Dẫn nhập Y học Sinh sản Giao tử loài người Sự sản sinh giao tử Giao tử loài người Sự sản sinh giao tử Đỗ Thị Ngọc Mỹ, Âu Nhựt Luân Mục tiêu giảng Sau học xong, sinh viên có khả năng: Trình bày q trình sản sinh nỗn bào Trình bày cấu trúc siêu hiển vi noãn bào Trình bày trình sản sinh tinh trùng Trình bày cấu trúc siêu hiển vi tinh trùng NỖN BÀO Q trình sản sinh nỗn bào bắt đầu từ thời kỳ bào thai Trong thời kỳ sơ khai buồng trứng, noãn nguyên bào từ túi nỗn hồng di chuyển đến buồng trứng trú đóng Lúc này, chúng cịn trạng thái chưa tế bào sinh dục, mà giữ hoạt động tế bào sinh dưỡng Khi đến buồng trứng, noãn nguyên bào thực phân bào nguyên nhiễm để tự gia tăng số lượng Đến khoảng tuần thứ thời kỳ phơi thai, số lượng nỗn ngun bào đạt đến 5x106 Đột nhiên, tiến trình phân chia nguyên nhiễm noãn nguyên bào bị ngưng lại Các noãn nguyên bào từ bỏ vai trò tế bào sinh dưỡng, trở thành tế bào nguồn dòng sinh dục Tất noãn nguyên bào đồng thời vào phân bào I phân chia giảm nhiễm Tuy nhiên, tiến trình tiền kỳ phân bào I giảm nhiễm diễn chậm chạp, với tượng methyl hóa đảo CpG DNA chất nhiễm sắc Hiện tượng giúp xóa bỏ ấn thượng di truyền Đến thai kỳ, đến lượt phân bào giảm nhiễm bị ngưng trệ cách đột ngột đồng loạt noãn nguyên bào Các nỗn ngun bào tiếp tục tiến trình phân chia giảm nhiễm trở lại người phụ nữ bắt đầu vào tuổi sinh sản Bào tương noãn bào bị “lão hóa” theo thời gian Một lưu ý quan trọng dù noãn bào sử dụng để tạo giao tử thời điểm tiến trình tạo giao tử thời kỳ phơi thai Hệ là, nỗn bào rời khỏi buồng trứng người nữ lớn tuổi nguy mà nỗn bào “lớn tuổi” có bất thường cao Bất thường quan trọng “lão hóa” bào tương nỗn, nói xác “lão hóa” ty thể, “nhà máy cung cấp lượng” cho phân bào giảm nhiễm Bất thường chức ty thể ảnh hưởng đến nguồn cung lượng cho hoạt động phân bào giảm nhiễm, dẫn đến nguy cao xảy bất thường phân ly nhiễm sắc thể, với hệ nguy cao xảy tình trạng lệch bội bào thai Cơ thể không tạo thêm tế bào nguồn dịng sinh dục Các tế bào có dùng hay bị tiêu hao Khi đứa bé gái đời, buồng trứng có chứa khoảng 1x106 nỗn ngun bào với tiến trình phân chia giảm nhiễm bị đình trệ Mỗi nỗn ngun bào bao tế bào tùy hành sơ khai, tạo cấu trúc gọi nang noãn nguyên thủy Số lượng khơng tăng thêm, khơng cịn hoạt động phân chia nguyên nhiễm noãn nguyên bào Hình 1: Tiến trình sản sinh nỗn bào Tiến trình sản sinh nỗn bào từ nỗn ngun bào bắt đầu từ thời kz bào thai Thoạt tiên phân chia nguyên nhiễm để đạt đến số lượng noãn nguyên bào định Cũng thời kz bào thai, tồn tiến trình bị ngưng lại, tiếp nối tiền kz phân bào I giảm nhiễm Đến lượt phân bào I giảm nhiễm bị ngưng lại nang noãn chiêu mộ sau Khi chiêu mộ, noãn bào tiếp tục trở lại phân bào I giảm nhiễm, nang thứ cấp trở thành nang de Graaf estradiol nang kích hoạt đỉnh LH Sau đỉnh LH tiền phóng nỗn, nỗn bào tiến hành nhanh chóng phần cịn lại phân bào I II giảm nhiễm Tuy nhiên, rời khỏi buồng trứng, nỗn bào chưa hồn thành phân bào II giảm nhiễm, mà metaphase phân bào II Chỉ noãn bào xâm nhập tinh trùng hồn tất phân bào II giảm nhiễm, tống xuất cực cầu II thức trở thành giao tử đơn bội Nguồn: thumbs.dreamstime.com Phần lớn nỗn bào chết theo chương trình Trong suốt đời hoạt động sinh sản, người phụ nữ sử dụng chưa đến 1/10 số noãn bào dự trữ để tạo giao tử Dẫn nhập Y học Sinh sản Giao tử loài người Sự sản sinh giao tử Tuyệt đại đa số số noãn bào có buồng trứng vào chết chương trình (apoptosis) Chết chương trình nguồn tiêu hao quan trọng dự trữ noãn bào buồng trứng, hoàn toàn độc lập với tượng chiêu mộ, chọn lọc phóng nỗn Khơng có can thiệp làm thay đổi tiến độ chết chương trình hoạch định sẵn cho nỗn bào tách khỏi tế bào hạt khác nang noãn de Graaf sau đỉnh LH Các tế bào đám mây noãn bảo vệ cho noãn bào bên trong, trước nỗn bào vịi trứng bắt giữ tiếp xúc với tinh trùng, đồng thời chế tiết glycoprotein, làm cho đám mây trở thành khối nhầy dính, bắt giữ cách dể dàng tua ống dẫn trứng Chỉ có nỗn bào tham gia trình sinh giao tử Khi đến tuổi sinh sản, xuất cách định kỳ sóng chiêu mộ ngun khởi nỗn nang nguyên thủy Trong sóng chiêu mộ nguyên khởi này, ước chừng có vài trăm nang nỗn ngun thủy chiêu mộ vào chu kỳ buồng trứng Tiếp đó, nỗn ngun bào nang nỗn chiêu mộ tái tục tiến trình phân chia giảm nhiễm Sự phát triển trưởng thành noãn bào có mối quan hệ mật thiết với phát triển tế bào tùy hành lân cận, tế bào hạt Mối quan hệ hai chiều đảm bảo yếu tố cận tiết từ noãn bào từ tế bào tùy hành2 Trong chu kỳ buồng trứng, có nỗn bào đạt đến trưởng thành cuối, để trở thành giao tử Bằng yếu tố cận tiết mình, nỗn bào tác động lên tế bào tùy hành thúc đẩy chúng phát triển, trở nên nhạy với gonadotropin Cũng yếu tố cận tiết, tế bào tùy hành thúc đẩy tiến trình nội nỗn bào Nhờ đó, có nang nỗn chứa noãn bào phát triển tốt nhất, với khối tế bào tùy hành nhạy cảm với gonadotropin tồn chọn lọc Như vậy, chu kỳ buồng trứng, có nỗn bào đạt đến trưởng thành cuối để trở thành giao tử Khi nang noãn sơ cấp, thứ cấp bị thối triển tiến trình chọn lọc nỗn nang, phát triển noãn bào bên dừng lại Hình 2: Đám mây nỗn Sau đỉnh LH, nỗn bào, lúc metaphase II, số tế bào hạt tùy hành sẵn sàng rời khỏi buồng trứng Nguồn: meded.ucsd.edu Noãn bào rời khỏi buồng trứng metaphase II Sau đỉnh LH, nỗn bào nhanh chóng hồn thành cịn lại bào phân giảm nhiễm Hiện tượng methyl hóa đảo CpG DNA thúc đẩy đạt cực đại Noãn hồn tất việc đóng ấn thượng di truyền 18 sau đỉnh LH, nỗn bào hồn thành lần phân bào thứ phân chia giảm nhiễm Ngay sau đó, bước vào lần phân bào thứ nhì phân chia giảm nhiễm 36-42 sau đỉnh LH, noãn bào rời khỏi buồng trứng Ở thời điểm rời khỏi buồng trứng, noãn bào trưởng thành metaphase phân bào II giảm nhiễm, cực cầu II chưa tống xuất “Đám mây nỗn” đóng vai trị bảo vệ cho noãn bào giúp tế bào bắt tua ống dẫn trứng Khi noãn bào rời khỏi buồng trứng, bọc số tế bào hạt tùy hành tạo thành phức gọi “đám mây nỗn” Bên ngồi phức chứa noãn bào rời khỏi buồng trứng tế bào hạt Những tế bào BMP-15, GDF-9 Kit ligand Hình 3: Cấu trúc đám mây nỗn Bên ngồi đám mây nỗn tế bào hạt Chúng có nhiệm vụ bảo vệ cấu trúc bên gây dính, giúp đám mây nỗn bắt giữ dễ dàng tua ống dẫn trứng sau rời khỏi buồng trứng để vào khoảng trống rộng lớn phúc mạc Bên tế bào hạt vùng suốt (ZP) Nguồn: images.fineartamerica.com Vùng suốt mang protein đặc trưng để nhận diện loài Vùng suốt (zona pellucida) (ZP) nằm tế bào hạt bao bọc quanh noãn bào Dẫn nhập Y học Sinh sản Giao tử loài người Sự sản sinh giao tử Ngay bên ZP khoảng trống, gọi khoảng ZP Khoảng không chứa cấu trúc khác ngồi cực cầu Nỗn bào nằm bên ZP Màng bào tương noãn bào tiếp xúc với ZP thông qua khoảng trống ZP Trên màng bào tương nỗn bào, có chứa nhiều tiểu thể màng có chứa men lysosome ZP cấu tạo từ nhiều loại protein, có ZP3 protein đặc trưng cho nỗn lồi ZP cấu trúc quan trọng noãn bào Tinh trùng loài nhận diện trứng loài nhờ vào ZP3, khơng có tượng thụ tinh khác lồi Nếu tinh trùng khơng nhận diện dược ZP hay cho thụ tinh noãn bị lột bỏ ZP, tượng thụ tinh khác lồi xảy Tiến trình sinh tinh chịu kiểm sốt gene thuộc nhánh dài nhiễm sắc thể Y Trong thời kỳ sơ khai tinh hoàn, tinh nguyên bào di chuyển đến tinh hoàn trú đóng Tại đó, chúng nằm cạnh tế bào Sertoli, màng đáy ống sinh tinh trạng thái không hoạt động Đến tuổi dậy thì, tinh nguyên bào bắt đầu hoạt động sản sinh giao tử Kể từ thời điểm này, tinh hồn trì hoạt động sản sinh giao tử suốt đời người nam Do tiến trình tạo tinh trùng liên tục nên tinh trùng thành hình rời khỏi tinh hồn trẻ Nguy lệch bội bào thai mối liên hệ với tuổi người cha Sau nỗn bị tinh trùng xâm nhập, có hàng loạt phản ứng xảy màng bào tương noãn Hoạt động phân bào nguyên nhiễm tinh nguyên bào diễn mãnh liệt, mặt để bảo tồn số lượng tế bào dòng tinh, mặt khác để cung cấp “tinh nguyên bào nguyên liệu” cho tiến trình phân bào giảm nhiễm Hoạt động phân bào tinh nguyên bào đảm nhiệm cung cấp nhiều triệu tinh trùng ngày Do trình phân bào tinh nguyên bào xảy ạt nên tinh trùng dễ xảy bất thường cấu trúc hiển vi cấu trúc vật chất di truyền Trước có tính trùng xâm nhập, ZP có cấu trúc dạng lưới xốp, dễ dàng cho tinh trùng xâm nhập Khi noãn bào bị tinh trùng xâm nhập, màng bào tương kích hoạt phương diện hóa học Các tiểu thể màng vỡ ra, phóng thích men vào khoảng ZP làm đông đặc ZP ZP có vai trị ngăn cản thụ tinh đa tinh trùng Ngay sau bị tinh trùng xâm nhập, noãn bào phóng thích hoạt chất làm thay đổi cấu trúc ZP, làm ZP bị đông cứng lại, ngăn không cho có thêm tinh trùng khác xâm nhập Đây chế ngăn chặn thụ tinh đa tinh trùng Nếu lý đó, chế đóng ZP sau tinh trùng xâm nhập bị trục trặc, nỗn bào bị xâm nhập nhiều tinh trùng lúc tạo hợp tử đa bội ZP có vai trị bảo vệ phơi vai trị điều hịa dinh dưỡng cho phơi giai đoạn trước làm tổ Phần lớn tinh nguyên bào phân chia nguyên nhiễm Chỉ phần số tinh nguyên bào vào phân bào giảm nhiễm để tạo tinh trùng Một phần tinh nguyên bào vào phân bào giảm nhiễm tạo tinh trùng Tiến trình gồm hai giai đoạn giai đoạn sinh tinh tạo tế bào đơn bội từ tế bào lưỡng bội, biệt hóa giao tử đơn bội Trong giai đoạn sinh tinh, tinh nguyên bào trải qua giai đoạn tinh bào I (2n kép nhiễm sắc thể), tinh bào II (n kép nhiễm sắc thể), tinh tử (n nhiễm sắc thể) Trong ngày đầu sau thụ tinh, vận chuyển lòng ống dẫn trứng để vào đến buồng tử cung, phôi giai đoạn tiền làm tổ bảo vệ ZP Mọi trao đổi chất với dịch ống dẫn trứng thực thẩm thấu qua ZP Noãn bào hồn tất phân bào giảm nhiễm thụ tinh Sau đỉnh LH, phân bào giảm nhiễm noãn bào tăng tốc Tuy nhiên, trình lại bị tạm dừng thêm lần tiến kỳ (metaphase) phân bào II giảm nhiễm Lúc này, tượng methyl hóa đảo CpG đạt đỉnh điểm Tiến trình khử acetyl histone DNA hồn tất Nỗn bào có nhiễm sắc thể n kép, với nhiễm sắc thể tập trung thoi vô sắc sẵn sàng để phân ly hai cực thoi vô sắc để tống xuất cực cầu II Tuy nhiên tiến trình hồn tất nỗn bào xâm nhập tinh trùng Sự xâm nhập tinh trùng điều kiện cần để noãn bào hồn thành q trình phân chia giảm nhiễm TINH TRÙNG Quá trình sản sinh tinh trùng bắt đầu xảy tuổi dậy tiếp diễn suốt đời người đàn ơng Hình 4: Tiến trình sản sinh tinh trùng (spermatogenesis) Đa số tinh nguyên bào chịu phân chia nguyên nhiễm để bảo tồn số lượng tế bào nguồn dòng sinh dục Một số tế bào khác chịu phân chia giảm nhiễm để trở thành tinh bào I (2n kép nhiễm sắc thể), tinh bào II (n kép) tinh tử tròn (n) Nguồn: mind42.com Dẫn nhập Y học Sinh sản Giao tử lồi người Sự sản sinh giao tử Tinh tử trịn kết phân bào giảm nhiễm Cần lưu ý rằng, mặt di truyền, tinh tử tròn, có cấu trúc nhiễm sắc thể đơn bội, đủ khả để thụ tinh cho nỗn xâm nhập vào noãn Tuy nhiên, chưa trưởng thành hình thái chức năng, nên chúng khơng có lực thụ tinh cho nỗn Các tinh tử trịn phải trải qua thay đổi hình thái để trở thành tinh trùng có đủ chức Tiến trình gọi tiến trình biệt hóa tinh trùng Mỗi chu kỳ sinh tinh dài khoảng 90 ngày Tại thời điểm định, phần tinh hoàn tham gia sinh tinh Hiện tượng sinh tinh không xảy đồng loạt tất ống sinh tinh Các ống sinh tinh có hoạt động lệch pha, đảm bảo cung cấp cách liên tục tinh trùng trưởng thành Tại thời điểm cho trước, tiến trình sinh tinh bắt đầu số ống sinh tinh Tại số ống sinh tinh, tiến trình sinh tinh diễn Tại ống sinh tinh cịn lại, tiến trình trạng thái tạm nghỉ đến lượt tham gia vào chu trình luân phiên Do hoạt động lệch pha, nên đặc điểm tế bào dịng tinh tinh dịch ln biến đổi, tùy thuộc vào hoạt động ống sinh tinh Tinh trùng trưởng thành hình thái vận chuyển từ mào tinh đến túi tinh, trưởng thành chức Hình 5: Sự biệt hóa tinh tử trịn Tinh tử trịn biệt hóa để trở thành tinh trùng Đây tiến trình biến đổi hình thái Biệt hóa hình thái nhằm đảm bảo tinh trùng hồn thành chức vận chuyển chất liệu di truyền Biệt hóa tinh tử trịn gồm biến đổi Golgi thành chóp đầu, di chuyển ty lạp thể phần cổ tiêu biến phần thừa bào tương Nguồn: histonano.com Tại tế bào dòng tinh, tượng khử acetyl xảy tinh ngun bào “dự trữ” Tiến trình methyl hóa đóng ấn thượng di truyền tinh nguyên bào bắt đầu kể từ chúng vào phân chia giảm nhiễm Tại tinh hoàn mào tinh, tinh trùng trưởng thành hình thái chưa đạt trưởng thành chức Tinh trùng đạt trưởng thành chức trình vận chuyển ống dẫn tinh Tinh trùng trưởng thành hình thái nằm lịng ống sinh tinh, vận chuyển đến hệ thống góp, đến mào tinh theo ống dẫn tinh để đến dự trữ túi tinh Tinh trùng có cấu tạo thích nghi cao độ với chức vận chuyển chất liệu di truyền vào noãn bào Tế bào Sertoli tế bào có nhiệm vụ “điều dưỡng” Tế bào Sertoli thành phần quan trọng ống sinh tinh Các tế bào tạo “khung nâng đỡ” có vai trị hỗ trợ cho phát triển tế bào dòng tinh, giữ nhiệm vụ “thực bào” phế phẩm phát sinh từ tế bào dòng tinh tiến trình biệt hóa từ tinh tử trịn thành tinh trùng trưởng thành, chế tiết AMH vài thành tố khác Hình 7: Sơ đồ cấu tạo tinh trùng Đầu tinh trùng (A) có hình dạng khí động học, bọc màng bao mỏng (1) Đầu tinh trùng chứa đậm đặc chất liệu di truyền (5) khơng có bào tương (4) Acrosome (2) có cấu trúc không bền vững, chứa đầy hyaluronidase (3) giúp tinh trùng phá vỡ xuyên hàng rào bao noãn Cổ tinh trùng (C) nối với đầu mảnh (7), chứa trung thể (6) Phần lại trang bị nhiều ty thể (9), chứa ATP phục vụ nhu cầu lượng tinh trùng mà cần đến q trình di chuyển xun thấu Đi tinh trùng (D) bó sợi trục (8), bọc màng bao (12) tạo chuyển động dạng sóng, giúp tinh trùng di chuyển Nguồn: embryology.ch Hình 6: Tế bào Sertoli Tế bào Sertoli ví “điều dưỡng” chăm sóc tế bào dịng tinh Tế bào tạo khung nâng đỡ cho tế bào dòng tinh giai đoạn phân bào biệt hóa đồng thời có chức thực bào, dọn dép phế phẩm tiến trình biệt hóa tinh trùng Nguồn: worldpress.com Tế bào tinh trùng khơng có bào tương Vật chất di truyền tập trung cách đậm đặc nhân, chiếm gần toàn thể phần đầu tinh trùng Đầu tinh trùng có cấu tạo dạng khí động học thn dài, giúp tinh trùng di chuyển dễ dàng Đầu tinh trùng trang bị chóp (acrosome), bên chứa men hyaluronidase Màng bao chóp Dẫn nhập Y học Sinh sản Giao tử loài người Sự sản sinh giao tử cấu trúc không bền vững, bị phá hủy phần trình di chuyển va chạm tinh trùng với cấu trúc dạng lưới chất nhầy cổ tử cung hay hoạt chất đường sinh dục nữ Sự phá vỡ phóng thích hyaluronidase để giúp tinh trùng phá vỡ xuyên thấu qua màng bao noãn Cổ tinh trùng vùng tạo ty thể chứa đầy lượng, nạp sẵn trước trình sinh tinh Tại vùng cổ tinh trùng cịn có trung thể, đóng vai trị quan trọng việc khôi phục lại nhiễm sắc thể lưỡng bội sau thụ tinh Đuôi tinh trùng tạo bó sợi trục, co rút để tạo chuyển động dạng sóng, giúp tinh trùng di chuyển môi trường chất lỏng TÀI LIỆU ĐỌC THÊM Obstetrics and gynecology 8th edition Tác giả Beckmann Hợp tác xuất với ACOG Nhà xuất Wolters Kluwer Health 2018 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH Yen & Jaffe's reproductive endocrinology, 8th edition Tác giả Jerome F Strauss III Robert L Barbieri Nhà xuất Saunders Elsevier 2019