生殖基本知识ppt课件

Chapter 2 哺乳类生殖生物学基础 2.1. 基本概念 配子：精子 sperm, 卵母细胞（卵子） oocyte (egg) 受精卵 胚胎 embryo 胎儿 fetus day 11 (Mouse) after 9 wk (human) 生殖内分泌学 生殖生理学 性 内分泌系统 睾丸结构 精子发生 精子 结构 -运动 射精 性 周 期 绝 经 受精 卵子 排 卵 卵泡发生 乳腺生物学 泌乳 -哺乳 胎儿 -母体 妊 娠 子 宫 分娩 妊娠 基因 表达 着床 胎盘 性别 决定 卵 巢 生 理 子宫生物学 性别分化 性 生殖系统结构 -生理 生殖激素 生殖激素 Reproductive Endocrinology 激素来源、靶器官和 功能 Hormones: Sources, Targets and Functions Source Hormone Target Physiologic Effect 下丘 脑 GnRH Pituitary, tissuesStimulates FSH/LH secretion Anterior pituitary 腺垂体 Follicle- stimulating hormone (FSH) Ovary and Testes Growth of ovarian follicles or seminiferous tubules Luteinizing hormone (LH) Ovary and Testes Production of estrogen and progesterone or testosterone posterior pituitary Oxytocin 催 产 素 Uterus and Mammary Stimulates contraction and secretion of milk Pineal gland 松果腺 Melatonin Gonads, pigment cells Control biorhythms influence reproduction Ovary Estrogen estradiol General uterus Develop/maintain female characteristics stimulate growth of uterine lining Progestrogen Uterus, breast Stimulate development of uterine lining Placenta Chorionic gonadotropin Anterior pituitary Stimulates release of FSH and LH Testes 睾丸 Testosterone General and reprod-uctive structures Develops and maintains male sex characteristics promotes spermatogenesis Relation of the pituitary gland to the brain and hypotha lamus 生殖周期中激素的反馈 调节 发情周期 Physiology of Reproduction 1、雄性生殖器官与精子 （ sperm） 产生精子 合成和分泌类固醇激素、 神经肽、鸦片肽、蛋白水 解酶等。 精原干细胞、精子载体 睾丸注射 GENE Sperm and sperm vector 2、 Female reproductive organs 1.输卵管 oviduct； 2 卵巢； 3 子宫 3、 Ovary 冷冻与移植 Mouse: Sztein et al, 1998; Jackson Lab; Shaw et al, 2000; Manipulating the mouse embryo, 3rd eds cow： Shaw et al, 2000; Agca Y, 2000 Sheep: Salle et al, 20031.为什么进行卵巢冷冻和移植？ 基础研究 患癌症的女性，放疗和高剂量的化疗 都能导致不孕 2.标准： development to term rat 卵巢移 植 Mice： Jones Parrott, 1960; Sheep: Gosden et al, 1994 免疫问题 Monkey BRENDA： Lee et al, Nature, 2004, 428: 137-8 4、卵泡发育与卵子 成熟 m o u s e Relationship between oocyte and follicle cells Traditional opinion: 在卵子发生过程中， 卵泡细胞养育卵母细胞 卵泡细胞通过排卵发生 将卵母细胞输送到输卵 管中 Recent Studies： 卵泡发生过程中，卵 母细胞具有主动的关 键作用 卵母细胞与卵泡细胞 间建立的双向通信， 是卵子的获得受精力 ，以及早期胚胎发育 是必需的 Ovulation：卵母细胞旁分泌的 GDF9、 BMP-15和卵巢外 LH主导 Oocyte-granulosa cell communication is essential for normal growth and development of both the oocyte and the follicle 成年动物原始卵泡再生 - Rewrite textbook！ female mammals produce no new eggs after birth mouse ovaries harbor a previously undiscovered type of stem cell that can form new eggs through adulthood. new Johnson et al,2004 Germ-cell proliferation in juvenile and young adult ovaries a示卵巢表面上皮可能的 Germline Stem Cells (arrowheads)，这些细胞 (b)表达 生殖细胞特有的 MVH蛋白 (mouse vasa homologue,免疫偶联黄色产物， b) 。 这些细胞保持着正常的有丝分裂生长过程（ c） . 采用 BrdU (red)和 MVH (green) 双染色方法，证明这些生长的生殖干细胞存在于幼年（ d）和青年母鼠（ e）的卵 巢上。 F图是用苏木精和伊红染色的 d图卵巢组织。 分裂前期 (g)和中期 (h)的阳 性干细胞（绿色） Meiosis of oocyte 小鼠成熟 Oocyte的参数 卵母细胞中 mRNA的储存 Oocyte growth ( 40m 85m) and accumulation of oocyte RNA accumulation of oocyte t-PA mRNA during oocyte growth ( 40 oocytes/lane) Oocyte growth and accumulation of oocyte RNA ( 300-fold increase, 12 m 85 m) 卵母细胞的 IVM (in vitro maturation) Media Hormone Growth Factor aa 卵母细胞的冷冻与 解冻 vitrification Thawing Freezing 卵子形态结构 Dictyate stage ovulation M-II stage Zona Zona 1.小鼠 ZP1， ZP2， ZP3 分别为 200， 120和 83KD的糖蛋白。 2.由生长的卵母细胞连 续合成和分泌生成 Zona。糖基化在高尔 基体中完成。 小鼠 透明 带 ZP1： 维持透明带的立体结构。 ZP2: 精子第二受体。 ZP3： 精子第一受体、诱导精子的顶体反应。 主肽链 402aa, 44KD, 3-4条 N-oligos (稳定蛋白质结构，防止 内源性酶的降解 )， 6条丝氨酸 /苏氨酸（ Ser/Thr） 连接的 O -oligos. 编码基因： 5号染色体，单拷贝， 8个 exon， exon 7 高度变异，由其编码的 25个 氨基酸残基及其糖基化位点决定了受体功能 和透明带反应，保证了受精过程的种间特异 性。 ZP2 ZP2 ZP2 ZP2 ZP2 ZP2 ZP2 ZP2 ZP2 ZP2 ZP2 ZP3 ZP3 ZP3 ZP3 ZP3 ZP3 ZP3 ZP3 ZP3ZP1 ZP3 ZP3 ZP3 ZP2 ZP1 6.2 m ZP3的生物学功能之一 主 肽链诱导精子发生顶体反应 O-oligos末端的非还原性单糖（可能为 -半乳糖或 N-乙酰葡糖胺 ），参与识别精 子表面的透明带结合蛋白（ ZBP， zona binding protein）， 介导透明带与精子 的第一次结合，行使精子受体的功能。 ZP3的生物学功能之二 Zona reaction and block sperm penetration technique of retroviral vector 5、 Fertilization Outline of mammalian fertilization gametes arrive at fertilized region Step 1 sperm penetrates the cumulus cells layer PH-20 glycoprotein of sperm holding the activity of hyaluronidase Step 2 sperm recognizes, binds, and penetrates through the zona of oocyte 识别、结合 Acrosome reaction of sperm Acrosome reaction, penetration Step 2 sperm recognizes, binds, and penetrates through the zona of oocyte Step 2 sperm recognizes, binds, and penetrates through the zona of oocyte Zona reaction Step 3. 识别和融合 Step 4 Cortical reaction and polyspermy block 融合时的变化：阻止多精子入卵 融合同时，质膜电位快速去极化，胞内 游离 Ca2+ 瞬时升高， pH值升高， 皮质颗粒的释放 卵母细胞的激活变化 融合后的变化： “ 唤醒 ”卵母细胞，完成周 期 形态形态 ： PB2的排出、精子核膜崩解、精子 染色体去浓缩、雌雄原核形成、双原核向卵 中央迁移、原核核膜崩解，进入第一次有丝 分裂。 生理生理 ： Ca2+ 升高和 /或 Ca2+振荡、受 精膜电位的形成、 pH值升高 生化生化 ：母源 mRNA的翻译、功能蛋白的修 饰、细胞周期因子的活性变化、 DNA合成的 启动。 卵母细胞激活的关键 胞内游离 Ca2+ 升高是关键信号 钙池中 Ca2+动员的模式 Ca2+振荡 胞外 Ca2+的 流入是维持 Ca2+振荡必需的 Ca2+振荡时， Ca2+泵 动员 1个 Ca2+将耗 掉 1 2 ATP， 生物体采用这样一个效率低 下的信号机制，意义何在？ 精子激活卵母细胞的初始 信号 受体假说 激活因子假说 PIP2. 磷脂酰肌醇酯； PLC.磷脂酶 C； IP3.三磷酸肌醇； DAG.甘油二酯 G? PTK Ca2+ IP3 DAG PKC ? ? ? CG释放、 PB2排出、双原核形成 PIP2. 磷脂酰肌醇酯； PLC.磷脂酶 C； IP3.三磷酸肌醇； DAG.甘油二酯 截短 c-kit ? 寡聚 oscillin ? Ca2+ IP3 DAG PKC ? ? CG释放、 PB2排出、双原核形成 ? NO ? Further change: pronuclear formation and PB2 extrusion Microinjection Mice without a father In mammals, genomes from both parents are generally needed to make viable offspring. But changing the expression of imprinted genes can render the fathers contribution dispensable. Loebel the enhancers therefore have access to Igf2, which is expressed,whereas H19 is silenced. Mice without a fatherLoebel 10.5-12.5 dpc 期间 , GATA4/FOG2 and WT1+KTS因子与 XY生殖腺中 Sry基因的激活 有关 , Sry蛋白通过调控 Sox9, Fgf9和 Dax1因子 , 实现生殖腺向雄性方 向发育 , 诱导体细胞向 Sertoli细胞定向分化 , 随后在 Pdgfra, Dhh, 成 , 唯 一知道的与 12.5 dpc早期卵巢发育有关的两个因子是 Wnt4和 Fst. 左： Y特异基因，右： X 同源基因 . 黄色为广泛表达基因；蓝色为 testis-specific genes； tooth-bud-specific genes in green, and brain-specific genes in red. Genetic map of the non-recombining region of the human Y chromosome Location of SRY on Y chromosome Sry gene 原始生殖腺向睾丸方向分化的时间明显早于向卵巢分化的时间 , 由此预测 , 雄性发育方向的启动是一个主动性的过程 , 在开始卵巢 发育之前 , 雄性发育信号主导着双重潜能的生殖腺细胞向睾丸方向 分化 . 雌性小鼠在交配后 10.5天 (10.5 dpc., days post coitum)时 , 能够检测到胎儿生殖腺中 Sry基因的表达；原位杂交显示， 11.5 dpc阶段的 Sry基因转录只局限在生殖嵴部位，邻近的中肾组织没有 转录。 11.5-12.5 dpc期间，未分化生殖腺获得雌或雄性特征。在 12.0-12.5 dpc时 , 也就是在 Sry开始表达 36 h后 , 作为睾丸分化的 形态学标志的睾索开始形成 . Sry在生殖腺体细胞中的表达 , 启动了 雄性支持细胞 (Sertoli cells)的分化过程 , Sertoli细胞是睾丸体 细胞中的一种主要类型 , 是睾丸后期分化必须的 . Sertoli细胞的极 化、在生殖细胞周围聚集以及再组织过程 , 将生殖腺分割成下面两 个部分：由 Sertoli细胞和生殖细胞组成的管状睾索部分和睾索间隙 部分。生精小管的管周收缩细胞包围 Sertoli细胞后 , 一起沉积到管 状系统边缘的基底层 . 睾丸的其他间质细胞 , 有分泌类固醇激素的 Leydig细胞、成纤维细胞和 XY生殖腺典型的脉管系统 Primordial germ cells (PGCs) in the mouse become demethylated early in development. Remethylation begins in prospermatogonia on E16 in male germ cells, and after birth in growing oocytes. Methylation reprogramming in the germ line Timing of X-inactivation during development. 10 11 12 13 14 15 16 17 妊娠天数 Days gestation 细线期 Leptotene 了 偶线期 Zygotene 了 雌性和雄性生殖腺可以区别