KEIMZELLEN: EIGENSCHAFTEN, BILDUNG, TYPEN, MIGRATION - BIOLOGIE - 2025

Die Keimzellen sind die Vorläuferzellen von Gameten bei Tieren mit sexueller Reproduktion. Sie sind embryonale Vorläufer, die sich sehr früh in der Entwicklung der meisten Arten von mehreren somatischen Zelllinien (Soma = Körper) unterscheiden.

Praktisch alle Organismen, die sich sexuell vermehren, entstehen aus der Fusion zweier Gametenzellen. Gameten sind spezialisierte Zellen, die die Hälfte der genetischen Informationen des Individuums tragen, das sie produziert, des Vaters und der Mutter (sie sind haploide Zellen).

Humane embryonale Stammzellen in Zellkultur. Ryddragyn bei der englischen Wikipedia

Alle von einem Tier produzierten Gameten werden aus einer speziellen Zelllinie gebildet, die als Keimbahn bekannt ist und sich nach einem komplexen Satz spezifischer Signale entwickelt. Diese Zellen stellen den Haupttransferweg des Genoms und der cytosolischen Komponenten von einer Generation zur anderen dar.

Keimzellen sind für die Prozesse der Speziation und Evolution verantwortlich, da die Veränderungen, die in diesen auftreten, von einer Generation zur nächsten übertragen werden. Darüber hinaus vermitteln diese Zellen die Übertragung von Erbkrankheiten von den Eltern auf ihre Kinder, insbesondere beim Menschen.

Keimzelleneigenschaften

Keimzellen sind "pluripotente" oder "totipotente" embryonale Zellen, dh sie können unter den richtigen Bedingungen und Signalen in nahezu jeden Zelltyp differenzieren. Darüber hinaus sind sie kompetente Zellen für ihre "Selbsterneuerung", da sie für ihre eigene Regeneration verantwortlich sind.

Diese Zellen sind die einzigen, die Gameten produzieren können. Dies sind die Zellen, die einen neuen Organismus bilden können, eine Eigenschaft, die die anderen Zellen eines Embryos bei ihrer Differenzierung verlieren.

Einige Autoren betrachten sie daher als "Stammzellen" einer Art, da sie keine Organe bilden, sondern neue Individuen. Ebenso sind diese Zellen die Hauptmittel, mit denen sich Arten entwickeln, und sie sind die Vehikel für die Übertragung von Erbkrankheiten, insbesondere beim Menschen.

Keimzellen produzieren Gameten durch Prozesse, die als Meiose und Gametogenese (Oogenese und Spermatogenese bei vielen Tieren) bekannt sind und für diese Zellgruppe charakteristisch und einzigartig sind.

Samenkanälchen mit reifem Sperma. Nephron

Ausbildung

Keimzellen werden während der Embryonalentwicklung früh von anderen somatischen Zelllinien unterschieden.

Wie kommt es bei einigen Wirbellosen?

Fruchtfliege Drosophila melanogaster. Entnommen und bearbeitet von: Sanjay Acharya

Bei vielen Arten, wie der Fruchtfliege D. melanogaster, werden diese Zellen aus Urzellen der Blastula gebildet, die eine zytosolische Determinante "geerbt" haben, die als "Keimplasma" oder "Keimplasma" bekannt ist, d. H. ganz besondere Blastomere.

Das Keimplasma enthält Strukturelemente und etwas Messenger-RNA und unterliegt während der Oogenese und Befruchtung unterschiedlichen zytosolischen Bewegungen, um später im Blastula-Stadium Urzellcluster zu bilden, aus denen Urkeimzellen entstehen.

Die Blastomere mit dem "Keimplasma" teilen sich asymmetrisch und erben das Keimplasma an eine einzelne Tochterzelle. Wenn der Embryo das Gastrula-Stadium erreicht, beginnt die äquivalente Teilung dieser Zellen und die Population der Urzellen in der Keimbahn wächst.

Wie passiert es beim Menschen?

Bei Säugetieren wie dem Menschen wurde jedoch nicht über die Beteiligung eines „Keimplasmas“ während des Prozesses der Bildung primordialer Keimzellen berichtet, sondern die Spezifikation dieser Linie wird durch Zell-Zell-Wechselwirkungen bestimmt.

Primordiale Keimzellen befinden sich in den frühen Stadien der Embryogenese in einer Art extraembryonalem Kompartiment, und beim Menschen tritt dies etwa in der dritten Entwicklungswoche auf.

Sobald die Linie der Urzellen definiert ist, wandern sie zu den weiblichen oder männlichen Gonaden, wo die Oogenese- bzw. Spermatogeneseprozesse aktiviert werden.

Die Wechselwirkung der Urzellen mit den somatischen Zellen der Gonaden sowie das Vorhandensein von Geschlechtschromosomen und anderen mütterlichen Faktoren bestimmen die Bestimmung des Geschlechts in der Keimbahn, obwohl dieser Prozess zwischen den Arten erheblich variieren kann und ein anderer.

Differenzielle Genexpression

Damit die anfängliche "Trennung" von somatischen Zellen und Keimzellen stattfinden kann, tritt zunächst eine unterschiedliche Expression von Genen auf, da in der Keimbahn die charakteristischen Gene somatischer Linien unterdrückt werden, um das "Programm" zu starten Keimzellgenetik.

Während ihres Bildungsprozesses wandern diese Zellen auch von ihrem Ursprung zu dem spezifischen Ort, an dem sich die Gonaden bilden, die das Gameten produzierende Gewebe des Erwachsenen sind.

Die Zellmigration wird auch durch die Aktivierung einer ganzen wandernden "Maschinerie" und verschiedener "Leitmechanismen" erreicht, die mit mehreren genetischen und epigenetischen Faktoren zu tun haben (die nicht mit der Modifikation der Nukleotidsequenz zu tun haben ).

Migration

Die ursprünglichen Keimzellen, die die „wahren“ Keimzellen hervorbringen, bilden sich weit entfernt von ihrem Entstehungsort und müssen, um sich zu etablieren, zu den Stellen wandern, an denen sich die Eierstöcke und Hoden befinden, nämlich die weiblichen und männlichen Gonaden. .

Primordiale Keimzellen werden während der Gastrulation zunächst als Zellcluster an der Basis des Allantois gesehen, einer extraembryonalen Membran, die sich als Ausfluss aus dem primären Verdauungstrakt des Embryos bildet.

Gastrulation eines diblastischen Tieres. 1-Blastula. 2-Gastrula. Pidalka44

In diesem Stadium erhalten Urzellen eine polarisierte Morphologie und einige Experimente haben gezeigt, dass sie lange Prozesse verlängern, wenn sie mobilisiert werden.

Später werden diese im Hinterdarm sichtbar und treten dann aus dem Darmrücken aus und wandern seitlich, wobei sie die Genitalkämme besiedeln.

Wenn sich die Urzellen vom Hinterdarm zum umgebenden Bindegewebe bewegen, verlängert sich dieses und bildet das intestinale Mesenterium (das Gewebe, das den Dünndarm auskleidet und ihn mit der Bauchdecke verbindet). Dieser Vorgang findet dabei statt Zellen treten durch die Darmwand aus.

Kontrollmechanismen

Die Ankunft der Vorläuferzellen im Gonadengewebe wird durch die somatischen Zellen dieser Strukturen gesteuert, die anscheinend einen "chemoattraktiven" Effekt auf das erstere ausüben.

Es wurde experimentell gezeigt, dass die Expression eines als fragilis bekannten Gens viel mit der Entwicklung der Motilität in primordialen Keimzellen zu tun hat.

Dieses Gen ist an den Zell-Zell-Adhäsionsprozessen und an der Kontrolle des Zellzyklus beteiligt, so dass vermutet wird, dass die Regulation der Adhäsionsprozesse für die Initiierung des Migrationsprozesses entscheidend sein könnte.

Einige Autoren sind jedoch der Ansicht, dass der Migrationsweg dieser Zellen auf Umweltebene gesteuert wird, anstatt ein autonomer Prozess zu sein.

Auf dem Weg zu den Gonaden und einmal in ihnen vermehren sich diese Zellen durch Mitose und erzeugen mehrere Klone, die es schaffen, die Anzahl der Individuen in der Zellpopulation zu erhöhen.

Keimzelltypen

Sobald die ursprünglichen Keimzellen ihr endgültiges Gewebe erreichen, entwickeln sie sich zu weiblichen oder männlichen Keimzellen und den endogenen und exogenen Signalen, die sie empfangen.

Die weiblichen Gonaden sind die Eierstöcke und die männlichen Gonaden sind die Hoden. In diesen Geweben vermehren sich die Urzellen schnell, aber die Muster dieser mitotischen Proliferation unterscheiden sich zwischen den beiden.

Es gibt also zwei Arten von Keimzellen, die als Oogonie und Spermatogonie bekannt sind.

Weibliche Keimzellen: Oogonie

Oogonia. Quelle: Chassot AA, Gregoire EP, Lavery R., Taketo MM, DG de Rooij et al.

Oogonia sind mitotisch aktive Zellen. Sie teilen sich während der Embryonalentwicklung intensiv, insbesondere vom zweiten bis zum fünften Schwangerschaftsmonat beim Menschen, und bilden so bis zu 7 Millionen dieser Zellen, obwohl einige von Natur aus degenerieren.

Diese Zellen teilen sich im postnatalen Stadium nicht wieder durch Mitose, sondern differenzieren sich periodisch. Während der letzten Stadien der fetalen Entwicklung beginnen sie sich jedoch durch Meiose zu teilen, ein Prozess, der bis zum Beginn der Pubertät in "Stillstand" bleibt.

Männliche Keimzellen: Spermatogonie

Die Proliferation der Spermatogonie unterscheidet sich etwas von der der Oogonie, da sie trotz der Tatsache, dass sie sich in den embryonalen Hoden zu bilden und zu vermehren beginnen, ihre Fähigkeit behalten, sich praktisch über das gesamte postnatale Leben zu teilen.

Die Samengänge der Hoden sind intern durch keimende Spermatogonien begrenzt, und einige der aus diesen Zellen zusammengesetzten Populationen teilen sich durch Mitose. Zu Beginn der Pubertät beginnen sich Gruppen von Spermatogonien (primäre Spermatozyten) durch Meiose zu teilen, um die sekundären Spermatozyten zu bilden, die zu haploiden Spermatiden führen.

Mutationen

Keimzellen sind die "Fabriken", in denen die "Fahrzeuge" zur Informationsübertragung von einer Generation zur nächsten hergestellt werden. Ebenso sind diese Zellen für Evolutionsprozesse von großer Bedeutung, da fast jede Modifikation, die sie erfahren, den Nachkommen eingeprägt wird.

Wir können sagen, dass die DNA aller Zellen in einem Organismus anfällig für Mutationen ist, und obwohl Mutationen in somatischen Zellen im Zusammenhang mit vielen Krankheiten und anderen Zuständen wichtig sind, erstrecken sie sich nicht immer über das Leben des Person, die sie trägt.

Keimbahnmutationen hingegen tragen direkt zu evolutionären genetischen Prozessen bei, da diese Veränderungen durch Gameten und Zygoten von einer Generation zur nächsten weitergegeben werden können.

Aus diesen Gründen können Keimzellmutationen nur bei den Nachkommen sichtbar sein, und dies hängt sehr oft von der Homozygotie oder Heterozygotie der betroffenen Gene in jedem Elternteil ab.

Die Ursachen für Keimbahnmutationen sind vielfältig, da sie als Reaktion auf endogene oder exogene Signale auftreten können. Einige dieser Mutationen führen zu Krankheiten, die je nach Fall über die Mutterlinie oder über die Vaterlinie vererbt werden können.

Keimzelltumoren

Die unkontrollierte Zellteilung in nahezu jedem Gewebe des menschlichen Körpers sowie in anderen Tieren kann zur Bildung von Tumoren führen, die gutartig oder bösartig sein können.

Diejenigen, die aus Keimzellen entstehen, werden üblicherweise als Neoplasien bezeichnet und können sein:

- Germinome

- Teratome

- Embryonale Karzinome

- Tumoren der endodermalen Nasennebenhöhlen

- Choriokarzinome

Diese Tumoren können regelmäßig in den inneren Regionen der Gonaden auftreten, obwohl sie auch mit der Proliferation oder aberranten Migration der ursprünglichen Keimzellen zusammenhängen können, was impliziert, dass sie in verschiedenen Bereichen des Körpers auftreten können.

Elektronenmikroskopische Aufnahme eines intratubulären Keimzell-Neoplasmas in den Hoden oder im Seminom (Quelle: Nephron über Wikimedia Commons)

Tumoren, die mit der primordialen Keimzelllinie assoziiert sind, sind als Germinome bekannt, während embryonale Karzinome solche sind, die von embryonalen "Stamm" -Zellen oder abgeleiteten Zellen stammen.

Normalerweise werden die primordialen Keimzellen, die sich an extragonadalen Stellen bilden, eliminiert, aber Teratome sind aberrante Wucherungen von extragonadalen Keimzellen, die überlebt haben und aus zufälligen Gemischen differenzierter Gewebe wie Knorpel, Haut, Haare oder Zähne bestehen.

Endodermale Sinustumoren sind solche, die aus Zellen gebildet werden, die aus extraembryonalen Geweben stammen, und die differenziert sind und den endodermalen Dottersack bilden. Wenn sich im Gegenteil der Tumor in der Trophoblastenschicht bildet, spricht man von Choriokarzinom.

Keimbahn-Tumoren der Eierstöcke machen etwa 20% aller Eierstocktumoren aus, treten häufig bei Mädchen und jungen Erwachsenen bis zu einem Alter von etwa 20 Jahren auf und sind fast immer bösartige Teratome.

Unter diesen wurden Dysgerminome unterschieden, bei denen es sich um feste und fleischige Tumoren handelt, die eine weiche Hülle aufweisen, die aus Aggregaten von Zellen mit polygonalem Aussehen, hervorstehenden Plasmamembranen und einer großen Anzahl von cytosolischen Granulaten besteht.

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