Ziarnistość korowa
Ziarnistości korowe są regulatorowymi organellami wydzielniczymi (o średnicy od 0,2 µm do 0,6 µm) znajdującymi się w oocytach i są najbardziej związane z zapobieganiem polispermii po zapłodnieniu. Ziarnistości korowe występują u wszystkich ssaków , wielu kręgowców i niektórych bezkręgowców . W oocycie ziarnistości korowe znajdują się wzdłuż kory, regionu najbardziej oddalonego od centrum komórki. Po zapłodnieniu szlak sygnałowy indukuje fuzję ziarnistości korowych z błoną komórkową oocytu i uwalnianie ich zawartości do macierzy pozakomórkowej oocytu. Ta egzocytoza ziarnistości korowych jest znana jako reakcja korowa . U ssaków macierz zewnątrzkomórkowa oocytu obejmuje otaczającą warstwę przestrzeni okołowitellinowej , strefę przejrzystą i wreszcie komórki wzgórka . Dowody eksperymentalne wykazały, że uwolniona zawartość ziarnistości korowych modyfikuje macierz zewnątrzkomórkową oocytu, w szczególności warstwę przejrzystą. Ta zmiana składników warstwy przejrzystej jest znana jako reakcja strefowa. Reakcja korowa nie występuje u wszystkich ssaków, co sugeruje prawdopodobieństwo innych celów funkcjonalnych granulek korowych. Poza modyfikacją macierzy zewnątrzkomórkowej oocytu i blokowaniem polispermii, egzocytoza ziarnistości korowych może również przyczynić się do ochrony i wsparcia rozwijającego się zarodka podczas preimplantacji. Gdy granulki korowe zakończą swoje funkcje, oocyt nie uzupełnia ich.
Tworzenie
Tworzenie się ziarnistości korowych zachodzi we wczesnych stadiach wzrostu oocytów. Dokładniej, u człowieka, małpy, chomika i królika ziarnistości korowe powstają, gdy pęcherzyk jajnikowy jest wielowarstwowy. U szczurów i myszy ziarnistości korowe obserwowano wcześniej w rozwoju pęcherzyka jajnikowego, gdy pęcherzyk jajnikowy jest tylko jednowarstwowy. We wczesnych stadiach wzrostu oocytu zespół Golgiego powiększa się, proliferuje i wytwarza małe pęcherzyki, które migrują do obszaru podkorowego komórki. Te małe pęcherzyki łączą się ze sobą, tworząc dojrzałe granulki korowe, które w ten sposób stają się oddzielnymi jednostkami od aparatu Golgiego. U niektórych organizmów, na przykład u chomików, pęcherzyk wydzielany z aparatu Golgiego może łączyć się z pęcherzykiem wydzielanym z szorstkiej siateczki śródplazmatycznej , ostatecznie tworząc ziarnistości korowe. U ssaków oocyt stale wytwarza i przemieszcza ziarnistości korowe do kory, aż do owulacji . Wykazano zarówno w modelach zwierzęcych ssaków, jak i innych niż ssaki, że migracja ziarnistości korowych zależy od procesów cytoszkieletu , w szczególności od aktywności mikrowłókien . W przypadku ssaków migracja ziarnistości korowych jest uważana za wskaźnik dojrzałości oocytów i organizacji organelli.
Dystrybucja
W wyniku translokacji ziarnistości korowe są równomiernie rozmieszczone w korze oocytu. Jednak u gryzoni zaobserwowano, że niektóre ziarnistości korowe są przegrupowane, pozostawiając przestrzeń pośród pozostałych ziarnistości korowych. i była obserwowana zarówno w regionach wrzeciona mejotycznego komórki podczas metafazy I , jak i metafazy II mejozy . CGFD nie obserwowano w kocich, końskich, bydlęcych, świńskich ani ludzkich oocytach. Badania z oocytami gryzoni sugerują, że pewne granulki korowe przechodzą redystrybucję i/lub egzocytozę w całym cyklu mejotycznym, ustanawiając w ten sposób CGFD. Dokładniej, dowody obejmują zwiększone ilości ziarnistości korowych otaczających CGFD i zmniejszoną ogólną ilość ziarnistości korowych komórki podczas cyklu mejotycznego. Ponadto niektóre zdarzenia egzocytotyczne ziarnistości korowych przed zapłodnieniem występują w bruździe rozszczepienia komórki jednocześnie z ciała polarnego .
Istnieje szereg hipotez dotyczących biologicznej funkcji CGFD i egzocytozy ziarnistości korowych przed zapłodnieniem. Na przykład tworzenie CGFD może być mechanizmem oocytu służącym do zatrzymywania większej liczby granulek korowych do wykorzystania w przyszłości, zamiast utraty ich na rzecz ciał polarnych, gdy ciała polarne wydostają się z komórki. Ponieważ niektóre uwolnione granulki korowe pochodzą z regionu w pobliżu wrzecion mejotycznych, badacze postawili również hipotezę, że uwolnione granulki korowe mogą modyfikować macierz zewnątrzkomórkową oocytu, tak że plemniki nie mogą wiązać się w tym regionie. Gdyby plemniki związały się w tym regionie, ojcowskie DNA, które uległo dekondensacji, mogłoby prawdopodobnie zakłócić integralność matczynego DNA ze względu na jego bliskość. To blokowanie plemników w określonym miejscu nazywa się blokowaniem lokalnym. Biorąc pod uwagę, że oocyty gryzoni mają około 75% mniejszą powierzchnię niż oocyty większych gatunków ssaków, bardziej prawdopodobne jest wiązanie się plemników w tym regionie, co może wymagać miejscowego blokowania. Naukowcy wysuwają również hipotezę, że oocyt uwalnia pewne granulki korowe przed zapłodnieniem, aby dokonać drobnych modyfikacji macierzy pozakomórkowej oocytu, tak aby wiązanie było ograniczone tylko do plemników zdolnych do wiązania pomimo tych drobnych modyfikacji.
Rozporządzenie
Po zapłodnieniu, a przed uwolnieniem wapnia, inicjowana jest kaskada sygnalizacyjna fosforanu inozytolu (PIP2). W trakcie tego procesu stężenie wtórnych cząsteczek przekaźnikowych, takich jak 1,4,5-trifosforan inozytolu (IP3) i diacyloglicerol (DAG), wzrasta. Wykazano, że 1,4,5-trifosforan inozytolu oddziałuje z retikulum endoplazmatycznym , powodując uwolnienie zapasów wapnia w retikulum endoplazmatycznym. Co więcej, podkreślając związek między retikulum endoplazmatycznym a ziarnistościami korowymi, podczas dojrzewania oocytów zaobserwowano, że retikulum endoplazmatyczne albo rośnie, albo migruje bliżej obszaru ziarnistości korowych. Oprócz wapnia wydaje się, że diacyloglicerol inicjuje reakcję korową. Diacyglicerol aktywuje również kinazę białkową C (PKC), która również promuje reakcję korową. Wykazano, że po zapłodnieniu kinaza białkowa C sprzyja egzocytozie akrosomalnej plemników , procesowi homologicznemu do egzocytozy ziarnistości korowych oocytu. Podobnie jak Kinaza Białkowa C, kalmodulina jest aktywowana przez wapń, co dodatkowo wspomaga reakcję korową.
Ten wzrost wapnia występuje jako pojedyncza fala u szkarłupni i jako wielokrotne fale u ssaków. Wykazano, że egzocytoza ziarnistości korowych zachodzi bezpośrednio po fali wapniowej. Na przykład w zapłodnionej komórce jajowej jeżowca wykazano, że egzocytoza ziarnistości korowych następuje bezpośrednio po wzroście wapnia po około 6 sekundach. U ssaków pierwsza fala wapnia pojawia się w ciągu 1–4 minut po zapłodnieniu, a egzocytoza ziarnistości korowych występuje w ciągu 5–30 minut po zapłodnieniu. Ponadto, gdy eksperymentalnie stłumiono fale wapniowe, nie wystąpiła egzocytoza ziarnistości korowych i/lub zmiany w macierzy pozakomórkowej. Jak wykazano w przypadku niezapłodnionych oocytów kręgowców, egzocytoza ziarnistości korowych jest indukowana, gdy sztucznie zwiększa się poziom wapnia.
Uważa się również, że zwiększone stężenie wapnia aktywuje białka depolimeryzujące aktynę , takie jak gelsolina i scinderin. U ssaków te białka depolimeryzujące aktynę służą do rozkładania aktyny korowej, pozostawiając w ten sposób miejsce na translokację granulek korowych w kierunku błony plazmatycznej.
Komórka jajowa nabywa zdolność do pełnej egzocytozy ziarnistości korowych, zanim oocyt osiągnie późną dojrzałość. Dokładniej, na przykład u myszy zdolność do egzocytozy ziarnistości korowych pojawia się w pewnym czasie między metafazą I a metafazą II mejozy, czyli również 5 godzin przed wystąpieniem owulacji. Wykazano, że oocyt uzyskuje maksymalną biegłość w uwalnianiu wapnia na tym samym etapie komórkowym, między metafazą I a metafazą II, co dodatkowo podkreśla zależność od wapnia zdarzenia egzocytozy ziarnistości korowych.
Skład organelli
Chociaż cała kompozycja ziarnistości korowych nie została jeszcze zidentyfikowana, następujące cząsteczki zostały powiązane z zawartością ziarnistości korowych ssaków:
Składniki glikozylowane : Wykazano, że granulki korowe ssaków zawierają wysoki poziom węglowodanów. Ponadto wiele z tych węglowodanów jest składnikami glikozolowanych cząsteczek, takich jak mannozylowane białka, α-D-acetylogalaktozamina, N-acetyloglukozamina , N-acetylolaktozamina , kwas N-acetyloneuraminowy , DN-acetylogalaktozamina, N-acetylogalaktozamina i kwas N-glikoliloneuraminowy . Na przykład uważa się, że niektóre białka mannozylowane przyczyniają się do budowy otoczki ziarnistości korowej.
Proteinazy : Proteinazy obecne w ziarnistościach kory mózgowej ssaków służą przede wszystkim do modyfikacji warstwy przezroczystej podczas reakcji strefowej. Niektóre powiązane proteinazy ziarnistości korowych to trypsynopodobna proteinaza, proteinaza ZP2 i tkankowy aktywator plazminogenu (tPA). Zarówno proteinaza ZP2, jak i proteinaza trypsynopodobna przyczyniają się do zapobiegania polispermii. Jak sama nazwa wskazuje, proteinaza ZP2 proteolizuje ZP2 podczas reakcji strefowej. Aktywator plazminogenu typu tkankowego (tPA) jest proteinazą serynową, która przekształca plazminogen w jego aktywowaną postać, plazminę . Obecność plazminogenu typu tkankowego została zarejestrowana podczas reakcji korowej. Jednak pomimo tego związku z reakcją korową, nie znaleziono jeszcze dowodów potwierdzających, że aktywator plazminogenu typu tkankowego jest składnikiem ziarnistości korowej. Ponadto mRNA kodujący aktywator plazminogenu typu tkankowego nie podlega translacji, dopóki większość ziarnistości korowych nie uformuje się w oocycie.
Owoperoksydaza: Białko, owoperoksydaza, najprawdopodobniej działa jako katalizator, który sieciuje reszty tyrozyny znajdujące się w strefie przejrzystej . To usieciowanie przyczynia się do twardnienia warstwy przejrzystej.
Kalretikulina : Dowody wskazują na obecność białka, kalretikuliny, w ziarnistościach korowych. Naukowcy zasugerowali, że kalretikulina służy jako białko opiekuńcze dla innych składników ziarnistości korowych, przyczyniając się do zapobiegania polispermii. Dodatkowo, przyczyniając się do zapobiegania polispermii, kalretikulina może również hamować niektóre glikoproteiny, które sprzyjają interakcji między oocytem a plemnikiem. Z drugiej strony różne badania wykazały, że kalretikulina może być uwalniana z pęcherzyków innych niż ziarnistości korowe. Ponadto, po egzocytozie, ta kalretikulina oddziałuje z cytoszkieletem oocytu, umożliwiając w ten sposób przekazywanie przezbłonowej sygnalizacji dla kontynuacji cyklu komórkowego.
N-acetyloglukozaminidaza : eksperymentalnie znaleziona w ziarnistościach kory mózgowej myszy, N-acetyloglukozaminidaza jest glikozydazą , która hydrolizuje reszty N-acetyloglukozaminy znajdujące się na warstwie przezroczystej. N-acetyloglukozaminy w warstwie przezroczystej zwykle sprzyjają wiązaniu plemników. Dlatego N-acetyloglukozaminidaza przyczynia się do zapobiegania polispermii.
p32 : Nazwa p32 odnosi się do masy cząsteczkowej białka, 32 kDa. Po uwolnieniu z ziarnistości korowej p32 wydaje się albo działać krótko, albo ulegać modyfikacji wkrótce po zapłodnieniu, ponieważ w zarodku obecne są tylko niewielkie ilości p32. Badania sugerują również, że p32 nie przyczynia się do zapobiegania polispermii.
Deiminaza peptydyloargininowa (antygen PAD/ABL2/p75): Deiminaza peptydyloargininowa jest białkiem wydzielanym w ziarnistości korowej, które przyczynia się do regulacji rozwoju zarodka przed implantacją. Alternatywna nazwa deiminazy peptydyloargininowej, p75, odnosi się do jej masy cząsteczkowej, 75 kDa.