정조세포

Spermatogonial stem cell
정조세포의 운명: 재생 또는 분화

정자줄기세포(SSC)는 A형 정자세포로도 알려져 있는데 정자세포의 전구체인 정자세포로 분화되지 않는 정자세포다.대신에, 그들은 다른 정조세포로 계속 분열하거나 정조세포의 비축량을 유지하기 위해 휴면 상태로 남아 있다.반면 B형 정자세포는 정자세포로 분화돼 감수분열을 거쳐 성숙한 정자세포를 형성한다.

고환의 정조세포 줄기세포

태아의 발달 동안, 생식세포는 원시 생식세포에서 발달하고 이 SSC를 따라 [1]고환의 생식세포에서 발달한다.SSC는 정자의 초기 전구체이며 성인 포유류에서 정자 형성의 지속에 책임이 있다.줄기세포는 줄기세포 풀을 유지하는 데 필수적인 더 많은 SSC로 나눌 수 있다.대신에, 그들은 계속해서 정자세포, 정자, 그리고 마지막으로 정자로 분화한다.

하나의 SSC는 다중 정자의 전구체이므로 정자 형성을 하는 세포보다 고환에서 SSC의 수가 훨씬 적다.

명명법

인간에게는

분화되지 않은 정조세포는 A 다크d(A)와 창백(Ap) 두 그룹으로 나눌 수 있습니다.

정조세포는d 예비줄기세포이다.이러한 셀은 더 많은 SSC를 생성하기 위해 분할할 수 있지만 보통은 그렇지 않습니다.정자세포는p 줄기세포 풀을 유지하기 위해 활발하게 분열하고 있다.B1-B4 정조세포는 분화 정조세포를 포함하며 더 이상 줄기세포로 간주되지 않는다.

SSC에 대한 대부분의 연구는 설치류에서 수행되었다.정조세포의 아종은 생쥐와 [2]사람 사이에 다르다.

마우스

단일(As) 정조세포는 분열할 때 2개의 개별 딸 SSC를 생성하거나 딸세포가 결합하여 A쌍(Apr) 정조세포를 형성할 수 있습니다.

A와pr A의 정자는 모두s 분화되지 않는다.이러한 셀의 체인은 A Aligned(Aal)라고 불립니다.정조세포는al 분화되기 때문에 더 이상 줄기세포로 분류되지 않는다.그들은 6번 분열하여 B형 정조세포를 형성한다.

SSC 틈새

SSC의 조절을 지원하는 가장 중요한 체세포는 세르톨리 세포이다.간질 조직 내의 다양한 다른 체세포는 레이디그 세포와 관주위 근막 세포와 같은 세르톨리 세포를 지지하기 때문에 SSC와 그 [3]틈새의 위치에 간접적으로 영향을 미친다.

포유류의 정조세포 줄기세포는 정관 기저막과 세르톨리 세포 사이에서 발견된다.감수 분열의 감수 분열 초기 단계까지 여기 남아있어요여기서 정자세포는 서톨리 세포 장벽을 통해 기저막을 통과한다.

SSC는 자기계발을 장려하는 틈새에 머무릅니다.그들이 기저막을 통과할 때 세포 신호로 분화한다.

SSC 자가갱신의 파라크린 조절

정조세포(SSC)의 자가 재생은 국소 신호에 의해 조절된다.[4]SSC 인구의 약 50%는 줄기세포 수를 유지하기 위해 자가 재생을 거치고, 나머지 50%는 정자 [5]형성 중에 정자로 분화하는 헌신적인 전구 세포가 된다.고환에 존재하는 세포는 SSC 자가 재생 조절에 중요한 역할을 하는 분자를 발현합니다.생쥐에서 세르톨리 세포는 줄기세포 자가 재생에 자극 효과가 있는 GDNF(Glial cell line-drained neurotive factor)를 분비하는 것으로 나타났다.이 인자는 인간의 [1]고환에서 관주위 세포에서 발현되는 것으로 생각된다.섬유아세포증식인자(FGF2)는 줄기세포 재생 조절에 중요한 또 다른 분자로 세르톨리 세포, 레이디그 세포 및 생식 세포에서 발현된다.FGF2 시그널링은 GDNF와 상호작용하여 확산률을 [1]높입니다.수용체 C-X-C 수용체 타입 4(CXCR4)를 통한 케모카인(C-X-C 모티브) 리간드 12(CXCL12) 시그널링도 SSC 운명 결정 조절에 관여한다.CXCL12는 성체 쥐 고환의 정관 기저막 내 세르톨리 세포에서 발견되며, 그 수용체는 미분화 정관 [6]세포에서 발현된다.

GDNF 및 FGF2는 모두 포스포이노시티드 3-키나아제(PI3K)-Akt 경로 및 SSC 증식과 [7]생존을 강화하는 마이트젠 활성 단백질 키나제/ERK1 키나제1(MEK) 경로를 활성화하기 위해 필요하다.CXCL12, FGF2 및 GDNF는 모두 네트워크를 통해 통신하여 SSC [6]기능을 중개합니다.

차별화

정자줄기세포는 일련의 분화 [1]단계를 통해 생성되는 정자의 전구체이다.이것은 자가 갱신의 대체 SSC 결과이다.SSC는 틈새라고 불리는 미세 환경 내에서 생존하며 줄기세포 분화 또는 자가 [8]재생을 촉진하는 외부 자극을 제공합니다.SSC 틈새는 포유동물 고환의 정생 상피에서 발견되며, 주로 세르톨리와 자궁 주위 근막 [6]세포로 구성되어 있다.

두 가지 주요 분화 단계가 있는데, 첫 번째 단계는 A(단일) 정조세포가s 분화하도록 미리 정해진 딸 자손pr A(쌍) 정조세포로 변환되는 것을 포함한다.이것들은 더 분열하여 A(A-정렬al)[1] 정자를 만들 수 있다.

두 번째 단계는 A1 정조세포와pral A 또는 A 정조세포를 구별하는 것이다.이러한 A1 정자는 감수분열 [1]I에 들어갈 수 있는 A2, A3, A4, 중간 및 B형 정자를 생성하기 위해 추가로 5분열을 거친다.

SSC 분화에 따른 성숙한 정자 생성에는 약 64일이 걸리며 하루에 [6]1억 개의 정자가 생성될 수 있다.

SSC의 분화와 그에 따른 정자 생산을 촉진하는 주요 알려진 물질 중 하나는 레티노산(RA)[3]이다.간접적(Sertoli 세포를 통한) 또는 직접 [1]경로의 가설을 뒷받침하는 이론들이 있다.

Sertoli 세포는 순환하는 레티놀을 망막으로 변환하고 최종적으로 [3]RA로 변환하여 RA를 생성하는 것으로 생각된다.RA에 대한 노출은 세포 분화를 A1 정조세포로 유도하고 추가적인 [1]감수분화에 관여한다.분화의 결과 SSC 상태를 유지하기 위해 필요한 유전자는 더 이상 [3]발현되지 않는다.

남성의 생식기능은 나이가 들수록 감소하는데, 이는 정자의 질과 [9]번식력 저하로 나타난다.쥐가 나이가 들면서 분화되지 않은 정조세포는 유전자 [10]발현에 많은 변화를 겪는다.이러한 변화는 DNA 손상 반응에 관여하는 몇몇 유전자의 상향 조절을 포함한다.이 발견은 노화 동안 DNA [10]손상의 증가가 이러한 손상을 복구하는 것을 돕기 위해 DNA 손상 반응 단백질의 상향 조절로 이어진다는 것을 암시한다.따라서 생식 노화는 분화되지 않은 정조세포에서 [10]비롯되는 것으로 보인다.

고립과 문화

SSC는 생식선 독성 [11]치료 이전에 불임(체외 정자 형성)을 치료하고 생식력을 보존하는 데 임상적으로 점점 더 관련이 있을 수 있다.이 목적을 위해 SSC는 확장 및 정화 등의 목적으로 고환 생체검사에서 확실하게 격리되어야 한다.현재 프로토콜에는 CD45와 [12]같은 음의 마커와 조합하여 CD90 및 FGFR3와 같은 양의 SSC 셀 마커에 기반한 자기 활성화 셀 정렬(MACS) 및 형광 활성화 셀 정렬(FACS)이 포함됩니다.후자는 암환자의 생체검사에서 악성세포를 제외하는 데 특히 중요하다.

SSC 집단은 일단 분리되면 증폭, 특성화, 라인 유지 및 잠재적으로 체외 정자 형성 또는 게놈 [14]편집을 목적으로 배양된다.SSC 배양에 대한 주요 과제는 다능성의 기초가 되고 미래의 자손에게 영향을 미칠 수 있는 배지 물질과 후생유전자 구성 간의 상호작용이다.이러한 세포의 단기 체외 증식은 성장 [15]인자에 의해 보충된 Stem-Pro 34 배지에서 수행되었다.인간 SSC의 장기 배양은 아직 확립되지 않았지만, 한 그룹은 성장 인자와 하이드로겔이 [16]공급된 피더 세포 없는 배지에서 성공적으로 증식했다고 보고했습니다.

이식

최초의 SSC 이식은 1994년 생쥐에서 설명되었으며, 이 시술은 불임 [17]생쥐에서 정자 형성을 완전히 회복시켰다.그리고 나서 이 쥐들은 생존 가능한 자손을 낳을 수 있었고, 이것은 인간에게 미래의 잠재적 치료법에 대한 새로운 흥미로운 문을 열었다.

암 치료는 암세포에 특유하지 않고 종종 생식선 독성(난소와 고환에 독성)이기 때문에, 특히 사춘기 이전의 소년들에게서 아직 그들의 불임을 보존할 수 있는 확립된 방법이 없기 때문에 아이들은 치료의 결과로 불임에 직면한다.암 치료 후 불임은 치료 종류와 용량에 따라 다르지만 환자의 [18]17%에서 82%까지 다양할 수 있다.정조세포치료(SSCT)는 만년에 아이를 갖기를 원하는 암 생존자들의 생식력을 회복하는 잠재적 방법으로 제안되어 왔다.이 방법은 인간 이외의 영장류를 포함한 수많은 동물 모델에서 테스트되었다. 헤르만 [19]등은 SSC를 부술판(화학요법에 사용되는 알킬화제)으로 치료하기 전에 프리푸베르탈 및 성체 붉은털 마카크에서 꺼내 분리했다.그런 다음 SSC를 치료 후 10-12주 후에 채취한 동일한 동물의 고환에 다시 주입했고, 거의 모든 수용자에서 정자 형성이 관찰되었다(16/17).그러나 이러한 SSC는 검출하기 어려웠기 때문에 수정에 대한 후손 정자의 능력에 대한 추가 분석을 결정할 수 없었다.SSC 이식 후 기증자 정자에 의해 수정된 배아의 생존성을 평가하여 이 기술의 유용성을 진정으로 결정할 필요가 있다.

최근에는 이종이식을 통한 멸종위기종 보존의 잠재적 방법으로 SSC 이식도 제안되고 있다.Roe 등은 그러한 종의 생식 수명은 그들의 생식 세포를 국내 숙주로 이식함으로써 연장될 수 있다고 제안했다.그들의 연구에서, 그들은 외래 종들의 모델로 메추리를 사용했고 숙주 배아의 생식선 능선을 성공적으로 군집화한 닭 배아에 SSC를 이식했다.이것은 기증자가 죽은 후에도 나중에 숙주로부터 성숙한 정자를 분리할 수 있게 해주며, 이것은 미래의 수정과 잠재적으로 더 성공적인 [21]보존에 사용될 수 있다.

레퍼런스

  1. ^ a b c d e f g h Phillips, Bart T.; Gassei, Kathrin; Orwig, Kyle E. (2010-05-27). "Spermatogonial stem cell regulation and spermatogenesis". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 365 (1546): 1663–1678. doi:10.1098/rstb.2010.0026. ISSN 1471-2970. PMC 2871929. PMID 20403877.
  2. ^ Guo, Ying; Hai, Yanan; Gong, Yuehua; Li, Zheng; He, Zuping (2013-12-17). "Characterization, Isolation, and Culture of Mouse and Human Spermatogonial Stem Cells". Journal of Cellular Physiology. 229 (4): 407–413. doi:10.1002/jcp.24471. ISSN 0021-9541. PMID 24114612. S2CID 206052900.
  3. ^ a b c d de Rooij, Dirk G. (2009-08-01). "The spermatogonial stem cell niche". Microscopy Research and Technique. 72 (8): 580–585. doi:10.1002/jemt.20699. ISSN 1097-0029. PMID 19263493.
  4. ^ Kubota, Hiroshi; Avarbock, Mary R.; Brinster, Ralph L. (2004-11-23). "Growth factors essential for self-renewal and expansion of mouse spermatogonial stem cells". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101 (47): 16489–16494. doi:10.1073/pnas.0407063101. ISSN 0027-8424. PMC 534530. PMID 15520394.
  5. ^ de Rooij, Dirk G; Grootegoed, J Anton (1998-12-01). "Spermatogonial stem cells". Current Opinion in Cell Biology. 10 (6): 694–701. doi:10.1016/S0955-0674(98)80109-9. PMID 9914171.
  6. ^ a b c d Boitani, Carla; Di Persio, Sara; Esposito, Valentina; Vicini, Elena (2016-03-05). "Spermatogonial cells: mouse, monkey and man comparison". Seminars in Cell & Developmental Biology. 59: 79–88. doi:10.1016/j.semcdb.2016.03.002. ISSN 1096-3634. PMID 26957475.
  7. ^ Kanatsu-Shinohara, Mito; Shinohara, Takashi (2013-01-01). "Spermatogonial Stem Cell Self-Renewal and Development". Annual Review of Cell and Developmental Biology. 29 (1): 163–187. doi:10.1146/annurev-cellbio-101512-122353. PMID 24099084.
  8. ^ Oatley, Jon M.; Brinster, Ralph L. (2008-01-01). "Regulation of spermatogonial stem cell self-renewal in mammals". Annual Review of Cell and Developmental Biology. 24: 263–286. doi:10.1146/annurev.cellbio.24.110707.175355. ISSN 1081-0706. PMC 4066667. PMID 18588486.
  9. ^ Paul C, Robaire B (2013). "Ageing of the male germ line". Nat Rev Urol. 10 (4): 227–34. doi:10.1038/nrurol.2013.18. PMID 23443014. S2CID 43272998.
  10. ^ a b c Paul C, Nagano M, Robaire B (2013). "Aging results in molecular changes in an enriched population of undifferentiated rat spermatogonia". Biol. Reprod. 89 (6): 147. doi:10.1095/biolreprod.113.112995. PMID 24227752.
  11. ^ Galuppo, Andrea Giannotti (2016-12-01). "Spermatogonial stem cells as a therapeutic alternative for fertility preservation of prepubertal boys". Einstein (São Paulo, Brazil). 13 (4): 637–639. doi:10.1590/S1679-45082015RB3456. ISSN 2317-6385. PMC 4878644. PMID 26761559.
  12. ^ a b Smith, James F.; Yango, Pamela; Altman, Eran; Choudhry, Shweta; Poelzl, Andrea; Zamah, Alberuni M.; Rosen, Mitchell; Klatsky, Peter C.; Tran, Nam D. (2014-09-01). "Testicular niche required for human spermatogonial stem cell expansion". Stem Cells Translational Medicine. 3 (9): 1043–1054. doi:10.5966/sctm.2014-0045. ISSN 2157-6564. PMC 4149303. PMID 25038247.
  13. ^ von Kopylow, K.; Schulze, W.; Salzbrunn, A.; Spiess, A.-N. (2016-04-01). "Isolation and gene expression analysis of single potential human spermatogonial stem cells". Molecular Human Reproduction. 22 (4): 229–239. doi:10.1093/molehr/gaw006. ISSN 1460-2407. PMID 26792870.
  14. ^ Mulder, Callista L.; Zheng, Yi; Jan, Sabrina Z.; Struijk, Robert B.; Repping, Sjoerd; Hamer, Geert; van Pelt, Ans M. M. (2016-09-01). "Spermatogonial stem cell autotransplantation and germline genomic editing: a future cure for spermatogenic failure and prevention of transmission of genomic diseases". Human Reproduction Update. 22 (5): 561–573. doi:10.1093/humupd/dmw017. ISSN 1460-2369. PMC 5001497. PMID 27240817.
  15. ^ Akhondi, Mohammad Mehdi; Mohazzab, Arash; Jeddi-Tehrani, Mahmood; Sadeghi, Mohammad Reza; Eidi, Akram; Khodadadi, Abbas; Piravar, Zeinab (2013-07-01). "Propagation of human germ stem cells in long-term culture". Iranian Journal of Reproductive Medicine. 11 (7): 551–558. ISSN 1680-6433. PMC 3941344. PMID 24639790.
  16. ^ Guo, Ying; Liu, Linhong; Sun, Min; Hai, Yanan; Li, Zheng; He, Zuping (2015-08-01). "Expansion and long-term culture of human spermatogonial stem cells via the activation of SMAD3 and AKT pathways". Experimental Biology and Medicine (Maywood, N.J.). 240 (8): 1112–1122. doi:10.1177/1535370215590822. ISSN 1535-3699. PMC 4935290. PMID 26088866.
  17. ^ Brinster, R. L.; Avarbock, M. R. (1994-11-22). "Germline transmission of donor haplotype following spermatogonial transplantation". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 91 (24): 11303–11307. doi:10.1073/pnas.91.24.11303. ISSN 0027-8424. PMC 45219. PMID 7972054.
  18. ^ Struijk, Robert B.; Mulder, Callista L.; van der Veen, Fulco; van Pelt, Ans M. M.; Repping, Sjoerd (2013-01-01). "Restoring Fertility in Sterile Childhood Cancer Survivors by Autotransplanting Spermatogonial Stem Cells: Are We There Yet?". BioMed Research International. 2013: 903142. doi:10.1155/2013/903142. ISSN 2314-6133. PMC 3581117. PMID 23509797.
  19. ^ Hermann, Brian P.; Sukhwani, Meena; Winkler, Felicity; Pascarella, Julia N.; Peters, Karen A.; Sheng, Yi; Valli, Hanna; Rodriguez, Mario; Ezzelarab, Mohamed (2012-11-02). "Spermatogonial stem cell transplantation into Rhesus testes regenerates spermatogenesis producing functional sperm". Cell Stem Cell. 11 (5): 715–726. doi:10.1016/j.stem.2012.07.017. ISSN 1934-5909. PMC 3580057. PMID 23122294.
  20. ^ Roe, Mandi; McDonald, Nastassja; Durrant, Barbara; Jensen, Thomas (2013-05-01). "Xenogeneic transfer of adult quail (Coturnix coturnix) spermatogonial stem cells to embryonic chicken (Gallus gallus) hosts: a model for avian conservation". Biology of Reproduction. 88 (5): 129. doi:10.1095/biolreprod.112.105189. ISSN 1529-7268. PMC 4013913. PMID 23575150.
  21. ^ Mahla RS (2016). "Stem cells application in regenerative medicine and disease threpeutics". International Journal of Cell Biology. 2016 (7): 1–24. doi:10.1155/2016/6940283. PMC 4969512. PMID 27516776.{{cite journal}}: CS1 maint: 작성자 파라미터 사용(링크)