生殖基本知识.ppt

Chapter2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fetusday11(Mouse)after9wk(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,ReproductiveEndocrinology,激素来源、靶器官和功能,Relationofthepituitaryglandtothebrainandhypothalamus,生殖周期中激素的反馈调节,发情周期,PhysiologyofReproduction,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,Spermandspermvector,2、Femalereproductiveorgans,输卵管oviduct；2卵巢；3子宫,3、Ovary冷冻与移植,Mouse:Szteinetal,1998;JacksonLab;Shawetal,2000;Manipulatingthemouseembryo,3rdedscow：Shawetal,2000;AgcaY,2000Sheep:Salleetal,2003,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标准：developmenttoterm,rat,卵巢移植,Mice：JonesSheep:Gosdenetal,1994,免疫问题,MonkeyBRENDA：Leeetal,Nature,2004,428:137-8,4、卵泡发育与卵子成熟,mouse,Relationshipbetweenoocyteandfolliclecells,Traditionalopinion: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,RecentStudies：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-granulosacellcommunicationisessentialfornormalgrowthanddevelopmentofboththeoocyteandthefollicle,成年动物原始卵泡再生-Rewritetextbook！,femalemammalsproducenoneweggsafterbirth,mouseovariesharborapreviouslyundiscoveredtypeofstemcellthatcanformneweggsthroughadulthood.,new,Johnsonetal,2004,Germ-cellproliferationinjuvenileandyoungadultovaries,a示卵巢表面上皮可能的GermlineStemCells(arrowheads)，这些细胞(b)表达生殖细胞特有的MVH蛋白(mousevasahomologue,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）,Meiosisofoocyte,小鼠成熟Oocyte的参数,卵母细胞中mRNA的储存,Oocytegrowth(40m85m)andaccumulationofoocyteRNA,accumulationofoocytet-PAmRNAduringoocytegrowth(40oocytes/lane),OocytegrowthandaccumulationofoocyteRNA(300-foldincrease,12m85m),卵母细胞的IVM(invitromaturation),MediaHormoneGrowthFactoraa,卵母细胞的冷冻与解冻vitrification,Thawing,Freezing,卵子形态结构,Dictyatestage,ovulation,M-IIstage,Zona,Zona,小鼠ZP1，ZP2，ZP3分别为200，120和83KD的糖蛋白。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，exon7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,ZP3,ZP1,ZP3,ZP3,ZP3,ZP2,ZP1,6.2m,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，zonabindingprotein），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,Zonareactionandblockspermpenetration,techniqueofretroviralvector,5、Fertilization,Outlineofmammalianfertilization,gametesarriveatfertilizedregion,Step1spermpenetratesthecumuluscellslayer,PH-20glycoproteinofspermholdingtheactivityofhyaluronidase,Step2spermrecognizes,binds,andpenetratesthroughthezonaofoocyte,识别、结合Acrosomereactionofsperm,Acrosomereaction,penetration,Step2spermrecognizes,binds,andpenetratesthroughthezonaofoocyte,Step2spermrecognizes,binds,andpenetratesthroughthezonaofoocyte,Zonareaction,Step3.识别和融合,Step4Corticalreactionandpolyspermyblock,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：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：Ca2+升高和/或Ca2+振荡、受精膜电位的形成、pH值升高生化：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12ATP，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,PIP2,PLC-beta,PLC-gamma,G,?,PTK,Ca2+,IP3,DAG,PKC,?,?,?,CG释放、PB2排出、双原核形成,受体学说,PIP2.磷脂酰肌醇酯；PLC.磷脂酶C；IP3.三磷酸肌醇；DAG.甘油二酯,PIP2,PLC？,截短c-kit?寡聚oscillin?,Ca2+,IP3,DAG,PKC,?,?,CG释放、PB2排出、双原核形成,激活因子学说,?,NO,?,Furtherchange:pronuclearformationandPB2extrusion,Microinjection,Micewithoutafather,Inmammals,genomesfrombothparentsaregenerallyneededtomakeviableoffspring.Butchangingtheexpressionofimprintedgenescanrenderthefatherscontributiondispensable.,LoebeltheenhancersthereforehaveaccesstoIgf2,whichisexpressed,whereasH19issilenced.,Micewithoutafather,Loebel10.5-12.5dpc期间,GATA4/FOG2andWT1+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12.5dpc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-specificgenes；tooth-bud-specificgenesingreen,andbrain-specificgenesinred.,Geneticmapofthenon-recombiningregionofthehumanYchromosome,LocationofSRYonYchromosome,Srygene,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(10.5dpc.,dayspostcoitum)时,能够检测到胎儿生殖腺中Sry基因的表达；原位杂交显示，11.5dpc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。11.5-12.5dpc期间，未分化生殖腺获得雌或雄性特征。在12.0-12.5dpc时,也就是在Sry开始表达36h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(Sertolicells)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,Primordialgermcells(PGCs)inthemousebecomedemethylatedearlyindevelopment.RemethylationbeginsinprospermatogoniaonE16inmalegermcells,andafterbirthingrowingoocytes.,Methylationreprogramminginthegermline,TimingofX-inactivationduringdevelopment.,Oogenesis（出生前）,两性分化之前生殖腺有两套生殖管道Wolffianducts中肾管(武氏管)黑色旁中肾管（缪氏管）Mullerianducts白色,9、fetaldevelopment,Whole-mountmouseembryosatrepresentativestagesofdevelopment,6.5dpc7.5dpc8.5dpc9.5dpc10.5dpc12.5dpc14.5dpcnew