Кортикальная гранула - Cortical granule

Распределение корковых гранул (CG) в коре ооцита человека в метафазе II
Распределение корковых гранул (CG) в коре ооцита человека в метафазе II

Кортикальные гранулы регуляторные секреторные органеллы (диаметром от 0,2 до 0,6 мкм), обнаруженные в ооциты и больше всего связаны с полиспермия профилактика после случая оплодотворения.[1] Корковые гранулы встречаются среди всех млекопитающие, много позвоночные, и немного беспозвоночные.[2] Внутри ооцита корковые гранулы расположены вдоль коры, наиболее удаленной от центра клетки области. После оплодотворения сигнальный путь заставляет корковые гранулы сливаться с клеточной мембраной ооцита и высвобождать их содержимое во внеклеточный матрикс ооцита. Этот экзоцитоз корковых гранул известен как корковая реакция. У млекопитающих внеклеточный матрикс ооцита включает окружающий слой перивителлиновое пространство, zona pellucida, и наконец кучевые клетки. Экспериментальные данные продемонстрировали, что высвобождаемое содержимое кортикальных гранул изменяет внеклеточный матрикс ооцита, особенно блестящую оболочку. Это изменение компонентов блестящей оболочки известно как реакция зоны. Корковая реакция возникает не у всех млекопитающих, что указывает на вероятность других функциональных целей корковых гранул.[1] Помимо модификации внеклеточного матрикса ооцита и установления блокировки полиспермии, экзоцитоз кортикальных гранул также может способствовать защите и поддержке развивающегося эмбриона во время доимплантации.[3] Как только корковые гранулы завершают свои функции, ооцит не восстанавливает их.[1]

Формирование

Формирование корковых гранул происходит на ранних стадиях роста ооцитов. Более конкретно, у человека, обезьяны, хомяка и кролика корковые гранулы формируются после того, как фолликул яичника становится многослойным. У крыс и мышей корковые гранулы наблюдались раньше при развитии фолликула, когда фолликул яичника был только однослойным. На ранних стадиях роста ооцитов аппарат Гольджи увеличивается в размерах, размножается и образует маленькие пузырьки, которые мигрируют в подкорковую область клетки. Эти маленькие пузырьки сливаются друг с другом, образуя зрелые корковые гранулы, которые, таким образом, устанавливаются как отдельные от Гольджи объекты.[1] У некоторых организмов, например, у хомяков, секретируемая везикула Гольджи может сливаться с секретируемой везикулой из шероховатой эндоплазматической сети в конечном итоге сформировать корковые гранулы.[4] У млекопитающих ооцит непрерывно производит и перемещает корковые гранулы в кору до тех пор, пока овуляция происходит. На моделях животных как млекопитающих, так и других было показано, что миграция кортикальных гранул зависит от цитоскелет процессы, в частности микрофиламент Мероприятия. Для млекопитающих миграция кортикальных гранул считается показателем зрелости ооцитов и организации органелл.[1]

Распределение

В результате транслокации корковые гранулы равномерно распределяются по коре ооцита. Однако у грызунов было обнаружено, что некоторые корковые гранулы перестраиваются, оставляя пространство среди оставшихся кортикальных гранул. Это пространство называется доменом без кортикальных гранул (CGFD) и наблюдается в обеих областях мейотического веретена клетки во время метафаза I и метафаза II из мейоз. CGFD не наблюдались в ооцитах кошек, лошадей, крупного рогатого скота, свиней и человека. Исследования с ооцитами грызунов показывают, что определенные корковые гранулы подвергаются перераспределению и / или экзоцитозу на протяжении мейотического цикла, таким образом устанавливая CGFD. Более конкретно, доказательства включают увеличение количества кортикальных гранул, окружающих CGFD, и снижение общего количества кортикальных гранул клетки во время мейотического цикла. Кроме того, некоторые экзоцитозные события кортикальных гранул перед оплодотворением происходят в борозде дробления клетки одновременно с полярное тело формирование.[1]

Существует ряд гипотез относительно биологической функции CGFD и экзоцитоза корковых гранул до оплодотворения. Например, образование CGFDs может быть механизмом ооцита для удержания большего количества кортикальных гранул для будущего использования, а не потери их полярным тельцам, когда полярные тельца выходят из клетки. Поскольку некоторые высвобождаемые корковые гранулы происходят из области, близкой к мейотическим веретенам, исследователи также предположили, что высвободившиеся кортикальные гранулы могут изменять внеклеточный матрикс ооцита, так что сперматозоиды не могут связываться в этой области. Если бы сперматозоиды связывались в этой области, отцовская ДНК, когда она деконденсировалась, могла бы нарушить целостность материнской ДНК из-за ее близости. Это блокирование сперматозоидов на определенном участке называется локальным блокированием. Учитывая, что ооциты грызунов имеют примерно на 75% меньшую площадь поверхности, чем ооциты более крупных видов млекопитающих, связывание сперматозоидов в этой области более вероятно, что, возможно, вызывает необходимость в локальном блокировании. Исследователи также предполагают, что ооцит высвобождает некоторые корковые гранулы перед оплодотворением, чтобы внести незначительные изменения во внеклеточный матрикс ооцита, так что связывание ограничивается только спермой, способной связываться, несмотря на эти незначительные модификации.[1]

Регулирование

После оплодотворения и до высвобождения кальция инозитолфосфат (PIP2) инициируется каскад сигнализации. На протяжении всего этого процесса молекулы вторичных мессенджеров, такие как, инозитол 1,4,5-трифосфат (IP3) и диацилглицерин (DAG), увеличение концентрации. Было показано, что инозитол-1,4,5-трифосфат взаимодействует с эндоплазматический ретикулум вызывая высвобождение запасов кальция эндоплазматического ретикулума. Еще больше подчеркивая взаимосвязь между эндоплазматическим ретикулумом и кортикальными гранулами, во время созревания ооцитов было обнаружено, что эндоплазматический ретикулум либо растет, либо мигрирует ближе к области кортикальных гранул. В дополнение к кальцию, диацилглицерин, по-видимому, инициирует корковую реакцию.[5] Диациглицерин также активирует Протеинкиназа C (PKC), который также способствует корковой реакции. Было показано, что после оплодотворения протеинкиназа С способствует размножению сперматозоидов. акросомный экзоцитоз, процесс, гомологичный процессу экзоцитоза кортикальных гранул ооцита. Подобно протеинкиназе C, кальмодулин активируется кальцием, дополнительно способствуя корковой реакции.[6]

Это увеличение кальция происходит в виде одной волны в иглокожие и как множественные волны у млекопитающих. Было показано, что экзоцитоз кортикальных гранул происходит сразу после кальциевой волны. Например, в оплодотворенной яйцеклетке морского ежа было показано, что экзоцитоз кортикальных гранул сразу следует за увеличением кальция примерно через 6 секунд. У млекопитающих первая кальциевая волна возникает в течение 1–4 минут после оплодотворения, а экзоцитоз кортикальных гранул происходит в течение 5–30 минут после оплодотворения. Более того, когда кальциевые волны были подавлены экспериментально, экзоцитоза кортикальных гранул и / или изменений внеклеточного матрикса не происходило. Как показано на неоплодотворенных ооцитах позвоночных, экзоцитоз кортикальных гранул индуцируется при искусственном увеличении содержания кальция.[7]

Также считается, что повышенный уровень кальция активирует актин -деполимеризующие белки, такие как гельсолин и сцинндерин. У млекопитающих эти деполимеризующие актин белки служат для разборки кортикального актина, тем самым обеспечивая пространство для перемещения кортикальных гранул к плазматической мембране.[7]

Ооцит приобретает способность завершать экзоцитоз кортикальных гранул к тому времени, когда ооцит достигает позднего созревания. Более конкретно, у мышей, например, способность подвергаться экзоцитозу кортикальных гранул возникает через некоторое время между метафазой I и метафазой II мейоза, что также является за 5 часов до наступления овуляции. Было показано, что ооцит обладает максимальной способностью высвобождать кальций на этой же клеточной стадии, между метафазой I и метафазой II, что дополнительно подчеркивает кальций-зависимую роль экзоцитоза кортикальных гранул.[7]

Состав органелл

Хотя весь состав кортикальных гранул еще не идентифицирован, следующие молекулы ассоциированы с содержанием кортикальных гранул млекопитающих:

Гликозилированный составные части: Было показано, что кортикальные гранулы млекопитающих содержат высокий уровень углеводов. Кроме того, многие из этих углеводов являются компонентами гликозолированных молекул, таких как маннозилированные белки, α-D-ацетилгалактозамин, N-ацетилглюкозамин, N-ацетиллактозамин, N-ацетилнейраминовая кислота, D-N-ацетилгалактозамин, N-ацетилгалактозамин, и N-гликолилнейраминовая кислота. Например, считается, что определенные маннозилированные белки вносят вклад в структуру оболочки кортикальных гранул.[1]

Протеиназы: Протеиназы, присутствующие в корковых гранулах млекопитающих, в первую очередь служат для модификации блестящей оболочки во время реакции оболочки. Некоторые связанные протеиназы кортикальных гранул являются трипсин -подобная протеиназа, протеиназа ZP2 и активатор плазминогена тканевого типа (tPA). Как протеиназа ZP2, так и трипсиноподобная протеиназа способствуют предотвращению полиспермии. Как следует из названия, протеиназа ZP2 протеолизирует ZP2 во время реакции зоны. Тканевый тип активатор плазминогена (tPA) представляет собой сериновую протеиназу, которая переводит плазминоген в его активированную форму, плазмин. Присутствие плазминогена тканевого типа было зарегистрировано во время корковой реакции. Однако, несмотря на эту связь с корковой реакцией, еще предстоит найти доказательства, подтверждающие, что активатор плазминогена тканевого типа является компонентом корковых гранул. Кроме того, мРНК, кодирующая активатор плазминогена тканевого типа, не транслируется до тех пор, пока в ооците не сформируется большая часть кортикальных гранул.[1]

Овопероксидаза: Белок овопероксидаза, скорее всего, действует как катализатор, который перекрестно связывает остатки тирозина, обнаруженные в zona pellucida. Это поперечное сшивание способствует укреплению пеллюцидной зоны.[1]

Кальретикулин: Доказательства указывают на присутствие белка кальретикулина в кортикальных гранулах. Исследователи предположили, что кальретикулин служит шаперонный белок для других компонентов корковых гранул, способствующих профилактике полиспермии. Кроме того, способствуя предотвращению полиспермии, кальретикулин может также ингибировать определенные гликопротеины, которые способствуют взаимодействию между ооцитом и спермой. С другой стороны, различные исследования показали, что кальретикулин может выделяться из везикул, кроме кортикальных гранул. Кроме того, при экзоцитозе этот кальретикулин взаимодействует с цитоскелетом ооцита, тем самым обеспечивая передачу трансмембранных сигналов для продолжения клеточного цикла.[1]

N-ацетилглюкозаминидаза: Экспериментально обнаруженная в гранулах коры головного мозга мышей, N-ацетилглюкозаминидаза представляет собой гликозидаза который гидролизует остатки N-ацетилглюкозамина, расположенные в блестящей оболочке. N-ацетилглюкозамины в пеллюциде обычно способствуют связыванию сперматозоидов.[1] Следовательно, N-ацетилглюкозаминидаза способствует предотвращению полиспермии.

стр. 32: Название, p32, относится к молекулярной массе белка 32 кДа. После высвобождения из кортикальных гранул p32, по-видимому, либо функционирует кратковременно, либо претерпевает модификацию вскоре после оплодотворения, потому что на эмбрионе присутствует только небольшое количество p32. Исследования также показывают, что p32 не способствует предотвращению полиспермии.[1]

Пептидиларгининдезиминаза (антиген PAD / ABL2 / p75): Пептидиларгининдеиминиаза - это секреторный белок в кортикальных гранулах, который способствует регуляции развития эмбриона до имплантации. Альтернативное название пептидиларгининдезиминазы, p75, относится к ее молекулярной массе, 75 кДа.[1]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п Лю Мин (17 ноября 2011 г.). «Биология и динамика корковых гранул млекопитающих». Репродуктивная биология и эндокринология. 9 (1): 149. Дои:10.1186/1477-7827-9-149. ЧВК  3228701. PMID  22088197.
  2. ^ Wessel, Gary M .; Брукс, Жаклин М .; Грин, Эмма; Хейли, Шейла; Воронина, Екатерина; Вонг, Джулиан; Зайдфудим, Виктор; Коннер, Шон (2001). Биология корковых гранул. Международный обзор цитологии. 209. С. 117–206. Дои:10.1016 / с0074-7696 (01) 09012-х. ISBN  9780123646132. PMID  11580200.
  3. ^ Худбхой, Таня; Талбот П. (декабрь 1994 г.). «Гранулы коркового вещества млекопитающих: содержание, судьба и функции» (PDF). Молекулярное воспроизводство и развитие. 39 (4): 439–448. Дои:10.1002 / мрд.1080390413. PMID  7893493. Получено 13 мая 2015.
  4. ^ Гуляс, Б. Дж. (1980). Корковые гранулы яиц млекопитающих. Международный обзор цитологии. 63. С. 357–392. Дои:10.1016 / S0074-7696 (08) 61762-3. ISBN  9780123644633. PMID  395132.
  5. ^ Ducibella, Том (1996). «Корковая реакция и развитие активационной компетентности в ооцитах млекопитающих». Европейское общество репродукции человека и эмбриологии. 2 (1): 29–42. Дои:10.1093 / humupd / 2.1.29. PMID  9079401. Получено 13 мая 2015.
  6. ^ Сунь Цин-Юань (1 июля 2003 г.). «Клеточные и молекулярные механизмы, приводящие к корковой реакции и блокированию полиспермии в яйцах млекопитающих». Микроскопические исследования и техника. 61 (4): 342–348. Дои:10.1002 / jemt.10347. PMID  12811739.
  7. ^ а б c Abbott, A. L .; Ducibella, T. (1 июля 2001 г.). «Кальций и контроль экзоцитоза кортикальных гранул млекопитающих». Границы биологических наук. 6 (1): d792–806. Дои:10.2741 / Abbott. PMID  11438440.