CELULELE GERMINALE: CARACTERISTICI, FORMARE, TIPURI, MIGRAȚIE - BIOLOGIE

Cele celulelor embrionare sunt celule precursoare de gârneți la animale cu reproducere sexuală. Sunt precursori embrionari care se diferențiază de mai multe linii celulare somatice (soma = corp) foarte devreme la dezvoltarea majorității speciilor.

Practic toate organismele care se reproduc sexual apar din fuziunea a două celule gametice. Gametele sunt celule specializate care transportă jumătate din informațiile genetice ale individului care le produce, tatăl și mama (sunt celule haploide).

Celulele stem embrionare umane în cultura celulară. Ryddragyn la Wikipedia engleză

Toți gametii produși de un animal sunt formați dintr-o linie specială de celule cunoscută sub numele de linia germenilor, care se dezvoltă în funcție de un set complex de semnale specifice. Aceste celule reprezintă principala cale de „transfer” a genomului și a componentelor citosolice de la o generație la alta.

Celulele germinale sunt responsabile pentru procesele de specializare și evoluție, deoarece modificările care apar în acestea sunt transmise de la o generație la alta. În plus, aceste celule sunt cele care mediază transmiterea bolilor ereditare de la părinți la copii, în special la oameni.

Caracteristicile celulelor germinale

Celulele germinale sunt celule embrionare „pluripotente” sau „totipotente”, adică se pot diferenția în aproape orice tip de celule în condițiile și semnalele potrivite. Mai mult, ele sunt celule competente pentru „autoînnoirea lor”, deoarece sunt responsabile pentru propria regenerare.

Aceste celule sunt singurele capabile să producă gameți, care sunt celulele care pot forma un nou organism, proprietate pe care celelalte celule ale unui embrion le pierd pe măsură ce se diferențiază.

Unii autori le consideră, ca „celule stem” ale unei specii, deoarece nu formează organe, ci mai degrabă persoane noi. De asemenea, aceste celule sunt principalele mijloace prin care speciile evoluează și sunt vehiculele pentru transmiterea bolilor ereditare, în special la oameni.

Celulele germinale produc gameți prin procese cunoscute sub numele de meioză și gametogeneză (oogeneză și spermatogeneză la multe animale), care sunt caracteristice și unice pentru acest grup de celule.

Tubule seminifere cu spermatozoizi maturi. nefronilor

Instruire

Celulele germinale se disting timpuriu de alte linii celulare somatice în timpul dezvoltării embrionare.

Cum se întâmplă în unele nevertebrate?

Fructul zboară Drosophila melanogaster. Preluat și editat din: Sanjay Acharya

În multe specii, cum ar fi mușchiul fructului D. melanogaster, aceste celule sunt formate din celule primordiale ale blastulei care au „moștenit” un determinant citosolic cunoscut sub numele de „germoplasmă” sau „plasmă germinativă”, adică blastomere foarte particulare.

Germoplasma menționată conține elemente structurale și unele ARN mesager și în timpul oogenezei și fertilizării, suferă diferite mișcări citosolice, pentru a forma ulterior grupuri de celule primordiale în stadiul blastulei, ceea ce va da naștere celulelor germinale primordiale.

Blastomerele care au „plasmele germinale” se împart asimetric, moștenind germoplasma la o singură celulă fiică. Când embrionul ajunge în stadiul gastric, atunci începe diviziunea echivalentă a acestor celule și populația de celule primordiale din linia germinală se extinde.

Cum se întâmplă la oameni?

La mamifere ca omul, pe de altă parte, nu a fost raportată implicarea unei „plasme germinale” în timpul procesului de formare a celulelor germinale primordiale, ci mai degrabă specificația acestei linii este determinată de interacțiunile celulă-celulă.

Celulele germinale primordiale, în primele etape ale embriogenezei, sunt situate într-un fel de compartiment extra-embrionar și, la om, acest lucru apare în jurul celei de-a treia săptămâni de dezvoltare.

Odată ce linia celulelor primordiale este definită, ele migrează spre gonadele feminine sau masculine, unde sunt activate procese de oogeneză sau spermatogeneză.

Interacțiunea celulelor primordiale cu celulele somatice ale gonadelor, pe lângă prezența cromozomilor sexuali și a altor factori materni, este ceea ce definește determinarea sexului în linia germinativă, deși acest proces poate varia considerabil între o specie si altul.

Expresie genică diferențială

Pentru ca „separarea” inițială a celulelor somatice și a celulelor germinale să aibă loc, primul lucru care apare este o expresie diferențială a genelor, deoarece în linia germenilor genele caracteristice ale liniilor somatice sunt reprimate pentru a începe programul Genetica celulelor germinale.

În timpul procesului lor de formare, aceste celule migrează și de unde își au originea în locul specific unde se vor forma gonadele, care sunt țesuturile producătoare de gamete la adult.

Migrația celulară se realizează, de asemenea, prin activarea unei „mașini” migratorii întregi și a diferitelor mecanisme de „ghidare”, care au legătură cu mai mulți factori genetici și epigenetici (care nu au de-a face cu modificarea secvenței de nucleotide ).

migrațiune

Celulele germinale primordiale, cele care dau naștere la „adevăratele” celule germinale, se formează departe de locul în care se dezvoltă și, pentru a se stabili, trebuie să migreze către locurile unde se află ovarele și testiculele, care sunt gonadele feminine și masculine. .

Celulele germinale primordiale sunt văzute inițial în timpul gastrulației ca un grup de celule la baza alantoisului, care este o membrană extra-embrionară care se formează ca o ieșire din tractul digestiv primar al embrionului.

Gastrulația unui animal diblastic. 1-blastula. 2-gastrula. Pidalka44

În această etapă, celulele primordiale dobândesc o morfologie polarizată și unele experimente au arătat că extind procesele îndelungate pe măsură ce sunt mobilizate.

Ulterior, acestea devin evidente în posterioare și apoi ies din dorsul intestinal și migrează lateral, colonizând crestele genitale.

Pe măsură ce celulele primordiale se deplasează din țesutul posterior în țesutul conjunctiv înconjurător, acesta din urmă se întinde, formând mezenteria intestinală (țesutul care aliniază intestinul subțire și îl conectează la peretele abdominal), proces care se produce în timp ce celulele apar prin peretele intestinului.

Mecanisme de control

Sosirea celulelor precursoare la țesutul gonadal este controlată de celulele somatice ale acestor structuri, care aparent exercită un efect „chimioattractant” asupra primei.

S-a dovedit că expresia unei gene cunoscute sub numele de fragilis are o mare legătură cu dezvoltarea motilității în celulele germinale primordiale.

Această genă este implicată în procesele de aderență celulă-celulă și în controlul ciclului celular, astfel încât se suspectează că reglarea proceselor de adeziune ar putea fi crucială pentru inițierea procesului migrator.

Cu toate acestea, unii autori consideră că ruta de migrare a acestor celule este controlată la nivel de mediu, în loc să fie un proces autonom.

În drum spre gonade și odată în ele, aceste celule se înmulțesc prin mitoză, generând multiple clone care reușesc să crească numărul de indivizi din populația de celule.

Tipuri de celule germinale

Odată ce celulele germinale primordiale ajung la țesuturile lor definitive, acestea se dezvoltă în celule germinale feminine sau celule germinale masculine, după caz și semnale endogene și exogene pe care le primesc.

Gonadele feminine sunt ovarele, iar gonadele masculine sunt testiculele. Odată ajuns în aceste țesuturi, celulele primordiale se înmulțesc rapid, dar modelele acestei proliferări mitotice diferă între cele două.

Există, apoi, două tipuri de celule germinale cunoscute sub numele de oogonia și spermatogonie.

Celulele germinale feminine: oogonia

Oogonia. Sursa: Chassot AA, Gregoire EP, Lavery R, Taketo MM, DG Rooij și colab.

Oogonia sunt celule active mitotic. Ele se divizează intens în timpul dezvoltării embrionare, în special de la a doua până la a cincea lună de sarcină la om, formând astfel până la peste 7 milioane din aceste celule, deși unele degenerează în mod natural.

Aceste celule nu se divid din nou prin mitoză în stadiile postnatală, ci se diferențiază periodic. Cu toate acestea, în ultimele etape ale dezvoltării fetale, acestea încep să se împartă prin meioză, proces care rămâne în „arest” până la începutul pubertății.

Celule germinale masculine: spermatogonia

Proliferarea spermatogoniei este oarecum diferită de cea a oogoniei, deoarece, în ciuda faptului că acestea încep să se formeze și să se înmulțească în testiculele embrionare, își păstrează capacitatea de a se împărți pe parcursul întregii vieți postnatale.

Conductele seminifere ale testiculelor sunt delimitate intern cu spermatogonia germinativă, iar unele dintre populațiile compuse din aceste celule se împart prin mitoză. La începutul pubertății, grupuri de spermatogonie (spermatocite primare) încep să se împartă prin meioză pentru a forma spermatocitele secundare care vor da naștere la spermatide haploide.

mutaţiile

Celulele germinale sunt „fabricile” în care sunt produse „vehiculele” pentru transmiterea informațiilor de la o generație la alta. De asemenea, aceste celule au o importanță deosebită pentru procesele evolutive, deoarece aproape orice modificare suferită va fi tipărită pe urmași.

Putem spune că ADN-ul tuturor celulelor dintr-un organism este predispus la mutații și, deși mutațiile din celulele somatice sunt importante în contextul multor boli și alte afecțiuni, acestea nu se întind întotdeauna dincolo de viața individ care le poartă.

Mutațiile germinale, pe de altă parte, contribuie direct la procesele genetice evolutive, deoarece aceste modificări pot fi transmise de la o generație la alta prin gameti și zigotoți.

Din aceste motive, mutațiile celulelor germinale pot fi vizibile doar în descendență și acest lucru depinde, foarte des, de homozigozitatea sau heterozigozitatea genelor afectate la fiecare părinte.

Cauzele mutațiilor liniei germinale sunt multe, deoarece pot apărea ca răspuns la semnale endogene sau exogene. Unele dintre aceste mutații produc boli care pot fi moștenite prin linia maternă sau prin linia paternă, în funcție de caz.

Tumorile cu celule germinale

Diviziunea necontrolată a celulelor în aproape orice țesut din corpul uman, precum și la alte animale, poate duce la formarea de tumori, care pot fi benigne sau maligne.

Cele care apar din celulele germinale se numesc de obicei neoplasme și pot fi:

- Germinoame

- Teratoame

- carcinoame embrionare

- Tumori ale sinusului endodermic

- Coriocarcinoame

Aceste tumori pot apărea în mod regulat în regiunile interne ale gonadelor, deși pot fi, de asemenea, legate de proliferarea sau migrația aberantă a celulelor germinale primordiale, ceea ce presupune că pot apărea în diferite zone ale corpului.

Micrografie electronică a unei neoplasme a celulelor germinale intratubulare în testicule sau „seminom” (Sursa: Nephron prin Wikimedia Commons)

Tumorile asociate liniei de celule germinale primordiale sunt cunoscute sub denumirea de germinomi, în timp ce carcinoamele embrionare sunt cele care provin din celulele „stem” embrionare sau din celulele derivate.

De obicei, celulele germinale primordiale care se formează în site-urile extragonadal sunt vărsate, însă teratoamele sunt creșteri aberante ale celulelor germinale extragonadale care au reușit să supraviețuiască și sunt formate din amestecuri aleatorii de țesuturi diferențiate, cum ar fi cartilajul, pielea, părul sau dinții.

Tumorile sinusale endodermice sunt cele care se formează din celulele derivate din țesuturile extra-embrionare și care sunt diferențiate, care formează sacul de gălbenuș endodermic. Dacă, dimpotrivă, tumora se formează în stratul trofoblastic, se numește coriocarcinom.

Tumorile germinale ale ovarelor reprezintă aproximativ 20% din totalul tumorilor ovariene, sunt frecvente la fete și adulți tineri până la aproximativ 20 de ani și sunt aproape întotdeauna teratoame de natură malignă.

Dintre acestea, s-au distins disgerminomele, care sunt tumori solide și cărnoase, care au o acoperire netedă, compusă din agregate de celule cu aspect poligonal, cu membrane plasmatice proeminente și un număr mare de granule citosolice.

Referințe

Carlson, BM (2018). Cartea electronică a embriologiei umane și a biologiei dezvoltării. Științele sănătății Elsevier
Jennings, MT, Gelman, R., & Hochberg, F. (1985). Tumorile cu celule germinale intracraniene: istoric natural și patogeneză. Jurnalul de neurochirurgie, 63 (2), 155-167.
Kurman, RJ și Norris, HJ (1977). Tumori maligne ale celulelor germinale ale ovarului. Patologie umană, 8 (5), 551-564.
Molyneaux, K., & Wylie, C. (2004). Migrarea celulelor germinale primordiale. International Journal of Developmental Biology, 48 (5-6), 537-543.
Pelosi, E., Forabosco, A., & Schlessinger, D. (2011). Formarea celulelor germinale din celulele stem embrionare și utilizarea nucleelor celulare somatice în ovocite. Analele Academiei de Științe din New York, 1221 (1), 18.
Richardson, BE, și Lehmann, R. (2010). Mecanisme care ghidează migrația primordială a celulelor germinale: strategii de la diferite organisme. Natura recenzii Biologie celulara moleculara, 11 (1), 37-49.
Van Doren, M. (2010). Biologia celulară a ciclului de viață al celulelor germinale. Opinia curentă în biologia celulară, 22 (6), 707.
Wylie, C. (1999). Celule de germeni. Celulă, 96 (2), 165-174.

CELULELE GERMINALE: CARACTERISTICI, FORMARE, TIPURI, MIGRAȚIE - BIOLOGIE - 2025