Превителлогенез – период малого роста (цитоплазматический рост).
Происходит с начала профазы I мейоза. Осуществляется за счет собственных ресурсов ооцита.
Особенности:
пропорциональное увеличение объемов ядра и цитопазмы;
увеличение качественного разнообразия компонентов цитоплазмы (РНК, белков, рибосом, митохондрий) для будущего эмбриона;
синтез ДНК (0,3%) – уникальное явление для профазы;
большая продолжительность (у женщины последний ооцит закончит эту фазу в конце детородного периода – 45- 50 лет).
Накопление качественного разнообразия компонентов цитоплазмы идет за счет следующих процессов:
А. Накопление высокомолекулярной (28S и 18S) р-РНК происходит посредством амплификации (экстракопирования) – временного увеличения числа генов, кодирующих р-РНК. Так, у шпорцевой лягушки в диплоидном ядре содержится около 900 рибосомальных генов (по 450 в двух гомологичных локусах, расположенных тандемно). После репликации ДНК в профазе I мейоза их содержится около 1800. Однако в действительности в фазе диплотены в результате амплификации проявляют активность более 1 000 000 генов. Такое возрастание их числа связано с тем, что рибосомальные гены полностью отшнуровываются от нити ДНК, замыкаются в кольца и перемещаются на периферию ядра. Там на них возникают новые копии, т.е. процесс идет как нарастающий каскад. Эти кольца в световом микроскопе видны как ядрышки. Их может быть несколько тысяч. Образование ядрышек происходит в пахитене, синтез на них р-РНК – в диплотене. После созревания ооцита они мигрируют в цитоплазму и лизируются.
Рис.2. Схематическое изображение амплификации
Б. Низкомолекулярная (5S) р-РНК и т-РНК синтезируются без участия амплификации за счет изначального многократного повторения кодирующих их генов в ДНК ооцита. Так, у шпорцевой лягушки в ооците содержится 25 000 генов низкомолекулярной р-РНК и несколько сотен генов т-РНК.
В. Синтез и -(м-) РНК происходит за счет активности хромосом типа «ламповых щеток». «Ершистость» хромосом объясняется наличием ряда выпетлившихся участков ДНК, где она деспирализована и расплетена.
На них идет синтез и-РНК, 2/3 их используется после оплодотворения.
NB! «Ламповые щетки» характерны для ооцитов при солитарном и экстрагонадном типе питания, при нутриментарном они отсутствуют или срок их работы сильно сокращен.
Рис. 3. Схематическое изображение «ламповых щеток».
Г. Накопление белков. Основной белок, который накапливается в превителлогенезе – желток (комплекс из одной молекулы липопротеина липовителлина и двух молекул фосфопротеина фосфитина). Это т.н. эндогенный или аутосинтетический желток, который ооцит производит самостоятельно. Он формируется в аппарате Гольджи, также в запасании желтка участвуют митохондрии. Кроме того, ооцит синтезирует белок тубулин (участвует в образовании веретена деления) и рибосомальные белки.
2. Вителлогенез – период большого роста (цитоплазматический рост).
Начинается с середины диплотены. Происходит за счет привлечения внешних ресурсов.
Особенности:
непропорциональное увеличение объема цитоплазмы по сравнению с объемом ядра, резкое нарушение ядерно-плазменного отношения;
значительное увеличение одного из компонентов цитоплазмы – желтка (т.н. экзогенный желток).
относительно короткий.
СПОСОБЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ООЦИТА ПИТАТЕЛЬНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ
1. Фагоцитарный. Возникает при отсутствии гонад у низших форм (губок, кишечнополостных, ресничных червей). Ооциты развиваются в различных участках тела (диффузный онтогенез), активно перемещаясь и захватывая посредством фагоцитоза питательные вещества.
2. Солитарный. Ооциты находятся в гонаде (локализованный оогенез), но не связаны с какими-либо трофическими клетками. Получают питание (низкомолекулярные вещества) из полости гонады или целомической жидкости (колониальные гидроидные полипы, морские звезды, ланцетник и др.).
3. Алиментарный. Ооциты находятся в яичнике и связаны с другими клетками. Делится на нутриментарный и экстрагонадный.
А) Нутриментарный. Ооциты получают питание от сестринских клеток. Образуется система «ооцит – трофоциты» из родственных клеток, связанных между собой цитоплазматическими мостиками – клонов (потомков одного оогония). Этот способ характерен для различных червей, насекомых. Например, у дрозофилы один оогоний делится 4 раза – образуется 16 клеток, связанных между собой цитоплазматическими мостиками. Все вступают в профазу I мейоза, но лишь один из них станет ооцитом I порядка, а остальные 15 – трофоцитами. Судьба оогониев, по-видимому, зависит от количества цитоплазматических мостиков: ооцитом будет тот, у кого их больше всех. В отличие от ооцитов у трофоцитов не нарушается ядерно-плазменное отношение, так как они становятся полиплоидами и ядро их увеличивается пропорционально цитоплазме. Ооцит использует продукты синтетической активности своих сестер, а именно р-РНК. Следует отметить, что трофоциты желток не синтезируют, он поступает пиноцитозом из соматических клеток. Количество трофоцитов на один ооцит варьирует: так, у улитковой пиявки соотношение этих клеток 1: 2000, у рыбьей пиявки – 1: 50, у дрозофилы 1: 15.
Б) Экстрагонадный. Самый распространенный и совершенный. Ооциты получают питание от соматических клеток фолликулярного эпителия гонады. У насекомых этот способ сочетается с нутриментарным, у позвоночных – единственный источник питания ооцита. Фолликулярный эпителий возникает из одного (при сочетании с нутриментарным типом питания) или нескольких слоев клеток яичника, окружающих ооцит. Его функции весьма различны: защитная, барьерная, регуляторная, транспортная, гормональная (у позвоночных).
Между ооцитом и фолликулярным эпителием не возникает цитоплазматических мостиков. В зоне контакта от фолликулярных клеток отходят микроворсинки, которые внедряются в поры ооцита. От самого ооцита также отходят ультратонкие выросты. Зона контакта – периооцитное пространство, а выросты формируют «лучистый венец». Транспортируемые вещества, в том числе и желток, поступают в периооцитное пространство, а оттуда активно поглощаются ооцитом. Желток синтезируется у позвоночных в клетках печени, а у насекомых – в клетках жирового тела. Синтез желтка в фолликулярных клетках яичника доказан только для головоногих моллюсков.
Рис. 4. Схематическое изображение «лучистого венца» ооцита
Период большого роста относительно короткий. Так, у кур он длится 5-8 дней и за это время успевает образоваться 99% всего желтка.
Период созревания. Мейоз начинается на более ранних стадиях, чем при сперматогенезе. Начало созревания визуально определяется по разрушению ядерной мембраны (профаза I мейоза), индуцируется половыми гормонами и приурочено к достижению половой зрелости. Основная особенность делений созревания в оогенезе – их резкая неравномерность. Деления созревания происходят на анимальном полюсе ооцита, ближе к его поверхности (туда мигрируют хромосомы). Первое из них обычно редукционное (получившиеся клетки имеют набор хромосом 1n 2с). Веретено деления становится перпендикулярно поверхности ооцита и как бы выталкивает половину хромосомного набора в очень маленькую клетку. Таким образом, в ходе первого деления созревания образуется ооцит II порядка, которому достается почти вся цитоплазма предшественника, и первое редукционное (полярное) тельце (полоцит), состоящее в основном из гаплоидного набора двухроматидных хромосом. Полоцит располагается на анимальном полюсе ооцита II порядка.
При втором (эквационном) делении созревания веретено также становится перпендикулярно поверхности и на анимальном полюсе выделяется второе редукционное тельце. Первое, в свою очередь, также делится. Таким образом, в ходе делений созревания образуется гаплоидная яйцеклетка (1n 1с), которой достается практически вся цитоплазма предшественников, а на ее анимальном полюсе находятся три редукционных тельца, представляющие собой в основном «лишние» гаплоидные наборы хромосом. В отличие от сперматогенеза, при котором в ходе мейоза образуются четыре полноценные клетки, в оогенезе образуется одна полноценная и три неполноценные клетки, которые впоследствии обычно дегенерируют.
СХЕМА ООГЕНЕЗА
У многих животных на определенных этапах созревания ооцита наступает очередной блок мейоза. Это зависит от необходимости сперматозоида для прохождения делений созревания.
Участие сперматозоида требуется для обоих делений созревания. Блок происходит до начала мейоза, перед разрушением ядерной оболочки (губки, некоторые ресничные черви, аскарида, моллюски, кольчецы, морские звезды и совершенно неожиданно лошадь, собака, лисица).
Участие сперматозоида требуется лишь для одного деления созревания. Блок мейоза происходит:
на метафазе I (губки, немертины, моллюски, кольчецы, насекомые);
на метафазе II (почти все хордовые, исключение – летучие мыши, у них – на анафазе II).
Мейоз идет без участия сперматозоида. Блок наступает после прохождения обоих делений созревания (кишечнополостные, морские ежи).
ОВУЛЯЦИЯ
При экстрагонадном типе питания на стадии, соответствующей началу оплодотворения, ооцит выходит из фолликула. Этот процесс называется овуляцией. У позвоночных она происходит на стадии второго блока мейоза – метафазе II и находится под гормональным контролем. Оплодотворение снимает блок мейоза и происходит сразу же после овуляции в половых путях самки или при откладке яиц во внешней среде. К моменту овуляции яйцеклетка приобретает следующие особенности:
небольшое неактивное ядро;
в цитоплазме множество компонентов синтеза ДНК и РНК ( ДНК- и РНК-полимераз), достаточного, например, у шпорцевой лягушки для 200 клеток, а также регуляторных веществ, гликогена, желтка, митохондрий;
кортикальный слой (от лат. cortex– кора). Включает в себя кортикальные альвеолы(пузырьки), содержащие белки, ферменты, углеводы и волокна белка актина).
Кроме плазматической оболочки, характерной для каждой живой клетки, у многих яйцеклеток формируются специализированные яйцевые оболочки.
ЯЙЦЕВЫЕ ОБОЛОЧКИ
Первичная (желточная). Формируется самим ооцитом до момента оплодотворения, плотно прилегает к поверхностному слою цитоплазмы. Имеется у всех животных кроме губок и большинства кишечнополостных. Иногда бывает пронизана выростами яйца, выглядит поперечно исчерченной и называется zona radiata (у млекопитающих).
Остальные оболочки есть не у всех яиц.
Вторичная (хорион). Формируется фолликулярным эпителием. Особенно развита у насекомых, может быть многослойной, очень жесткой и прочной. Характерна также для костистых рыб.
Третичная. Формируется железами яйцеводов, может быть многослойной. Имеется у многих позвоночных (химеровые рыбы, амфибии, рептилии, птицы). Особенно развита у птиц (у них выделяют белковую, две подскорлуповых, скорлуповую оболочки).
Если оболочки плотные, то сперматозоид проникает в яйцеклетку только в одном месте через микропиле.
КЛАССИФИКАЦИЯ ЯЙЦЕКЛЕТОК
по количеству желтка:
алецитальные |
олиголецитальные |
мезолецитальные |
полилецитальные |
плацентарные млекопитающие нек. насекомые |
моллюски, иглокожие,черви |
осетровые, амфибии |
членистоногие, костистые рыбы, рептилии, птицы, яйцекладущие млекопитающие |
по расположению желтка:
изолецитальные телолецитальные центролецитальные
(гомолецитальные) (птицы) (насекомые)
Рис. 5 Схематическое изображение разных типов яйцеклеток
В процессе отложения желтка почти всегда выделяется полярность ооцита. Полюс, где желтка меньше (там выделяются полоциты) – анимальный, противоположный (больше желтка) – вегетативный.
Анимально-вегетативная поляризация – первый и важнейший шаг создания простанственной организации зародыша, так как борозды делений дробления ориентированы относительно полюсов. Взрослые животные либо
протаксонные – их передне-задняя ось совпадает с анимально-вегетативным полюсом (полихеты, позвоночные); либо
плагиаксонные – передне-задняя ось перпендикулярна анимально-вегетативной (моллюски, олигохеты, некоторые членистоногие).