KIEMCELLEN: KENMERKEN, VORMING, TYPEN, MIGRATIE - BIOLOGIE - 2024

De kiemcellen zijn de voorlopercellen van gameten bij dieren met seksuele voortplanting. Het zijn embryonale voorlopers die zich zeer vroeg in de ontwikkeling van de meeste soorten onderscheiden van meerdere somatische cellijnen (soma = lichaam).

Vrijwel alle organismen die zich seksueel voortplanten, ontstaan ​​uit de fusie van twee gametische cellen. Gameten zijn gespecialiseerde cellen die de helft van de genetische informatie bevatten van het individu dat ze produceert, de vader en de moeder (het zijn haploïde cellen).

Menselijke embryonale stamcellen in celkweek. Ryddragyn op Engelse Wikipedia

Alle gameten die door een dier worden geproduceerd, worden gevormd uit een speciale reeks cellen die bekend staat als de kiembaan, die zich ontwikkelen volgens een complexe reeks specifieke signalen. Deze cellen vertegenwoordigen de belangrijkste "overdracht" -route van het genoom en de cytosolische componenten van de ene generatie naar de andere.

Kiemcellen zijn verantwoordelijk voor de processen van soortvorming en evolutie, aangezien het de veranderingen zijn die daarin optreden die van de ene generatie op de volgende worden overgedragen. Bovendien zijn deze cellen degenen die de overdracht van erfelijke ziekten van ouders op hun kinderen mediëren, vooral bij mensen.

Kiemcel kenmerken

Kiemcellen zijn "pluripotente" of "totipotente" embryonale cellen, dat wil zeggen dat ze onder de juiste omstandigheden en signalen kunnen differentiëren tot bijna elk celtype. Bovendien zijn het cellen die bekwaam zijn voor hun "zelfvernieuwing", aangezien ze verantwoordelijk zijn voor hun eigen regeneratie.

Deze cellen zijn de enigen die gameten kunnen produceren. Dit zijn de cellen die een nieuw organisme kunnen vormen, een eigenschap die de andere cellen van een embryo verliezen als ze differentiëren.

Sommige auteurs beschouwen ze dan als de "stamcellen" van een soort, aangezien ze geen organen vormen maar eerder nieuwe individuen. Evenzo zijn deze cellen de belangrijkste manier waarop soorten evolueren en zijn ze de voertuigen voor de overdracht van erfelijke ziekten, vooral bij mensen.

Kiemcellen produceren gameten via processen die bekend staan ​​als meiose en gametogenese (oögenese en spermatogenese bij veel dieren), die kenmerkend en uniek zijn voor deze groep cellen.

Seminiferous tubuli met volwassen sperma. Nephron

Opleiding

Kiemcellen worden tijdens de embryonale ontwikkeling vroeg onderscheiden van andere somatische cellijnen.

Hoe gebeurt het bij sommige ongewervelde dieren?

Fruitvlieg Drosophila melanogaster. Genomen en bewerkt uit: Sanjay Acharya

Bij veel soorten, zoals de fruitvlieg D. melanogaster, worden deze cellen gevormd uit primordiale cellen van de blastula die een cytosolische determinant hebben "geërfd" die bekend staat als "germplasm" of "kiemplasma", dat wil zeggen, zeer bijzondere blastomeren.

Genoemd kiemplasma bevat structurele elementen en enig boodschapper-RNA en ondergaat tijdens oögenese en bevruchting verschillende cytosolische bewegingen om later primordiale celclusters te vormen in het blastula-stadium, die aanleiding zullen geven tot primordiale kiemcellen.

De blastomeren die het "kiemplasma" bezitten, delen zich asymmetrisch en erven het kiemplasma aan een enkele dochtercel. Wanneer het embryo het gastrulastadium bereikt, begint de equivalente deling van deze cellen en breidt de populatie van oercellen van de kiemlijn zich uit.

Hoe gebeurt het bij mensen?

Bij zoogdieren zoals de mens is de betrokkenheid van een "kiemplasma" echter niet gemeld tijdens het proces van de vorming van oorspronkelijke kiemcellen, maar wordt de specificatie van deze lijn bepaald door cel-celinteracties.

Primordiale kiemcellen bevinden zich tijdens de vroege stadia van de embryogenese in een soort extra-embryonaal compartiment en bij mensen gebeurt dit rond de derde week van ontwikkeling.

Zodra de lijn van primordiale cellen is gedefinieerd, migreren ze naar de vrouwelijke of mannelijke geslachtsklieren, waar respectievelijk de oögenese- of spermatogenese-processen worden geactiveerd.

De interactie van de oercellen met de somatische cellen van de geslachtsklieren, naast de aanwezigheid van geslachtschromosomen en andere maternale factoren, is wat de bepaling van het geslacht in de kiembaan definieert, hoewel dit proces aanzienlijk kan verschillen van soort tot soort. en een ander.

Differentiële genexpressie

Om de eerste "scheiding" van somatische cellen en geslachtscellen te laten plaatsvinden, is het eerste dat optreedt een differentiële expressie van genen, aangezien in de kiembaan de karakteristieke genen van somatische lijnen worden onderdrukt om het "programma te starten". Genetica van geslachtscellen.

Tijdens hun vormingsproces migreren deze cellen ook van waar ze vandaan komen naar de specifieke plaats waar de geslachtsklieren zich zullen vormen, de gameet-producerende weefsels bij de volwassene.

Celmigratie wordt ook bereikt door de activering van een hele migrerende "machinerie" en verschillende "sturende" mechanismen, die te maken hebben met meerdere genetische en epigenetische factoren (die niet te maken hebben met de wijziging van de nucleotidesequentie ).

Migratie

Primordiale kiemcellen, de cellen die aanleiding geven tot de "echte" kiemcellen, vormen ver van de plaats waar ze zich ontwikkelen en moeten, om zich te vestigen, migreren naar de plaatsen waar de eierstokken en testikels zich bevinden, de vrouwelijke en mannelijke geslachtsklieren. .

Primordiale kiemcellen worden aanvankelijk tijdens gastrulatie gezien als een cluster van cellen aan de basis van de allantois, een extra-embryonaal membraan dat zich vormt als een uitstroom uit het primaire spijsverteringskanaal van het embryo.

Gastrulatie van een diblastisch dier. 1-blastula. 2-Gastrula. Pidalka 44

In dit stadium verwerven oercellen een gepolariseerde morfologie en sommige experimenten hebben aangetoond dat ze lange processen verlengen terwijl ze worden gemobiliseerd.

Later worden deze duidelijk in de dikke darm en komen ze vervolgens uit het darmdorsum en migreren lateraal, waarbij ze de genitale richels koloniseren.

Terwijl de oercellen van de dikke darm naar het omliggende bindweefsel gaan, wordt dit laatste langer en vormt het het darmmesenterium (het weefsel dat de dunne darm bekleedt en het verbindt met de buikwand), een proces dat plaatsvindt tijdens cellen komen tevoorschijn door de wand van de darm.

Controlemechanismen

De aankomst van de voorlopercellen in het gonadale weefsel wordt gecontroleerd door de somatische cellen van deze structuren, die blijkbaar een "chemoattractant" effect uitoefenen op de eerste.

Experimenteel is aangetoond dat de expressie van een gen dat bekend staat als fragilis veel te maken heeft met de ontwikkeling van beweeglijkheid in oerkiemcellen.

Dit gen is betrokken bij de cel-celadhesieprocessen en bij de controle van de celcyclus, dus het vermoeden bestaat dat de regulatie van de adhesieprocessen cruciaal zou kunnen zijn voor het initiëren van het migratieproces.

Sommige auteurs zijn echter van mening dat de migratieroute van deze cellen wordt gecontroleerd op omgevingsniveau, in plaats van een autonoom proces te zijn.

Op hun weg naar de geslachtsklieren en eenmaal daarin, vermenigvuldigen deze cellen zich door mitose, waarbij ze meerdere klonen genereren die erin slagen het aantal individuen in de celpopulatie te vergroten.

Kiemceltypen

Zodra de oorspronkelijke kiemcellen hun definitieve weefsels bereiken, ontwikkelen ze zich tot vrouwelijke kiemcellen of mannelijke kiemcellen, al naargelang het geval, en de endogene en exogene signalen die ze ontvangen.

De vrouwelijke geslachtsklieren zijn de eierstokken en de mannelijke geslachtsklieren zijn de teelballen. Eenmaal in deze weefsels vermenigvuldigen de oercellen zich snel, maar de patronen van deze mitotische proliferatie verschillen tussen de twee.

Er zijn dus twee soorten kiemcellen die oögonia en spermatogonia worden genoemd.

Vrouwelijke geslachtscellen: oögonia

Oogonia. Bron: Chassot AA, Gregoire EP, Lavery R, ​​Taketo MM, de Rooij DG, et al.

Oogonia zijn mitotisch actieve cellen. Ze delen zich intensief tijdens de embryonale ontwikkeling, met name van de tweede tot de vijfde maand van de zwangerschap bij de mens, en vormen zo tot meer dan 7 miljoen van deze cellen, hoewel sommige van nature degenereren.

Deze cellen delen zich niet opnieuw door mitose in de postnatale stadia, maar differentiëren periodiek. Tijdens de laatste stadia van de ontwikkeling van de foetus beginnen ze zich echter te delen door meiose, een proces dat tot het begin van de puberteit "stilstaat".

Mannelijke geslachtscellen: spermatogonia

De proliferatie van spermatogonia verschilt enigszins van die van oögonia, want ondanks het feit dat ze zich beginnen te vormen en zich vermenigvuldigen in de embryonale testikels, behouden ze hun vermogen om zich te delen gedurende praktisch het hele postnatale leven.

De seminiferale kanalen van de teelballen zijn intern afgebakend met kiemende spermatogonia, en sommige populaties die uit deze cellen bestaan, delen zich door mitose. Aan het begin van de puberteit beginnen groepen spermatogonia (primaire spermatocyten) zich te delen door meiose om de secundaire spermatocyten te vormen die aanleiding zullen geven tot haploïde spermatiden.

Mutaties

Kiemcellen zijn de "fabrieken" waar de "voertuigen" worden geproduceerd voor het doorgeven van informatie van de ene generatie naar de volgende. Evenzo zijn deze cellen van groot belang voor evolutionaire processen, aangezien bijna elke wijziging die ze ondergaan, op het nageslacht zal worden afgedrukt.

We kunnen zeggen dat het DNA van alle cellen in een organisme vatbaar is voor mutaties en hoewel mutaties in somatische cellen belangrijk zijn in de context van vele ziekten en andere aandoeningen, gaan ze niet altijd verder dan de levensduur van het organisme. persoon die ze draagt.

Kiemlijnmutaties dragen daarentegen rechtstreeks bij aan evolutionaire genetische processen, aangezien deze veranderingen van de ene generatie op de andere kunnen worden doorgegeven via gameten en zygoten.

Om deze redenen kunnen kiemcelmutaties alleen zichtbaar zijn in het nageslacht en dit hangt vaak af van de homozygotie of heterozygotie van de aangetaste genen in elke ouder.

De oorzaken van kiembaanmutaties zijn talrijk, aangezien ze kunnen optreden als reactie op endogene of exogene signalen. Sommige van deze mutaties produceren ziekten die, afhankelijk van het geval, via de moederlijn of via de vaderlijke lijn kunnen worden overgeërfd.

Kiemceltumoren

De ongecontroleerde celdeling in bijna elk weefsel in het menselijk lichaam, evenals in andere dieren, kan leiden tot de vorming van tumoren, die goedaardig of kwaadaardig kunnen zijn.

Degenen die voortkomen uit kiemcellen worden meestal neoplasmata genoemd en kunnen zijn:

- Germinomen

- Teratomen

- Embryonale carcinomen

- Endodermale sinustumoren

- Choriocarcinomen

Deze tumoren kunnen regelmatig voorkomen in de interne gebieden van de geslachtsklieren, hoewel ze ook verband kunnen houden met de proliferatie of afwijkende migratie van de oorspronkelijke geslachtscellen, wat inhoudt dat ze in verschillende delen van het lichaam kunnen voorkomen.

Elektronenmicrofoto van een intratubulair kiemcelneoplasma in de testes of 'seminoom' (bron: Nephron via Wikimedia Commons)

Tumoren die zijn geassocieerd met de primordiale kiemcellijn staan ​​bekend als germinomen, terwijl embryonale carcinomen die zijn die zijn afgeleid van embryonale "stam" -cellen of afgeleide cellen.

Gewoonlijk worden de oorspronkelijke kiemcellen die zich op extragonadale plaatsen vormen, geëlimineerd, maar teratomen zijn afwijkende gezwellen van extragonadale kiemcellen die hebben kunnen overleven en die zijn samengesteld uit willekeurige mengsels van gedifferentieerde weefsels zoals kraakbeen, huid, haar of tanden.

Endodermale sinustumoren zijn tumoren die worden gevormd uit cellen die zijn afgeleid van extra-embryonale weefsels en die gedifferentieerd zijn, die de endodermale dooierzak vormen. Als de tumor zich daarentegen in de trofoblastlaag vormt, wordt dit choriocarcinoom genoemd.

Kiemlijntumoren van de eierstokken zijn goed voor ongeveer 20% van alle ovariumtumoren, komen vaak voor bij meisjes en jonge volwassenen tot ongeveer 20 jaar en zijn bijna altijd teratomen van kwaadaardige aard.

Onder deze zijn dysgerminomen onderscheiden, dit zijn solide en vlezige tumoren met een zachte omhulling, samengesteld uit aggregaten van cellen met een veelhoekig uiterlijk, met prominente plasmamembranen en een groot aantal cytosolische korrels.

Referenties

1. Carlson, BM (2018). E-book over menselijke embryologie en ontwikkelingsbiologie. Elsevier Gezondheidswetenschappen.
2. Jennings, MT, Gelman, R., & Hochberg, F. (1985). Intracraniële kiemceltumoren: natuurlijke historie en pathogenese. Journal of neurochirurgie, 63 (2), 155-167.
3. Kurman, RJ en Norris, HJ (1977). Kwaadaardige kiemceltumoren van de eierstok. Menselijke pathologie, 8 (5), 551-564.
4. Molyneaux, K., & Wylie, C. (2004). Primordiale kiemcelmigratie. International Journal of Developmental Biology, 48 (5-6), 537-543.
5. Pelosi, E., Forabosco, A., & Schlessinger, D. (2011). Kiemcelvorming uit embryonale stamcellen en het gebruik van somatische celkernen in eicellen. Annals of the New York Academy of Sciences, 1221 (1), 18.
6. Richardson, BE en Lehmann, R. (2010). Mechanismen die de migratie van primordiale kiemcellen sturen: strategieën van verschillende organismen. Nature beoordelingen Moleculaire celbiologie, 11 (1), 37-49.
7. Van Doren, M. (2010). De celbiologie van de levenscyclus van kiemcellen. Huidige mening in celbiologie, 22 (6), 707.
8. Wylie, C. (1999). Kiemcellen. Cell, 96 (2), 165-174.