Кортикальная гранула
Кортикальные гранулы — это регуляторные секреторные органеллы (диаметром от 0,2 мкм до 0,6 мкм), которые находятся внутри ооцитов и в основном связаны с предотвращением полиспермии после оплодотворения. [1] Кортикальные гранулы встречаются у всех млекопитающих , многих позвоночных и некоторых беспозвоночных . [2] Внутри ооцита кортикальные гранулы расположены вдоль коры, области, наиболее удаленной от центра клетки. После оплодотворения сигнальный путь заставляет кортикальные гранулы сливаться с клеточной мембраной ооцита и высвобождать свое содержимое во внеклеточный матрикс ооцита. Этот экзоцитоз кортикальных гранул известен как кортикальная реакция . У млекопитающих внеклеточный матрикс ооцита включает окружающий слой перивителлинового пространства , zona pellucida и, наконец, кумулюсные клетки . Экспериментальные данные продемонстрировали, что высвобожденное содержимое кортикальных гранул изменяет внеклеточный матрикс ооцита, в частности zona pellucida. Это изменение компонентов zona pellucida известно как реакция zona. Кортикальная реакция происходит не у всех млекопитающих, что предполагает вероятность других функциональных целей кортикальных гранул. [1] Помимо изменения внеклеточного матрикса ооцита и установления блока полиспермии, экзоцитоз кортикальных гранул может также способствовать защите и поддержке развивающегося эмбриона во время предимплантации. [3] После того, как кортикальные гранулы завершают свои функции, ооцит не восполняет их. [1]
Формирование
Формирование кортикальных гранул происходит на ранних стадиях роста ооцита. В частности, у человека, обезьяны, хомяка и кролика кортикальные гранулы образуются, как только фолликул яичника становится многослойным. У крысы и мыши кортикальные гранулы наблюдались на более ранних стадиях развития фолликула, когда фолликул яичника был только однослойным. На ранних стадиях роста ооцита комплекс Гольджи увеличивается в размерах, размножается и производит небольшие пузырьки, которые мигрируют в подкорковую область клетки. Эти небольшие пузырьки будут сливаться друг с другом, образуя зрелые кортикальные гранулы, которые, таким образом, образуются как отдельные образования из Гольджи. [1] У некоторых организмов, таких как хомяки, секретируемая везикула из Гольджи может сливаться с секретируемой везикулой из шероховатого эндоплазматического ретикулума , в конечном итоге образуя кортикальную гранулу. [4] У млекопитающих ооцит непрерывно производит и перемещает кортикальные гранулы в кортекс до тех пор, пока не произойдет овуляция . Было показано, что как на млекопитающих, так и на животных моделях, не относящихся к млекопитающим, миграция кортикальных гранул зависит от процессов цитоскелета , в частности, от активности микрофиламентов . У млекопитающих миграция кортикальных гранул считается показателем зрелости ооцита и организации органелл. [1]
Распределение
В результате транслокации кортикальные гранулы равномерно распределяются по всей кортикальной ооциту. Однако у грызунов было замечено, что некоторые кортикальные гранулы перестраиваются, оставляя пространство среди оставшихся кортикальных гранул. Это пространство называется доменом, свободным от кортикальных гранул (CGFD), и оно наблюдалось как в областях мейотического веретена клетки во время метафазы I , так и в метафазе II мейоза . CGFD не наблюдались в ооцитах кошек , лошадей, быков, свиней и человека. Исследования с ооцитами грызунов показывают, что определенные кортикальные гранулы подвергаются перераспределению и/или экзоцитозу на протяжении мейотического цикла, таким образом устанавливая CGFD. Более конкретно, доказательства включают увеличенное количество кортикальных гранул, окружающих CGFD, и уменьшенное общее количество кортикальных гранул клетки во время мейотического цикла. Кроме того, некоторые события экзоцитоза кортикальных гранул, предшествующие оплодотворению, происходят в борозде деления клетки одновременно с образованием полярного тельца . [1]
Существует ряд гипотез относительно биологической функции CGFD и экзоцитоза кортикальных гранул перед оплодотворением. Например, образование CGFD может быть механизмом ооцита для сохранения большего количества кортикальных гранул для будущего использования, а не для их потери полярными тельцами по мере выталкивания полярных тельцов из клетки. Поскольку некоторые высвобождаемые кортикальные гранулы находятся в области, близкой к мейотическим веретенам, исследователи также выдвинули гипотезу, что высвобождаемые кортикальные гранулы могут изменять внеклеточный матрикс ооцита, так что сперма не может связываться в этой области. Если сперма связывается в этой области, отцовская ДНК, по мере ее деконденсации, может нарушить целостность материнской ДНК из-за своей близости. Такая блокировка спермы в определенном месте называется локальной блокировкой. Учитывая, что ооциты грызунов имеют примерно на 75% меньшую площадь поверхности, чем ооциты более крупных видов млекопитающих, связывание спермы в этой области более вероятно, что, возможно, требует необходимости локальной блокировки. Исследователи также выдвигают гипотезу, что ооцит высвобождает некоторые кортикальные гранулы до оплодотворения, чтобы внести незначительные изменения во внеклеточный матрикс ооцита, так что связывание ограничивается только теми сперматозоидами, которые способны связываться, несмотря на эти незначительные изменения. [1]
Регулирование
После оплодотворения и до высвобождения кальция инициируется каскад сигналов инозитолфосфата (PIP2). В ходе этого процесса увеличивается концентрация молекул вторичных мессенджеров, таких как инозитол 1,4,5-трифосфат (IP3) и диацилглицерол (DAG). Было показано, что инозитол 1,4,5-трифосфат взаимодействует с эндоплазматическим ретикулумом , вызывая высвобождение запасов кальция эндоплазматического ретикулума. Еще больше подчеркивая связь между эндоплазматическим ретикулумом и кортикальными гранулами, во время созревания ооцита было замечено, что эндоплазматический ретикулум либо растет, либо мигрирует ближе к области кортикальных гранул. В дополнение к кальцию, диацилглицерол, по-видимому, инициирует кортикальную реакцию. [5] Диациглицерол также активирует протеинкиназу C (PKC), которая также стимулирует кортикальную реакцию. После оплодотворения было показано, что протеинкиназа C стимулирует акросомальный экзоцитоз сперматозоидов , процесс, гомологичный экзоцитозу кортикальных гранул ооцита. Подобно протеинкиназе C, кальмодулин активируется кальцием, что еще больше стимулирует кортикальную реакцию. [6]
Это увеличение кальция происходит как одна волна у иглокожих и как несколько волн у млекопитающих. Было показано, что экзоцитоз кортикальных гранул происходит непосредственно после волны кальция. Например, в оплодотворенном яйце морского ежа было показано, что экзоцитоз кортикальных гранул немедленно следует за увеличением кальция примерно через 6 секунд. У млекопитающих первая волна кальция происходит в течение 1–4 минут после оплодотворения, а экзоцитоз кортикальных гранул происходит в течение 5–30 минут после оплодотворения. Более того, когда волны кальция были подавлены экспериментально, экзоцитоз кортикальных гранул и/или изменения во внеклеточном матриксе не происходили. Как было показано в неоплодотворенных ооцитах позвоночных, экзоцитоз кортикальных гранул индуцируется при искусственном увеличении кальция. [7]
Также считается, что повышенный уровень кальция активирует актин -деполимеризующие белки, такие как гельзолин и сциндерин. У млекопитающих эти актин-деполимеризующие белки служат для разборки кортикального актина, тем самым освобождая место для перемещения кортикальных гранул в сторону плазматической мембраны. [7]
Ооцит приобретает способность завершать экзоцитоз кортикальных гранул к тому времени, когда ооцит достигает поздней зрелости. Более конкретно, у мышей, например, способность проходить экзоцитоз кортикальных гранул возникает в какой-то момент между метафазой I и метафазой II мейоза, что также происходит за 5 часов до овуляции. Было показано, что ооцит достигает максимальной способности к высвобождению кальция на этой же клеточной стадии, между метафазой I и метафазой II, что еще больше подчеркивает зависимость события экзоцитоза кортикальных гранул от кальция. [7]
Состав органелл
Хотя весь состав кортикальных гранул еще не идентифицирован, следующие молекулы были отнесены к содержимому кортикальных гранул млекопитающих:
Гликозилированные компоненты: Было показано, что кортикальные гранулы млекопитающих содержат высокие уровни углеводов. Кроме того, многие из этих углеводов являются компонентами гликозилированных молекул, таких как маннозилированные белки, α-D-ацетилгалактозамин, N-ацетилглюкозамин , N-ацетиллактозамин , N-ацетилнейраминовая кислота , DN-ацетилгалактозамин, N-ацетилгалактозамин и N-гликолилнейраминовая кислота . Например, считается, что некоторые маннозилированные белки вносят вклад в структуру оболочки кортикальной гранулы. [1]
Протеиназы : Протеиназы, присутствующие в кортикальных гранулах млекопитающих, в первую очередь служат для модификации zona pelucida во время реакции zona. Некоторые ассоциированные кортикальные гранулярные протеиназы — это трипсиноподобная протеиназа, протеиназа ZP2 и активатор плазминогена тканевого типа (tPA). Как протеиназа ZP2, так и трипсиноподобная протеиназа способствуют профилактике полиспермии. Как следует из названия, протеиназа ZP2 протеолизирует ZP2 во время реакции zona. Активатор плазминогена тканевого типа (tPA) — это сериновая протеиназа, которая превращает плазминоген в его активированную форму, плазмин . Присутствие плазминогена тканевого типа было зарегистрировано во время кортикальной реакции. Однако, несмотря на эту связь с кортикальной реакцией, пока не найдено доказательств, подтверждающих, что активатор плазминогена тканевого типа является компонентом кортикальной гранулы. Более того, мРНК, кодирующая активатор плазминогена тканевого типа, не транслируется до тех пор, пока внутри ооцита не сформируется большинство кортикальных гранул. [1]
Овопероксидаза: белок, овопероксидаза, скорее всего, действует как катализатор, который сшивает остатки тирозина, обнаруженные в zona pellucida . Это сшивание способствует затвердеванию zona pellucida. [1]
Кальретикулин : доказательства указывают на присутствие белка, кальретикулина, в кортикальной грануле. Исследователи предположили, что кальретикулин служит шаперонным белком для других компонентов кортикальной гранулы, способствуя профилактике полиспермии. Кроме того, способствуя профилактике полиспермии, кальретикулин может также ингибировать определенные гликопротеины, которые способствуют взаимодействию между ооцитом и спермой. С другой стороны, различные исследования показали, что кальретикулин может высвобождаться из везикул, отличных от кортикальных гранул. Кроме того, при экзоцитозе этот кальретикулин взаимодействует с цитоскелетом ооцита, тем самым обеспечивая передачу трансмембранного сигнала для продолжения цикла клетки. [1]
N-ацетилглюкозаминидаза : экспериментально обнаруженная в гранулах коры мышей, N-ацетилглюкозаминидаза представляет собой гликозидазу , которая гидролизует остатки N-ацетилглюкозамина, расположенные на zona pellucida. N-ацетилглюкозамины на zona pellucida обычно способствуют связыванию сперматозоидов. [1] Таким образом, N-ацетилглюкозаминидаза способствует предотвращению полиспермии.
p32 : Название p32 относится к молекулярной массе белка, 32 кДа. После высвобождения из кортикальной гранулы p32, по-видимому, либо функционирует недолго, либо претерпевает модификацию вскоре после оплодотворения, поскольку на эмбрионе присутствует лишь небольшое количество p32. Исследования также показывают, что p32 не способствует предотвращению полиспермии. [1]
Пептидиларгининдеиминаза (PAD/ABL2 антиген/p75): Пептидиларгининдеиминаза — это секреторный белок в кортикальной грануле, который участвует в регуляции развития эмбриона до имплантации. Альтернативное название пептидидиларгининдеиминазы, p75, относится к ее молекулярной массе, 75 кДа. [1]
Ссылки
- ^ abcdefghijklmn Лю, Мин (17 ноября 2011 г.). «Биология и динамика кортикальных гранул млекопитающих». Репродуктивная биология и эндокринология . 9 (1): 149. doi : 10.1186/1477-7827-9-149 . PMC 3228701. PMID 22088197 .
- ^ Вессель, Гэри М.; Брукс, Жаклин М.; Грин, Эмма; Хейли, Шейла; Воронина, Екатерина; Вонг, Джулиан; Зайдфудим, Виктор; Коннер, Шон (2001). Биология кортикальных гранул . Т. 209. С. 117–206. doi :10.1016/s0074-7696(01)09012-x. ISBN 9780123646132. PMID 11580200.
{{cite book}}:|journal=проигнорировано ( помощь ) - ^ Hoodbhoy, Tanya; Talbot, P. (декабрь 1994 г.). "Mammalian Cortical Granules: Contents, Fate, and Function" (PDF) . Molecular Reproduction and Development . 39 (4): 439–448. doi :10.1002/mrd.1080390413. PMID 7893493. S2CID 640323 . Получено 13 мая 2015 г. .
- ^ Gulyas, BJ (1980). Кортикальные гранулы яиц млекопитающих . Т. 63. Elsevier. С. 357–392. doi :10.1016/S0074-7696(08)61762-3. ISBN 9780123644633. PMID 395132.
{{cite book}}:|journal=проигнорировано ( помощь ) - ^ Ducibella, Tom (1996). «Кортикальная реакция и развитие активационной компетентности в ооцитах млекопитающих». Human Reproduction Update . 2 (1): 29–42. doi : 10.1093/humupd/2.1.29 . PMID 9079401.
- ^ Сан, Цин-Юань (1 июля 2003 г.). «Клеточные и молекулярные механизмы, приводящие к кортикальной реакции и блоку полиспермии в яйцах млекопитающих». Исследования и техника микроскопии . 61 (4): 342–348. doi : 10.1002/jemt.10347 . PMID 12811739. S2CID 22884757.
- ^ abc Эбботт, АЛ; Дусибелла, Т. (1 июля 2001 г.). «Кальций и контроль экзоцитоза кортикальных гранул млекопитающих». Frontiers in Bioscience . 6 (1): d792–806. doi : 10.2741/Abbott . PMID 11438440.
