LEVENSCYCLUS VAN DE MENS
Hoofdstuk 1. Inleiding embryogenese
Twee perspectieven van waaruit embryogenese beschouwd kan worden:
- Morfologisch perspectief: duidt op de vormveranderingen die plaatsvinden.
- Moleculair perspectief: de moleculen, met name eiwitten, die de vormveranderingen
aansturen, controleren en mogelijk maken.
Eiwitten worden aangemaakt op basis van de genetische code in het DNA en
verzorgen functies binnen die cel.
Deze twee perspectieven zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden.
Differentiële genexpressie ligt ten grondslag aan celdifferentiatie
De bevruchte eicel bevat DNA georganiseerd in chromosomen die genen bevat die coderen
voor eiwitten met verschillende biologische functies. Het hele leven door is er sprake van
genexpressie wat inhoudt dat verschillende celtypen verschillende sets van genen tot
expressie brengen. Niet alle genen in de celkern zijn actief, welke actief worden gemaakt
hangt af van (combinaties van) specifieke transcriptiefactoren (= eiwitten die de mate van
transcriptie van DNA naar RNA beïnvloeden).
Bij de eerste klievingsdelingen na bevruchting is er niet veel genexpressie. Echter gaan
daarna cellen aan de rand van de morula (= stadium waarin de vrucht uit >16 identieke
cellen bestaat) het toekomstige trofectoderm (= cellen die zorgen voor extra-embryonale
structuren) andere genen tot expressie brengen dan in het binnenste deel. Aan de rand is er
expressie van de specifieke transcriptiefactoren Cdx2 en Oct3/4 in het binnenste deel. Door
deze transcriptiefactoren worden weer andere genen tot expressie gebracht. De
celeigenschappen veranderen hierdoor: het buitenste deel (trofectoderm) ontwikkelt zich tot
het placenta en het binnenste deel zich tot het embryo.
Inductie en paracriene factoren: van celsignalering naar differentiatie
De eerste embryonale ontwikkeling en verdere vormveranderingen worden aangestuurd
door eiwitten. Deze manier van signaaloverdracht heet inductie en hierbij zijn groepen cellen
die de eiwitten afgeven (inducers) en groepen cellen die ze ontvangen (responder).
De inducer geeft specifieke eiwitten af die vervolgens binden aan een receptor op het
celoppervlak van de responder. De receptor steekt door het membraan heen en is de
verbinding tussen het intracellulaire en het extracellulaire domein van de cel. De receptor
kan zo de signalen omzetten in de responder cel:
1. Eiwit bindt aan en activeert receptor.
2. Optreden van allerlei vormen van intracellulaire signaaloverdracht. Belangrijke vorm
van signaaloverdracht is het fosforyleren van specifieke eiwitten. Hierdoor verandert
de activiteit van dat bepaalde eiwit en kunnen zo weer een volgend eiwit
beïnvloeden.
3. Het veranderde gedrag van van de responder cel kan zich uiten in een veranderde
celdeling, veranderde genexpressie of veranderde celbeweging.
,Paracriene factoren
Verschillende soorten signaaleiwitten afkomstig van een inducer cel:
- Paracriene factoren: de factoren die de inducer cel produceert en afgeeft, werken in
op een naburige responder cel.
- Autocriene factoren: de factoren werken in op dezelfde cel die ze uitscheidt.
- Juxtracriene factoren: de factor zit vast aan het celmembraan van de inducercel en
bindt aan de receptor van de aangrenzende cel.
- Endocriene factoren: de factoren (hormonen) worden getransporteerd door het bloed
naar hun doelcellen.
Bij embryonale ontwikkeling hebben we het voornamelijk over paracriene factoren.
Concentratiegradiënt
Paracriene factoren vormen zich bij een concentratiegradiënt. Dichtbij de inducercel is de
concentratie hoog en steeds verder weg neemt hij meer af. De reactie van de respondercel
hangt af van de concentratie van de paracriene factoren: een hoge concentratie leidt
bijvoorbeeld tot stimulatie van gen A, terwijl een lage concentratie leidt tot stimulatie van gen
B of juist inductie van genexpressie.
In een ontwikkeld embryo zijn er veel paracriene factoren tegelijkertijd aanwezig. De
combinatie van signalen zal bepalen wat de identiteit van de cel zal worden: cellocatie wordt
vertaald naar celspecificatie.
Vier grote families van paracriene factoren
Meeste paracriene factoren kunnen worden gegroepeerd in vier grote families:
1. Fibroblast growth factor (FGF) familie
2. Hedgehog (Hh) familie
3. Wingless (Wnt) familie
4. Transforming growth factor beta (TGF-β) superfamilie
Deze families bevatten allemaal structureel gerelateerde eiwitten met een veelzijdigheid aan
biologische functies. Binnen een familie kunnen de eiwitten zowel specifieke als
overlappende functies hebben. Volgens pagina voorbeelden van functies
,Hoofdstuk 2. Gametogenese
Man - Productie van gameten: spermatogenese
Anatomie van gameetproducerende geslachtsorganen
De productie van spermatozoa, oftewel mannelijke gameten, vindt onder een temperatuur
van 33-34 graden Celsius plaats in beide testes die verdeeld zijn in compartimenten. In ieder
compartiment bevindt zich een zeer lange opgekrulde buis, de tubulus seminiferus.
Tijdens de embryonale fase ontstaan de primordiale kiemcellen als aparte cellen in de
epiblast. Hierna gaan deze kiemcellen migreren naar de genitale plooien waar de gonaden
zich ontwikkelen. Als de kiemcellen hier aankomen worden ze gonocyten genoemd en
worden omgeven door steuncellen, sertolicellen, uit het oppervlakte-epitheel van de testes.
In de eerste 3-4 jaar na geboorte differentiëren de gonocyten naar spermatogonia. Net voor
de puberteit verandert de structuur van de buis: er ontstaat een lumen en en de cellen in de
wand gaan verder differentiëren. Dit proces vindt plaats door hormonale veranderingen in de
puberteit, waardoor de spermotogonia zich kunnen ontwikkelen in spermotozoa. Dit proces
heet spermatogenese.
Spermatogenese
Bestaat uit drie fasen:
1. Ontwikkeling van spermatogonium tot spermatide. Aan het begin van
de puberteit ontwikkelt de primordiale kiemcellen in de buitenste laag
van de tubulus serminiferus zich tot spermatogonia. Deze cellen
bevatten elementen behorende bij een somatische cel.
Spermatogonia kunnen zich op twee manieren delen:
- Mitose: uit 1 spermatogonium met 46 chromosomen ontstaan
twee spermatogonia met beide ook 46 chromosomen.
- Meiose: spermatogonium ontwikkelt zich tot spermatide met
23 chromosomen. Bij meiose I worden de chromosomen
verdubbeld en wordt er aan de nieuwe cellen 1 heel
chromosoom met twee chromatiden aan de haploïde
dochtercellen afgegeven. Hierbij vindt crossing-over plaats
waardoor er genetische variatie ontstaat. Bij meiose II wordt
de cel nog een keer gedeeld waarbij cellen ontstaan die elk 1
chromatide van een chromosoom bevatten. Dit zijn de spermatiden.
, 2. Ontwikkeling van spermatide tot niet-functionele spermatozoön. De vorm van de
cellen ontstaan bij fase 1 is nog steeds die van een normale cel. Als gameet moet hij
zich over grote afstanden kunnen verplaatsen en zullen overtollige celstructuren
moeten worden afgesloten. Ook moet er een ‘staat’ worden ontwikkelt die nodig is
om voort te bewegen. De vormveranding wordt spermiogenese genoemd. De
volgende veranderingen treden op:
- Mitochondrien hergroeperen zich langs de staart van de spermatide.
- De kop van spermatide vormt zich het acrosoom, bedekt een groot deel van
de oppervlakte van de celkern. Hierin bevinden zich enzymen die belangrijk
zijn bij de bevruchting.
- De rest van het cytoplasma wordt afgesloten. Hierdoor heeft de cel geen
energiereserves meer en is dus van zijn omgeving afhankelijk. Nu is hij klaar
om zich los te maken van de wand van de tubulus seminiferus.
Door contracties van de tubulus seminiferus worden de spermatozoa richting de
epididymis (bijbal) gestuwd waar ze 1 a 2 weken verblijven. Hier worden ze
vermengd met vocht waardoor ze zelfstandig kunnen bewegen. Het oppervlakte
membraan wordt ook voorzien van oppervlaktemoleculen, eiwitten en koolhydraten,
in de vorm van een T. De vesiculae seminales, zaadblaasjes, worden de
oppervlaktemoleculen bedekt met een eiwitcoating afkomstig uit het semen in de
vesiculae. In dit stadium kan spermatozoön nog niet een eicel bevruchten.
3. De functionele rijping van het spermatozoön. Deze vindt plaats als de spermatozoön
in de uterus is binnengedrongen en heeft vermengd met het vocht. De eiwitcoating
wordt daardoor verwijderd, capacitatie, waardoor de oppervlaktemoleculen zich
kunnen binden aan de zona pellucida van de eicel. Nu kan de spermatozoön wel de
eicel bevruchten.
Dit proces duurt zo’n 72-74 dagen.
Hormonale beïnvloeding van gametogenese
Het hormoon GnRH geproduceerd die bestaat uit 10 aminozuren die door verschillende
kernen in de hypothalamus worden uitgescheiden. De productie en afgifte wordt gereguleerd
door verschillende neurotransmitters. GnRH stimuleert de voorkwab van de hypofyse tot
productie van LH en FSH, beide glycoproteïnen. LH beïnvloedt de Leydigcellen om in de
interstitiële ruimte van de testes testosteron
te produceren. FSH stimuleert samen met
testosteron de Sertolicellen tot het
aanzetten van spermatogenese.
Hoofdstuk 1. Inleiding embryogenese
Twee perspectieven van waaruit embryogenese beschouwd kan worden:
- Morfologisch perspectief: duidt op de vormveranderingen die plaatsvinden.
- Moleculair perspectief: de moleculen, met name eiwitten, die de vormveranderingen
aansturen, controleren en mogelijk maken.
Eiwitten worden aangemaakt op basis van de genetische code in het DNA en
verzorgen functies binnen die cel.
Deze twee perspectieven zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden.
Differentiële genexpressie ligt ten grondslag aan celdifferentiatie
De bevruchte eicel bevat DNA georganiseerd in chromosomen die genen bevat die coderen
voor eiwitten met verschillende biologische functies. Het hele leven door is er sprake van
genexpressie wat inhoudt dat verschillende celtypen verschillende sets van genen tot
expressie brengen. Niet alle genen in de celkern zijn actief, welke actief worden gemaakt
hangt af van (combinaties van) specifieke transcriptiefactoren (= eiwitten die de mate van
transcriptie van DNA naar RNA beïnvloeden).
Bij de eerste klievingsdelingen na bevruchting is er niet veel genexpressie. Echter gaan
daarna cellen aan de rand van de morula (= stadium waarin de vrucht uit >16 identieke
cellen bestaat) het toekomstige trofectoderm (= cellen die zorgen voor extra-embryonale
structuren) andere genen tot expressie brengen dan in het binnenste deel. Aan de rand is er
expressie van de specifieke transcriptiefactoren Cdx2 en Oct3/4 in het binnenste deel. Door
deze transcriptiefactoren worden weer andere genen tot expressie gebracht. De
celeigenschappen veranderen hierdoor: het buitenste deel (trofectoderm) ontwikkelt zich tot
het placenta en het binnenste deel zich tot het embryo.
Inductie en paracriene factoren: van celsignalering naar differentiatie
De eerste embryonale ontwikkeling en verdere vormveranderingen worden aangestuurd
door eiwitten. Deze manier van signaaloverdracht heet inductie en hierbij zijn groepen cellen
die de eiwitten afgeven (inducers) en groepen cellen die ze ontvangen (responder).
De inducer geeft specifieke eiwitten af die vervolgens binden aan een receptor op het
celoppervlak van de responder. De receptor steekt door het membraan heen en is de
verbinding tussen het intracellulaire en het extracellulaire domein van de cel. De receptor
kan zo de signalen omzetten in de responder cel:
1. Eiwit bindt aan en activeert receptor.
2. Optreden van allerlei vormen van intracellulaire signaaloverdracht. Belangrijke vorm
van signaaloverdracht is het fosforyleren van specifieke eiwitten. Hierdoor verandert
de activiteit van dat bepaalde eiwit en kunnen zo weer een volgend eiwit
beïnvloeden.
3. Het veranderde gedrag van van de responder cel kan zich uiten in een veranderde
celdeling, veranderde genexpressie of veranderde celbeweging.
,Paracriene factoren
Verschillende soorten signaaleiwitten afkomstig van een inducer cel:
- Paracriene factoren: de factoren die de inducer cel produceert en afgeeft, werken in
op een naburige responder cel.
- Autocriene factoren: de factoren werken in op dezelfde cel die ze uitscheidt.
- Juxtracriene factoren: de factor zit vast aan het celmembraan van de inducercel en
bindt aan de receptor van de aangrenzende cel.
- Endocriene factoren: de factoren (hormonen) worden getransporteerd door het bloed
naar hun doelcellen.
Bij embryonale ontwikkeling hebben we het voornamelijk over paracriene factoren.
Concentratiegradiënt
Paracriene factoren vormen zich bij een concentratiegradiënt. Dichtbij de inducercel is de
concentratie hoog en steeds verder weg neemt hij meer af. De reactie van de respondercel
hangt af van de concentratie van de paracriene factoren: een hoge concentratie leidt
bijvoorbeeld tot stimulatie van gen A, terwijl een lage concentratie leidt tot stimulatie van gen
B of juist inductie van genexpressie.
In een ontwikkeld embryo zijn er veel paracriene factoren tegelijkertijd aanwezig. De
combinatie van signalen zal bepalen wat de identiteit van de cel zal worden: cellocatie wordt
vertaald naar celspecificatie.
Vier grote families van paracriene factoren
Meeste paracriene factoren kunnen worden gegroepeerd in vier grote families:
1. Fibroblast growth factor (FGF) familie
2. Hedgehog (Hh) familie
3. Wingless (Wnt) familie
4. Transforming growth factor beta (TGF-β) superfamilie
Deze families bevatten allemaal structureel gerelateerde eiwitten met een veelzijdigheid aan
biologische functies. Binnen een familie kunnen de eiwitten zowel specifieke als
overlappende functies hebben. Volgens pagina voorbeelden van functies
,Hoofdstuk 2. Gametogenese
Man - Productie van gameten: spermatogenese
Anatomie van gameetproducerende geslachtsorganen
De productie van spermatozoa, oftewel mannelijke gameten, vindt onder een temperatuur
van 33-34 graden Celsius plaats in beide testes die verdeeld zijn in compartimenten. In ieder
compartiment bevindt zich een zeer lange opgekrulde buis, de tubulus seminiferus.
Tijdens de embryonale fase ontstaan de primordiale kiemcellen als aparte cellen in de
epiblast. Hierna gaan deze kiemcellen migreren naar de genitale plooien waar de gonaden
zich ontwikkelen. Als de kiemcellen hier aankomen worden ze gonocyten genoemd en
worden omgeven door steuncellen, sertolicellen, uit het oppervlakte-epitheel van de testes.
In de eerste 3-4 jaar na geboorte differentiëren de gonocyten naar spermatogonia. Net voor
de puberteit verandert de structuur van de buis: er ontstaat een lumen en en de cellen in de
wand gaan verder differentiëren. Dit proces vindt plaats door hormonale veranderingen in de
puberteit, waardoor de spermotogonia zich kunnen ontwikkelen in spermotozoa. Dit proces
heet spermatogenese.
Spermatogenese
Bestaat uit drie fasen:
1. Ontwikkeling van spermatogonium tot spermatide. Aan het begin van
de puberteit ontwikkelt de primordiale kiemcellen in de buitenste laag
van de tubulus serminiferus zich tot spermatogonia. Deze cellen
bevatten elementen behorende bij een somatische cel.
Spermatogonia kunnen zich op twee manieren delen:
- Mitose: uit 1 spermatogonium met 46 chromosomen ontstaan
twee spermatogonia met beide ook 46 chromosomen.
- Meiose: spermatogonium ontwikkelt zich tot spermatide met
23 chromosomen. Bij meiose I worden de chromosomen
verdubbeld en wordt er aan de nieuwe cellen 1 heel
chromosoom met twee chromatiden aan de haploïde
dochtercellen afgegeven. Hierbij vindt crossing-over plaats
waardoor er genetische variatie ontstaat. Bij meiose II wordt
de cel nog een keer gedeeld waarbij cellen ontstaan die elk 1
chromatide van een chromosoom bevatten. Dit zijn de spermatiden.
, 2. Ontwikkeling van spermatide tot niet-functionele spermatozoön. De vorm van de
cellen ontstaan bij fase 1 is nog steeds die van een normale cel. Als gameet moet hij
zich over grote afstanden kunnen verplaatsen en zullen overtollige celstructuren
moeten worden afgesloten. Ook moet er een ‘staat’ worden ontwikkelt die nodig is
om voort te bewegen. De vormveranding wordt spermiogenese genoemd. De
volgende veranderingen treden op:
- Mitochondrien hergroeperen zich langs de staart van de spermatide.
- De kop van spermatide vormt zich het acrosoom, bedekt een groot deel van
de oppervlakte van de celkern. Hierin bevinden zich enzymen die belangrijk
zijn bij de bevruchting.
- De rest van het cytoplasma wordt afgesloten. Hierdoor heeft de cel geen
energiereserves meer en is dus van zijn omgeving afhankelijk. Nu is hij klaar
om zich los te maken van de wand van de tubulus seminiferus.
Door contracties van de tubulus seminiferus worden de spermatozoa richting de
epididymis (bijbal) gestuwd waar ze 1 a 2 weken verblijven. Hier worden ze
vermengd met vocht waardoor ze zelfstandig kunnen bewegen. Het oppervlakte
membraan wordt ook voorzien van oppervlaktemoleculen, eiwitten en koolhydraten,
in de vorm van een T. De vesiculae seminales, zaadblaasjes, worden de
oppervlaktemoleculen bedekt met een eiwitcoating afkomstig uit het semen in de
vesiculae. In dit stadium kan spermatozoön nog niet een eicel bevruchten.
3. De functionele rijping van het spermatozoön. Deze vindt plaats als de spermatozoön
in de uterus is binnengedrongen en heeft vermengd met het vocht. De eiwitcoating
wordt daardoor verwijderd, capacitatie, waardoor de oppervlaktemoleculen zich
kunnen binden aan de zona pellucida van de eicel. Nu kan de spermatozoön wel de
eicel bevruchten.
Dit proces duurt zo’n 72-74 dagen.
Hormonale beïnvloeding van gametogenese
Het hormoon GnRH geproduceerd die bestaat uit 10 aminozuren die door verschillende
kernen in de hypothalamus worden uitgescheiden. De productie en afgifte wordt gereguleerd
door verschillende neurotransmitters. GnRH stimuleert de voorkwab van de hypofyse tot
productie van LH en FSH, beide glycoproteïnen. LH beïnvloedt de Leydigcellen om in de
interstitiële ruimte van de testes testosteron
te produceren. FSH stimuleert samen met
testosteron de Sertolicellen tot het
aanzetten van spermatogenese.
