Definition: Vad är könsceller?
Könsceller är i princip embryonala föregångare till ägg- och spermieceller (könsceller) som deltar i den sexuella reproduktionen hos djur. Hos ryggradsdjur har dessa celler sitt ursprung utanför embryot i den tidiga utvecklingen innan de migrerar till organismens fortplantningsorgan.
Hos möss till exempel härstammar de från embryon före gagulation, efter implantation (ett embryo som ännu inte har fäst sig vid livmoderslemhinnan). Eftersom de spelar en viktig roll i överföringen av information från en generation till en annan kallas könsceller i vissa kretsar för odödliga celler.
* Med tanke på att alla celler i en organism härstammar från primordiala könsceller (PGC) kallas PGC ofta för totipotenta.
Några egenskaper hos könsceller är bland annat:
- Runda eller ovala former
- Stort format (från 10 till 20 um beroende på organismen)
- Voluminöst, Excentriskt belägen kärna
- Använder amoeboid rörelse för att vandra
- Hög alkalisk fosfatasaktivitet
Embryonal utveckling av könsceller
Som för alla andra celler (i somatisk vävnad) är också könscellernas utveckling starkt reglerad för att se till att organismen blir fertil och kapabel till reproduktion. Hos ryggradsdjur kallas denna process PGC-specifikation (germ cells specification) och delas in i två lägen, nämligen; det induktiva läget och germplasma.
* Germcellsspecifikation hänvisar till den process genom vilken könsceller avsätts.
Germplasma – I denna mekanism för specifikation av könsceller avsätts moderligt nedärvda proteiner (inklusive RNA, vissa organeller etc.) på en specifik plats i oocyten eller i det tidiga embryot med den instruktiva informationen som styr differentieringen av celler till könsceller.
I D. melanogaster, till exempel, transporteras proteiner och RNA som produceras av ammacellerna till oocyten genom de cytoplasmatiska broarna och lokaliseras vid den bakre delen av ooplasman när de fäster vid oocyten. Här blir ooplasman till germplasma och de celler som ärver den under embryogenesen utvecklas till primordiala könsceller.
Baserat på ett antal studier har förlusten av germplasma förknippats med avsaknad eller minskning av könsceller vilket bevisar att komponenterna i germplasman är avgörande för utvecklingen av könsceller.
Induktion
I jämförelse med specifikation av germplasma har induktion visat sig vara en vanligare mekanism för specifikation av könsceller för de flesta djur. Den liknar de andra mekanismer som används för cellspecifikation i kroppen och innebär induktion av könsceller genom signaler från den extraembryonala ektodermen.
I musembryot, liksom i många andra djurembryon, sänder den extraembryonala ektodermen signalerna (Bmp4/8- Bone marrow promoting factor 4/8) till epiblasten (det egentliga embryot) som i sin tur stimulerar cellerna i interfasen att utvecklas till primordiala könsceller.
Några av de organismer där könsceller differentierar epigenetiskt (germplasma är inblandat) inkluderar:
- Salamandrar
- Vissa andra ödlor
- Däggdjur (människor, babianer etc.)
- Fåglar
Några organismer där könsceller produceras till följd av induktion är bland annat:
- Zebrafisk
- Drosophila
- C. elegans
Utveckling
Som germina stamceller har primordiala könsceller sitt ursprung i en liten grupp celler som ligger utanför embryot tidigt i embryogenesen (flera dagar eller några veckor beroende på typ av organism).
I människan kan den första populationen av dessa celler hittas i dorsalväggens endoderm som ligger i gulesäcken nära allantois under den tredje veckan av embryoutvecklingen. De migrerar dock till detta område från den primära ektodermen, vilket visar att de har sitt ursprung i ett extraembryonalt fack tidigt i embryogenesen.
Omkring den fjärde veckan av embryoutvecklingen börjar cellerna (primordiala könsceller) migrera från ektodermen och in i embryot och blir på så sätt extraembryonala (belägna i de fack i gulesäcken som kallas endoderm och mesoderm). Härifrån (under de kommande två veckorna av embryots utveckling) börjar könscellerna vandra mot könskörtlarna när de förökar sig.
Migrationen är uppdelad i tre huvudfaser som omfattar:
– Separationsfasen – Primordiala könsceller rör sig från bakgropsepitelet till mesenkymet.
– Andra migrationsfasen – Med hjälp av amoeboid rörelse migrerar primordiala könsceller från mesenkymet (mesenkymceller i det dorsala mesenteriet) mot genitalkammarna.
– Koloniseringsfasen – Detta är den sista migrationsfasen där cellerna anländer till och befolkar gonaderna (genitalkammarna).
* För att könscellsprogrammet ska kunna starta måste uttrycket av somatiska gener först undertryckas.
* Proliferationen och migrationen av primordiala könsceller har visat sig påverkas av sådana faktorer som TGFbeta1 hos möss. Dessa faktorer frigörs från genitalkammarna och påverkar cellerna att migrera till denna region.
Egenskaper som används vid identifiering av könsceller
Förutom att könscellerna har en stor kärna och är stora till storleken, har de också en oregelbunden kontur, hög cytoplasmtäthet och kan verka runda eller ovala till formen vid betraktande i mikroskopet.
Den höga alkaliska fosfatasaktiviteten observeras i cellernas perifera cytoplasma.
Specifikt RNA och proteiner som vasa som finns i cytoplasman hos dessa celler används som molekylära markörer för att upptäcka primordiala könsceller.
Några av de andra komponenterna i könsceller (ultrastruktur) inkluderar:
- Näringsmaterial
- Ribosom
- Mitokondrier – runda i form
- Högvis utspridda äggula- och oljepartiklar i cytoplasman
- Germinal cytoplasm/germplasma
Funktion: Gametes: Utveckling av könsceller till könsceller
Innan könscellerna utvecklas till könsceller genomgår de först ett antal förändringar som förbereder dem för att utvecklas till antingen manliga eller kvinnliga könsceller hos män respektive kvinnor.
Baserat på forskningsstudier som genomfördes 2002 visade det sig att när de anländer till könscellerna (manliga eller kvinnliga könsceller) sker en DNA-demetylering som tar bort metyleringsmärkena för präglade gener som finns i cellernas arvsmassa. På så sätt återställs primordiala könsceller.
Detta är särskilt viktigt eftersom det bidrar till att säkerställa att de nya epigenetiska märkena kommer att återspegla könet på det embryo som håller på att utvecklas. Efter könsbestämning av embryot återställs genavtrycken på lämpligt sätt som antingen moderliga eller faderliga. I denna process deltar enzymer som kallas DNA-metyltransferaser som inkluderar metylgrupper till några av cytosinnukleotiderna.
* Hos honor sker den nya präglingen efter det första meiossteget (postembryonalt). Hos hanar sker det dock före meiosen.
I könskörtlarna ökar antalet primordialceller genom snabb mitotisk proliferation. Detta gör att populationen av könsceller kan öka från några tusen till flera miljoner. Medan delningen av de kvinnliga könscellerna upphör, fortsätter de manliga könscellerna att dela sig efter födseln.
Med avseende på produktion av könsceller är den könsceller som bildas under embryonalutvecklingen involverad i oogenesen (hos kvinnan) och spermatogenesen (hos mannen). Hos kvinnan börjar oogenesen med att PGC i äggstockarna bildar en grupp omogna könsceller som kallas oogonia.
Dessa celler genomgår först en celldelningsprocess som kallas mitos tills organismen når sitt mellersta fosterliv, Efter 20 veckors dräktighet; en del av cellerna förstörs genom apoptos medan resten (primära oocyter) förblir vilande innan organismen når puberteten. Hos män sker denna process i testiklarna för att producera spermatogonier som är diploida till sin natur.
* Keimceller, som är diploida, genomgår mitos för att producera spermatogonium/oogonium och slutligen den primära spermatocyten/oocyten. Primära spermatocyter och oocyter måste dock genomgå den reduktiva delningscykel som kallas meios.
Och även om både den primära oocyten och spermatocyten genomgår två meiotiska faser, ger de meiotiska processerna hos spermatocyter fyra haploida celler (sädesceller), medan ett enda haploid ägg produceras genom den primära oocytans meiotiska processer.
* Medan diploida celler (t.ex. primordiala könsceller) har två uppsättningar kromosomer (2n) har diploida celler (t.ex. mogna spermier) endast en uppsättning kromosomer (n).
* När haploida könsceller (ägget från kvinnan och spermiecellen från mannen) förenas bildar de en diploid zygot som fortsätter att utvecklas för att bilda en ny individ. Med tanke på att zygoten är produkten av gameternas förening innehåller de en uppsättning kromosomer från både hane och hona.
Keimceller Vs somatiska celler
Tidigt i embryots utveckling skiljer sig könscellerna från somacellerna. När denna separation väl sker är den inte reversibel och varje grupp av celler fortsätter till sina respektive vägar.
I vissa organismer har det visat sig att denna separation sker i vuxen ålder. Oavsett detta är denna separation viktig, inte bara för att den säkerställer att den vuxna organismen är fertil och kan överföra genetiskt material till nästa generation, utan också för att den säkerställer att könscellerna utvecklas normalt.
Somatiska och könsceller är därför olika typer av celler som differentieras genom flera egenskaper. Till exempel är somatiska celler, jämfört med könsceller, för det mesta vanliga kroppsceller som är involverade i asexuell reproduktion.
Som sådana är de vanliga celltyper som inte är reproduktionsceller. De produceras genom mitos som resulterar i produktion av identiska dotterceller som innehåller två uppsättningar homologa kromosomer (2n) och är därför diploida celler. Varje cell som produceras genom mitos (mitotiska celler) kommer därför att likna föräldracellen.
* Några få arter har visat sig innehålla haploida somatiska celler.
I motsats till de somatiska cellerna, som genom mitotisk delning bygger upp organismens flercelliga kropp, genomgår könscellerna celldelning för att producera könsceller som är haploida och som är involverade i den sexuella reproduktionen.
I motsats till somatiska celler som utgör majoriteten av cellerna; med tanke på att de är ordnade i olika typer av kroppsvävnader är könscellerna färre till antalet eftersom de i första hand är involverade i produktionen av könsceller.
* Även om de två typerna av celler har flera skillnader har de också flera likheter – båda är diploida hos majoriteten av djuren vilket innebär att de har två uppsättningar homologa kromosomer. Å andra sidan differentierar de båda till specifika typer av celler som fyller specifika funktioner i kroppen.
Könsceller i cancer/tumör
Ifall primordiala könsceller missriktas och hamnar i extragonadala områden (allmänt kända som extragonadala platser) dör de vanligtvis eftersom de inte kan utföra sin funktion på andra platser än i könskörtlarna.
I vissa fall överlever dock en del av könscellerna och utvecklas till tumörer. Sådana defekter som missbildningar av nervsystemet och genitoutinary tract etc kan öka risken för tumörer längs medellinjen (den väg som könscellerna följer innan de når fram till könskörtlarna).
Och även om könscellstumörer är sällsynta (de utgör mellan 2 och 4 procent av all cancer hos barn och tonåringar) har man identifierat flera typer av könscellstumörer.
Dessa inkluderar:
Gonadala könscellstumörer
Dessa är den typ av tumörer som utvecklas i barnets reproduktionsorgan (gonad) som t.ex:
Ovariala könsceller – För det mesta har ovariala könscellstumörer visat sig utvecklas i en äggstock hos flickor mellan 10 och 14 år. Om de är cancerartade kallas dessa ovariella könscellstumörer för dysgerminom.
Och även om dessa tumörer utvecklas i äggstocken kan de också spridas till andra delar av kroppen (maligna tumörer). I de flesta fall är dessa tumörer dock icke-cancerösa och utvecklas till cystor som kallas teratom.
Testikulära könscellstumörer – En majoritet av testikelcancer har visat sig starta i könscellerna. Dessa cancerformer är vanliga hos tonåringar och yngre män.
Testikelcancer delas in i två huvudkategorier som omfattar:
Seminom
Tumörer som till 100 procent är seminom skiljer sig från nästa kategori av testikelcancer. Även om den till stor del drabbar testiklarna finns den i några få fall på några av de andra extra-gonadala platserna, inklusive mediastinum. Jämfört med några av de andra testikelcancerformerna är seminom mycket botbart med den högsta överlevnadsgraden.
Non-seminama
Non-seminom delas in i flera olika typer av cancer, bland annat:
– Gulesäckstumör – Även känd som endodermala sinustumörer, gulesäckstumörer drabbar vanligen testiklarna och äggstockarna och har en tendens att snabbt sprida sig till andra delar av kroppen (t.ex. lymfkörtlar).
– Teratom – Denna typ av tumör uppkommer när primordiala celler är felriktade. Deras utveckling resulterar i bildandet av tillväxter som innehåller sådana differentierade vävnader som hår, hud och brosk bland. Dessa typer av tumörer finns oftast på sådana platser som den orala och sacrococcygeala regionen.
– Embryonalt karcinom – Denna typ av cancer uppstår när tumörens cancerceller blandas med andra typer av könscellstumörer vilket gör att de blir cancerartade. Den kännetecknas av förekomsten av primitiva epitelceller med markerad pleomorfism.
– Choriocarcinom – Denna typ av cancer är vanlig i livmodern och påverkar celler som bildar placenta.
Extrakraniella extragonadala groddjurstumörer
Kroddjurstumörer som inte specifikt förekommer i könscellerna kallas extrakraniella extragonadala groddjurstumörer. Som sådana börjar de i spermie- och äggcellerna och sprider sig till andra delar av kroppen utanför gonaderna.
De når inte hjärnan. De är därför vanliga längs med mittlinjen som löper från tallkottkörteln till svanskotan. Mediastinum, den centrala delen av bröstet, är den vanligaste platsen för dessa tumörer i tidig barndom.
Några av de behandlingar som används för att behandla könscellstumörer/cancer är bland annat:
- Kirurgi för att ta bort cancercellerna/vävnaden
- Kemoterapi – Användning av läkemedel för att döda cancercellerna och förhindra att de sprider sig till andra delar av kroppen
- Bestrålning. Här används röntgenstrålar för att döda cancerceller
Läs mer här om celldelning och apoptos
Vad är skillnaderna mellan meios och mitos?
Tillbaka till att lära sig mer om spermaceller, samt Sertoli-celler och Leydig-celler
Tillbaka från könsceller till MicroscopeMaster home
Cassandra G. Extavour och Michael Akam (2003). Mekanismer för specifikation av könsceller hos metazoer: epigenes och preformation.
Cynthia R. Wagner. (2010). Groddceller och epigenetik. Nature Masterclass.
Inbar Maayan. (2011). Meiosis in Humans.
Mark Van Doren. (2011). Cellbiologin för könscellernas livscykel. NCBI Resources.
Pritesh Krishnakumar och Roland Dosch. (2018). Germ Cell Specification (Specifikation av könsceller): The Evolution of a Recipe to Make Germ Cells.
