Gap Junction Membrane Channel Proteins and Connexins
Connexins are a family of at least 15 proteins that form intercellular membrane channels of gap junctions and allow diffusional movement of ions, metabolites, and potential signaling molecules. Te strukturalne cząsteczki odgrywają ważną rolę w dwukierunkowej komunikacji pomiędzy oocytem a komórkami ziarnistymi. Wykazano, że kilka koneksyn odgrywa istotn± rolę podczas folikulogenezy. Białko koneksyny 37 ulega ekspresji w pęcherzykach pierwotnych i rosnących. Nokauty koneksyny 37 (Gja4) zawierały w wieku 2 tygodni wiele rozwijających się pęcherzyków preantralnych, ale nie obserwowano dużych pęcherzyków Graafiego (233). Dlatego histologicznie wydaje się, że brak Cx37 blokuje rozwój pęcherzyków od preantralnych do antralnych. Badania mikroskopii elektronowej wykazały, że podczas gdy knockouty Cx37 zawierały połączenia adherens junctions, to brakowało im połączeń gap junctions obecnych w jajnikach typu dzikiego. Pomimo braku pęcherzyków Graafiego, w jajnikach nulla występowały mniejsze struktury przypominaj±ce corpora lutea, które były 5-10 razy liczniejsze. Przedwczesna luteinizacja obserwowana u zwierząt null sugeruje, że komunikacja między połączeniami może być głównym mechanizmem regulującym tworzenie ciałka żółtego. Nokaut connexin 37 charakteryzował się mniejszym średnim rozmiarem oocytów. Podczas gdy 52,8% oocytów pochodzących od myszy Cx37+/- wznowiło mejozę, z czego 26,8% przeszło do metafazy mejozy I, a 26% do metafazy mejozy II, tylko 2,2% oocytów Cx37-/- wznowiło mejozę w hodowli, przy czym zdecydowana większość (86,3%) na etapie pęcherzyka zarodkowego. Wszystkie te obserwacje jasno wskazuj±, że connexin 37 jest niezbędna w okresie przej¶cia od pęcherzyka przedantralnego do antralnego, najprawdopodobniej bior±c udział w transporcie metabolitów niezbędnych do tego przej¶cia.
Białko connexin 43 (Gja1) jest najliczniej występuj±c± connexin± w jajniku i ulega ekspresji już w E14.5. Połączenia szczelinowe koneksyny 43 łączą komórki ziarniste, które otaczają oocyt, jak również oocyty i komórki ziarniste. Nokauty koneksyny 43 (Gja1) umierają po urodzeniu z powodu niewydolności układu krążenia (234). Jajniki u myszy null, pobrane w czasie porodu są niezwykle małe, najwyraźniej z powodu niedoboru komórek rozrodczych (235). Niedobór komórek płciowych został prześledzony aż do 11,5 dnia ciąży, co sugeruje, że powstaje podczas wczesnych etapów rozwoju linii zarodkowej. W celu zbadania postnatalnej folikulogenezy u myszy Gja1-/-, płodowe i noworodkowe jajniki zostały przeszczepione do prawej torebki nerki myszy prkdcscid/Prkdcscid, poddanej owariektomii i immunokompromitacji (236). Przeszczepy usuwano po 1-3 tygodniach i badano histologię jajników. Po 3 tygodniach rozwoju w przeszczepach nerkowych, w jajnikach typu dzikiego można było zaobserwować cały szereg stadiów pęcherzyków jajnikowych, od primordialnego poprzez pierwotne, wtórne i trzeciorzędowe. W przeciwieństwie do tego, jajniki Gja1 null nie wykraczały poza pęcherzyki pierwotne. Badanie przeszczepów po 1, 2 i 3 tygodniach wykazało, że zmutowane komórki ziarniste nie były zdolne do proliferacji. Wzrost oocytów był również wolniejszy u mutantów w porównaniu do zwierząt typu dzikiego. Oocyty uzyskane z mutantów Gja1 nie mogły zostać zapłodnione. Mikroskopia elektronowa wykazała również, że te oocyty są nieprawidłowe w porównaniu do dzikiego typu.
Connexin 43 wydaje się być regulowane przez gonadotropiny, FSH i LH. Ponieważ Cx43 jest bardziej obfita w dużych pęcherzykach antralnych w porównaniu do małych pęcherzyków antralnych i preantralnych, niektórzy wysunęli hipotezę, że FSH indukuje syntezę Cx43. W przeciwieństwie do tego, po przedowulacyjnym przypływie LH następuje spadek poziomu mRNA kodującego Cx43 (237,238). Dalsze potwierdzenie przyniosły eksperymenty wykorzystujące egzogenne podawanie gonadotropin. Wstrzyknięcie FSH szczurom hipofysektomizowanym promowało wzrost błony szczelinowej jajnika, podczas gdy hCG, indukuj±ca owulację, prowadziła do znacz±cego zmniejszenia ilo¶ci szczelin w komórkach ziarnistych (239,240). Podawanie in vitro FSH i LH do linii komórek ziarnistych potwierdziło obserwacje in vivo (241,242). Sugeruje się, że wpływ gonadotropin na Cx43 odbywa się za pośrednictwem hormonów steroidowych (243). Inne szlaki sygnalizacyjne mog± również regulować Cx43, wł±czaj±c w to szlaki BMP/Smad i MAPK-Ras, które, jak ostatnio wykazano, reguluj± promotor Cx43 in vitro (244,245).
Wyniki te sugeruj±, że sprzężenie szczelinowe mediowane przez kanały Cx43 odgrywa niezbędn± rolę zarówno w rozwoju linii zarodkowej, jak i w postnatalnej folikulogenezie. Bardzo różne fenotypy jajników wynikające z nokautów Cx37 i Cx43 wskazuj±, że sprzężenie szczelinowe między oocytem a jego komórkami ziarnistymi cumulusu pełni odrębną rolę niż sprzężenie między samymi komórkami ziarnistymi, być może z udziałem różnych cząsteczek. Koneksyna 32, również ulegaj±ca ekspresji w jajniku, po znokautowaniu nie wydaje się wpływać na płodno¶ć (246), sugeruj±c, że s± to nadmiarowe komponenty poł±czeń szczelinowych, które nie zostały jeszcze zidentyfikowane.
Dodatkowe poł±czenia komórkowe mog± być ważne dla tworzenia antrum i interakcji komórka ziarnista-oocyt. Uważa się, że niektóre z połączeń międzykomórkowych pomiędzy komórkami ziarnistymi a oocytami są pośredniczone przez projekcje transsonalne (TZPs) pomiędzy oocytem a komórkami ziarnistymi (41). Szczególnie mikrotubule-TZP (MT-TZP) wydają się być zaangażowane w tę komunikację (41). Hipoteza głosi, że połączenia MT-TZP pomiędzy oocytem a komórkami ziarnistymi są pod kontrolą FSH (247). FSH priming typu dzikiego i Fsh-/- skutkuje zmianami w MT-TZP takimi, że TZP są wycofane z oocytu (247). Powoduje to zmiany w rozwoju oocytu mierzone przez przebudowę chromatyny i nabycie kompetencji mejotycznej (247). Na podstawie tych eksperymentów można postawić hipotezę, że bez primingu FSH, komórki ziarniste mają stabilną interakcję z oocytem, co pozwala na parakrynną wymianę czynników. Po wycofaniu się MT-TZP rozwój oocytu ulega przyspieszeniu. Czy czynniki specyficzne dla oocytu, takie jak GDF9 i BMP15, lub inne nieznane czynniki oocytowe również modulują powstawanie i/lub związek TZP, pozostaje wciąż nierozwiązaną kwestią.
.