1雄性动物生殖生理(研)

nullnull 雄性动物的生殖生理 Physiology of Male Reproduction 第一部分 家畜的性别分化和生殖机能的发育 (Differentiation and Development of Reproductive Organs in Farm Animals) 第二部分 精子发生(spermatogenesis) null性别是如何决定的？性别是如何决定的？一、性别的决定 Sex-determination system 一、性别的决定 Sex-determination system 遗传决定性别 人类等高等脊椎动物和其他一些动物 常染色体（autosome） 每对同源染色体一般都是同型的，即形态、结构和大小等都是基本相似的； 性染色体（Sex chromosomes） 如果是成对的，却往往是异型的，即形态、结构和大小不一样，以致功能都有所不同 环境决定性别环境决定性别 无脊椎动物和低等脊椎动物 (温度等环境因素影响了受精卵主导基因的激活从而影响性别) 如：乌龟卵 在20～27℃条件下孵出的个体为雄性，在30～35℃时孵出的个体为雌性 鳄类 在30℃以下孵化则几乎全为雌性，高于32℃时雄性则占多数； 如：一种海生蠕虫—后螠别 周围有成体雌虫 幼虫发育为雄虫 周围无成体雌虫 幼虫发育为雌虫1、性染色体决定性别1、性染色体决定性别XY型：（XX、XY） 人类、所有哺乳类、某些两栖类和爬行类动物、鱼类、很多昆虫和雌雄异株的植物都属于这一类型 ZW型：（ZW、ZZ）鳞翅目昆虫，某些两栖类和爬行类动物，鸟类（包括鸡、鸭等）等属于这一类型 ZO型：（ZO 、ZZ）鳞翅目昆虫中的少数个体属于这一类型 XO型：（ XX 、 X）直翅目昆虫（蝗虫、蟋蟀、蟑螂等）属于这一类型nullXO型： 雌性为同配性别，体细胞中含有2条X染色体；雄性为异配性别，但仅含有1条X染色体。 如：雌性蝗虫有24条染色体（22+XX）；雄性蝗虫有23条染色体（22+X）。 减数分裂时，雌虫只产生一种X卵子；雄虫可产生有X和无X染色体的2种精子，其性别比例为1∶1。 2 、染色体的单双倍数决定性别 2 、染色体的单双倍数决定性别 雄性：单倍体；雌性：二倍体 膜翅目昆虫中的蜜蜂、胡蜂、蚂蚁等都属于此种类型 如：蜜蜂 雄蜂由未受精的卵发育而成，为单倍体。 雌蜂由受精卵发育而来，是二倍体。 营养差异决定了雌蜂是发育成蜂王（可育）还是工蜂（不育） 若整个幼虫期以蜂王浆为食，幼虫发育成体大的蜂王 若幼虫期仅食2～3天蜂王浆，则发育成体小的工蜂 2 、染色体的单双倍数决定性别 2 、染色体的单双倍数决定性别 膜翅目昆虫中的蜜蜂 单倍体雄蜂进行的减数分裂十分特殊： 减数分裂第一次，出现单极纺锤体，染色体全部移向一极，两个子细胞中，一个正常，含16个染色体（单价体） 另一个是无核的细胞质芽体。正常的子细胞经减数第二次分裂产生两个单倍体（n=16）的精细胞，发育成精子。null1905 Stevens & Wilson 提出染色体决定性别的理论 1923 Painter 证实人类X,Y染色体的存在 1959 Welsons & Jacobs 提出Y染色体决定雄性的理论 1966 Jacobs雄性决定因子位于Y染色体的短臂上 1989 Palmer et al. 找到了Y染色体上的性别决定区 (Sex –determining Region of the Y Chromosome)1. 遗传决定性别nullnullnull2.性别分化nullnull胚胎中胚层→生殖原基→细胞分裂形成上皮细胞团→伸入中肾组织→生殖脊→生殖索→原始性腺 原始性腺： 生殖上皮、间质细胞和原始生殖细胞构成 原始性腺null原始生殖细胞( Primordial Germ Cells, PGCs) PGCs来源于胚胎内胚层→最早出现在卵黄囊背侧→通过血液循环→迁移到生殖脊→发育为精原细胞 或卵原细胞nullnullnullnull早期胚胎具有向两性发育的物质基础： 性腺有两种性原细胞： 位于性腺皮质的卵原细胞 位于性腺髓质的精原细胞 有两套不同的管状系统： 沃尔夫管 繆勒氏管nullnullSRY基因 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达→睾丸决定因子 TDF( Testis Determining Factor ）作用： 位于性腺髓质的精原细胞发育，皮质的卵原细胞发生萎缩 性腺→睾丸 与性腺相连中肾、沃尔夫管→附睾、输精管 nullnull AMH, or anti-mullerian hormone is a substance that is produced by granulosa cells in ovarian follicles. It is first made in primary follicles after they advance from the primordial follicle stage. At these stages the follicles are microscopic in size and can not be seen by ultrasound.nullnullnull 二.雄性生殖机能的发育 null1.睾丸下降1.睾丸下降▲ 定义： ▲ 常见病症：单侧隐睾 双侧隐睾 ▲ 下降时间： 2.初情期前 ▲ 一些变化：nullnullnull第二部分 精子发生(spermatogenesis) null 一、精子的形态和结构 1.形态结构 头、尾两大部分 2.大小（µm） 长度50~70 µm (卵子70~140 µm ) nullnullnullnullnullnullnull 3.畸形精子 1.头部畸形 2.中段畸形 3.尾段畸形nullnullnull二、精子的发生 null精子和卵子发生的比较 null1.精子发生的部位null2、精子发生的过程 可分为三个阶段： （1）精原干细胞的有丝分裂，A、B精原细胞的形成 nullnullFig. 3. Regulation of GDNF expression in Sertoli cells. In the mouse testis, the expression of GDNF by Sertoli cells is under control of FSH,FGF2, Tnf and IL-1, probably produced by interstitial cells. Therefore, SSCs selfrenewal is controlled both systemically and locally.nullFig. 4. GDNF/Src signaling in spermatogonial stem cells. This model shows how GDNF can promote cell cycle progression via activation of Src kinase(s) and a PI3K/Akt pathway to increaseN-myc gene expression. All four kinases depicted are inhibited by SU6656 and are involved in spermatogonial proliferation.p60-Src and c-Yes are necessary for the early response to GDNF, while the addition of Lyn and Fyn might be important for proliferation associated with differentiation.From Braydich-Stolle et al. (2007).null （2） B精原细胞的分化形成初级精母细胞，经两次减数分裂和球形精子细胞的形成 null（3）球形精细胞的变形和精子的形成 nullAd、Ap．为A型精原细胞； B．Ｂ型精原细胞； R．静止初级精母细胞； L．细线期精母细胞； Ｚ．偶线期精母细胞； Ｐ．粗线期精母细胞； Di．双线期精母细胞； Ser．支持细胞 Sptc-Im．正在分裂的初级精母细胞； Sptc-II．处于分裂间期的次级精母细胞； Sa、Sb、Sc、Sd．不同分化阶段的精子细胞； RB．残体 Ad、Ap A型精原细胞BＢ型精原细胞RLnullnullnull核小体（nucleosome）核小体（nucleosome）核小体包括一个核心8聚体（由4种核心组蛋白H2A、H2B、H3和H4的各两个单体组成） 组蛋白的修饰 有甲基化（methylation）、乙酰化(acetylation)、磷酸化(phosphorylation)、聚ADP核糖酰化(poly ADP ribose acylation)，以及泛素化(ubiquinone） 鱼精蛋白的类型鱼精蛋白的类型大鼠、牛、猪等物种仅含有Ⅰ型鱼精蛋白 比较稳定，不易解聚 人、小鼠、猴、灰鼠等物种含有Ⅰ型、Ⅱ型鱼精蛋白 nullnull精子形成期 （spermiogenesis）精子形成期 （spermiogenesis）涉及五个主要事件： 1.顶体泡（acrosomal vesicle）：由高尔基体形成 2.尾部：微管蛋白单体聚合形成 3. 多余细胞质排除：形成原生质滴 4.染色质凝缩、精核重构：集合鱼精蛋白、染色质中替换组蛋白 5.精子质膜上的卵子结合蛋白的产生nullnull 3、精子发生的时空变化 （1）精细管上皮周期 精细管上皮周期(The cycle of the seminiferous epithelium) 周期长度 品种：bull 14, boar 9 ，ram 10，human 6 种细胞组合 (Germ cellular association) nullnull（2）精子的发生周期 周期长度 不同动物：ram 49-50d, bull 60d, boar 44-45d （3）精细管上皮波（Spermatogenic Wave) nullnull4、血-睾屏障 （1）腔外肌细胞连接 （2）足细胞间连接nullnull 三、精子发生的调节 null 激素调节的基本模式 null3β-羟类固醇脱氢酶（3β-hydrosteroid dehydrogenase，HSD）/异聚酶 睾酮的作用睾酮的作用1、睾酮的来源 Leydig细胞 睾丸间隙液(Interstitial fluid,IF) Leydig细胞分泌睾酮，扩散进入IF到曲细精管或血管 2、睾丸内睾酮的水平 IF与睾丸静脉中睾酮的水平比较 睾丸间隙液60~400ng/ml 睾丸静脉25~100ng/ml 二者睾酮的水平相差2~4倍 ？？null3、睾丸间隙液中睾酮高水平如何维持？ 雄激素结合蛋白（ABP）或白蛋白的作用﹖ ABP和白蛋白可以结合睾酮 IF与睾丸静脉中白蛋白浓度相当 Leydig细胞的作用﹖ 外源睾酮抑制Leydig细胞合成睾酮，二者睾酮的水平一致。 缺失Leydig细胞补充外源睾酮，二者睾酮的水平也类似。 结论： Leydig细胞维持睾丸内睾酮的高水平null睾酮缺少 Ⅶ-Ⅷ期的生精细胞降解，别的时期没有变化。 睾酮对于精子发生不可缺少 4、睾酮的作用机理4、睾酮的作用机理 睾酮的受体﹖ 受体基因编码 ： 睾酮的受体由X染色体上一个单拷贝基因编码 的类固醇受体null受体分布： 在Leydig细胞、管周细胞和Sertoli细胞核 内，但生精细胞未发现。 null结论： 睾酮并非直接作用于生精细胞，通过Sertoli细胞和管周细胞间接调节 FSH的作用FSH的作用在胎儿期或新生儿发育期： FSH可促进Sertoli细胞增殖 在青春期： FSH可促进精原细胞的分化与增殖，减少精原细胞的降解 此外， FSH还具有调节Leydig细胞的作用，LH受体增加和睾酮分泌增加null1.FSH作用于Sertoli细胞 FSH受体 位于Sertoli细胞的表面，属糖蛋白。 FSH受体与腺苷酸环化酶相偶联。 FSH受体作用特点 作用时间短（ FSH 与受体结合后，10多分钟即被溶酶体水解） 离子的影响（Mn2+ 、 Mg2+ 、 Ca2+ 刺激结合 Co2+ 、Ni2+抑制结合） nullFSH信号转导通路FSH调节Sertoli细胞的功能nullFSH信号转导通路CREB是cAMP应答元件结合蛋白(cAMP response element binding protein)的简称,它于80年代后期被发现. CREB由341个氨基酸残基组成,分子量43000. 分子结构分两个区域： N端区域与调节转录的功能有关 C端区域是与启动子结合的部位. nullnullnull FSH调节Sertoli细胞的代谢 FSH调节Sertoli细胞的代谢合成并分泌 ①ABP ②不明功能的蛋白 ③血纤溶蛋白酶原激活因子 ④离子载体、转铁蛋白FSH调节Sertoli细胞的功能如：脂代谢途径、葡萄糖吸收、乳酸生成、糖原磷酸化酶活性等Cyclic nucleotides and sugar nucleotides: cAMP Cyclic nucleotides and sugar nucleotides: cAMP Adenylyl CyclaseextracellularintracellularNH2COOHS-SabgreceptorG proteineffectorNH2COOHCyclic nucleotides: cAMP formation, GsCyclic nucleotides: cAMP formation, GsAdenylyl CyclaseextracellularintracellularNH2COOHS-SasbgreceptorG proteineffectorNH2COOHCyclic nucleotides: cAMP formationCyclic nucleotides: cAMP formationAdenylyl CyclaseextracellularintracellularNH2COOHS-SasbgreceptorG proteineffectorNH2COOHCyclic nucleotides: cAMP formationCyclic nucleotides: cAMP formationAdenylyl CyclaseextracellularintracellularNH2COOHS-SasbgreceptorG proteineffectorNH2COOHCyclic nucleotides: cAMP formationCyclic nucleotides: cAMP formationAdenylyl CyclaseextracellularintracellularNH2COOHS-SasbgreceptorG proteineffectorNH2COOHCyclic nucleotides: cAMP formationCyclic nucleotides: cAMP formationAdenylyl CyclaseextracellularintracellularNH2COOHS-SbgreceptorNH2COOHATPCyclic nucleotides: cAMP removalCyclic nucleotides: cAMP removalasGPPAdenylyl CyclaseextracellularintracellularNH2COOHS-SbgreceptorNH2COOHATPCyclic nucleotides: cAMP removalCyclic nucleotides: cAMP removalasPAdenylyl CyclaseextracellularintracellularbgreceptorNH2COOHcAMPNH2COOHS-SRCPKACyclic nucleotides: cAMP removalCyclic nucleotides: cAMP removalasPAdenylyl CyclaseextracellularintracellularbgreceptorNH2COOHcAMPNH2COOHS-SRCcAMPPKACyclic nucleotides: cAMP removalCyclic nucleotides: cAMP removalasPAdenylyl CyclaseextracellularintracellularbgreceptorNH2COOHcAMPNH2COOHS-SRCcAMPPKACyclic nucleotides: cAMP removalCyclic nucleotides: cAMP removalasPAdenylyl CyclaseextracellularintracellularbgreceptorNH2COOHcAMPNH2COOHS-SRCcAMPPKA 精子发生的旁分泌调控 精子发生的旁分泌调控旁分泌： 指某种组织中的一种细胞所产生的因子作用于同一组织中的另一种细胞，从而调节靶细胞的功能、生长和分化。null一、生长因子一、生长因子1、转化生长因子（TGF） 包括： TGF-α和 TGF-β 表达和分泌： TGF-α mRNA Sertoli 细胞、 Leydig 细胞、管周细胞表达 正常情况下，体内 Leydig细胞大量表达， Sertoli细胞表达较少，如Sertoli细胞高表达与精子发生障碍有关 TGF- β mRNA 体内Sertoli细胞和管周细胞表达，大鼠的生精细胞中表达 nullTGF- β包括： TGF- β1、 TGF- β2 、TGF- β3 作用功能： TGF- β1 Sertoli细胞和管周细胞表达 TGF- β2 在未成年动物的Sertoli细胞和 管周细胞表达 TGF- β3 Sertoli细胞和管周细胞表达null作用功能： TGF- β1 精母细胞和早期球形精子细 胞表达 TGF- β2 在精子细胞的Ⅴ~Ⅵ细胞期表 达null受体： TGF-α受体 Sertoli细胞、生精细胞和管 周细胞存在 TGF- β受体 生精细胞和管周细胞存在 提示： TGF的表达对精子发生有重要作用 null2、胰岛素生长因子（IGF） 小鼠编码IGF-1基因突变时，睾丸体积小于正常水平，精子发生仅18%。 受体： 生精细胞 和 Leydig 细胞受体存在 作用： 1、诱导A型精原细胞分化，刺激减数分裂 前期DNA的合成 2、增强Leydig细胞对LH的应答。null3、表皮生长因子（EGF） 受体分布： 生精细胞、Sertoli细胞和Leydig细胞nullEGF受体表达状况： 在人正常情况： 生精细胞、Sertoli细胞受体表达弱 当精原细胞、精母细胞阻滞病症： EGF受体高表达 同时发现患者的FSH水平高于正常。外源注射FSH时， EGF受体表达增强 提示： FSH可调节EGF受体表达 null4、神经生长因子（NGF） 表达和分泌： 生精细胞 受体： Sertoli细胞 作用： 生精细胞产生的NGF 可调节Sertoli细胞中ABP mRNA的水平null精子发生的分子调控精子发生的分子调控人的一生产生1012-1013个精子（Rrjio,1995）。 1976年发现精子缺乏症: Y染色体的长臂缺失，发现了精子缺乏因子( azoospermia factor,AZF ) 精子发生的分子调控精子发生的分子调控AZF候选基因： Ma(1993)和Reijo(1995)分别报道了RBM和DAZ两个家族候选基因 1996年在小鼠、果蝇发现同源基因 （小鼠Dazla 、果蝇Boule ） 候选基因特点候选基因特点所编码的蛋白都含有RNA结合结构域, RNA结合蛋白（RNA recognition motif, RRM） 。 果蝇Boule 、人DAZ 、小鼠Dazla的RRM区域、DAZ区域分别有42%和33%的氨基酸相同。 表明他们参与了RNA的加工、定位、和翻译。作用机理作用机理果蝇 Boule功能丧失导致精子缺乏症，主要发生G2/M转换时期。 说明：Boule是减数分离(细胞周期)的调控因子 作用机理作用机理小鼠 Dazla 为编码的是胞质蛋白 推断：主要是通过包装或定位mRNA而参与翻译控制 RBM 编码的是核蛋白。 推断：主要是涉及RNA剪切等加工过程。null 睾丸分离出大量的RNA结合蛋白null生殖细胞转染技术null谢谢大家!谢谢大家!