1

CURS 1: MEDICINA DEZVOLTARII UMANE INTRODUCERE IN EMBRIOLOGIE, CELULE GERMINALE PRIMORDIALE

Conf. Dr. B. A. Voiculescu

2

DE AICI INCEPE TOTUL… FIECARE DINTRE NOI A FOST CANDVA UN… OU

3

PRIMA SAPTAMANA

Zigot- diviziuni mitotice- rezulta blastomere

Embrionul cu 32 de blastomere= morula Prin compactare si cavitatie, din morula

se formeaza blastocistul sau blastula Blastocistul ajunge in cavitatea uterina si

elimina zona pellucida Incepe implantarea pe peretele posterior

al uterului

4

PRIMA SAPTAMANA

BLASTOCISTUL

O masa interna de celule= embrioblast, din care se va forma embrionul

O masa externa de celule= trofoblast, ce va forma anexele embrionare

5

6

INITIEREA IMPLANTARII

1 zona pellucida2 trofoblast3 hipoblast4 blastocel5 epiblast

7

SAPTAMANA A 2- A

Trofoblastul se diferentiaza in: sincitiotrofoblast (extern) citotrofoblast (intern)

Embrioblastul: Se subdivide in hipoblast si epiblast,

formand discul bilaminar Hipoblastul- celulele migreaza de-a lungul

citotrofoblastului, formand sacul yolk primar Epiblastul formeaza cavitatea amniotica

8

9

10

SAPTAMANA A 2-A

Mezodermul extraembrionar Origine controversata- din citotrofoblast/

epiblast/ citotrofoblast + epiblast Migreaza intre citotrofoblast si sacul yolk/

cav amniotica Caviteaza, fomand:

Cavitatea corionica Mezodermul somatic (sub CT) Mezodermul visceral ( in jurul embrionului)

11

SAPTAMANA A 2- A

La sfarsitul saptamanii implantatia se termina, embrionul e alcatuit din:

2 cavitati emisferice- Amniotica (dorsala)- Yolk= vezicula ombilicala (ventrala)

Hipoblast + epiblast= disc embrionar didermic

12

DISCUL BILAMINAR

Epiblast= strat germinal dorsal Hipoblast= strat germinal ventral

13

14

SAPTAMANA A 3-A

Formarea liniei primitive- mediana, de-a lungul axei cranio- caudale- prin proliferarea si migrarea celulelor epiblastice

Capatul anterior al liniei primitive- incepe sa se adanceasca si formeaza santul primitiv, ce are la extremitatea craniala nodul primitiv (extremitate cefalica)

15

SAPTAMANA A 3-A

Are loc formarea discului trilaminar prin aparitia celei de-a treia foite embrionare- mezoblastul

Procesul= gastrulatie, dar noul termen preferat este tranzitie epitelio- mezenchimala

Mezoblastul se formeaza din celulele epiblastice, care migreaza prin linia primitiva

16

17

MIGRAREA CELULELOR EPIBLASTICE

Primele care migreaza, inlocuiesc celulele hipoblastice si formeaza endoblastul definitiv

Alte celule migreaza in directie craniala prin nodul primitiv si formeaza: Placa precordala Procesul notocordal

Cea mai mare parte dintre celule migreaza intre hipoblast si epiblast si formeaza mezoblastul intraembrionar

18

DISCUL TRILAMINAR

STRATUL GERMINAL DORSAL= ECTOBLAST/ ECTODERM

STRATUL MIJLOCIU (AL TREILEA IN ORDINEA FORMARII)= MEZOBLAST/ MEZODERM

STRATUL VENTRAL= ENDOBLAST/ ENDODERM

19

RETINETI

EPIBLASTUL ESTE PRECURSOR PENTRU:

- ECTOBLAST/ ECTODERM- MEZOBLAST/ MEZODERM intraembrionar +/ -

extraembrionar- ENDOBLAST DEFINITIV/ ENDODERM intraembrionar

(visceral)

HIPOBLASTUL ESTE PRECURSOR PENTRU:

- ENDODERM EXTRAEMBRIONAR (VEZICULA OMBILICALA SI ALANTOIDA)

20

CELULE GERMINALE PRIMORDIALE

celula progenitoare care va forma gametii la ambele sexe

la toate speciile de vertebrate, morfologia si proprietatile histochimice sunt asemanatoare

CGP- celule mari, rotunde, cu un nucleu mare, heterocromatic

citoplasma bogata in ribozomi si mitocondrii (activitate metabolica intensa- sinteza proteica), aparatul Golgi si RER slab reprezentate.

21

CGP

La om, citoplasma contine numeroase granule de glicogen si lipide.

Prezinta o intensa activitate fosfataz- alcalina pozitiva.

Nu se cunoaste rolul acestei enzime in celuele germinale, insa este importanta pentru identificarea lor.

22

ORIGINE EMBRIONARA

Originea lor este in epiblastul proximal in saptamana a 2- a.

Aparitia este conditionata de prezenta unor factori de crestere secretati de ectoderm extraembrionar si endoderm visceral

De la origine migreaza catre crestele genitale

23

BMP

Bone morphogenic protein grup de factori de crestere ai marii

familii TGF-b - transforming growth factor

BMP1 nu face parte din aceastã familie 20 de proteine- GM= 10 si 30 kDa Se fixeaza de un receptor heteromeric

(BMP-R), aflat pe membrana celulei tinta- douã subunitãti tip I si douã subunitãti tip II.

24

BMP

Subunitãtile tip II sunt kinaze ce pot fosforila un rest serinic sau treoninic de pe subunitatea tip I adiacentã

In citoplasma celulei tinta SARA- proteina adaptoareo nouã fosforilare a

unui grup de proteine R-smad- proteina aflata in stare nefosforilata,

inactiva Prin intermediul SARA, R- Smad se

fosforileaza

25

BMP

R-smad fosforilate formeazã complexe cu proteine adiacente numite Co- smad.

Complexul se deplaseazã în nucleu, unde se leagã de secvente specifice din ADN (elemente de rãspuns ale BMP) si activeazã anumite gene, ce determina sinteza unor proteine specifice- initiaza diferentierea celulelor epiblastice in CGP

26

IMPORTANTA BMP SI A CAII SALE

Cãile de semnal ce implicã BMP, BMP-R si Smad sunt importante în : diferentierea CGP, dezvoltarea cordului, dezvoltarea SNC, dezvoltarea cartilajului, sistemului nervos enteric, dezvoltarea osoasã postnatalã.

27

CALE DE SEMNALIZARE BMPReceptorii reglati de Smad sau R-Smad se asociazã cu receptorul de tip 1, printr-o proteinã adaptoare numitã SARA (Smad Anchor for Receptor Activation).

28

INDUCTIE CGP

Factori secretati de ectoderm si endoderm sunt decizionali in diferentierea celulei epiblastice in CGP

Celulele epiblastului proximal nu sunt restrictionate la linia germinala primordiala, dand nastere si unor celule somatice de la nivelul alantoida si s-ar parea ca si al mezodermului extraembrionar

29

INDUCTIE CGP

Ectodermul secreta BMP4, semnalul inductor primar-

interactiune Smad 5 Apoi BMP4 si BMP8b- Smad 1, -5-

diferentiere si localizare- doar 40 de celule epiblastice se vor diferentia in CGP

Endodermul secreta BMP2- diferentiere

30

INITIEREA MIGRARII

Sub actiunea factorilor BMP, celulele precursoare CGP exprima proteina fragilis (IFITM), care: marcheaza initierea diferentierii ca

celule germinale primordiale are rol de adeziune intercelulara

Odata cu formarea celulelor fragilis + incepe separarea de celule somatice, formandu-se o aglomerare de precursori CGP

31

INDUCTIE CGP

Apoi, o parte din celulele fragilis + exprima proteina stella, detectata exclusiv la linia germinala primordiala

La nivelul celulelor fragilis, stella + nu sunt exprimate proteinele Hox 1, specifice celulelor somatice

32

33

INDUCTIE CGP- BLIMP 1

In afara de factorii mai sus amintiti, care induc diferentierea cel epiblastice in CGP, exista un represor transcriptional numit Blimp1 (Prdm1)

Inhiba sinteza factorilor somatici la nivelul precursorilor CGP

Soarecii mutanti Blimp1 negativi- se formeaza in jur de 20 de celule primordiale (in loc de 40), asemanatoare CGP, dar care nu au proprietatile acestora: migrare, proliferare si represia genelor somatice (Hox1)

34

MIGRARE

In saptamana a 3- a, CGP migreaza din ectodermul primar in peretele sacului vitelin, prin miscari ameoboidale.

Apoi ajung la baza alantoidei.

Astfel, au devenit extraembrionare, fiind asezate in endodermul si mezodermul peretelui sacului vitelin.

35

MIGRARE

Intre saptamanile 4- 6, ajutate de curbarea cranio- caudala si laterala a embrionului, celulele germinale primordiale migreaza din nou in embrion

Migreaza de-a lungul peretelui alantoidei si a intestinului primitiv posterior (metenteron)

36

MIGRARE

Dupa ce traverseaza mezenterul dorsal, colonizeaza crestele gonadale.

In cursul acestei calatorii, celulele se multiplica mitotic, astfel incat se pare ca ating un numar de zeci de mii in momentul in care populeaza crestele gonadale.

Mecanismele migrarii sunt incomplet intelese

37

Migrarea celulelor germinale primordiale

38

Pasul 1. CGP la soarece, cu originea in epiblastul proximal, migreaza de la linia primitiva la endoderm (viitorul intestin dorsal) Pasul 2. CGP migreaza de-a lungul endodermuluiPasul 3. CGP migreaza bilateral catre peretele posterior al abdomenuluiPasul 4. CGP ajung in crestele genitale

39

TIPURI DE MIGARE

40

MECANISMELE MIGRARII

Sunt incomplet intelese, dar se realizeaza pe doua cai: 1. adeziune controlata, care implica existenta

unui receptor pe CGP si a unei substante cu rol de ligand, secretate de tesuturile caii de migrare

2. prin chemotactism, ce implica secretia unor factori chemotactici de catre tesuturile tinta (ex, creasta gonadala)- CGP se deplaseaza catre concentratia maxima a acestor substante

41

INITIEREA MIGRARII

CGP capata motilitate la scurt timp dupa formare

In momentul initierii migrarii, CGP capata morfologie caracteristica- devin polarizate si prezinta pseudopode/ extensii citoplasmatice

42

MORFOLOGIE, POLARITATE

43

INITIERE

La soarece, migrarea directionata necesita initial o activitate repelenta a factorului IFITM1 (interferon- induced transmembrane protein) exprimat de mezoderm

Are rol de respingere a celulelor din mezoderm in endoderm si implicit in activarea comportamentului migrator (CGP evita tesuturile ce exprima IFITM1)

IFITM= fragilis

44

CALEA MIGRATORIE

In intestinul posterior prin IFITM3 si E- caderina

IFITM3- exprimata in CGP, rol necunoscut (insa in mod sigur are rol in migrare)

E- caderina- molecula de adeziune exprimata in intestin, nu de CGP in acest stadiu- rol in mentinerea CGP in intestin

Supravietuirea si proliferarea CGP- cuplul C-kit/ Steel C- kit- receptor- pe CGP Steel- ligandul c- kit- pe tesuturile somatice

La soarece, in stadiul E9,5- parasesc intestinul

45

PGC SUNT MOBILE, IN INTESTIN; CELULELE NOTOCORDULUI SE MISCA SPRE POSTERIOR PE MASURA CE EMBRIONUL CRESTE

46

CGP PARASESC INTESTINUL SI MIGREAZA CATRE CRESTELE GENITALE

47

CALEA MIGRATORIE

Catre crestele genitale Dupa ce parasesc intestinul, se impart in

doua grupuri- pentru fiecare creasta

Migreaza din intestin individual, dar interactioneaza intre ele prin extensii subtiri citoplasmatice- retea de celule migratorii

48

CALEA MIGRATORIE

SDF1- secretat de mezenchim si de crestele genitale, reprezinta un factor chemotactic pentru CGP

CXCR4- receptorul pentru SDF1- pe CGP

Pe langa rolul in migrare, SDF1 are rol si in supravietuirea celulelor- cele ce parasesc ruta mor

49

PGC IMPARTITE IN DOUA GRUPURI MIGREAZA CATRE CRESTELE GENITALE

50

51

52

OPRIREA MIGRARII

Se pare ca aceleasi molecule care au ghidat migrarea, prezente in cantitate mare la nivelul crestelor gonadale, determina si oprirea lor

Cantitati mari de SDF1 reprezinta un semnal stop

Celulele devin rotunde, isi pierd polaritatea, adera intre ele, de celulele somatice din jur si de matricea extracelulara prin molecule de adeziune- E-caderina si integrina B1, exprimate de CGP

53

VA MULTUMESC!