Gap Junction Membrane Channel Proteins and Connexins
Connexins are a family of least 15 proteins that form intercellular membrane channels of gap junctions and allow diffusional movement of ions, metabolites, and potential signaling molecules. Näillä rakenteellisilla molekyyleillä on tärkeä rooli munasolun ja granuloosasolujen välisessä kaksisuuntaisessa viestinnässä. Useiden konneksiinien on osoitettu olevan tärkeitä follikulogeneesin aikana. Connexin 37 -proteiini ilmentyy primaarisissa ja kasvavissa follikkelissa. Connexin 37:n (Gja4) knockout-yksilöissä oli 2 viikon iässä paljon kehittyviä preantraalisia follikkeleita, mutta suuria graafisia follikkeleita ei havaittu (233). Histologisesti näyttää siis siltä, että Cx37:n puute estää preantraalisen ja antraalisen follikkelin kehityksen. Elektronimikroskooppitutkimukset osoittivat, että vaikka Cx37:n tyrmäämät sisälsivät adherens-liitoksia, niiltä puuttuivat villityypin munasarjoissa esiintyvät gap-liitokset. Vaikka Graafian follikkelit puuttuivat, nollamunasarjojen munasarjoissa oli pienempiä corpora luteaa muistuttavia rakenteita, joita oli 5-10 kertaa enemmän. Nollaeläimissä havaittu ennenaikainen luteinisaatio viittaa siihen, että rakkulayhteys voi olla tärkeä keltarauhasen muodostumista säätelevä mekanismi. Konneksiini 37:n tyrmäyksellä oli pienempi keskimääräinen munasolujen koko. Cx37+/- -hiirten munasoluista 52,8 % jatkoi meioosia, joista 26,8 % eteni meioosi I:n metafaasiin ja 26 % meioosi II:n metafaasiin, kun taas Cx37-/- -hiirten munasoluista vain 2,2 % jatkoi meioosia viljelmässä, ja valtaosa (86,3 %) oli itiövaiheessa. Kaikki nämä havainnot osoittavat selvästi, että konneksiini 37 on välttämätön preantraalisesta follikkelista antraaliseen follikkeliin siirtymävaiheessa, ja se osallistuu todennäköisesti tähän siirtymään tarvittavien aineenvaihduntatuotteiden kuljettamiseen.
Konneksiini 43 (Gja1) -proteiini on munasarjojen runsain konneksiini, ja se ilmentyy jo E14,5-vuotiaana. Connexin 43 -aukkoliitokset yhdistävät munasolua ympäröiviä granuloosasoluja sekä munasoluja ja granuloosasoluja toisiinsa. Connexin 43:n (Gja1) knockout-yksilöt kuolevat syntyessään sydän- ja verisuonitautien vuoksi (234). Nolla-hiirten munasarjat, jotka on otettu talteen syntymän yhteydessä, ovat epätavallisen pieniä, mikä johtuu ilmeisesti sukusolujen puutteesta (235). Sukusolujen puutos jäljitettiin aina tiineyspäivään 11,5 asti, mikä viittaa siihen, että se syntyy sukusolujen kehityksen alkuvaiheessa. Gja1-/-hiirten postnataalisen follikulogeneesin tutkimiseksi sikiö- ja vastasyntyneiden munasarjat on siirretty ovariektomoidun ja immuunipuutteisen prkdcscid/Prkdcscid-hiiren oikeaan munuaiskapseliin (236). Siirteet poistettiin 1-3 viikon kuluttua ja munasarjojen histologia tutkittiin. Kun munuaissiirrännäisten kehitys oli kestänyt 3 viikkoa, villityypin munasarjoissa voitiin nähdä erilaisia follikkelivaiheita primordiaalisesta primaariseen, sekundaariseen ja tertiääriseen vaiheeseen. Sitä vastoin Gja1-nolla-munasarjat eivät edenneet primaarista follikkelia pidemmälle. Siirteiden tutkiminen 1, 2 ja 3 viikon kuluttua osoitti, että mutanttien granuloosasolut eivät kyenneet lisääntymään. Myös munasolujen kasvu oli mutanteilla hitaampaa kuin villityypin eläimillä. Gja1-mutanteista otettuja munasoluja ei voitu hedelmöittää. Elektronimikroskooppi osoitti myös, että nämä munasolut ovat epänormaaleja verrattuna villityyppiin.
Connexin 43:aa näyttävät säätelevän gonadotropiinit, FSH ja LH. Koska Cx43:a on runsaammin suurissa antraalifollikleissa verrattuna pieniin antraali- ja preantraalifollikleihin, jotkut ovat olettaneet, että FSH indusoi Cx43:n synteesiä. Sitä vastoin LH:n preovulatorista nousua seuraa Cx43:aa koodaavan mRNA:n tason lasku (237,238). Lisää vahvistusta saatiin kokeista, joissa käytettiin gonadotropiinien eksogeenista antoa. FSH:n injektio hypofysectomoituneille rotille edisti munasarjojen rakoliitoskalvojen lisääntymistä, kun taas hCG, joka indusoi ovulaation, johti granuloosasolujen rakoliitosten määrän merkittävään vähenemiseen (239,240). FSH:n ja LH:n antaminen in vitro granulosa-solulinjoille vahvisti in vivo -havainnot (241,242). On esitetty, että gonadotropiinien vaikutukset Cx43:een välittyvät steroidihormonien kautta (243). Myös muut signaalireitit voivat säädellä Cx43:aa, mukaan lukien BMP/Smad- ja MAPK-Ras-reitit, joiden on äskettäin osoitettu säätelevän Cx43:n promoottoria in vitro (244,245).
Nämä tulokset viittaavat siihen, että Cx43-kanavien välittämällä gap junctional -kytkennällä on välttämätön rooli sekä sukusolulinjan kehityksessä että postnataalisessa follikulogeneesissä. Cx37:n ja Cx43:n tyrmäysten aiheuttamat hyvin erilaiset munasarjojen fenotyypit viittaavat siihen, että munasolun ja sen cumulus granulosa -solujen välisellä gap-junctional-kytkennällä on erilainen tehtävä kuin granulosa-solujen itsensä välisellä kytkennällä, johon mahdollisesti liittyy eri molekyylejä. Connexin 32, joka myös ilmentyy munasarjassa, ei tyrmättynä näytä vaikuttavan hedelmällisyyteen (246), mikä viittaa siihen, että nämä ovat redundantteja rakoliitoskomponentteja, joita ei ole vielä tunnistettu.
Lisäiset soluyhteydet voivat olla tärkeitä antrumin muodostumiselle ja granuloosasolun ja munasolun vuorovaikutukselle. Osan granuloosasolujen ja munasolujen välisestä solujen välisestä kommunikaatiosta uskotaan välittyvän munasolun ja granuloosasolujen välisten transsonaalisten projektioiden (TZP) välityksellä (41). Erityisesti mikrotubuli-TZP:t (MT-TZP) näyttävät osallistuvan tähän viestintään (41). MT-TZP-yhteyksien munasolun ja granuloosasolujen välillä on oletettu olevan FSH:n valvonnassa (247). Villityypin ja Fsh-/-:n FSH-priming johtaa muutoksiin MT-TZP:ssä siten, että TZP:t vetäytyvät pois munasolusta (247). Tämä johtaa muutoksiin munasolun kehityksessä mitattuna kromatiinin uudelleenmuotoilulla ja meioottisen kompetenssin saavuttamisella (247). Näiden kokeiden perusteella voidaan olettaa, että ilman FSH:n käynnistystä granuloosasoluilla on vakaa vuorovaikutus munasolun kanssa, mikä mahdollistaa tekijöiden parakriinisen vaihdon. Kun MT-TZP:t ovat vetäytyneet, munasolun kehitys kiihtyy. Vielä ei ole selvitetty, muokkaavatko myös munasarjakohtaiset tekijät, kuten GDF9 ja BMP15, tai muut tuntemattomat munasarjatekijät TZP:ien muodostumista ja/tai suhdetta.
Muutetaanko TZP:ien muodostumista ja/tai suhdetta?