Määritelmä:
Asiallisesti sukusolut ovat munasolujen ja siittiösolujen (sukusolujen) alkion esiasteita, jotka osallistuvat eläinten sukupuoliseen lisääntymiseen. Selkärankaisilla nämä solut ovat peräisin alkion ulkopuolelta varhaiskehityksessä ennen kuin ne siirtyvät elimistön lisääntymiselimiin.
Esimerkiksi hiirillä ne saavat alkunsa gastrulaatiota edeltävistä, implantaation jälkeisistä alkioista (alkio, joka ei ole vielä kiinnittynyt kohdun seinämään). Koska niillä on tärkeä rooli tiedon siirtymisessä sukupolvelta toiselle, sukusoluja kutsutaan joillakin aloilla kuolemattomiksi soluiksi.
* Ottaen huomioon, että kaikki organismin solut ovat primordiaalisten sukusolujen (primordial germ cells, PGC) jälkeläisiä, PGC-soluja kutsutaan usein totipotentteiksi.
Joitakin sukusolujen ominaisuuksia ovat mm:
- Pyöreä tai soikea muoto
- Suuri koko (vaihtelee 10-20 um:n välillä organismista riippuen)
- Valovoimainen, eksentrisesti sijaitseva tuma
- Käyttävät ameboideja liikkeitä vaellukseen
- Korkea emäksisen fosfataasin aktiivisuus
Sukusolujen alkionkehitys
Kuten kaikki muutkin solut (somaattisessa kudoksessa), myös sukusolulinjan kehitystä säädellään tarkoin varmistaakseen elimistön tulevan hedelmälliseksi ja kykeneväksi lisääntymään. Selkärankaisilla tämä prosessi tunnetaan nimellä PGC-spesifikaatio (sukusolujen spesifikaatio), ja se jaetaan kahteen moodiin, nimittäin; induktiiviseen moodiin ja sukusolujen spesifikaatioon.
* Sukusolujen spesifikaatiolla tarkoitetaan prosessia, jonka kautta sukusolut asetetaan syrjään.
Sukusolujen spesifikaatiomekanismi – Tässä sukusolujen spesifikaatiomekanismissa äidiltä periytyvät proteiinit (mukaan lukien RNA:t, jotkin organellit jne.) asetetaan sivuun tiettyyn paikkaan munasolussa tai varhaisessa alkion sisällä, ja niissä on instruktiivista tietoa, joka ohjaa solujen erilaistumista sukusoluiksi.
D. melanogasterissa esimerkiksi hoitosolujen tuottamat proteiinit ja RNA:t kulkeutuvat munasoluun sytoplasmasiltojen kautta ja lokalisoituvat ooplasman takaosaan kiinnittyessään munasoluun. Täällä ooplasmasta tulee ituplasmaa, ja solut, jotka periytyvät siitä alkionmuodostuksen aikana, kehittyvät primordiaalisiksi sukusoluiksi.
Monien tutkimusten perusteella ituplasman häviäminen on yhdistetty sukusolujen puuttumiseen tai vähenemiseen, mikä osoittaa, että ituplasman komponentit ovat ratkaisevia sukusolujen kehittymiselle.
Induktio
Itiöplasman spesifikaatioon verrattuna induktio on osoittautunut yleisemmäksi sukusolujen spesifikaatiomekanismiksi useimmilla eläimillä. Se on samankaltainen kuin muut solujen spesifikaatiomekanismit elimistössä, ja siihen kuuluu sukusolujen induktio ekstraembryonisen ektodermin signaalien avulla.
Hiiren alkiossa, kuten monissa muissakin eläinten alkioissa, ekstraembryoninen ektodermi lähettää signaaleja (Bmp4/8- luuydintä edistävä tekijä 4/8) epiblastiin (varsinainen alkio), joka vuorostaan kiihdyttää solujen välisessä faasivaiheessa olevia soluja kehittymään alkukantaisiksi sukusoluiksi.
Joitakin organismeja, joissa sukusolut erilaistuvat epigeneettisesti (sukusolut ovat mukana) ovat mm:
- Salamanterit
- Vaihtelevat muut liskot
- Nisäkkäät (ihminen, paviaanit jne.)
- Linnut
Joitakin organismeja, joissa sukusoluja syntyy induktion seurauksena, ovat mm. seuraavat:
- Seeprakala
- Drosophila
- C. elegans
Kehitys
Sukusolujen kantasoluina primordiaaliset sukusolut saavat alkunsa pienestä soluryhmästä, joka sijaitsee alkion ulkopuolella alkion alkionmuodostuksen varhaisessa vaiheessa (useita päiviä tai muutama viikko organismityypistä riippuen).
Ihmisellä näiden solujen ensimmäinen populaatio löytyy selkärangan seinämän endodermistä, joka sijaitsee keltarauhasessa lähellä allantoosia alkion kehityksen kolmannella viikolla. Ne kuitenkin vaeltavat tälle alueelle primaarisesta ektodermistä, mikä osoittaa, että ne ovat peräisin alkion ulkopuolisesta lokerosta alkionkehityksen varhaisessa vaiheessa.
Noin neljännellä alkionkehitysviikolla solut (primordiaaliset sukusolut) alkavat vaeltaa ektodermistä alkioon, jolloin ne muuttuvat alkion ulkopuolisiksi (ne sijaitsevat keltarauhaskotelon lokeroissa, joita kutsutaan nimillä endodermi (loppusolu) ja mesodermi (keskisolu). Tästä eteenpäin (kahden seuraavan alkionkehitysviikon aikana) sukusolut alkavat siirtyä kohti sukurauhasia lisääntyessään.
Migraatio jakautuu kolmeen päävaiheeseen, joita ovat:
– Erottautumisvaihe – Primordiaaliset sukusolut siirtyvät takaruumiin epiteelistä mesenkyymiin.
– Toinen migraatiovaihe – Amoeboidista liikettä käyttäen primordiaaliset sukusolut vaeltavat mesenkiimistä (selkäytimen suoliliepeen mesenkyymisoluista) kohti sukuharjanteita.
– Kolonisaatiovaihe – Tämä on viimeinen vaellusvaihe, jossa solut saapuvat sukurauhasiin (genitaaliharjuihin) ja asuttavat ne.
* Jotta sukusolujen ohjelma voisi käynnistyä, somaattisten geenien ilmentyminen tukahdutetaan ensin.
* Alkuvaiheen sukusolujen proliferaatioon ja migraatioon on hiirillä osoitettu vaikuttavan sellaiset tekijät kuin TGFbeta1. Näitä tekijöitä vapautuu sukusoluharjanteista ja ne vaikuttavat siihen, että solut vaeltavat tälle alueelle.
Sukusolujen tunnistamisessa käytettävät ominaisuudet
Suuren tuman ja koon lisäksi sukusoluilla on epäsäännöllinen ääriviiva, suuri sytoplasmatiheys ja ne voivat mikroskoopilla tarkasteltuna vaikuttaa pyöreiltä tai soikeilta.
Solujen perifeerisessä sytoplasmassa havaitaan korkea alkalisen fosfataasin aktiivisuus.
Spesifistä RNA:ta ja näiden solujen sytoplasmasta löytyviä proteiineja, kuten vasaa, käytetään molekyylimarkkereina primordiaalisten sukusolujen havaitsemisessa.
Joitakin muita sukusolujen osia (ultrastruktuuri) ovat mm:
- Kielimateriaali
- Ribosomi
- Mitokondriot – Muodoltaan pyöreitä
- Sytoplasmassa ailahtelevasti hajallaan olevia keltuainen- ja öljyhiukkasia
- Imusolujen sytoplasma/alkion plasmaa
Tehtävä: Sukusolut: Sukusolujen kehittyminen sukusoluiksi
Ennen kuin sukusolut kehittyvät sukusoluiksi, ne käyvät ensin läpi useita muutoksia, jotka valmistavat niitä kehittymään joko uroksen tai naaraan sukusoluiksi miehillä ja naisilla.
Vuonna 2002 tehtyjen tutkimusten perusteella paljastui, että sukusolujen (uros- tai naaraspuolisten sukusolujen) saapuessa sukusoluihin tapahtuu DNA:n demetyloituminen, joka poistaa solujen genomissa olevien painettujen geenien metylaatiomerkit. Näin primordiaaliset sukusolut nollautuvat.
Tämä on erityisen tärkeää, koska se auttaa varmistamaan, että uudet epigeneettiset merkit heijastavat kehittyvän alkion sukupuolta. Alkion sukupuolen määrittämisen jälkeen geenijäljet palautetaan asianmukaisesti joko äidillisiksi tai isällisiksi. Tähän prosessiin osallistuvat DNA-metyylitransferaaseiksi kutsutut entsyymit, jotka sisällyttävät metyyliryhmiä joihinkin sytosiininukleotideihin.
* Naaraiden kohdalla uusi leimautuminen tapahtuu meioosin ensimmäisen vaiheen jälkeen (alkion jälkeen). Uroksilla se tapahtuu kuitenkin ennen meioosia.
Sukurauhasissa alkusolujen määrä kasvaa nopean mitoottisen proliferaation kautta. Näin sukusolujen populaatio kasvaa muutamasta tuhannesta useisiin miljooniin. Siinä missä naaraan sukusolujen jakautuminen loppuu, uroksen sukusolut jatkavat jakautumistaan syntymän jälkeen.
Sukusolujen tuottamisen osalta alkionkehityksen aikana muodostunut sukusolu osallistuu oogeneesiin (naaraalla) ja spermatogeneesiin (uroksella). Naarailla oogeneesi alkaa, kun PGC:t munasarjoissa muodostavat ryhmän epäkypsiä sukusoluja, joita kutsutaan oogonioiksi.
Nämä solut käyvät ensin läpi solunjakautumisprosessin, jota kutsutaan mitoosiksi, kunnes organismi saavuttaa sikiökauden keskivaiheen, 20 raskausviikon jälkeen; osa soluista tuhoutuu apoptoosin kautta, kun taas loput (primaariset oosyytit) pysyvät lepotilassa, ennen kuin organismi saavuttaa murrosiän. Miehillä tämä prosessi tapahtuu kiveksissä tuottaen siittiöitä, jotka ovat luonteeltaan diploideja.
* Sukusolut, jotka ovat diploideja, käyvät läpi mitoosin tuottaakseen spermatogoniumin/oogoniumin ja lopulta primaarisen spermatosyytin/oosyytin. Primääriset spermatosyytit ja munasolut joutuvat kuitenkin käymään läpi reduktiivisen jakautumissyklin, joka tunnetaan nimellä meioosi.
Vaikka sekä primäärinen munasolu että spermatosyytti käyvät läpi kaksi meioottista vaihetta, spermatosyyttien meioottiset prosessit tuottavat neljä haploidia solua (siittiösoluja), kun taas primäärisen munasolun meioottisten prosessien kautta syntyy yksi haploidinen munasolu.
* Siinä missä diploidisilla soluilla (esim. primordiaalisilla sukusoluilla) on kaksi kromosomisarjaa (2n), diploidisilla soluilla (esim. kypsillä siittiöillä) on vain yksi kromosomisarja (n).
* Kun haploidiset sukusolut (naaraan munasolu ja uroksen siittiösolu) yhdistyvät, ne tuottavat diploidisen zygootin, joka jatkaa kehitystään muodostaen uuden yksilön. Koska zygootti on sukusolujen yhdistymisen tulos, ne sisältävät sekä uroksen että naaraan kromosomeja.
Sukusolut Vs. somaattiset solut
Varhain alkion kehityksessä sukusolut erotetaan somaattisista soluista. Kun tämä erottelu tapahtuu, se ei ole palautuva, ja kumpikin soluryhmä etenee omille poluilleen.
Joissakin eliöissä tämän erottelun on osoitettu tapahtuvan aikuisuudessa. Siitä huolimatta tämä erottuminen on tärkeää paitsi siksi, että se varmistaa, että aikuinen organismi on hedelmällinen ja kykenee siirtämään geneettisen materiaalin seuraavalle sukupolvelle, myös siksi, että se varmistaa sukusolujen normaalin kehityksen.
Somaattiset solut ja sukusolut ovat siis erityyppisiä soluja, jotka eroavat toisistaan useiden ominaisuuksien perusteella. Esimerkiksi sukusoluihin verrattuna somaattiset solut ovat suurimmaksi osaksi elimistön tavallisia soluja, jotka osallistuvat suvuttomaan lisääntymiseen.
Samoin ne ovat tavallisia muita solutyyppejä kuin lisääntymissoluja. Ne syntyvät mitoosin avulla, jonka tuloksena syntyy identtisiä tytärsoluja, jotka sisältävät kaksi sarjaa homologisia kromosomeja (2n) ja ovat siten diploideja soluja. Jokainen mitoosin kautta tuotettu solu (mitoottiset solut) muistuttaa siis emosolua.
* Muutamien lajien on osoitettu sisältävän haploideja somaattisia soluja.
Toisin kuin somaattiset solut, jotka rakentavat elimistön monisoluisen ruumiin mitoottisen jakautumisen kautta, sukusolut käyvät läpi solunjakautumisen tuottaakseen sukusoluja (gameteja), jotka ovat haploideja, ja jotka osallistuvat sukupuoliseen lisääntymiseen.
Toisin kuin somaattiset solut, jotka muodostavat suurimman osan soluista; ottaen huomioon, että ne ovat järjestäytyneet erityyppisiin kehon kudoksiin, sukusoluja on vähemmän, koska ne osallistuvat ensisijaisesti sukusolujen tuotantoon.
* Vaikka näillä kahdella solutyypillä on useita eroja, niillä on myös useita yhtäläisyyksiä – molemmat ovat diploideja suurimmalla osalla eläimistä, mikä tarkoittaa sitä, että niillä on kaksi homologista kromosomisarjaa. Toisaalta ne molemmat erilaistuvat erityyppisiksi soluiksi, jotka palvelevat tiettyjä tehtäviä elimistössä.
Sukusolut syövässä/kasvaimessa
Tapauksessa, jossa primordiaaliset sukusolut ohjautuvat väärin ja päätyvät asumaan ekstragonadaalisille alueille (joita yleisesti kutsutaan ekstragonadaalisiksi paikoiksi), ne yleensä kuolevat, koska ne eivät pysty suorittamaan tehtäväänsä muissa paikoissa kuin sukurauhasissa.
Jossain tapauksissa osa sukusoluista kuitenkin selviytyy hengissä, ja niistä kehittyy kasvaimia. Tällaiset viat, kuten hermoston ja sukuelinten jne. epämuodostumat, voivat lisätä kasvainten riskiä keskilinjan reitillä (reitillä, jota sukusolut kulkevat ennen saapumistaan sukurauhasiin).
Vaikka sukusolukasvaimet ovatkin harvinaisia (muodostavat 2-4 prosenttia kaikista lasten ja nuorten syövistä), on tunnistettu useita sukusolukasvaintyyppejä.
Näitä ovat:
Gonadaaliset sukusolukasvaimet
Nämä ovat sellaisia kasvaimia, jotka kehittyvät lapsen sukuelimessä (sukurauhasissa), esim:
Munasarjojen sukusolut – Useimmiten munasarjojen sukusolukasvainten on osoitettu kehittyvän yhteen munasarjaan 10-14-vuotiailla tytöillä. Siinä tapauksessa, että ne ovat syöpäkasvaimia, näitä munasarjojen sukusolukasvaimia kutsutaan dysgerminoomaksi.
Vaikka nämä kasvaimet kehittyvät munasarjassa, ne voivat myös levitä muihin kehon osiin (pahanlaatuiset kasvaimet). Useimmissa tapauksissa nämä kasvaimet eivät kuitenkaan ole syöpäkasvaimia, ja ne kehittyvät teratooma-nimellä tunnetuiksi kystoiksi.
Kivesperäiset sukusolukasvaimet – Useimpien kivessyöpien on osoitettu alkavan sukusoluista. Nämä syövät ovat yleisiä teini-ikäisillä ja nuoremmilla miehillä.
Kivessyöpä jaetaan kahteen pääryhmään, joita ovat:
Seminooma
Kivessyövät, jotka ovat 100-prosenttisesti seminoomia, eroavat seuraavasta kivessyöpien ryhmästä. Vaikka se vaikuttaa suurelta osin kiveksiin, sitä esiintyy muutamissa tapauksissa myös joissakin muissa kivesten ulkopuolisissa paikoissa, kuten välikarsinassa. Verrattuna joihinkin muihin kivessyöpiin seminoma on hyvin parannettavissa, ja sen eloonjäämisaste on korkein.
Ei-seminooma
Ei-seminooma jaetaan useisiin eri syöpätyyppeihin, joita ovat muun muassa:
– Keltarauhaskasvain – Keltarauhaskasvaimet tunnetaan myös nimellä endodermaaliset sinus-kasvaimet, ja ne vaikuttavat tavallisesti kiveksissä ja munasarjoissa, ja niillä on taipumus levitä nopeasti muualle elimistöön (esimerkiksi imusolmukkeisiin).
– Teratooma- Tämän tyyppinen kasvain syntyy silloin, kun alkusoluja on ohjattu väärin. Niiden kehittyminen johtaa kasvustojen muodostumiseen, jotka sisältävät sellaisia erilaistuneita kudoksia kuin hiukset, iho ja rusto joukossa. Tämäntyyppisiä kasvaimia esiintyy useimmiten sellaisissa paikoissa kuin suun ja sakrokoccygeaalinen alue.
– Embryonaalinen karsinooma – Tämä syöpätyyppi syntyy, kun kasvaimen syöpäsolut sekoittuvat muun tyyppisiin sukusolukasvaimiin aiheuttaen niiden syöpäisyyttä. Sille on ominaista primitiivisten epiteelisolujen läsnäolo, joilla on merkittävää pleomorfismia.
– Choriocarcinoma – Tämä syöpätyyppi on yleinen kohdussa ja vaikuttaa istukan muodostaviin soluihin.
Extrakraniaaliset ekstragonadaaliset sukusolukasvaimet
Sukusolukasvaimia, jotka eivät esiinny nimenomaan sukurauhasissa, kutsutaan ekstrakraniaalisiksi ekstragonadaalisiksi sukukasvaimiksi. Sellaisina ne saavat alkunsa siittiöiden ja munasolujen soluista ja leviävät muualle elimistöön muualle kuin sukurauhasiin.
Ne eivät pääse aivoihin. Ne ovat siksi yleisiä keskiviivalla, joka kulkee käpylisäkkeestä häntäluuhun. Mediastinum, rintakehän keskiosassa, on näiden kasvainten yleisin sijaintipaikka varhaislapsuudessa.
Joitakin sukusolukasvainten/-syöpien hoitoon käytettäviä hoitoja ovat mm. seuraavat:
- leikkaus syöpäsolujen/kudoksen poistamiseksi
- Kemoterapia – Lääkkeiden käyttö syöpäsolujen tappamiseksi ja niiden leviämisen estämiseksi muualle elimistöön
- Säteily – Syöpäsolujen poistaminen. Tässä käytetään röntgensäteitä syöpäsolujen tappamiseen
Lue lisää täältä aiheesta Solunjakautuminen ja apoptoosi
Mitä eroa on meioosilla ja mitoosilla?
Palaa oppimaan siittiöistä sekä Sertoli-soluista ja Leydig-soluista
Palaa sukusoluista MicroscopeMasterin kotisivuille
Cassandra G. Extavour ja Michael Akam (2003). Sukusolujen spesifikaation mekanismit kautta metazoanien: epigeneesi ja preformaatio.
Cynthia R. Wagner. (2010). Sukusolut ja epigenetiikka. Nature Masterclass.
Inbar Maayan. (2011). Meioosi ihmisillä.
Mark Van Doren. (2011). Sukusolujen elinkaaren solubiologia. NCBI Resources.
Pritesh Krishnakumar ja Roland Dosch. (2018). Sukusolujen spesifikaatio: The Evolution of a Recipe to Make Germ Cells.
