10. Vývoj rozmnožovací soustavy MAREK HAMPL 27. 4. 2022 BI6140 EMBRYOLOGIE 1 Funkce rozmnožovací soustavy BI6140 EMBRYOLOGIE 2 o produkce zárodečných buněk (vajíčka, spermie) o uložení a transport zárodečných buněk o zplození a vývoj nových jedinců daného druhu Vývoj rozmnožovací soustavy háďátka BI6140 EMBRYOLOGIE 3 o Hermafroditi – produkce samičích (vajíčka) i samčích (spermie) zárodečných buněk uvnitř dospělce o somatické buňky rozmnožovacího systému i gonády vznikají z prekurzorových buněk: o P1 → P2 → P3 → P4 o P4 blastomera migruje do blastocelu blastoporem do oblasti vznikajícího střeva o rozdělení P4 na prekurzory Z o Z2 a Z3 – základ pro zárodečné buňky o Z1 a Z4 – části rozmnožovacího systému Scott Gilbert. Developmental Biology 10th edition Vývoj rozmnožovací soustavy háďátka BI6140 EMBRYOLOGIE 4 o rozmnožovací systém párový – vznik na anteriorní i posteriorní straně o Prekurzory Z1 a Z4: o ovária (tvorba zárodečných buněk) o Distal tip cell (DTC) – podpora růstu gonád, podpora nebo inhibice mitózy a meiózy zárodečných buněk o spermatéka (uložení spermií, oplození vajíčka) o děloha (počátek štěpení) o vulva (otvor pro opuštění těla) o Prekurzory Z2 a Z3: o prekurzory zárodečných buněk – spermií a vajíček o časná meióza – vznik spermií, pozdější meióza – vznik vajíček o vznik v ováriích Scott Gilbert. Developmental Biology 10th edition Vývoj rozmnožovací soustavy drosophily BI6140 EMBRYOLOGIE 5 o vývoj ovarií, varlat, vývodů, externích genitálií a zárodečných buněk o zárodečné buňky – vznik z polových buněk v oblasti posteriorního endodermu středního střeva o podpůrné buňky - mezoderm: o buňky gonád a folikulární buňky o buňky genitálního disku – externí genitál Scott Gilbert. Developmental Biology 10th edition Vývoj rozmnožovací soustavy drosophily BI6140 EMBRYOLOGIE 6 o polové buňky (pc) lokalizovány v oblasti posteriorního endodermu středního střeva (pmg) o gastrulace - inkorporace polových buněk do lumen posteriorního středního střeva o Epitel posteriorní části středního střeva se rozvolňuje– migrace polových buněk z lumen střeva o buňky se dostávají do prostoru mezi dorzální část středního střeva a mezoderm Hartenstein. Atlas of Drosophila Development Vývoj rozmnožovací soustavy drosophily BI6140 EMBRYOLOGIE 7 o polové buňky (pc) tvoří skupinu seřazených buněk na obou stranách embrya – polové buňky v kontaktu s prekurzorovými folikulárními buňkami (fp) o polové buňky s mezodermovými buňkami tvoří gonády (go) o vznik gonád laterálně v 5. břišním segmentu (A5) – pouze některé polové buňky inkorporovány, zbytek se ztrácí ve žloutku o externí genitálie – vznik z genitálního disku (gd) na ventrální straně z 8. břišního segmentu (samice) a 9. břišního segmentu (samci) Hartenstein. Atlas of Drosophila Development Původ a vývoj rozmnožovací soustavy obratlovců BI6140 EMBRYOLOGIE 8 o hlavní zdroj tkání rozmnožovací soustavy – intermediární mezoderm – samci močová trubice a prostata, samice pochva o splanchnický mezoderm – cévy, pojivová tkáň, svalové buňky o somatický mezoderm – stroma vnějších genitálií o vývoj rozmnožovací soustavy úzce spjat s vývojem vylučovací soustavy (intermediární mezoderm) o rozmnožovací systém se vyvíjí později než vylučovací o rozmnožovací systém se dělí: o samičí – vaječníky, vejcovody, děloha, pochva o samčí – varlata, nadvarlata, chámovody, žlázy, močová trubice, penis somatopleura neurální trubice Paraxiální mezodermIntermediární mezoderm amnion notochord splanchnopleura ektoderm endoderm dorzální aorta Vznik a vývoj intermediárního mezodermu BI6140 EMBRYOLOGIE 9 o mezoderm uložen intermediárně – mezi paraxiálním mezodermem a mezodermem laterální ploténky o invaginace buněk epiblastu do prostoru mezi nově vzniklý endoderm (původně hypoblast) a vznikající ektoderm (původně epiblast) o migrace buněk mezodermu kraniálně, kaudálně, laterálně o vznik tří oblastí mezodermu: o Paraxiální mezoderm – nejblíže vyvíjející se neurální trubici o Mezoderm laterální ploténky – laterálně uložená část mezodermu o Intermediární mezoderm – uložen mezi paraxiálním m. a m. laterální ploténky somatopleura neurální trubice Paraxiální mezodermIntermediární mezoderm amnion notochord splanchnopleura ektoderm endoderm dorzální aorta Vznik a vývoj primordiálních zárodečných buněk BI6140 EMBRYOLOGIE 10 o Primordiální zárodečné buňky osídlují nediferencované pohlavní žlázy (varlata, vaječníky) o migrace buněk epiblastu primitivním proužkem do oblasti žloutkového váčku a alantois o dále migrace podél stěny zadního střeva do genitálního hřebene – oblast vývoje pohlavních žláz o savci – aktivní migrace buněk okolními tkáněmi o ptáci – migrace zárodečných buněk pomocí krevního oběhu o dozrávání v gonádách – buňky mimo gonády umírají, přeživší buňky mohou způsobit vznik teratomů nervová trubice mezonefros mezonefrický duktus metanefros ureterální pupen urogenitální sinus kloaka genitální hřeben vitelo-intestinální duktus primordiální zárodečné buňky alantois střevo střevo genitální hřeben upraveno McGeady et al. Veterinary Embryology. 2009 Vznik teratomů BI6140 EMBRYOLOGIE 11 o nádory vznikající ze zárodečných buněk o vznik z buněk, které nedocestovaly až do gonád a neumřely o původ v epiblastu → nádor může být tvořen tkáněmi všech tří zárodečných vrstev Vývoj pohlavních žláz a vývodů BI6140 EMBRYOLOGIE 12 o vývoj nediferencovaného stádia žláz ze tří zdrojů: o mezenchymové buňky intermediárního mezodermu o coelomový epitel o buňky mezonefrických tubulů o vývoj základů – genitálních hřebenů – po obou stranách mediálně od mezonefros o vystupují do coelomové dutiny obalené coelomovým epitelem o prodlužování podél kraniokaudální osy (z hrudní do bederní oblasti) o nediferencované žlázy jsou osidlovány primordiálními pohlavními buňkami o buňky mezonefros a mezonefrických tubulů - vznik tubulárního systému rete upraveno McGeady et al. Veterinary Embryology. 2009 mezonefrický duktus genitální hřeben střevo vyvíjející se paramezonefrický duktus primordiální zárodečné buňky vyvíjející se tubulární systém Vývoj pohlavních žláz a vývodů BI6140 EMBRYOLOGIE 13 o tubulární rete systém se dělí na tři části: o extra-gonadové provazce o spojovací provazce o intra-gonadové provazce o proliferace vnitřní části vznikajících gonád – zakulacování gonadového hřebene o zachováno spojení s přilehlými mezonefros o vznik základů vývodů: o Wolfovy vývody – z nefrických duktů (samčí vývody) o Mullerovy vývody – z paramezonefrických duktů (samičí vývody) upraveno McGeady et al. Veterinary Embryology. 2009 paramezonefrický duktus mezonefrický duktus intra-gonadové provazce extra-gonadové provazce spojovací provazce degenerující mezonefrické tubuly paramezonefrický duktus spojovací provazce intra-gonadové provazce extra-gonadové provazce mezonefrický duktus Vývoj a zrání varlat BI6140 EMBRYOLOGIE 14 mezonefrický duktus semenné provazce střevo paramezonefrický duktus upraveno McGeady et al. Veterinary Embryology. 2009 o vznik semenných provazců z mezonefrických buněk na periferii → inkorporace zárodečných buněk o semenné provazce se spojují s mezonefrickými buňkami v centru gonád – semenné provazce se začínají stáčet – vznik základů semenotvorných kanálků o semenné provazce – plné struktury tvořené dvěma typy buněk: o periferie – prekurzory Sertoliho buněk o centrálně – prekurzory spermií (pre-spermatogonie) Vývoj a zrání varlat BI6140 EMBRYOLOGIE 15 upraveno McGeady et al. Veterinary Embryology. 2009 o semenotvorné základy výsledně tvořeny: o stěna – Sertoliho buňky (buňky podporující vývoj spermií) o střed – vývoj prekurzorů spermií o buňky v prostoru mezi základy semenotvorných kanálků: o Intersticiální (Leydigovy) buňky – mezodermové buňky diferencující pod vlivem základů semenotvorných kanálků, produkce testosteronu o mezonefrické buňky v centru – vznik kanálků rete testis (síť kanálků mezi semenotvornými kanálky a eferentními vývody) o mezenchymové buňky pod coelomovým epitelem – tvorba pojivové tkáně tunica albuginea o septa navazující na tunica albuginea tvořena z mezenchymových buněk mezi vyvíjejícími se kanálky – vznik laloků o kanalizace – vznik tubulů ze semenotvorných provazců (puberta) appendix epididymis eferentní vývody septum paradidymis mezonefrické dukty rete testis appendix testisdegenerující paramezonefrický duktus lalok tunica albuginea Sertoliho buňky pre-spermatogonie intersticiální (Leydigovy) buňky Vývojové vady varlat BI6140 EMBRYOLOGIE 16 o Nesestouplé varle (kryptorchismus) o Nejčastější vrození vada mužského rozmnožovacího systému (až 25 %) o Nedojde k sestoupení varlete/varlat do šourku o Často dojde k sestoupení později (do 3 měsíců po porodu) o Jinak řešeno chirurgicky o Anorchie o úplné chyběni jednoho nebo obou varlat o velice vzácné (1:20000) o ´původ není známý Vývoj a zrání vaječníků BI6140 EMBRYOLOGIE 17 upraveno McGeady et al. Veterinary Embryology. 2009 vyvíjející se pohlavní provazce paramezonefrický duktus degenerující mezonefrické tubuly střevo o vznik pohlavních provazců z coelomového epitelu – inkorporace zárodečných buněk o provazce se následně rozpadají – následuje intenzivní mitotická aktivita zárodečných buněk o mezonefrické tubuly začínají degenerovat a rozpadat se Vývoj a zrání vaječníků BI6140 EMBRYOLOGIE 18 upraveno McGeady et al. Veterinary Embryology. 2009 vyvíjející se vejcovody rete ovarii primordiální folikuly degenerující mezonefrické dukty a tubuly oogonie folikulární buňky primordiální folikuly o ukončení mitotické aktivity prekurzorových buněk vajíček (u savců přibližně okolo období narození) o primordiální oocyty po posledním mitotickém dělení – oogonie - jsou obklopovány buňkami původem z coelomového epitelu – folikulární buňky o vznik primordiálních folikulů – zárodečná buňka uzavřená bazální membránou obklopená folikulárními buňkami Vývojová stádia folikulů BI6140 EMBRYOLOGIE 19 o Folikulogeneze – vývoj folikulů, od primordiálního folikulu po Graafův folikul o vývojová stádia folikulů: o Preantrální – primordiální, primární, sekundární o Antrální – terciární, Graafův Andersson, OAI. Primordiální folikul BI6140 EMBRYOLOGIE 20 o zárodečná buňka obalená bazální laminou o bazální lamina obalená jednou vrstvou folikulárních epiteliálních buněk o folikulární (granulózové) buňky vznikají z coelomového epitelu o většina folikulů ve vaječníku jsou primordiální folikuly Erickson, 2008. Glob Libr Womens Med oocyt folikulární buňky Primární folikul BI6140 EMBRYOLOGIE 21 o zárodečná buňka obalena jednou až dvěma vrstvami kubických granulozových buněk o oocyt začíná růst a diferencovat, počátek tvorby extracelulárního obalu oocytu – zona pellucida o granulózové buňky vysílají výběžky přes zona pellucida do oocytu o vznik nezbytných pro transport iontů, metabolitů a signálních molekul mezi oocytem a okolními buňkami Erickson, 2008. Glob Libr Womens Med granulózové buňky jádro rostoucí oocyt Bazální lamina zona pellucida Sekundární folikul BI6140 EMBRYOLOGIE 22 o proliferace folikulárních buněk → zárodečná buňka obalena dvěma až deseti vrstvami buněk o vrstevnatý kubický až nízce cylindrický epitel o z přilehlých buněk stromatu vznik vrstvy Theca folliculi o thekální vrstva tvořena dvěma částmi: o interna – některé buňky diferencují – thekální intersticiální buňky (tvorba androgenů) o externa – diferenciace do buněk hladké svaloviny o rozvoj cév – přívod a odvod látek o růst oocytu ukončen Erickson, 2008. Glob Libr Womens Med cévy bazální lamina oocyt jádro zona pellucida Granulozové buňky Theca folliculi Terciární folikul BI6140 EMBRYOLOGIE 23 o přechod ze sekundárního do terciárního folikulu – vznik dutiny ve vrstvě granulárních buněk - antrum o kavitace – akumulace folikulární kapaliny mezi buňkami granulozové vrstvy o dokončení kavitace – vznik folikulární dutiny – základ Graafova folikulu Erickson, 1995. The ovary: Basic principles and concepts Theca externa Bazální lamina Thekální instersticiální buňka antrum céva Zona pellucida oocyt Granulozové buňky Theca interna Graafův folikul BI6140 EMBRYOLOGIE 24 o vznik kompletní folikulární dutiny – Graafův folikul často označován jako antrální o typické pro savce, antrum a folikulární kapalina se nevytváří u plazů ani ptáků o nedochází k morfologických změnám – Graafův folikul jen roste o Theca externa – hladké svalové buňky, pravděpodobně způsobují kontrakce při ovulaci o vrstva granulozových buněk se rozděluje: o periferie – více vrstev buněk o stopka – cumulus oophorus (spojení oocytu s granulozovou vrstvou) o Corona radiata – granulozové buňky v těsné blízkosti oocytu Erickson, 2008. Glob Libr Womens Med Granulozové buňky Theca interna Corona radiata Bazální lamina Thekální intersticiální buňky antrum kapiláry Zona pellucida Cumulus oophorus Theca externa Vývoj samčích vývodů BI6140 EMBRYOLOGIE 25 pronefros pronefrický duktus nefrogenní mezenchym Wolfův vývod degenerace kraniální kaudální o kaudální část pronefrických duktů zachovává exkreční funkci v průběhu vývoje, vznik Wolfova (mezonefrického) vývodu z kaudální části pronefrického duktu o pronefrické základy vznikají ventrálně od vyvíjejících se kraniálních somitů o mezodermové buňky vytvářejí pronefrické dukty (trubice) laterálně o kraniální část duktů a tubulů degeneruje o samci – Wolfův duktus jako základ nadvarlete, chámovodu, ejakulačního vývodu a semenných váčků dorzální ventrální somity pronefrický tubulus pronefrický duktus upraveno McGeady et al. Veterinary Embryology. 2009 o samice – Wolfův duktus postupně degraduje (degradace bez testosteronu) Vývoj nadvarlete (epididymis) BI6140 EMBRYOLOGIE 26 o intenzivní množení buněk vede k prodloužení a vzniku kliček – začátek stáčení v proximální části, počátek stáčení eferentních vývodů o Wolfův vývod prorůstá ke kloace, tvorba mezonefrických tubulů z nefrogenního mezenchymu Joseph et al. 2010. Dev Biol o luminizace Wolfova vývodu, vývoj eferentních vývodů z mezonefrických tubulů (MT - spojení rete testis s nadvarletem) o distální část se začíná stáčet později – vznik kliček v celém nadvarleti o navazující chámovod již není stočený eferentní vývody proximální distální chámovod Vývoj chámovodu (ductus deferens) BI6140 EMBRYOLOGIE 27 o spojení nadvarlete (EpD) a ejakulačního vývodu (EjD) o prodlužování vývodu, vznik buněk s cíliemi a vývoj silné vrstvy hladké svaloviny – aktivní transport spermií o základ – střední část Wolfova vývodu o z distální části Wolfova vývodu se vyvíjí ejakulační vývod navazující na močovou trubici o v oblasti přechodu chámovodu v ejakulační vývod se vyvíjí semenné váčky Bieth et al. 2021. Hum Genet Vznik semenných váčků BI6140 EMBRYOLOGIE 28 o vznik párových evaginací (pupenů) v distální části Wolfova duktu do přilehlého mezenchymu o další rozvoj váčků z pupenů – vznik protažených vakovitých útvarů o sekreční buňky vytvářejí podpůrné látky ejakulátu: o fruktóza, proteiny, enzymy, vitamin C o semenogelin – protein vytvářející gelovitou matrix chámovod Ejakulační vývod prostata Semenné váčky o semenné váčky - podpůrné žlázy samčí rozmnožovací soustavy Vývoj prostaty BI6140 EMBRYOLOGIE 29 o prostata se vyvíjí z urogenitálního sinu – ventrální část po oddělení od kloaky o vznik prostatických epitelových pupenů (myš 4 páry, člověk kompaktní žláza) z urogenitálního sinu indukcí mezenchymových buněk urogenitálního sinu o proliferace způsobuje růst a větvení pupenů, diferenciace epitelových buněk do luminálních (tvorba a sekrece podpůrných látek, část seminální tekutiny) a buněk (udržování integrity a diferenciace luminálních buněk) o kanalizací od proximální části pupene vzniká dutina vývodů o urogenitální mezenchym – tvorba stromatu - buňky hladké svaloviny a pojiva Kumari and Sinha, 2021. Peng and Joyner, 2015. centrální periferní močová trubice měchýř člověk myš přechodná luminální buňky bazální buňkyvětvení pupenů vznik dutiny plné základy pupenů prostatické pupeny Vývoj samičích vývodů BI6140 EMBRYOLOGIE 30 o Paramezonefrické dukty – základ pro vývoj Mullerových vývodů zárodek tubulu nefrický duktus coelom vznikající paramezonefrický duktus dorzální aorta mezonefrický tubulus nefrický duktus glomerulus somit mezonefrický duktus paramezonefrický duktus Bowmanovo pouzdro dutina glomerulu dorzální aorta vznikající paramezonefrický duktus upraveno McGeady et al. Veterinary Embryology. 2009 o nefrické dukty založeny laterálně, u samic postupně degradují o laterálně od nefrických duktů vznik paramezonefrických duktů Vývoj paramezonefrických duktů BI6140 EMBRYOLOGIE 31 o základ pro vznik Mullerova duktu o samice - základ pro vývoj vejcovodů, dělohy a horní třetiny pochvy o samci – atrofuje (Antimüllerův hormon, Sertoliho buňky) o vývoj laterálně od Wolfova duktu z coelomového epitelu, tzv. Mullerova hřebene o v kraniální oblasti paralelní vývoj s Wolfovými dukty o v kaudální oblasti přechod Mullerových duktů ventrálně kraniální kaudální gonády mezonefrický duktus (Wolfův) paramezonefrický duktus (Mullerův) Corsoginho et al. 2016. ECR laterálněmediálně Vývoj vejcovodů a dělohy BI6140 EMBRYOLOGIE 32 o vývoj z Mullerova vývodu, růst kaudálně o kraniálně vývoj párových vejcovodů, kaudálně spojení vývodů – základ dělohy (kraniálně proliferace, rozšíření) o spojením vznik děložního septa – rozvolněním vzniká děložní dutina o kraniálně otevřené do peritoneální dutiny (kontakt s vaječníky), kaudálně napojení na děložní rohy o kaudálně napojení vznikající dělohy na endodermové sinovaginální hrbolky – část urogenitálního sinu přiložená k děloze (původně ventrální strana kloaky) o rozdělení urogenitálního sinu: o ventrálně - močová trubice a močový měchýř o dorzálně - pochva Bradshaw, 2012. Vývoj pochvy (vagina) BI6140 EMBRYOLOGIE 33 o dva zdroje: o horní třetina – Mullerův vývod (mezoderm) o dolní dvě třetiny – Urogenitální sinus (endoderm) o rozdělení urogenitálního sinu: o ventrálně - močová trubice a močový měchýř o dorzálně - pochva o spojení dělohy se sinovaginálními hrbolky (vaginální destička), proliferace a fúze → vznik kompaktního plného útvaru o později dochází k resorpci vaginální destičky a kanalizaci (apoptóza) – vznik poševní dutiny o poševní dutina oddělena od dutiny urogenitálního sinu příčnou membránou - hymen Sahar Hafeez vejcovod děložní dutina UG sinus kaudální část paramezonefrických vývodů sinovaginální hrbolky (vaginální destička) děložní klenba děložní čípek pochva hymen močový měchýř močová trubice děloha vaginální destička pochva děložní klenba Vývojové vady samičích vývodů BI6140 EMBRYOLOGIE 34 o Vývojové vady dělohy o defekty způsobené chybnou fúzí Mullerových vývodů o defekty způsobené nedostatečným oddělením septa o často spojené s vadami vejcovodů o mohou způsobovat neplodnost nebo problémy v těhotenství o Vývojové vady pochvy o často spojené s vadami dělohy a čípku o poševní septum – nedochází k fúzi, vznik dvou pochev Vývoj vnějších genitálií BI6140 EMBRYOLOGIE 35 o základ – indiferentní stádium tvořeny třemi částmi: o genitální (falický) tuberkul (penis, klitoris) o urogenitální (kloakové) záhyby (močová trubice, malé stydké pysky) o labioskrotální valy (šourek, velké stydké pysky) o vnější genitálie vznikají ze všech tří zárodečných vrstev: o mezoderm laterální ploténky – stroma (vnitřní hmota - klitoris, penis) o endoderm – močová trubice o ektoderm – vnější krytí kůží a kožními deriváty (ochlupení) Herrera and Cohn, 2014. Sci Rep genitální tuberkul urogenitální záhyby labioskrotální valy genitální tuberkul ventr. končetina dorz. končetina Development External Genitalia, 2011. Vývoj samčích pohlavních orgánů BI6140 EMBRYOLOGIE 36 genitální tuberkul urogenitální záhyby labioskrotální valy Development External Genitalia, 2011. o genitální tuberkul o vývoj penisu o urogenitální záhyby o fúze základů v mediální rovině o vznik uzavřené močové trubice o labioskrotální valy o růst proti sobě o fúze v mediální rovině o vznik šourku glans penis uretrální záhyb uretrální drážka skrotální val řitní otvor Glans penis penis vyústění močové trubice skrotální šev šourek (scrotum) řitní otvor prepuce Vývojové vady samčích vnějších genitálií BI6140 EMBRYOLOGIE 37 o Hypospádie/Epispádie o špatné vyústění močové trubice o vyústění na ventrální/dorzální straně pohlavního údu o častěji u chlapců o Rozdělený šourek (scrotum bifidum) o nedochází k fúzi labioskrotálních valů mediálně o varlata uložená ve dvou oddělených šourcích Vývoj samičích pohlavních orgánů BI6140 EMBRYOLOGIE 38 genitální tuberkul urogenitální záhyby labioskrotální valy Development External Genitalia, 2011. o genitální tuberkul o pomalý růst o vznik klitorisu o urogenitální záhyby o nedochází k fúzi v mediální rovině o párové malé stydké pysky o labioskrotální valy o nedochází k fúzi v mediální rovině o párové velké stydké pysky glans klitoris uretrální záhyb uretrální drážka labiální val řitní otvor klitoris Velký stydký pysk vyústění močové trubice vyústění pochvy malý stydký pysk řitní otvor Vývojové vady samičích vnějších genitálií BI6140 EMBRYOLOGIE 39 o Labiální fúze o abnormální srůst stydkých pysků o blokace vývodu pochvy o Hypetrofie velkých stydkých pysků o Abnormální zvětšení velkých stydkých pysků o Často v důsledku vrozené adrenální hyperplázie o Klitorální defekty o Obecně velice vzácné o dvojitý klitoris nebo rozdělený (bifid) klitoris o Hypertrofie – způsobená adrenální hyperplázií Poznatky z dnešní přednášky oVývoj rozmnožovací soustavy bezobratlých (háďátko, Drosophila) oZdroje a procesy ve vývoji rozmnožovací soustavy obratlovců oVývoj pohlavních žláz, spermatogeneze, folikulogeneze oVývoj vývodů rozmnožovací soustavy oVývoj vnějších genitálií oVývojové vady BI6140 EMBRYOLOGIE 40