Biologie reprodukce & Embryologie Brno, Březen 2018 Přednáška 4 • Rýhování embrya • Implantace • Přenos somatického jádra – klonování • Gastrulace • Plodové obaly Oplození Vznik zygoty a první buněčná dělení Gap junctionsZygota Prvojádra fůzována (Syngamie) DNA syntéza Spermie • DNA • Cenriol • „Oocyte-activating factor“ Ooocyt • DNA • Mitochondrie • Cytoplasma ~6-8 h ~12-14 h ~3-4 dny~8-12 h O v i d u k t D ě l o h a Vývoj blastocysty Kompaktovaná morula „Hatched“ blastocysta „Hatching“ blastocysta Expandovaná blastocysta 220-280 mm Trofoblast Blastocoel Embryoblast Den 5 – 6 (60 až 8O buněk) Časný vývoj lidského embrya Dr. Zuzana Holubcová REPROFIT, Brno Vajíčko – výkonný regulátor exprese genů PB PN 20 44 G1 S G2/M G1 S G2/M Translace maternální mRNA Translace zygotické mRNA Zygotická transkripce Represe transkripce Význam „enhancerů“ Aktivace embryonálního genomu Aktivace embryonálního genomu Nepředstavuje jednu diskrétní událost (první známky již v zygotě, u člověka maximum ve 4až 8-buněčném embryu) Transkripty nahrazující degradované maternální mRNA Nové transkripty určující zcela nový vzor genové exprese Dva typy transkriptů Je „zodpovědný“ za ustavení stavu totipotence blastomer Představuje fenomem označovaný REPROGRAMACE genomu & Přenos jádra (klonování) - princip Vajíčko Somatická buňka Reprogramace „Normální“ vývoj Klonování má nízkou efektivitu (1-3%) Reprogramace je pomalá a nejspíš nekompletní (výsledkem je abnormální exprese genů, ) Účinnost reprogamace je závislá na mnoha faktorech (typ somatické buňky, stadium buněčného cyklu, …) Aktivace Implantace blastocysty 0 5 14 28 Menstruační fáze Proliferační fáze (estrogeny) Sekreční fáze (progesteron) Ovulace následovaná Oplozením Funkční zóna endometria kompaktní + spongiózní + bazální Stroma Syncytiotrofoblast Embryoblast Epitel Trofoblast Molekulární hráči Selektin na trofoblastu + glykoproteiny na epitelu Integriny + Laminin, Fibronektin IGF1, IGF2, VEGF Metaloproteinázy + jejich tkáňové inhibitory Progesteron hCH Prostaglandiny Implantace blastocysty http://myselfishgenes.blogspot.hu/2013/05/what-happens-to-my-embryos-if-they-do.html Implantace blastocysty – místo implantace Normální (zadní, horní a přední stěna dělohy) Abnormální (0,25 až 1% implantací) Implantace – Druhý týden (1) Ukončení implantace + Další embryonální vývoj • Pokračující invaze do endometria • Destrukce kapilár a žlázek • Pohlcování apoptotických buněk (Fas/Fas ligand) Trofoblast Cytotrofoblast • Mitoticky se dělící buňky (jedna vrstva) • Zdroj buněk syncytiotrofoblastu Syncytiotrofoblast • Fůzované buňky (nědělící se, mnohojaderné) • Produkce hCG (stimuluje CL)Lakuny trofoblastu Syncytiotrofoblast Děložní žlázka Endometriální kapilára Cytotrofoblast Amniová dutina Hypoblast Blastocoel Embryonální pól Abembryonální pól Stav ve dni 8 Epiblast Rozrůstání kapilár Diferenciace fibroblastů, akumulace glykogenu a lipidů Deciduální reakce endometria Stav ve dni 10 Stav ve dni 12 Syncytiotrofoblast Cytotrofoblast Epitelizace místa implantace 2-3 mm Houbovitá struktura Arteriální větev Venózní větev Lacuna Eroze endometr. kapilár Fůze lakun – vznik sítě dutin + Uteroplacentární cirkulace Implantace – Druhý týden (2) Lidské embryonální kmenové (hES) buňky (Thompson et al, 1998) Časné embryo ve stadiu blastocysty Izolace embryoblastu (ICM - Inner Cell Mass) Přenesení izolovaného embryoblastu do in vitro podmínek (+ podpůrné buňky + FGF-2) Propagace v kultuře mechanickou či enzymatickou disagregací (opakovaným pasážováním) Derivace postmeiotických zárodečných buněk z lidských ES buněk Prof. Harry Moore, University of Sheffield, 2009 B) C-KIT C) I-97 antigen D) Buňky s kondenzovaným chromatinem a náznakem bičíku Struktury velmi podobné komplexům oocyt-granulózní buňky (zóna pellucida nevyvinuta) Gastrulace – formování tří zárodečných vrstev Aktuální velikost Začátek 2. týdne Epiblast Hypoblast Syncytiotrofoblast Cytotrofoblast = zároděčný terčík Gastrulace – formování tří zárodečných vrstev Den 8 až 9 Hypoblast Epiblast Cytotrofoblast Primární žloutkový váček Mezoderm = ektoderm = entoderm Amniový váček Gastrulace – formování tří zárodečných vrstev Zárodečný terčík – poprvé cca den 6 až 7 Kaudální Prechorodová ploténka Primitivní proužek Primitivní uzel Kloaková membrána Hlavový výběžek Rostrální Kaudální Rostrální Pohled shora (dorzální strana) Příčný řez Tvorba a specifciace mezodermu (zvětšeno) Primitivní proužek (rýha) Ektodermové epitelové buňky Mezodermové buňky Entoderm = epitelo-mezenchymová „transformace“ Gastrulace – formování tří zárodečných vrstev Den 9 – primární žloutkový váček Gastrulace – formování tří zárodečných vrstev Den 12 - 13 Cytotrofoblast Sekundární žloutkový váček Extraembryonální coelom = choriová dutina Žloutková cysta Mezoderm Entoderm Ektoderm Počátek zárodečného stvolu Extraembryonální splanchnopleura (Heuserova membrána) Extraembryonální somatopleura Amniový váček Extraembryonální struktury – žloutkový váček 1 Konec 2. týdne Stěna žl. váčku = entoderm + mezoderm Heuserova membrána Extraembryonální struktury – žloutkový váček 2 cca 6. týden vývoje cca 8. týden vývoje Funkce žloutkového váčku: • neobsahuje žloutek • 3. týden – hematopoéza (od. 6. týdne v játrech) • 3.- 4. týden – PGC • 4. týden – začlenění do primitivního střeva • od 6. týdne – oddělení od střeva – obliterace • abnormální perzistence - Meckelovo divertikulumZárodečný stvol Zárodečný stvol Zárodečný stvol Žloutkový váček Žloutkový váček Žloutkový váček Amniová dutina Amniová dutina Amniová dutina Ductus omphaloentericus Extraembryonální struktury – alantois Pupeční provazec Začátek 3. týdne vývoje - výchlipka kaudální stěny žloutkového váčku Funkce lantois: • u člověka rudimentární struktura • cévy alantois – umbilikální žíly a tepny • 2. měsíc – extramembryonální část degeneruje • 3. měsíc – intraembryonální část – urachus (spoj s močovým měchýřem) Extraembryonální struktury – amnion (vnitřní plodový obal) Amnion tenký, transparentní = plochý jednovrstvý ektodermový epitel + extraembryonální mezoderm (somatopleura) 4,5 týdne 3,5 týdne 2 měsíce Amnion Amnion Amnion Amniová dutina Amniová dutina (amniová tekutina = plodová voda) Amniová tekutina: • 99% voda; 800 až 1000 ml poslední měsíc gravidity • zdroj = difůze z endometria přes amniochorion • zdroj = přestup přes placentu • zdroj = přestup přes kůži plodu • zdroj = exkrece ledvinami plodu (od 11. týdne) • velmi rychlý obrat – průchod tělem plodu (trávící, dýchací) • funkce – volný pohyb bez adheze (prostor pro symetrický růst) • funkce – bariéra (teplota, mechanické poškození, infekce) • funkce – chemická homeostáza Extraembryonální struktury – chorion (zevní plodový obal) Syncytiotrofoblast invaduje do okolního stromatu Implantace Extraembryonální struktury – chorion - choriové klky Den 11 až 13 Den 16 Konec 3. týdne Extraembryonální struktury – chorion + expanze amnia Amniová dutina Amniová dutina Chorion Chorion + Amnion Extraembryonální struktury – růst amnia a choria Extraembryonální struktury – chorion – frondosum x laeve Chorion frondosum Chorion laeve Ch. frondosum – klkaté Ch. laeve - hladké Extraembryonální struktury – chorion – decidua Decidua – dle lokality • basalis • capsularis • parietalis • basalis D. basalis D. capsularis D. parietalis Chorion laeve Chorion frondosum Decidua basalis – mezi embryem a myometriem Decidua capsularis – mezi embryem a děložní dutinou (postupně se ztenčuje) Decidua cparietalis – protilelá stěna děložní dutiny Extraembryonální struktury – chorion – decidua Choriové klky – prstovité výběžky embryonální tkáně, které přicházejí do kontaktu s kravácejícím endometriem Deciduální buňky – fibroblasty endometria (velké, kubické, velmi aktivní proteosyntéza) Placenta – silný disk tvořený choriovými klky a deciduálními buňkami (vytvořena na začátku 4. měsíce) Extraembryonální struktury – chorion – placenta • pars fetalis – choriová ploténka, choriové klky (úponové, volné = terminální) • pars materna – decidua basalis • intervilózní prostory – vznikají postupnou expanzí lakun diskovitá 15 – 20 cm 400 – 600 g Choriová ploténkaVolné klky Úponové klky Intervilózní postory Discoidalis + Hemochorialis Bazální ploténka Placenta Pupečníkové arterie – odkysličená krev Pupečníková véna – okysličená krev Maternální arterie Maternální vény Placenta – cirkulace krve Placenta – terminální klky Terminální klky – člověk – konec gravidity Placenta - fetomaternální bariéra Kapiláry plodu Intervilózní prostor (krev matky) Trofoblast MezenchymTerminální klky – člověk – konec gravidity Bariéra = 5 vrstev • Endotel kapilár plodu • Bazální membrána endotelu • Mezenchym klku (extraembr. mezoderm) • Bazální membrána buněk trofoblastu • Buňky cyto- a syncytio-trofoblastu od 5. měsíce cytotrofoblast ztrácí souvislost Placenta - fetomaternální bariéra Bariéra = 5 vrstev • Endotel kapilár plodu • Bazální membrána endotelu • Mezenchym klku (extraembr. mezoderm) • Bazální membrána buněk trofoblastu • Buňky cyto- a syncytio-trofoblastu od 5. měsíce cytotrofoblast ztrácí souvislost Placenta - kotyledony Fetální povrch Maternální povrch Placenta - pupečník 4,5 týdne 3,5 týdne 2 měsíce Amnion Amnion Amnion Amniová dutina Amniová dutina (amniová tekutina = plodová voda) Pupečník Ektoderm amnia • průměr 1,5 až 2 cm • délka 50 až 60 cm • 1x véna + 2x arterie (spirálovitý průběh) • Whartonův rosol – řídké vazivo Placenta - pupečník  1-Connecting stalk: – Allantois – Umbilical vessels (two arteries & one vein), they all embedded in – Wharton’s jelly (extra embryonic mesoderm)  2-Yolk stalk (Vitello-intestinal duct):  (Ductus omphaloentericus) – A narrow, elongated duct which connects gut to yolk sac – It contains Vitelline Vessels – (Later on , it is obliterated and the vitelline vessels disappear). Pupečník - abnormality Úpon pupečníku k placentě Insertio centralis (normální) Insertio marginalis Insertio veluminosa (k chorion laeve) • Krátký pupečník < 40 cm • Dlouhý pupečník > 60 cm • Absence jedné arterie – hypotrofie plodu Pravý uzel Strangulace plodu Prolaps pupečníku Falešný uzel Pravý uzel Placenta – abnormality 1 Normální umístění Vcestné lůžko Uložení placenty (ve vztahu k myometriu) • Placenta accreta přirostlá k myometriu • Placenta increta vrostlá do myometria • Placenta percreta prorostlá skrz myometrium Placenta – abnormality 2 Tvar a organizace placenty Placenta fenestrata Placenta tripartita Placenta triplex Placenta duplex Placenta membranacea Placenta succenturiata Normální placenta Placenta – vícečetná těhotenství 1 2 oocyty + 2 spermie 2 amnia + 2 choria + 2 placenty Placenta – vícečetná těhotenství 2 1 oocyt + 1 spermie 2 amnia + 2 choria + 2 placenty rozdělení ve stádiu 2 blastomer (jako dizygotická dvojčata) Placenta – vícečetná těhotenství 2 Trofoblast společný oběma zárodkům Nejčastější dvojčata – 65 % 1 oocyt + 1 spermie 2 amnia + 1 chorion + 1 placenta rozdělení embryoblastu ve stádiu blastocysty (monochoriální, diamniotická) Placenta – vícečetná těhotenství 3 Trofoblast i amnion společné oběma zárodkům 1 oocyt + 1 spermie 1 amnion + 1 chorion + 1 placenta rozdělení embrya ve stádiu zárodečného terčíku (monochoriální, monamniotická) Děkuji za pozornost ! Otázky a komentáře na: ahampl@med.muni.cz Figure 7-16 A, Distended uterus containing a hydatidiform mole. The ovaries (top and bottom) contain bilateral theca lutein cysts. B, View at greater magnification showing swollen villi. (A from Benirschke K, Kaufmann P: Pathology of the human placenta, ed 2, New York, 1990, Springer-Verlag. B courtesy K. Benirschke, San Diego.) Downloaded from: StudentConsult (on 28 September 2010 02:55 PM) Conditions and Syndromes Associated with Parental Imprinting A striking example of paternal imprinting in humans is a hydatidiform mole, which is characterized by the overdevelopment of trophoblastic tissues and the extreme underdevelopment of the embryo. This condition can result from the fertilization of an egg by two spermatozoa and the consequent failure of the maternal genome of the egg to participate in development or from the duplication of a sperm pronucleus in an "empty" egg. This form of highly abnormal development is consistent with the hypothesis that paternal imprinting favors the development of the trophoblast at the expense of the embryo Abnormality pupečníku •Normální pupečník: délka — v termínu porodu průměrně 55 – 60 cm •spiralizace — převážně levotočivá, spiralizace je volná, normou je 1 otočka na 5 cm délky •úpon — centrální nebo paracentrální v 90% případů •barva — bledá •nepravé uzly — podmíněné vinutým průběhem cév nebo nahromaděním rosolovitého vaziva Anomálie délky Anomálie úponu Patologie spiralizace Anomálie cév Poruchy krevního průtoku pupečníkem Trombóza cév pupečníku Záněty pupečníku Vzácné léze pupečníku Abnormality pupečníku Abnormality pupečníku Krátký pupečník Úvod Pupečník kratší než 35 cm v termínu porodu Etiologie Vrozené neuromuskulární poruchy, VVV skeletu, mnohočetné malformace plodu a jiné stavy, při kterých je omezena pohyblivost plodu v děloze. Klinické znaky •asfyxie •patologické polohy plodu (příčná, šikmá) Extrémně krátký nebo dokonce chybějící pupečník je součástí těžké malformace plodu Limb body wall komplex. Dominuje rozsáhlý defekt břišní stěny/hrudníku, deformity končetin a těžká skolióza pátěře, jsou přítomny různé vrozené vady vnitřních orgánů. Tato malformace není slučitelná se životem. Dlouhý pupečník Úvod Je pupečník délky nad 70 – 80 cm v termínu porodu. Klinické znaky Větší riziko zauzlení, omotání kolem těla plodu, torze, naléhání a prolaps za porodu Abnormality pupečníku Anomálie úponu Klinické znaky Velamentózní inzerce: Vyskytuje se u 1% jednočetných těhotenství a až u 15% dvojčat. Pupečník se upíná do plodových blan mimo vlastní lůžko. Pupečníkové cévy nejsou chráněny rosolovitým vazivem, proto jsou snadno zranitelné. O vasa previa hovoříme, probíhají-li velamentózní cévy přes vnitřní branku. Při disrupci vaku blan během porodu hrozí natržení těchto cév. Krvácení z vasa previa má velmi vysokou mortalitu, plod vykrvácí během několika málo minut. Vasa previa je možné detekovat před porodem pomocí barevného dopplerovského ultrazvuku. Porod je pak nutno vést plánovaným císařským řezem. Marginální inzerce: Úpon pupečníku v samém okraji lůžka je popisován u 5 – 7% gravidit. Obrázky Velamentózní úpon pupečníku: Insertio velamentosa, Makro, pitva (73236) Insertio velamentosa, Makro, pitva (73237) Vasa praevia rupta: Vasa praevia, ruptura, Makro, pitva (74450) Vasa praevia, ruptura, Makro, pitva (74451) Abnormality pupečníku Patologie spiralizace Klinické znaky Hypospiralizace až achiralita (absence spiralizace) je spojena se špatnou prognózou (intrauterinní tíseň plodu, odúmrtí plodu). Hyperspiralizace, torze pupečníku je častou příčinou abortu v II. trimestru. Typickým nálezem je nadměrně dlouhý, silně spiralizovaný pupečník a striktura pupečníku při fetálním konci nebo vícečetné striktury (zúžení průsvitu dané deficitem Whartonova rosolu). Plod bývá macerovaný. Obrázky Torze pupečníku, plod: Torze pupečníku, Makro, pitva (73232) Torze pupečníku, Makro, pitva (73233) Torze pupečníku, Makro, pitva (73234) Torze pupečníku, Makro, pitva (73235) Abnormality pupečníku Anomálie cév Úvod Aplázie jedné pupečníkové arterie (SUA — single umbilical artery). Klinické znaky méně než 1% jednočetných gravidit v termínu, až 10% dvojčat běžná asociace s některými typy VVV např. sirenomelie, trisomie 18, 13, VACTERL aj. u zdravých novorozenců je nutno vyloučit skryté vady, zejména ledvin vliv na nižší porodní hmotnost není průkazný Occasionally, one artery wastes away or fails to develop leaving only a single umbilical artery (a two vessel umbilical cord). A single umbilical artery (SUA) is seen in 0.2% to 1% of pregnancies [1-3]. SUA is reported to be more common in twin pregnancies and in placentas where the umbilical cord is at the edge of the placenta[3]. Abnormality pupečníku Poruchy krevního průtoku pupečníkem Klasifikace pravý uzel omotání pupečníku kolem krčku, končetin či těla plod zaškrcení pupečníku amniálními pruhy naléhání a prolaps pupečníku — pupečník je stlačen v porodních cestách naléhající části plodu Klinické znaky Pravý uzel se vyskytuje u 0,5% – 1% gravidit. Omotání pupečníku jednou kolem krčku je pozorováno až u 20% porodů, dvě či tři smyčky u 2,5% respektive 0,5% porodů. Prolaps pupečníku se vyskytne odhadem ve 0,4% porodů. K poruše krevního průtoku dochází jen při utažení uzlu, smyček pupečníku. To se děje nejčastěji za porodu (jev se nazývá strangulace pupečníku). Omezení toku krve z placenty vede k asfyxii plodu. Důsledkem může být neurologické poškození nebo i úmrtí in utero nebo při porodu. Pravý uzel a prolaps pupečníku jsou zatíženy až 10% perinatální mortalitou. Zaškrcení pupečníku amniálními pruhy vede ke zmlknutí plodu. Obrázky Pravý uzel: Pravý uzel pupečníku, Makro, pitva (73230) Pravý uzel pupečníku, Makro, pitva (73231) Pravý uzel pupečníku, macerace: Pravý uzel pupečníku, macerace, Makro, pitva (73712)