Embryologie 1. VO

• funktioniert über Gameten mit anschließender Zygotenbildung

• Dabei wird die Erbsubstanz von zwei Elternindividuen zum Genotyp der neuen Generation kombiniert

• Vorgänge, die von der Zygote zum vielzelligen Organismus führen nennt man die Individualentwicklung oder Ontogenese (Individualentwicklung erfolgt gemäß DNA aber auch Umwelteinwirkung –> Epigenetik)

auch Embryogenese

= Zeitraum von der Befruchtung der Eizelle bis zum freien, selbstständigen Leben

1. Furchung: Zellteilung durch Abschnürung

2. Gastrulation: Einstülpung der Blastozyste/Keimblätterbildung

3. Organogenese: Entstehung der Organe aus Keimblättern

4. Histogenese: Bildung von Gewebetypen

• Myogenese: Entstehung der Muskel

• Neurogenese: Entstehung des Nervensystems

• Osteogenese: Entstehung der Knochen

Festlegung des weiteren Schicksals einer Zellpopulation (Reduktion der Potenz)

zB äußere Zellschicht der Morula (nach Kompaktion) wird zum Trophoblasten

Durch Expression eines ganz bestimmten „Gensettings“ entsteht aus einer Zellpopulation ein Gewebe mit charakteristischen Eigenschaften.

zB Trophoblast, Embryoblast (erste Differenzierung in der Embryonalentwicklung)

= Entwicklung männlicher und weiblicher Keimzellen

• Entwicklung des Menschen beginnt mit Befruchtung: Spermium + Oozyte = Zygote

• bei Vorbereitung auf Befruchtung durchlaufen männliche und weibliche Keimzellen Reifeteilung oder Meiose sowie eine zelluläre Differenzierung

• Zweck der Meiose: Zahl der Chromosomen wird von 46 = diploider Chromosomensatz der somatischen Zelle, auf 23 = haploider Chromosomensatz in Keimzellen reduziert

  also anstatt 2n 2C Reduktion auf 1n 1C

  n=Chromosomensatz, C= Chromatingehalt

• Die Meiose besteht aus zwei aufeinander folgenden Teilungsvorgängen wobei die erstere die Reduktionsteilung ist.

• Die zweite Teilung verläuft wie eine Mitose, also eine Äquationsteilung

• beide Prozesse durchlaufen

  • Prophase

  • Metaphase

  • Anaphase

  • Telophase

• vor der Prophase 1 wird während der Interphase des Zellzyklus, in der S-Phase = DNA Synthesephase, der Chromatingehalt verdoppelt => also 2n 4C

• Die Meiose I ist von der Meiose II durch eine kurze Interphase getrennt, die aber keine S-Phase beinhaltet, denn jedes Chromosom liegt ja bereits repliziert vor

auch Reduktionsteilung

1. Prophase I wird unterteilt in:

• Leptotän : Chromosomenkondensation – Bukettstadium

• Zygotän: Paarung homologer Chromosomen zu Bivalenten (synaptonemaler Komplex)

• Pachytän: Crossing Over

• Diplotän: Chiasmata werden sichtbar

• Diakinese: Auflösung der Kernmembran, maximale Kondensation

1. Metaphase I : Anordnung der Chromosomen in der Äquatorialebene

2. Anaphase I : Chromosomen werden an die Pole der Zelle gezogen

3. Telophase I: Reduktion erreicht -> 1n 2C (Halbierung des Chromosomensatzes)

auch Äquationsteilung

1. Prophase II: Chromosomen Kondensation

2. Metaphase II: Auseinanderweichen des Zentrosoms, Spindelbildung

3. Anaphase II: Schwesterchromatiden jedes Chromosoms getrennt

4. Telophase II: Bildung von 4 Keimzellen (Spermium, Eizelle) -> 1n 1C

• 10 Wochen bei Spermien

• 24 Wochen bei Eizellen

XY Kombination

Die ungleichen Geschlechtschromosomen besitzen nur an ihren Enden kleine homologe Paarungsregionen. Um diese Paarung zu ermöglichen kommt es zu einer „Verbiegung“ des X-Chromosoms.

• Diktyotän ist jene Phase der Oogenese wo die Reifeteilung bis zur Pubertät eingestellt wird -> Diktyotän ist im Diplotän der Prophase I

• diploide Zellen mit verdoppeltem Chromatingehalt (2n 4C) bleiben in diesem „Wartestadium“ bis zur Pubertät

• zur Befruchtung reife Oozyte II Ordnung (1n 2C) befindet sich in der Metaphase II

• Anaphase II und Telophase II (1n 1C) werden erst nach der Befruchtung durchlaufen

Bildung und Reifung der Samenzellen im Hodenepithel (= Summe der Sertoli-Zellen) der Tubuli seminiferi contorti (= Hodenkanälchen); sie umfaßt alle Schritte von den Spermatogonien bis zu den reifen Spermien

• Spermatogonien

• Spermatozyten I

• Spermatozyten II

• Spermatiden

• Spermien

interstitielle Zellen = Leydig’sche Zellen -> Produktion von Testosteron

• Ernährung von Spermatogonien

• phagozytieren Reste von Keimzellen

• Bildung von:

  • Blut-Hoden-Schranke

  • Androgenbindende Proteine* (ABP) bzw. Globion (ABG): ermöglicht Passage von Testosteron zu Keimzellen

  • Inhibin: vermindert Produktion von FSH in Hypophyse (negative Rückkoppelung), wirkt aber anregend für Spermatogenese

  • Anti –Müller Hormon zur Rückbildung der Müllergänge beim Embryo

*Androgene: Hormone die die Entwicklung der männlichen Geschlechtsmerkmale steuern

auch Spermienreifung

• Spermiogenese / Spermiohistogenese = morphologische Ausreifung

• In den Hodenkanälchen werden die runden Spermatiden elongiert, der Kern verdichtet, aus dem Golgi- Apparat das Akrosom gebildet (frühe / späte Spermatiden). Ein Zentriol bildet das Axonema (aus Mikrotubuli und Dynein), die Mitochondrien werden im Mittelstück eingelagert.

• Im Nebenhodengang (Ductus epididymidis) wird das fertige, aber unbewegliche Spermium (Spermatozoon) bis zur Ejakulation gespeichert.

Die Spermien werden erst in der Samenflüssigkeit des Ejakulates durch den alkalischen pH-Wert beweglich (aktiviert) und durch Fructose mit Energie versorgt.

Die Plasmamembran des Spermiums wird durch Kontakt mit den Sekreten der Gebärmutter- und Eileiterschleimhaut über dem Akrosom von Glykoproteinen und Seminalplasmaproteinen befreit (Dauer: ~7 Stunden) und so befruchtungsfähig gemacht.

Bei Befruchtung in vitro (IVF) müssen die Spermien künstlich (zB in Blutplasma) kapazitiert werden!

1. Lagerung im Nebenhoden => Reifung

2. Ejakulation => Aktivierung

3. Aszension zum Ovar => Kapazitation

4. Nähe zur Oozyte => Akrosomreaktion

• Aus dem Epiblasten werden sehr früh in der Embryonalent- wicklung Zellen für die Keimbahn abgezweigt (Urkeimzellen). Diese wandern über ein Zwischenstadium in Haftstiel und Dottersack in der 4.- 6. Wo in die Genitalleiste (Gonaden- anlage) und siedeln sich hier in Keimsträngen an.

• Vermehrung in Keimsträngen (Mitose)

• Differenzierung zu Oogonien

  • Eintritt in S-Phase – Diktyotän

  • = primäre Oozyten – Hülle aus flachem Epithel

  • = Primordialfollikel: um 5. Monat mehrere Millionen, bei Geburt ca. 1 Million

Die Aktivierung des platten Follikelepithels spiegelt sich wieder in einer Formänderung (isoprismatisch) und mitotischer Aktivität (mehrschichtig). Mit dem Auseinanderweichen der Zellen (nun Granulosa) wird Liquor von ihnen in die Hohlräume (Antrum) sezerniert.

Follikel durchläuft mehrere Stadien:

1. Primordialfollikel

2. einschichtiger Primärfollikel

3. mehrschichtiger Primärfollikel

4. antraler Sekundärfollikel

5. sprungreifer (Graaf) Follikel

• GnRH

• Gonadotropine

• FSH

• LH

• Testosteron

• HCG

• HPL

• Progesteron

• Inhibin

Gonadotropin-releasing–Hormon

regelt Ausschüttung von FSH

stimulieren die Funktion der Keimdrüsen (Ovarien, Hoden)

follikelstimulierendes Hormon

Reifung von Ei und Eisprung Induktion

• wird bei Männern von Leydigschen Zwischenzellen produziert

• Aufbau von Muskelmasse, Spermienproduktion und Reifung

Humanes Choriongonadotropin

• vom Syncytiotrophoblasten gebildet

• für Beginn und Erhaltung der Schwangerschaft verantwortlich

Humanes Plazentalaktogen

modifiziert Stoffwechesel der Mutter, Anregung der Milchproduktion, maternale Insulinunempfindlichkeit

Wachstum der Uterusschleimhaut zur Einbettung der Eizelle

hemmt FSH Freisetzung ohne LH-Sekretion zu beeinflussen

• Gonadotropin-unabhängiges Wachstum

• Gonadotropin-abhängiges Wachstum

• Heranwachsen vom Primordial- Primär- Sekundär- bis Tertiärfollikel unter dem Einfluß lokaler Faktoren

• Entwicklungsdauer vom Primär- bis rekrutierbarem Tertiärfollikel etwa 6 Monate

• Die meisten Follikel fallen bereits der Atresie anheim (= Untergang oder Rückbildung von Follikeln; „ohne Öffnung – ohne Ovulation“)

1. Vorrat an Primordialfollikeln

2. atretische Follikel werden aussortiert

3. Primärfollikel: 100 mikrometer

4. atretische Follikel werden aussortiert

5. Sekundärfolikel: 200 mikrometer

6. atretische Follikel werden aussortiert

7. Tertiärfollikel: 2-5 mm

8. FSH begünstigt übrig gebliebene Follikel, die nicht artretisch wurden

• FSH-induziertes Wachstum der Kohorte

• Rekrutierung der am weitesten fortgeschrittenen Follikel

• Selektion des dominanten und Atresie der untergeordneten Follikel

• dominanter Follikel:

  • Aktivität der FSH-Rezeptoren nimmt zu,

  • gleichzeitig steigert er die Estrogenproduktion (negative Rückkopplung)

  • FSH –Ausschüttung nimmt ab

  • konkurrierende Kohortenfollikel werden atretisch (Inhibin)

durch negative Rückkoppelung

• Das follikelproduzierte Estrogen (Estradiol) hemmt die Ausschüttung von FSH der Hypophyse

• weitest gereiftes Follikel: hohe Empfindlichkeit der Rezeptoren für FSH und Ausschüttung von Inhibin (zusätzliche Hemmung der FSH Produkktion)

  (VO note: hohe FSH Empfindlichkeit und gleichzeitig inhibieren, dann kriegen weitest gereifte Follikel tzdm während es die anderen nicht kriegen)

• Ergo: Durch Mangel an FSH Atresie der weniger gereiften Follikel. Nur dominantes Follikel bleibt über.

• Die Estradiol Ausschüttung durch Follikel führt zur Produktion großer Mengen an LH aus der Hypophyse. Dieser LH peak induziert den Eisprung nach 24 Stunden

• Das kollabierte Follikel wird unter Einfluß von LH zum Gelbkörper

1. Primordialfollikel

2. Primärfollikel

3. Sekundärfollikel

4. Tertiärfollikel

   Corpus atreticum (=zugrunde gehender Tertiärfollikel)

5. Graaf’scher Follikel

6. Follikelsprung/Eisprung

   Reifeteilung wird abgeschlossen

   Reifeteilung läuft bis zur Metaphase ab

   (Warten auf Spermium)

7. Corpus luteum (auch Gelbkörper)

8. Corpus albicans (auch Weißkörper)

programmierter Untergang von Follikeln vor der Sprungreife —> betrifft die allermeisten Follikel

Theca interna-Zellen bilden Androgne (Synthese von Cholesterin bis Androgenen), die in den Granulosa-Zellen (Aromatase) dann zu Estrogenen (Estradiol, Follikelhormon) aromatisiert werden.

1. Corpus rubrum

2. Corpus luteum produziert Progestron (in Granulosa-Luteinzellen) und Estradiol (in Theca-Luteinzellen)

   • Corpus luteum menstruationis (für 14 Tage)

   • Corpus luteum graviditatis (für ca. 5 Monate)

3. Corpus albicans (=bindegewebige Narbe nach jedem Corpus luteum)

• Phase 1: Spermium nimmt Kontakt auf mit Corona-radiata-Zellen; Polkörperchen in Teilung

• Phase 2: Auflösung der Akrosommembran —> Kontakt Spermium und Eizelle; Oozyte in der 2. Reifeteilung

• Phase 3: Fusion der Zellmembran von Eizelle und Spermium; ein Spermium dringt in die Eizelle ein

• Akrosomreaktion

• Kortikalreaktion/Zonareaktion (Polyspermieblock)

Bei Kontakt des Spermiums mit der Zona pellucida der Eizelle fusionieren die Akrosomenmembran und Plasmamembran des Spermiums, die Inhaltsstoffe des Akrosoms (Proteasen; Akrosin) werden freigesetzt. —> ermöglicht Penetration des Spermiums durch die Hüllen der Eizelle

1. Freisetzung der akrosomalen Enzyme erlaubt dem Spermium, die Zona pellucida zu durchdringen

2. Penetration des Spermiums löst die Beendigung der 2. meiotischen Teilung der Eizelle aus

3. Penetration des Spermiums bewirkt die Entleerung der Kortikalgranula (befinden sich unter Eizellmembran) - Zona pellucida wird für weitere Spermien undurchdringbar

• schneller Polyspermieblock

• langsamer Polyspermieblock

• statistischer Polyspermieblock

Anheftung des Spermiums - Potentialdifferenz an der Eizellmembran verschiebt sich von -70 auf ca. +20 mV innerhalb weniger (1-3) Sekunden durch Natriumeinstrom —> verhindert Eindringen weiterer Spermien

• Spermienkontakt führt über Ausschüttung intrazellulären Kalziums zu Entleerung der Kortikalgranula die Proteoglykane ausschütten, bevor die Repolarisierung der Eizellmembran wieder hergestellt ist.

• Enzyme modifizieren die Spermien-bindenden Rezeptoren der Zona pellucida, sodass keine Spermienbindung mehr möglich ist —> Aushärtung der Zona pellucida = Zonareaktion

Die Anzahl der Spermien, die zur Eizelle vordringen ist sehr gering.

1. in die Eizelle eindringendes Spermium —> schnelle Depolarisation der Zellmembran der Eizelle

2. Kortikalgranula —> Kortikalreaktion => Härtung der Zona pellucida Rezeptoren für Spermien werden inaktiviert

3. männlicher und weiblicher Vorkern + 2 Polkörperchen

4. Annäherung der Vorkerne

5. Metaphase (1) der 1. Furchungsteilung

nach dem Prinzip negativer Rückkopplung

Östrogene / Gestagene unterdrücken Gonadotropinsekretion und damit alle Follikelreifungsprozesse

Progesteron verlangsamt die Follikelreifung, Follikel im Corpus luteum tragenden Ovar weniger gut entwickelt

= Zellteilung durch Abschnürung bei Zygoten

durch Furchung entstehende Zellen = Blastomere

Durch rasch aufeinander folgende Zellteilungen entsteht ein maulbeerähnliches Vielzellstadium (=Morula)

nach 3. Furchungsteilung (Morula), Ausbildung von Tight junctions, Abgrenzung einer inneren Zellmasse -> Embryoblast

Aufteilung der Zellmasse in:

• Embryoblast = innere Zellmasse

• Throphoblast = äußere Zellmasse

dabei wird zwischen einer frühen und späten Blastozyste unterschieden

1. Tertiärfollikel im Ovar

1. Graaf-Follikel platz auf —> Eizelle in Tuba uterina

   Corpus luteum im Ovar

2. nach 12-24 h: Eizelle befindet sich am Beginn der Tuba uterina + Ansturm von Spermien

3. Reduplikation der DNS

4. befruchtete Eizelle befindet sich bei der Krümmung der Tuba uterina

5. nach 30 h: 1. Furchungsteilung

6. nach 3 Tagen: Morula

7. nach 4 Tagen: verdichtete Morula nähert sich Endometrium

8. nach 4 1/2 - 5 Tagen: frühe Blastozyste

9. nach 5 1/2 - 6 Tagen: Implantation (auch Nidation): späte Blastozyste nistet sich mit animalen Pol voraus im Endometrium ein

1. Menstruation (1. 4. Zyklustag)

   • Abstoßung der Funktionsschicht

   • Follikelreifung im Ovar

2. Profilerationsphase (5. - 14. Zyklustag)

   • Regeneration und Wiederaufbau der Funktionsschicht

   • Ovulation

   • Beginn der Implantation

3. Sekretionsphase (15.-28. Zyklustag)

   • nach Ovulation wandelt sich Graaf-Follikel in Corpus luteum um

4. Gravidität

   • implantierte Blastozyste sezerniert HCG, sodass Corpus luteum erhalten bleibt -> sekretorische Aktivität des Endometriums nimmt infolge der großen Progesteronmengen, die von Corpus luteum graviditatis ausgeschüttet werden, ständig zu

Implantation: Einpflanzung

Nidation: Einnistung

= Einnistung der Blastozyste in die Uterusschleimhaut

Nach dem Verlassen der Zona pellucida tritt der Trophoblast in direkten Kontakt mit dem Endometrium. Stromazellen werden metabolisch und sekretorisch aktiv => Deziduazellen. Trophoblastzellen beginnen mit der Bildung verschiedener Hormone zur Aufrechterhaltung des Corpus luteum und Ernährung des Endometrium (zB HCG, HPL).

1. Zygote mit Blastomeren (Kompaktion) —> Morula (16 Zell-Stadium)

2. aus inneren Zellen wird Embryoblast und Embryo

   aus äußeren Zellen wird Trophoblast, später werden daraus Eihäute und Plazenta

3. ab Morulastadium Auftreten von Interzellularspalten, die dann konfluieren zu einer einheitlichen Höhle = Blastzystenhöhle

4. nach Auflösen der Zona pellucida wird die Zygote zur Blastozyste

5. in der Blastozyste Neuverlagerung der Zellen und Trennung von Embryoblast und Trophoblast

6. Trophoblastzellen beginnen im Bereich des Embryoblasten zwischen Zellen der Uterusschleimhaut einzudringen

Blastozyste nach Nidation:

• Embryoblastzellen bilden Amnioblast und Ektoderm, wodurch Amnionhöhle entsteht

• Trophoblast —> Zytotrophoblast

• Blutgefäße im Endometrium entstehen

• Synzytium von Blastozyste und Endometrium entsteht

es kommt zu einer klaren Zelldifferenzierung:

• im Zentrum des Embryoblasten ordnen sich Zellen zu einer hochzylindrischen mehrreihigen Epithelstruktur = Ektoderm

• in Richtung Blastozystenhöhle bildet der Embryoblast eine Schicht aus kleinen polyedrischen Zellen zur Abgrenzung = Entoderm

• beide Keimblätter bilden die zweiblättrige Keimscheibe

• primäres Entoderm (kleidet Dottersack aus)

• neugebildete Lakunen im Trophoblast (Trophoblastlakunen), welche später mit Blut gefüllt werden

• aus dem Epiblast wandern Amnioblasten aus und kleiden dann die neugebildete Amnionhöhle aus

• neugebildete Amnionhöhle (Epiblast) und primärer Dottersack (Hypopblast)

Tag 12 p.c.

• Blastozyste ist über den Trophoblast vollständig im Endometrium eingebettet

• Lakunäre Zwischenräume im Synzytium bilden kommunizierendes Netz, deutlich am embryonalen Pol ausgebildet.

• mütterliche Gefäße im Bereich der Einnistungsstelle erweitert und gestaut, Sinusoidbildung

• Synzytiumzellen dringen weiter ins Endometrium ein und zerstören die endotheliale Auskleidung der mütterlichen Sinusoide

• durch weiteres Eindringen des Trophoblasten werden mehr Bluträume eröffnet, mütterliches Blut tritt in das Lakunensystem über

• Infolge der Druckdifferenz zwischen arteriellen und venösen Kapillaren beginnt mütterliches Blut durch Trophoblastenlagunen zu fließen. => ein Kreislauf ist entstanden

Tag 12 p.c.

• Trophoblast: Zellen des Endometriums beladen sich mit Glycogen und Lipiden

• Interzellulärräume füllen sich mit Flüssigkeiten und Gewebe wird ödematös

• Der Prozess weitet sich aus auf das gesamte Endometrium

weiterer Prozess:

• Der Embryoblast liefert Entodermzellen welche die Spalträume zwischen primären Dottersack und innerer Oberfläche des Trophoblasten ausfüllen —>entodermales Retikulum

• Der Oberflächendefekt durch Einnistung im Endometrium meist abgeheilt, zuweilen Nidationsblutungen

• Synzytium des Trophoblasten bilden Trabekel und dringen ins Endometrium vor, Zytotrophoblastenzellen wachsen in die Trabekel -> bilden die primären Zotten.

Umorganisation der Embryonalanlage:

• Entstehung von extraembryonalem Mesoderm am hinteren Pol der Keimscheibe, breitet sich an der Innenfläche des Trophoblasten aus, wodurch Trophoblastenhöhle in Chorionhöhle umgewandelt wird.

• primärer Dottersack zerreißt und seine freien Ränder schließen sich zum sekundären Dottersack

• folglich ist Keimscheibe zwischen Amnionhöhle und Dottersack ausgespannt