Kortikal granulat
Kortikala granuler är regulatoriska sekretoriska organeller (som sträcker sig från 0,2 um till 0,6 um i diameter) som finns i oocyter och är mest förknippade med polyspermiförebyggande efter händelse av befruktning. Kortikala granulat finns bland alla däggdjur , många ryggradsdjur och vissa ryggradslösa djur . Inuti oocyten finns kortikala granuler längs cortex, regionen längst bort från cellens centrum. Efter befruktning inducerar en signalväg de kortikala granulerna att smälta samman med oocytens cellmembran och släppa ut deras innehåll i oocytens extracellulära matris. Denna exocytos av kortikala granulat är känd som den kortikala reaktionen . Hos däggdjur inkluderar oocytens extracellulära matris ett omgivande lager av perivitellina utrymme , zona pellucida och slutligen cumulusceller . Experimentella bevis har visat att det frigjorda innehållet i de kortikala granulerna modifierar oocytens extracellulära matris, särskilt zona pellucida. Denna förändring av zona pellucida-komponenterna är känd som zona-reaktionen. Den kortikala reaktionen förekommer inte hos alla däggdjur, vilket tyder på sannolikheten för andra funktionella syften för kortikala granulat. Förutom att modifiera oocytens extracellulära matris och etablera ett block mot polyspermi, kan exocytosen av kortikala granuler också bidra till skydd och stöd för det utvecklande embryot under preimplantation. När de kortikala granulerna har slutfört sina funktioner, fyller oocyten inte på dem.
Bildning
Kortikal granulbildning sker under de tidiga stadierna av oocyttillväxt. Mer specifikt, hos människan, apan, hamstern och kaninen etableras kortikala granuler när äggstocksfollikeln är flerskiktad. Hos råtta och mus har kortikala granuler observerats tidigare i follikelutvecklingen när äggstocksfollikeln endast är enkelskiktad. Under de tidiga stadierna av oocyttillväxt Golgi-komplexet i storlek, förökar sig och producerar små vesiklar som migrerar till cellens subkortikala region. Dessa små vesiklar kommer att smälta samman för att bilda mogna kortikala granuler, som således etableras som separata enheter från Golgi. I vissa organismer, såsom hos hamstrar, kan den utsöndrade vesikeln från Golgi smälta samman med en utsöndrad vesikel från det grova endoplasmatiska retikulumet för att slutligen bilda en kortikal granul. Hos däggdjur producerar oocyten kontinuerligt och translokerar kortikala granuler till cortex tills ägglossning inträffar. Det har visats i både däggdjurs- och icke-däggdjursdjurmodeller att kortikal granulmigrering beror på cytoskelettprocesser , särskilt mikrofilamentaktivitet . För däggdjur anses migration av kortikal granula vara en indikation på oocytmognad och organellorganisation.
Distribution
Som ett resultat av translokation är kortikala granuler jämnt fördelade över oocytens cortex. Emellertid har det observerats hos gnagare att vissa kortikala granuler omarrangeras och lämnar ett utrymme mellan de återstående kortikala granulerna. Detta utrymme kallas den kortikala granulfria domänen (CGFD) och har observerats i både cellens meiotiska spindelregioner under metafas I och metafas II av meios . CGFDs har inte observerats hos katt-, häst-, nötkreaturs-, svin- eller humana oocyter. Studier med oocyter från gnagare tyder på att vissa kortikala granuler genomgår omfördelning och/eller exocytos under hela den meiotiska cykeln och etablerar därmed CGFD. Mer specifikt inkluderar bevis ökade kvantiteter av kortikala granuler som omger CGFD och en minskad total kvantitet av cellens kortikala granuler under den meiotiska cykeln. Dessutom inträffar vissa exocytotiska händelser av kortikala granuler före befruktning i cellens klyvningsfåra samtidigt med polär kroppsbildning .
Det finns ett urval av hypoteser om den biologiska funktionen av CGFD och pre-fertilisering kortikal granula exocytos. Till exempel kan bildandet av CGFD vara oocytens mekanism för att behålla fler kortikala granuler för framtida användning snarare än att förlora dem till de polära kropparna när de polära kropparna extruderar från cellen. Eftersom vissa kortikala granuler som frigörs är från en region nära de meiotiska spindlarna, har forskare också antagit att de frigjorda kortikala granulerna kan modifiera oocytens extracellulära matris så att spermier inte kan binda i denna region. Om spermier skulle binda i denna region, kan faderns DNA, när det dekondenseras, möjligen störa integriteten hos moderns DNA på grund av dess närhet. Denna blockering av spermier på en specifik plats kallas lokal blockering. Med tanke på att oocyter från gnagare har cirka 75 % mindre yta än oocyter från större däggdjursarter, är spermiebindning i denna region mer sannolikt, vilket möjligen nödvändiggör behovet av lokal blockering. Forskare antar också att oocyten frisätter några kortikala granuler före befruktning för att göra mindre modifieringar av oocytens extracellulära matris så att bindningen begränsas till endast spermier som kan binda trots dessa mindre modifieringar.
förordning
Efter befruktning och före kalciumfrisättningen initieras en signalkaskad för inositolfosfat (PIP2). Under hela denna process ökar andra budbärarmolekyler såsom inositol 1,4,5-trisfosfat (IP3) och diacylglycerol (DAG), i koncentration. Inositol 1,4,5-trisfosfat har visat sig interagera med det endoplasmatiska retikulumet och orsakar frisättning av det endoplasmatiska retikulets kalciumförråd. För att ytterligare betona förhållandet mellan det endoplasmatiska retikulumet och kortikala granuler, under oocytmognad, har endoplasmatiskt retikulum observerats att antingen växa eller migrera närmare regionen av kortikala granuler. Förutom kalcium verkar diacylglycerol initiera den kortikala reaktionen. Diacyglycerol aktiverar också proteinkinas C (PKC), vilket också främjar den kortikala reaktionen. Vid befruktning har proteinkinas C visat sig främja spermiernas akrosomala exocytos , en process som är homolog med den för oocytens kortikala granula exocytos. I likhet med proteinkinas C aktiveras kalmodulin av kalcium, vilket ytterligare främjar den kortikala reaktionen.
Denna kalciumökning sker som en enda våg i tagghudingar och som flera vågor hos däggdjur. Kortikal granulexocytos har visats inträffa direkt efter en kalciumvåg. Till exempel i det befruktade sjöborreägget har det visat sig att den kortikala granulexocytosen omedelbart följer kalciumökningen efter cirka 6 sekunder. Hos däggdjur inträffar den första kalciumvågen inom 1–4 minuter efter befruktning, och kortikal granulexocytos inträffar inom 5–30 minuter efter befruktning. Vidare, när kalciumvågor undertrycktes experimentellt, inträffade inte kortikal granulexocytos och/eller förändringar i den extracellulära matrisen. Som visats i obefruktade oocyter från ryggradsdjur, induceras kortikal granulexocytos när kalcium ökas artificiellt.
Ökat kalcium tros också aktivera aktin -depolymeriserande proteiner som gelsolin och scinderin. Hos däggdjur tjänar dessa aktin-depolymeriserande proteiner till att demontera kortikalt aktin och därigenom medge utrymme för kortikal granultranslokation mot plasmamembranet.
En oocyt förvärvar förmågan att fullborda kortikal granulexocytos när oocyten har nått sen mognad. Mer specifikt, hos möss, till exempel, uppstår förmågan att genomgå kortikal granulexocytos en tid mellan metafas I och metafas II av meios, vilket också är 5 timmar innan ägglossning inträffar. Oocyten har visat sig uppnå maximal kompetens för att frisätta kalcium vid samma cellstadium, mellan metafas I och metafas II, vilket ytterligare betonar kalciumberoendet för den kortikala granulexocytoshändelsen.
Organell sammansättning
Även om hela den kortikala granulatsammansättningen ännu inte har identifierats, har följande molekyler associerats med innehåll av kortikala granuler från däggdjur:
Glykosylerade komponenter: Kortikala granulat från däggdjur har visat sig innehålla höga nivåer av kolhydrater. Vidare är många av dessa kolhydrater komponenter i glykosolerade molekyler såsom mannosylerade proteiner, a-D-acetylgalaktosamin, N-acetylglukosamin , N-acetyllaktosamin , N-acetylneuraminsyra , DN-acetylgalaktosamin, N-acetylgalaktosamin och N-glykolsyraamin . Vissa mannosylerade proteiner, till exempel, tros bidra till den kortikala granulens höljesstruktur.
Proteinaser : De proteinaser som finns närvarande i kortikala granuler från däggdjur tjänar primärt till att modifiera zona pelucida under zona-reaktionen. Några associerade kortikala granulproteinaser är det trypsinliknande proteinaset, ZP2-proteinaset och plasminogenaktivatorn av vävnadstyp (tPA). Både ZP2-proteinaset och trypsinliknande proteinas bidrar till att förhindra polyspermi. Som namnet antyder, proteolyserar ZP2-proteinas ZP2 under zona-reaktionen. Plasminogenaktivator av vävnadstyp (tPA) är ett serinproteinas som omvandlar plasminogen till dess aktiverade form, plasmin . Närvaro av plasminogen av vävnadstyp har registrerats under den kortikala reaktionen. Trots detta samband med den kortikala reaktionen har dock ännu inte hittats bevis för att plasminogenaktivatorn av vävnadstyp är en kortikal granulkomponent. Dessutom översätts inte mRNA som kodar för plasminogenaktivator av vävnadstyp förrän efter att de flesta kortikala granuler har bildats inuti oocyten.
Ovoperoxidas: Proteinet, ovoperoxidas, fungerar troligen som en katalysator som tvärbinder tyrosinrester som finns i zona pellucida . Denna tvärbindning bidrar till härdningen av zona pellucida.
Kalretikulin : Bevis har indikerat närvaron av proteinet, kalretikulin, i den kortikala granulen. Forskare har föreslagit att calreticulin fungerar som ett chaperoneprotein för andra kortikala granulkomponenter som bidrar till att förhindra polyspermi. Förutom att bidra till att förebygga polyspermi kan kalretikulin också hämma vissa glykoproteiner, vilket främjar interaktionen mellan oocyten och spermierna. Å andra sidan har olika forskning visat att kalretikulin kan frigöras från andra vesiklar än kortikala granulat. Vidare, vid exocytos, interagerar detta kalretikulin med oocytens cytoskelett, vilket möjliggör överföring av transmembransignaler för fortsättningen av cellens cykel.
N-acetylglukosaminidas : N-acetylglukosaminidas, som experimentellt hittats i kortikala granuler från mus, är ett glykosidas som hydrolyserar N-acetylglukosaminrester som finns på zona pellucida. N-acetylglukosaminer på zona pellucida främjar normalt spermiebindning. Därför bidrar N-acetylglukosaminidas till att förebygga polyspermi.
p32 : Namnet, p32, hänvisar till proteinets molekylvikt, 32 kDa. Vid frigöring från den kortikala granulen verkar p32 antingen fungera kortvarigt eller genomgå en modifiering kort efter befruktning eftersom endast små mängder p32 finns på embryot. Forskning tyder också på att p32 inte bidrar till att förebygga polyspermi.
Peptidylarginine deiminas (PAD/ABL2 antigen/p75): Peptidylarginine deiminias är ett sekretoriskt protein i den kortikala granulen som bidrar till reglering av embryots utveckling före implantation. Peptidylarginine deiminas alternativa namn, p75, hänvisar till dess molekylvikt, 75kDa.