod kønsryggene.
– Koloniseringsfasen – Dette er den sidste fase af migrationen, hvor cellerne når frem til og befolker gonaderne (kønsryggene).
* For at kimcelleprogrammet kan starte, skal ekspressionen af somatiske gener først undertrykkes.
* Proliferation og migration af primordiale kimceller er blevet vist at blive påvirket af faktorer som TGFbeta1 hos mus. Disse faktorer frigives fra genitalkammene og påvirker cellerne til at migrere til dette område.
Karakteristika, der anvendes til identifikation af kønsceller
Ud over at have en stor kerne og være store i størrelse har kønsceller også en uregelmæssig omrids, høj cytoplasmatæthed og kan fremstå runde eller ovale i form, når de ses i mikroskopet.
Den høje alkaliske fosfataseaktivitet observeres i cellernes perifere cytoplasma.
Specifikt RNA og proteiner som vasa, der findes i cytoplasmaet af disse celler, anvendes som molekylære markører til påvisning af primordiale kønsceller.
Nogle af de andre komponenter i kønsceller (ultrastruktur) omfatter:
- Navemateriale
- Ribosom
- Mitokondrier – runde i form
- Luderligt spredte æggeblomme- og oliepartikler i cytoplasmaet
- Germinalt cytoplasma/kimplasma
Funktion: Gametes: Udvikling af kimceller til kønsceller
Hvor kimcellerne udvikler sig til kønsceller, gennemgår de først en række forandringer, der forbereder dem på at udvikle sig til enten han- eller hunkønsceller hos henholdsvis hanner og hunkøn.
Baseret på forskningsundersøgelser fra 2002 blev det afsløret, at når de ankommer til kønscellerne (mandlige eller kvindelige kønsceller), finder der en DNA-demethylering sted, som fjerner methyleringsmærkerne for de prægerede gener, der er til stede på cellernes genomer. Herved nulstilles primordiale kønsceller.
Dette er særlig vigtigt, fordi det er med til at sikre, at de nye epigenetiske mærker vil afspejle kønnet på det embryo, der er under udvikling. Efter kønsbestemmelse af embryonet genprægninger genetableres på passende vis som enten moderlige eller faderlige. Denne proces involverer deltagelse af enzymer, der er kendt som DNA-methyltransferaser, som inkluderer methylgrupper til nogle af cytosinnukleotiderne.
* Hos hunner finder den nye prægning sted efter første fase af meiosen (post-embryonisk). Hos hanner sker det dog før meiosen.
I gonaderne øges antallet af primordiale celler gennem hurtig mitotisk proliferation. Dette gør det muligt at øge bestanden af kønsceller fra et par tusinde til flere millioner. Mens delingen af kvindelige kønsceller ophører, fortsætter mandlige kønsceller med at dele sig efter fødslen.
Med hensyn til gametproduktion er den kimlinje, der dannes under den embryonale udvikling, involveret i oogenesen (hos kvinder) og spermatogenesen (hos mænd). Hos kvinden starter oogenesen med PGC’er i æggestokkene, der danner en gruppe umodne kønsceller, der er kendt som oogonia.
Disse celler gennemgår først en celledelingsproces kendt som mitose, indtil organismen når sit midterste fosterliv, Efter 20 ugers svangerskab; nogle af cellerne ødelægges gennem apoptose, mens resten (primære oocytter) forbliver i dvale, inden organismen når puberteten. Hos hanner foregår denne proces i testiklerne for at producere spermatogonier, der er diploide af natur.
* Kimceller, der er diploide, gennemgår mitose for at producere spermatogonium/oogonium og i sidste ende den primære spermatocyt/oocyt. Primære spermatocytter og oocytter skal imidlertid gennemgå den reduktive delingscyklus, der er kendt som meiose.
Mens både den primære oocyt og spermatocytten gennemgår to meiotiske faser, producerer de meiotiske processer i spermatocytter fire haploide celler (sædceller), mens et enkelt haploidt æg produceres gennem de meiotiske processer i den primære oocyt.
* Mens diploide celler (f.eks. primordiale kønsceller) har to sæt kromosomer (2n), har diploide celler (f.eks. modne sædceller), kun ét sæt kromosomer (n).
* Når haploide kønsceller (æg fra kvinden og sædcelle fra hannen) forenes, danner de en diploid zygote, der fortsætter med at udvikle sig og danner et nyt individ. Da zygoten er produktet af gameternes forening, indeholder de et sæt kromosomer fra både han- og hunkønnet.
Kimceller vs. somatiske celler
Tidligt i embryoets udvikling adskilles kimcellerne fra somacellerne. Når denne adskillelse først er sket, er den ikke reversibel, og hver gruppe af celler fortsætter til deres respektive veje.
I nogle organismer har det vist sig, at denne adskillelse sker i voksenalderen. Uanset hvad er denne adskillelse vigtig, ikke kun fordi den sikrer, at den voksne organisme er frugtbar og i stand til at videregive genetisk materiale til den næste generation, men også fordi den sikrer, at kimcellerne udvikler sig normalt.
Somatiske og kimceller er derfor forskellige celletyper, der adskiller sig ved flere egenskaber. For eksempel er somatiske celler i forhold til kimceller for det meste almindelige kropsceller, der er involveret i aseksuel reproduktion.
Som sådan er de almindelige celletyper, der ikke er reproduktionsceller. De produceres gennem mitose, som resulterer i produktion af identiske datterceller, der indeholder to sæt homologe kromosomer (2n) og derfor er diploide celler. Hver celle, der produceres gennem mitose (mitotiske celler), vil derfor ligne modercellen.
* Enkelte arter har vist sig at indeholde haploide somatiske celler.
I modsætning til somatiske celler, der opbygger organismens flercellede legeme gennem mitotisk deling, gennemgår kønscellerne celledeling for at producere kønsceller, der er haploide og er involveret i den seksuelle formering.
I modsætning til somatiske celler, som udgør størstedelen af cellerne; da de er indrettet i forskellige typer af kropsvæv, er kimcellerne færre i antal, da de primært er involveret i produktionen af kønsceller.
* Selvom de to celletyper har flere forskelle, har de også flere ligheder – begge er diploide hos størstedelen af dyrene, hvilket betyder, at de har to sæt homoloide kromosomer. På den anden side differentierer de begge til specifikke celletyper, der tjener specifikke roller i kroppen.
Kimceller i kræft/tumor
I tilfælde af, at primordiale kimceller bliver fejlrettet og ender med at sætte sig i ekstragonadale områder (almindeligvis kaldet ekstragonadale steder), dør de normalt, fordi de ikke kan udføre deres funktion andre steder end i kønskirtlerne.
I nogle tilfælde overlever nogle af kimcellerne dog og udvikler sig til tumorer. Sådanne defekter som misdannelser i nervesystemet og køns- og urinvejene osv. kan øge risikoen for tumorer langs midterlinjen (den vej, som kønscellerne følger, før de når frem til gonaderne).
Men selv om kønsceltumorer er sjældne (de udgør mellem 2 og 4 procent af alle kræftformer hos børn og teenagere), er der blevet identificeret flere typer kønsceltumorer.
Disse omfatter:
Gonadale kimcelletumorer
Dette er den type tumorer, der udvikler sig i barnets reproduktionsorgan (gonade), f.eks:
Germeceller i æggestokkene – For det meste har det vist sig, at tumorer i æggestokkene med kimceller i æggestokkene udvikler sig i den ene æggestok hos piger mellem 10 og 14 år. I tilfælde af, at de er kræft, betegnes disse æggestokskimcelletumorer som dysgerminom.
Selv om disse tumorer udvikler sig i æggestokkene, er de også i stand til at sprede sig til andre dele af kroppen (ondartede tumorer). I de fleste tilfælde er disse tumorer dog ikke kræftfremkaldende og udvikler sig til cyster, der er kendt som teratomer.
Keimcelletumorer i testiklerne – Det har vist sig, at størstedelen af testikelkræftformerne starter i kønscellerne. Disse kræftformer er almindelige hos teenagere og yngre mænd.
Testiculær cancer er opdelt i to hovedkategorier, der omfatter:
Seminom
Tumorer, der er 100 procent seminom, er forskellige fra den næste kategori af testikelkræftformer. Selv om det i høj grad rammer testiklerne, findes det i nogle få tilfælde på nogle af de andre ekstra gonadale steder, herunder i mediastinum. Sammenlignet med nogle af de andre testikelkræftformer er seminom meget helbredelig med den højeste overlevelsesrate.
Non-seminama
Non-seminom er opdelt i flere kræfttyper, herunder:
– Yolk sac tumor – Også kendt som endodermale sinustumorer, påvirker yolk sac tumorer almindeligvis testiklerne og æggestokkene og har tendens til at sprede sig hurtigt til andre dele af kroppen (f.eks. lymfeknuder).
– Teratoma – Denne type tumor opstår, når primordiale celler er fejlrettet. Deres udvikling resulterer i dannelsen af vækster, der indeholder sådanne differentierede væv som hår, hud og brusk blandt. Disse typer tumorer findes for det meste på sådanne steder som den orale og sacrococcygeale region.
– Embryonalt karcinom – Denne type kræft opstår, når tumorens kræftceller blander sig med andre typer kimcelletumorer, hvilket medfører, at de bliver kræft. Den er karakteriseret ved tilstedeværelsen af primitive epithelceller med udtalt pleomorfi.
– Choriocarcinom – Denne type kræft er almindelig i livmoderen og påvirker de celler, der danner moderkagen.
Extrakranielle ekstragonadale kimtumorer
Kimcelletumorer, der ikke specifikt forekommer i kønscellerne, kaldes ekstrakranielle ekstragonadale kimtumorer. Som sådan starter de i sæd- og ægcellerne og spreder sig til andre dele af kroppen væk fra gonaderne.
De når ikke til hjernen. De er derfor almindelige langs midterlinjen, som går fra pinealkirtlen til coccyx. Mediastinum, den centrale del af brystkassen, er det mest almindelige sted for disse tumorer i den tidlige barndom.
Nogle af de behandlinger, der anvendes til behandling af kimcelletumorer/-kræft, omfatter:
- Kirurgi for at fjerne kræftcellerne/vævet
- Kemoterapi – Anvendelse af lægemidler til at dræbe kræftceller og forhindre dem i at sprede sig til andre dele af kroppen
- Stråling – Stråling. Dette indebærer brug af røntgenstråler til at dræbe kræftceller
Læs mere her om celledeling og apoptose
Hvad er forskellene mellem meiose og mitose?
Vend tilbage til læring om sædceller samt Sertoli-celler og Leydig-celler
Vend tilbage fra kimceller til MicroscopeMaster home
Cassandra G. Extavour og Michael Akam (2003). Mekanismer for kimcellespecifikation på tværs af metazoerne: epigenese og præformation.
Cynthia R. Wagner (2003). (2010). Spireceller og epigenetik. Nature Masterclass.
Inbar Maayan. (2011). Meiosis in Humans.
Mark Van Doren. (2011). Cellebiologien for kimcellers livscyklus. NCBI Resources.
Pritesh Krishnakumar og Roland Dosch. (2018). Germ Cell Specification: The Evolution of a Recipe to Make Germ Cells: The Evolution of a Recipe to Make Germ Cells.
