Механізми раннього ембріонального розвитку

Залозистий епітелій. В період імплантації збільшується мітотична активність залоз. Секреторна активність залоз сягає максимума. Плацентарний протеїн 14 (ПП14) - головний компонент секреторного продукту залоз ендометрію протягом другою половини лютеїнової фази циклу і ранніх стадій вагітності. Це глікопротеїн з Мм 42 кД – прогестеронзалежний ендометріальний білок, який попереджує лімфопроліферацію і пригнічує активність природних клітин-кіллерів, яких є особливо багато на ранніх стадіях вагітності. Цей білок захищає ембріон, що імплантується від імунної системи матері.

Покривний епітелій. Це тканина, яка вкриває внутрішню порожнину матки. Він першим контактує з бластоцистою і саме в ньому відбуваються основні анатомічні і молекулярні зміни, які підвищують рецепторну активність ендометрію до нідації бластоцисти. У період імплантації на поверхні покривного епітелію з’вляються піноподи, цей процес інгібуться естрогеном і активуються прогестероном, їх поява співпадає з утворенням “вікна імплантації” – точки найвищої рецептивної активності ендометрію. MUC-1 – циклозалежний глікопротеїн, який був виявлений у мишей і людини. У мишей синтез мРНК MUC-1 та її білкового продукту в покривному епітелії зменшується в період діеструсу і стає майже непомітним перед адгезією бластоцисти. У людини синтез MUC-1 в ендометрії сягає максимума саме під час імплантації, що доводить двояку його роль у різних видів ссавців.

Стромальні клітини складаються, головним чином, з 2-х різних популяцій клітин: фібробластів і лейкоцитів. У другій половині секреторної фази статевого циклу фібробласти під дією прогестерону трансформуються у псевдодецидуальні клітини. У цьому процесі приймають участь такі регуляторні молекули, як гістаміни, простагландини, лейкотрієни, плацента-стимулюючий фактор, інтерлейкін-1 і ангіотензин. Ці механізми відповідають за контроль неадекватної імуносупресії, коли організм матері починає відповідати на вростання трофобласта негативною імунною реакцією.

Зовнішньоклітинний матрикс. Більшість його компонентів виробляється стромальними фібробластоми. Протягом проліферативної фази статевого циклу фібронектин і колагени типів ІІІ, V та VI є головними інтерстеціальними компонентами. При наближенні імплантації колагенові волокна розсмоктуються і міжклітинний матрикс стає менш в’язким, знижується стромальна імунореактивність до колагенів типів ІІІ і V, а колаген типу VI майже зовсім зникає – це спричиняє набряк слизової та збільшення зовнішньоклітинного простору. На ранній стадії лютеїнової фази циклу навкого стромальних клітин з’являються ламінін та фібронектин. Колаген починає активно синтезуватись на заключній стадії циклу – на початку трансформації стромальних клітин у перидецидуальні. Рахується, що саме зовнішньоклітинний матрикс чітко визначає межи, у яких відбуваються клітинні процеси раннього ембріонального розвитку: міграція, імплантація, а потім і плацентація. [27]

Таким чином, процес імплантації контролюється складними взаємодіями великої кількості сигнальних і ефекторних сполук, які продукуються ендометрієм, імунокомпетентними клітинами матері та ембріоном. Однак власно імплантації передують процеси, які розвиваються в ендометрії в секреторній фазі статевого циклу. У відповідності з цим реакція ендометрію в ході імплантації поділяється на три фази:

Перша фаза. Знаходиться під контролем естрогенів та прогестерона і характеризується змінами у покривних та залозистих епітеліальних клітинах ендометрію, результатом чого є підготовка до опозиції та приєднання бластоцисти. Гормональні впливи на ендометрій залежать від наявності ядерних рецепторів до стероїдних гормонів. Наростання концентрації рецепторів спостерігається у напрямі від функціонального шару до базального, що корелює із встановленням максимальної рецептивності матки, необхідної для імплантації. Паралельно зі змінами в системі стероїдних рецепторів, клітини епітелію піддаються змінам у структурі цитоскелету та профілю секреції білків. Ці зміни можуть бути попереджені антагоністами прогестеронових рецепторів у лютеїновій фазі циклу.

Друга фаза. Модуляція гормональних стероїдних ефектів ембріональними факторами. Початок секреції бластоцистою хоріонічного гонадотропіну та інших білків ранньої вагітності викликає додаткові зміни у клітинах ендометрію. В клітинах покривного епітелію відбувається ендореплікація, утворюються “епітеліальні бляшки”. Залозистий епітелій відповідає на дію ембріональних регуляторів модифікацією головного секреторного продукта – глікоделіну, який дає імуннопротекторний ефект у відношенні вагітності, що починається. Стромальні фібробласти починають процес свого диференціювання, набувають децидуального фенотипу и починають продукувати актинові філаменти.

Третя фаза. Інвазія трофобласта і перебудова стромального компонента ендометрію. При цьому на покривному епітелії зникають “епітеліальні бляшки”, залозистий епітелій залишається високо секреторно активним. В цій фазі закінчується трансформація фібробластів в децидуальні клітини, які починають синтезувати і секретувати весь спектр ростових факторів, які властиві для ранніх стадій вагітності.

3.3 Процеси адгезії

Маркерами ендометріальної функціональності та готовності ендометрію до імплантації є молекули адгезії. Адгезія - це процес прикріплення бластоцисти до поверхні матки. Цей процес опосередкований активністю цитоскелету, специфічних білків адгезії та їх рецепторів, що забезпечує адекватну локалізацію бластоцисти і активацію внутрішньоклітинних сигнальних біохімічних шляхів, що супроводжує клітинну активацію. Всі молекули, які приймають участь в процесах адгезії, є клітинними поверхневими рецепторними білками. Є 4 основних групи таких молекул: інтегріни, кадгеріни, селектини та супергруппа іммуноглобілінов [27], [14].

Інтегріни взаємодіють з різними лігандами, включаючи глікопротеїни зовнішньоклітинного матриксу та молекули на клітинних мембранах. Вони полегшують міграцію та прикріплення клітин до матриксу, опосередковують міжклітинні взаємодії та передачу сигналів. Ендометрій відноситься до тканин з високим рівнем експресії інтегрінів, які відіграють значну роль у процесах запліднення, імплантації та розвитку плаценти. Рахується, що присутність трьох типів цих сполук – a1b1, a4b1, avb3 - тільки протягом 20-24 дня циклу полегшує імунологічне розпізнавання ембріона та забезпечує позитивний результат імплантації. Цікаво, що додавання деяких молекул адгезії у культуральне середовище підвищувало якість ембріонів та збільшувало частоту їх наступної імплантації при трансплантації [6], [27].

Клітинна адгезія - важливий регулятор апоптозу. Індукція апоптозу за рахунок порушення взаємодії клітин із субстратом особливо добре проявляється в ендотеліальних та епітеліальних клітинах. Показано, що зміни у структірі інтегринів можуть вплинути на розвиток апоптоза.

3.4 Апоптоз на ранніх стадіях ембріонального розвитку

Це запрограмована клітинна смерть, яка контролюється генетично та характеризується активацією протеолітичних ферментів (каспаз), специфічною фрагментацією ДНК, розривами плазматичної мембрани та розпадом клітини на апоптичні тільця. Саме апоптозом контролюються характерні морофологічні зміни, які визначають готовність ендометрію до імплантації бластоцисти. Встановлено, що апоптоз розвивається у специфічних популяціях клітин ендометрію протягом усього статевого циклу. В ранньому проліферуючому ендометрію апоптозу підлягають клітини функціонального шару, у пізню проліферативну фазу і до самої середини секреторної фази ознак апоптозу в ендометрії не спостерігається. [18]

На початку пізньої секреторної фази апоптоз знову спостерігається у стромальних клітинах ендометрію. Початку апоптозу в залозах і стромі передує зниження концентрації 17-β естрадіолу та прогестерону у сироватці крові. Зниження кількості рецепторів до естрогену і прогестерону в матковому епітелії обернено корелює з ростом апоптичного індекса в цих тканинах. Клітини базального шару не піддаються апоптозу ні в одну з стадій естрального циклу. Продемонстровано, що можна експериментально моделювати запуск процесів апоптозу в ендометрії тварин in vitro шляхом вилучення стероїдних гормонів. Встановлено, що активація апоптоза в ендометрії корелює із змінами в концентрації 17-β естрадіолу та прогестерону у сироватці крові під час циклу, концентрацією клітинних рецепторів до естрогенам і прогестерону, а також з кількісними характеристиками проліферативних і секреторних змін в епітеліальних і стромальних клітинах ендометрію.

Показано участь апоптичних змін ендометрію в ході нормального процесу імплантації мишачих ембріонів. [28].

3.5 Роль трофобласта у процесах інвазії

Після прикріплення бластоциста починає зморщуватись і вкорочуватись та в інвазивну стадію вступає більш ущільненою. На цій стадії головну роль відіграє трофобласт, оскільки саме цією частиною бластоциста занурюється в строму. Занурення відбувається з обох боків – всередині знаходиться частина ембріобласту. Тобто трофобластична частина керує всім процесом інвазії взагалі. Бластоциста в такому стані набуває біполярну вісь симетрії – таку ж саму орієнтацію приймають і клітини строми в тому місці, куди імплантується бластоциста – очевидно, що регуляція є двосторонньою і взаємною.

При цитологічних дослідження (фарбуванні) тотальних препаратів добре видно короткі хрестоподібні структури волокон актину трофобласту поверх більш темних волокон стромального актину, розташованих нижче. Існують дані, які підтверджують наявність волокон актину та цитокератину в самих клітинах трофобласту на останніх стадіях перед інвазією, що може служити своєрідним “якорем” для укорінення в строму. Трофобласт проростає в строму так глибоко, що покривний епітелій повністю змикається над ним. [7]

4. Роль білкових ростових факторів у встановленні вагітності

4.1 Ростові фактори – регулятори ембріонального розвитку

При підготовці материнського організму до імплантації в якості локальних клітинних медіаторів дії стероїдів, які задіяні в циклічних змінах ендометрію, виступають ростові фактори. В доімплантаційний період вони присутні в ендометріальній тканині в дуже значних кількостях. Епідермальний фактор росту (ЕФР), інсуліноподібні фактори росту (ІФР-1 і 2), фактор росту фібробластів (ФРФ), фактори росту родини трансформуючих факторів росту (ТФР) активують мітотичну активність і властивість до диференціації клітин ендометрію, що підвищує сприйнятливість його до бластоцисти, яка імплантується під час “вікна імплантації”. Дією факторів росту опосередковуються специфічні зміни кількісного і якісного складу субпопуляцій лейкоцитів, які обумовлюють адекватну материнську імуносупресію та ендометріальну відповідь на занурення трофобласта.

Джерелом синтезу та секреції більшості ростових факторів і цитокінів є епітеліальні клітини, макрофаги та лімфоцити. Експериментально доведено, що синтез цитокінів нативними клітинами-кіллерами знаходиться під контролем прогестерону. Фактори росту і цитокіни являють собою декілька родин пептидів, які залучені у паракринні, інтракринні та аутокринні механізми регуляції клітинних реакцій за рахунок зв’язування із специфічними рецепторами клітинної поверхні [3], [23].

ссавець вагітність імплантація

4.2 Механізми дії ростових факторів

На відміну від ендокринних механізмів регуляції клітинної проліферації існують паракринні механізми, які діють на тканинному рівні. При цьому ростові фактори здійснюють дію головним чином на сусідні клітини.

Аутокринний тип регуляції – це коли клітини відповідають на дію фактору, який продукують самі і мають на нього рецептори. Цей тип регуляції має велике значення в період раннього ембріонального розвитку, коли йде активне розмноження ембріональних плюрипотентних клітин.

На відміну від стероїдних гормонів, які синтезуються з одного загального попередника, кожен поліпептидний фактор росту утворюється із свого попередника в результаті його процесінгу. Є дані, що ці попередники – трансмембранні білки, а активна форма фактору росту утворюється в результаті протеолітичного розщеплення зовнішньоклітинної ділянки молекули-попередника – тобто попередник є поліфункціональним пепетидом, а сама трансмембранна форма деяких факторів є рецептором для ліганду, що входить у його склад. Таким чином, є підстава вважати, що попередники деяких ростових факторів проявляють біологічну активність, залишаючись вбудованими в плазматичну мембрану клітин – у такому випадку вони взаємодіють із специфічними рецепторами сусідніх клітин без попереднього процесінгу. Такий спосіб регуляції клітинної проліферації називається юкстакринним. Є данні, що юкстакринна регуляція відіграє роль не тільки при міжклітинній адгезії, але і у ході стимуляції проліферації клітин. Особливо важливим це є в періоди раннього ембріонального розвитку, коли ще відсутні клітини, які секретують спеціальні гормони та ростові фактори [4], [8].

У послідовності взаємодії ростового фактора та клітини-мішені можна виділити певні послідовності:

·                    взаємодія фактору росту із специфічним рецептором плазматичної мембрани клітини-мішені;

·                    утворення і активація ліганд-рецепторного комплексу;

·                    біологічні ефекти, які виникають під дією регуляторних сигналів, індукованих фактором росту.

4.3 Взаємодія рецепторів факторів росту з лігандами

Рецептори факторів росту розташовані на поверхні зовнішньої мембрани клітин. Вони представлені численним класом глікопротеїдів з достатньо великою молекулярною вагою. Найбільш детально вивчено будову рецепторів інсуліну та епідермального фактор росту (ЕФР). Рецептор інсуліну складається з двох α- та двох β-субодиниць, які з’єднані між собою дисульфідними містками. Молекула рецептора складається із трьох основних функціонально різних доменів: ліганд-зв’язуючого, який багатий на вуглеводневі структури, трансмембранного, який складається переважно із залишків гідрофобних амінокислот, і цитоплазматичного, якій володіє ендогенною протеінкназною активністю. Цьому домену, який каталізує фосфорилювання білкових субстратів плазматичної мембрани і цитозолю по залишках тирозину, відводиться важлива роль у механізмах передачі регуляторного сигналу всередину клітин-мішеней. [12], [3]

Зв’язування рецептора з фактором росту забезпечує димеризацію і активацію тирозинкінази. Так ініціюється каскад реакцій фосфорилювання. Субстратами фосфорилювання є різні кінази, фосфоліпази і самі рецептори факторів росту. В якості біологічних ефектів фосфорилювання відбувається зміна мітогенних характеристик тканин, і диференціювання клітин, стимуляція транспортних систем і активація метаболічних шляхів.

Після взаємодії фактора росту з рецепторами клітинної поверхні відбувається процес кластеризації ліганд-рецепторних комплексів – процес їх агрегації у визначених місцях клітинної поверхні. Це необхідно для подальшого проникнення комплексів всередину клітин-мішеней. Після взаємодії інтенсивність зв’язування лігандів на поверхні клітин значно знижується – частина ліганд-рецепторних комплексів інтерналізується (піддається розщепленню в лізосомах), а частина повертається на поверхню клітин. Також виявлено, що після впливу деяких факторів росту на клітини у останніх змінюється здатність до зв’язування інших факторів росту.

Утворення комплексів факторів росту з рецепторами призводить до значних змін останніх. На відміну від рецепторів стероїдних гормонів, рівень мРНК рецепторів факторів росту багатократно збільшується протягом декількох годин після впливу. [2], [3].

4.4 Фактори росту на різних стадіях ембріонального розвитку

Всі періоди розвитку ембріонів співпадають у часі з перебудовою їх білкового складу. Перехід з однієї стадії в іншу пов’язують з регуляторним впливом специфічних білків, які діють на клітини локально по аутокринному або паракринному механізму. Під час аутокринної регуляції клітини, які секретують ростовий фактор, є одночасно і мішенями його дії, а під час паракринної регуляції фактори росту діють на сусідні клітини - мишені. За допомогою цих механізмів поліпептидні фактори росту виконують регуляторну роль в ембріональному періоді розвитку тварин.

Паракринні механізми регуляції клітинної проліферації, що діють на тканинному рівні, є еволюційно більш давніми ніж ендокринні. За цих умов фактори росту діють на клітини зблизька. Вони секретуються у позаклітинний простір, де можуть зв’язуватися зі специфічними рецепторами, що знаходяться на інших клітинах і які синтезують цей фактор росту [3].

Довгий час лишалося невідомим чи є аутокринна регуляція проліферації клітин феноменом, що характерний тільки для клітинної трансформації, чи це є загальнобіологічний механізм, за допомогою якого регулюються процеси клітинного розмноження. Згодом дослідженнями на ембріональних клітинах ссавців було доведено, що аутокринна регуляція проліферації має важливе значення під час ранніх періодів розвитку, коли відбувається активний поділ первинних ембріональних клітин [2].

Вже на початку доімплантаційного періоду ряд факторів росту починає проявляти ембріотрофічну активність. Наявність ТФР-α і внутрішньоклітинного домену до рецептора ЕФР вже виявляється у 4-клітиного ембріона. У 8- та 14-клітинних ембріонів виявляються ТФР- α, внутрішньо- та зовнішньоклітинні домени до рецепторів ЕФР, ІФР-1 та його рецептор. ТФР-β виявляється у ембріонах вівці на 12-16-й день, тоді як в культурі ендометрію його взагалі не має. Припускають, що продукування ембріоном ТФР-β розпочинається після материнського “впізнання” вагітності і співпадає по часу з імплантацією. Доведено, що родина ТФР-β відіграє важливу роль в цих процесах, адже саме вони забезпечує рецептивність ендометрію у відношенні бластоцисти. Децидуальний ТФР-β материнського походження може пригнічувати надлишкову інвазію трофобласта, а введення антагоністів ТФР-β викликало повне інгібування імплантації бластоцисти.

В останні роки багато уваги приділяється вивченню юкстакринної регуляції через ТФР-α в клітинах людського ендометрію при імплантації. Показано, що трансмембранна форма ТФР-α епітелію матки впливала на рецептор ЕФР мишиної бластоцисти при прямому міжклітинному контакті. Індукція та пік синтезу ТФР-α у мембранах епітелію матки співпадали по часу з періодом імплантації та були пов’язані з відповідним зростанням експресії рецепторів ЕФР на бластоцисті. При зв’язуванні ТФР-α з рецептором ЕФР розвивається два види відповіді: мітогенна і активація внутрішньоклітинних сигнальних шляхів. Така двостороння дія має дуже важливе значення у репродукції – при експресії ембріоном рецепторів ЕФР, які можуть взаємодіяти з ТФР-α ендометрію материнського організму, з одного боку стимулюється ріст і диференціювання ембріона, а з іншого – активується мітогенний сигнал у самих клітинах ендометрію, де відбувається інвазія. [10], [8].

Страницы: 1, 2, 3