Definíció:
A csírasejtek lényegében a petesejtek és a spermiumok (ivarsejtek) embrionális előfutárai, amelyek részt vesznek az állatok szexuális reprodukciójában. A gerinceseknél ezek a sejtek a korai fejlődés során az embrión kívül keletkeznek, mielőtt a szervezet szaporító szerveihez vándorolnának.
Egerekben például a gasztráció előtti, posztimplantációs embriókból (a méhfalhoz még nem kötődő embrióból) származnak. Mivel fontos szerepet játszanak az információ egyik nemzedékről a másikra történő átadásában, az ivarsejteket egyes szférákban halhatatlan sejteknek nevezik.
* Mivel egy szervezet minden sejtje a primordiális ivarsejtek (PGC-k) leszármazottja, a PGC-ket gyakran totipotensnek nevezik.
A csírasejtek néhány jellemzője a következő:
- Gömbölyded vagy ovális alakú
- Nagyméretű (10 és 20 um között változik a szervezettől függően)
- Voluminózus, excentrikusan elhelyezkedő sejtmag
- A vándorláshoz amőboid mozgást használ
- magas alkalikus foszfatáz aktivitás
A csírasejtek embrionális fejlődése
A többi sejthez hasonlóan (a szomatikus szövetekben) a csírasejtek fejlődése is erősen szabályozott, hogy a szervezet termékeny és szaporodásra képes legyen. A gerinceseknél ezt a folyamatot PGC-specifikációnak (csírasejtek specifikációja) nevezik, és két módozatra oszlik, nevezetesen; az induktív módozatra és az ivarsejt-specifikációra.
* A csírasejt-specifikáció arra a folyamatra utal, amelynek révén az ivarsejtek elkülönülnek.
Csíraplazma – A csíraspecifikációnak ebben a mechanizmusában az anyai öröklésű fehérjék (beleértve az RNS-eket, egyes organellákat stb.) az oocitában vagy a korai embrión belül egy meghatározott helyre kerülnek félre az instruktív információval, amely a sejtek csírasejtekké való differenciálódását irányítja.
A D. melanogasterben például a dajkasejtek által termelt fehérjék és RNS-ek a citoplazmatikus hidakon keresztül az oocitába szállítódnak, és az ooplazma hátsó részén lokalizálódnak, amikor az oocitához kapcsolódnak. Itt válik az ooplazma csíraplazmává, és az embriogenezis során ezt öröklődő sejtek fejlődnek primordiális csírasejtekké.
Egy sor vizsgálat alapján a csíraplazma elvesztését a csírasejtek hiányával vagy csökkenésével hozták összefüggésbe, így bizonyítva, hogy a csíraplazma összetevői kulcsfontosságúak a csírasejtek fejlődéséhez.
Indukció
A csíraplazma specifikációhoz képest az indukció a csírasejtek specifikációjának gyakoribb mechanizmusának bizonyult a legtöbb állat esetében. Ez hasonló a szervezetben a sejtek specifikációjához használt egyéb mechanizmusokhoz, és magában foglalja az ivarsejtek indukcióját az extraembrionális ektodermából érkező jelek révén.
Az egér embrióban, ahogyan sok más állati embrióban is, az extraembrionális ektodermából jeleket (Bmp4/8- Bone marrow promoting factor 4/8) küld az epiblasztba (tulajdonképpeni embrió), amely viszont az interfázisban lévő sejteket arra serkenti, hogy primordiális ivarsejtekké fejlődjenek.
Azok közé a szervezetek közé tartoznak, amelyekben az ivarsejtek epigenetikusan differenciálódnak (az ivarsejtek bevonásával):
- Salamandrák
- Változatos egyéb gyíkok
- Emlősök (ember, páviánok stb.)
- Madarak
Azok közé a szervezetek közé, amelyekben az ivarsejtek indukció eredményeként keletkeznek, tartoznak:
- Zebrafish
- Drosophila
- C. elegans
Fejlődés
A primordiális csírasejtek mint csíravonal őssejtek egy kis sejtcsoportból származnak, amelyek az embrión kívül helyezkednek el az embriogenezis korai szakaszában (néhány nap vagy néhány hét, a szervezet típusától függően).
Az emberben e sejtek első populációja az embrió fejlődésének harmadik hetében, az allantois közelében, a sárgatestben található háti fal endodermájában található. Ebbe a régióba azonban a primer ektoderma felől vándorolnak, ami azt mutatja, hogy az embriogenezis korai szakaszában egy extraembrionális rekeszből származnak.
Az embrió fejlődésének körülbelül negyedik hetében a sejtek (primordiális csírasejtek) az ektoderma felől elkezdenek vándorolni az embrióba, így extraembrionálisak lesznek (a sárgatest endodermának és mezodermának nevezett rekeszeiben helyezkednek el). Innen (az embrió fejlődésének következő két hetében) a csírasejtek a proliferációjuk során megkezdik vándorlásukat az ivarmirigyek felé.
A vándorlás három fő fázisra oszlik, amelyek a következők:
– Szeparációs fázis – A primordiális csírasejtek a hátsó bélhámból a mesenchimába vándorolnak.
– A vándorlás második fázisa – Amőboid mozgást alkalmazva a primordiális csírasejtek a mesenchymából (a háti mesenterium mesenchymasejtjei) a nemi gerincek felé vándorolnak.
– Kolonizációs fázis – Ez a vándorlás utolsó fázisa, amikor a sejtek megérkeznek a gonádokhoz (nemi gerincek) és benépesítik azokat.
* Ahhoz, hogy az ivarsejtprogram elindulhasson, először a szomatikus gének expresszióját kell elnyomni.
* Egerekben kimutatták, hogy a primordiális ivarsejtek proliferációját és migrációját olyan faktorok befolyásolják, mint a TGFbeta1. Ezek a faktorok a genitális gerincekből szabadulnak fel, és befolyásolják a sejteket, hogy ebbe a régióba vándoroljanak.
A csírasejtek azonosításához használt jellemzők
A csírasejtek amellett, hogy nagy maggal rendelkeznek és nagy méretűek, szabálytalan körvonalakkal, nagy citoplazmasűrűséggel rendelkeznek, és mikroszkóp alatt vizsgálva kerek vagy ovális alakúnak tűnhetnek.
A magas alkalikus foszfatáz aktivitás a sejtek perifériás citoplazmájában figyelhető meg.
A sejtek citoplazmájában található specifikus RNS-t és fehérjéket, mint például a vasa, molekuláris markerként használják a primordiális csírasejtek kimutatására.
A csírasejtek néhány egyéb összetevője (ultrastruktúrája) a következők:
- Nyaganyag
- Riboszóma
- Mitokondriumok – kerek alakúak
- A citoplazmában véletlenszerűen elszórt sárgatest- és olajrészecskék
- csíraplazma/csíraplazma
Funkció: Gaméták: A csírasejtek fejlődése ivarsejtekké
Mielőtt az ivarsejtek ivarsejtekké fejlődnek, először számos változáson mennek keresztül, amelyek előkészítik őket arra, hogy hím- vagy nőstény ivarsejtekké fejlődjenek a hímekben, illetve a nőstényekben.
A 2002-ben végzett kutatások alapján kiderült, hogy az ivarsejtekbe (hím vagy női ivarsejtekbe) érkezéskor DNS-demetiláció zajlik, amely eltávolítja a sejtek genomján jelenlévő, imprintált gének metilációs jeleit. Ezáltal a primordiális ivarsejtek újraindulnak.
Ez azért különösen fontos, mert így biztosítható, hogy az új epigenetikai jelek a fejlődő embrió nemét tükrözzék. Az embrió nemének meghatározását követően a génlenyomatok megfelelően visszaállnak anyai vagy apai ágként. Ebben a folyamatban a DNS-metiltranszferázok néven ismert enzimek vesznek részt, amelyek metilcsoportokat illesztenek egyes citozin-nukleotidokhoz.
* A nőstényeknél az új imprinting a meiózis első szakaszát követően (posztembrionálisan) történik. A hímekben azonban a meiózist megelőzően történik.
A gonádokban az őssejtek száma a gyors mitotikus proliferáció révén növekszik. Ez lehetővé teszi, hogy az ivarsejtek populációja néhány ezerről több millióra nőjön. Míg a női ivarsejtek osztódása megszűnik, a hím ivarsejtek a születés után tovább osztódnak.
Az ivarsejtek termelődését tekintve az embrionális fejlődés során kialakult ivarsejtek részt vesznek az oogenezisben (a nősténynél) és a spermatogenezisben (a hímnél). A nőstényben az oogenezis a petefészekben lévő PGC-kkel kezdődik, amelyek éretlen csírasejtek csoportját alkotják, amelyeket oogóniáknak nevezünk.
Ezek a sejtek először a sejtosztódás mitózisnak nevezett folyamatán mennek keresztül, amíg a szervezet el nem éri a magzati élet középső szakaszát, A terhesség 20. hete után; a sejtek egy része apoptózis révén elpusztul, míg a többi (elsődleges oociták) nyugalmi állapotban marad, mielőtt a szervezet eléri a pubertást. A hímeknél ez a folyamat a herékben zajlik, hogy spermatogoniumok keletkezzenek, amelyek diploid jellegűek.
* A csírasejtek, amelyek diploid jellegűek, mitózison mennek keresztül, hogy spermatogonium/oogonium és végül az elsődleges spermatocita/oocita keletkezzen. A primer spermatocitáknak és az oocitáknak azonban a meiózisként ismert reduktív osztódási cikluson kell keresztülmenniük.
Míg mind a primer oocita, mind a spermatocita két meiotikus fázison megy keresztül, a spermatociták meiotikus folyamatai során négy haploid sejt (spermium) keletkezik, míg a primer oocita meiotikus folyamatai során egyetlen haploid petesejt jön létre.
* Míg a diploid sejtek (pl. primordiális csírasejtek) két kromoszómakészlettel (2n) rendelkeznek, addig a diploid sejtek (pl. érett spermiumok), csak egy kromoszómakészlettel (n) rendelkeznek.
* Amikor a haploid ivarsejtek (a női petesejt és a hímivarsejt) egyesülnek, diploid zigóta jön létre, amely tovább fejlődik, és egy új egyedet alkot. Tekintettel arra, hogy a zigóta az ivarsejtek egyesülésének terméke, mind a hím, mind a nőstény kromoszómákból tartalmaz egy-egy készletet.
Csírasejtek kontra szomatikus sejtek
Az embrió fejlődésének korai szakaszában a csírasejtek elkülönülnek a szomasejtektől. Ha ez a szétválasztás egyszer megtörténik, nem visszafordítható, és mindkét sejtcsoport a saját pályáján halad tovább.
Egyes élőlényeknél kimutatták, hogy ez a szétválasztás felnőttkorban is megtörténik. Ettől függetlenül ez a szétválasztás nemcsak azért fontos, mert biztosítja, hogy a felnőtt szervezet termékeny legyen, és képes legyen genetikai anyagot átadni a következő generációnak, hanem azért is, mert biztosítja, hogy az ivarsejtek normálisan fejlődjenek.
A szomatikus és az ivarsejtek tehát különböző típusú sejtek, amelyeket számos jellemző különböztet meg egymástól. Például az ivarsejtekkel szemben a szomatikus sejtek többnyire olyan szabályos testsejtek, amelyek részt vesznek az aszexuális szaporodásban.
Mint ilyenek, a szaporítósejtektől eltérő szabályos sejttípusok. Mitózis útján jönnek létre, amelynek eredményeképpen azonos leánysejtek keletkeznek, amelyek két homológ kromoszómakészletet (2n) tartalmaznak, és ezért diploid sejtek. Ezért minden egyes mitózis révén keletkező sejt (mitotikus sejtek) hasonlítani fog az anyasejtre.
* Néhány fajról kimutatták, hogy tartalmaz haploid szomatikus sejteket.
A szomatikus sejtekkel ellentétben, amelyek mitotikus osztódással építik fel a szervezet többsejtű testét, az ivarsejtek sejtosztódás során ivarsejteket hoznak létre, amelyek haploidok és részt vesznek a szexuális szaporodásban.
A szomatikus sejtekkel ellentétben, amelyek a sejtek többségét alkotják; tekintettel arra, hogy különböző típusú testszövetekbe rendeződnek, az ivarsejtek száma kevesebb, mivel elsősorban az ivarsejtek előállításában vesznek részt.
* Bár a két sejttípus számos különbséggel rendelkezik, számos hasonlóság is van bennük – az állatok többségében mindkettő diploid, ami azt jelenti, hogy két homológ kromoszómakészlettel rendelkeznek. Másrészt mindkettő meghatározott sejttípusokká differenciálódik, amelyek meghatározott szerepet töltenek be a szervezetben.
Csírasejtek a rákban/tumorban
Amennyiben a primordiális csírasejtek rosszul irányulnak, és végül a nemi mirigyeken kívüli régiókban (közismert nevükön extragonadális helyeken) helyezkednek el, általában elpusztulnak, mert nem tudják ellátni funkciójukat a nemi mirigyeken kívüli helyeken.
Egyes esetekben azonban a csírasejtek egy része túléli és daganattá fejlődik. Az olyan hibák, mint az idegrendszer és az ivarszervek stb. rendellenességei növelhetik a daganatok kockázatát a középvonal mentén (az az út, amelyet az ivarsejtek bejárnak, mielőtt az ivarmirigyekhez érkeznek).
Bár az ivarsejtes daganatok ritkák (a gyermekek és tizenévesek összes rákos megbetegedésének 2-4 százalékát teszik ki), az ivarsejtes daganatok számos típusát azonosították.
Ezek közé tartoznak:
Gonadális csírasejtes daganatok
Ezek a daganattípusok a gyermek nemi szervében (ivarmirigyében) alakulnak ki, mint például:
Petefészek csírasejtek – A petefészek csírasejtes daganatok többnyire a 10 és 14 év közötti lányok egyik petefészkében alakulnak ki. Abban az esetben, ha rákosak, ezeket a petefészek csírasejtes daganatokat dysgerminomának nevezik.
Noha ezek a daganatok a petefészekben alakulnak ki, képesek a test más részeire is átterjedni (rosszindulatú daganatok). A legtöbb esetben azonban ezek a daganatok nem rákosak, és teratomáknak nevezett cisztákká fejlődnek.
Petefészek csírasejtes daganatok – A hererákok többségéről kimutatták, hogy a csírasejtekből indulnak ki. Ezek a rákok gyakoriak a tizenéveseknél és a fiatalabb férfiaknál.
A hererákot két fő kategóriára osztják, amelyek a következők:
Seminoma
A hererák következő kategóriájától eltérnek a 100 százalékban szeminóma jellegű daganatok. Bár nagyrészt a heréket érinti, néhány esetben más, a herén kívüli helyeken is megtalálható, beleértve a mediastinumot is. Néhány más hererákhoz képest a szeminóma nagyon jól gyógyítható, a legmagasabb túlélési aránnyal.
Nem-szeminoma
A nem-szeminomát többféle daganattípusra osztják, többek között:
– Keltazsákdaganat – Az endodermális szinuszdaganatnak is nevezett kelt tumorok általában a heréket és a petefészkeket érintik, és hajlamosak gyorsan átterjedni a test más részeire (pl. nyirokcsomókra).
– Teratomák – Ez a daganattípus az őssejtek téves irányításával jön létre. Fejlődésük olyan daganatok kialakulását eredményezi, amelyek között olyan differenciált szövetek találhatók, mint a haj, a bőr és a porc. Az ilyen típusú daganatok többnyire olyan helyeken fordulnak elő, mint a száj- és a keresztcsonti régió.
– Embryonális karcinóma – Ez a ráktípus akkor alakul ki, amikor a daganat rákos sejtjei más típusú csírasejtes daganatokkal keverednek, és ezáltal rákosodnak. Jellemző rá a kifejezett pleomorfizmussal rendelkező primitív hámsejtek jelenléte.
– Choriocarcinoma – Ez a ráktípus a méhben gyakori, és a méhlepényt alkotó sejteket érinti.
Extrakraniális extragonadális csíradaganatok
A nem kifejezetten a gonádokban előforduló csírasejtes daganatokat extracraniális extragonadális csíradaganatoknak nevezzük. Mint ilyenek, a spermiumok és petesejtek sejtjeiből indulnak ki, és a gonádokon kívül a test más részeire is átterjednek.
Az agyat nem érik el. Ezért gyakoriak a középvonal mentén, amely a tobozmirigytől a farokcsontig húzódik. A mediastinum, a mellkas középső része a leggyakoribb helye ezeknek a daganatoknak a korai gyermekkorban.
A csírasejtes daganatok/rákok kezelésére alkalmazott kezelések közé tartoznak a következők:
- Műtét a rákos sejtek/szövet eltávolítására
- Kémoterápia – A rákos sejtek elpusztítására és a rákos sejtek test más részeire való átterjedésének megakadályozására szolgáló gyógyszerek alkalmazása
- Sugárzás – A rákos sejtek elpusztítására és a rákos sejtek test más részeire való átterjedésének megakadályozására szolgáló gyógyszerek. Ennek során röntgensugarakat használnak a rákos sejtek elpusztítására
Bővebben itt olvashat a sejtosztódásról és az apoptózisról
Mi a különbség a meiózis és a mitózis között?
Térjen vissza a Spermiumsejtek, valamint a Sertoli-sejtek és a Leydig-sejtek megismeréséhez
Térjen vissza a csírasejtekről a MicroscopeMaster főoldalára
Cassandra G. Extavour és Michael Akam (2003). Az ivarsejtek specifikációjának mechanizmusai a metazoáknál: epigenezis és preformáció.
Cynthia R. Wagner. (2010). Csírasejtek és epigenetika. Nature mesterkurzus.
Inbar Maayan. (2011). Meiózis az emberben.
Mark Van Doren. (2011). A csírasejtek életciklusának sejtbiológiája. NCBI Resources.
Pritesh Krishnakumar és Roland Dosch. (2018). A csírasejtek specifikációja: A csírasejtek előállításának receptjének evolúciója.
