Gap Junction Membrane Channel Proteins and Connexins
Connexiner är en familj av minst 15 proteiner som bildar intercellulära membrankanaler i gap junctions och möjliggör diffusionsrörelse av joner, metaboliter och potentiella signalmolekyler. Dessa strukturella molekyler spelar viktiga roller i dubbelriktad kommunikation mellan oocyten och granulosacellerna. Flera connexiner har visat sig vara viktiga under follikulogenesen. Connexin 37-protein uttrycks i primära och växande folliklar. Konnexin 37 (Gja4) knockouts innehöll vid 2 veckors ålder många utvecklande preantrala folliklar, men stora Graafianfolliklar observeras inte (233). Histologiskt verkar det därför som om brist på Cx37 blockerar utvecklingen av preantrala till antrala folliklar. Elektronmikroskopistudier visade att även om Cx37 knockouts innehöll adherens junctions, saknade de gap junctions som finns i ovarier av vildtyp. Trots avsaknaden av Graafianfolliklar uppvisade noll-äggstockarna mindre strukturer som liknade corpora lutea och som var 5-10 gånger rikligare. Den för tidiga luteiniseringen som observerades hos nolldjur tyder på att junctional communication kan vara en viktig mekanism som reglerar bildandet av corpus luteum. Konnexin 37 knockout hade en mindre genomsnittlig oocytstorlek. Medan 52,8 % av oocyterna från Cx37+/- möss återupptog meiosen med 26,8 % av dessa som fortsatte till metafas av meios I och 26 % till metafas av meios II, återupptog endast 2,2 % av Cx37-/- oocyterna meiosen i kultur med den stora majoriteten (86,3 %) i det germinala vesikala stadiet. Alla dessa observationer visar tydligt att connexin 37 är viktigt vid tiden från pre-antral till antral follikelövergång, vilket troligen involverar transport av metaboliter som är nödvändiga för denna övergång.
Connexin 43 (Gja1)-protein är det vanligaste connexinet i äggstocken och uttrycks så tidigt som E14,5. Connexin 43 gap junctions sammankopplar granulosaceller som omger oocyten samt oocyter och granulosaceller. Konnexin 43 (Gja1) knockouts dör vid födseln på grund av kardiovaskulär svikt (234). Äggstockar hos nollmöss som hämtas vid födseln är ovanligt små uppenbarligen på grund av brist på könsceller (235). Kärlcellsbristen spårades så långt tillbaka som till dag 11,5 av dräktigheten, vilket innebär att den uppstår under tidiga stadier av könslinjens utveckling. För att studera postnatal follikulogenes hos Gja1-/- möss har fetala och neonatala äggstockar ympats in i den högra njurkapseln hos en ovariektomiserad och immunsupprimerad prkdcscid/Prkdcscid-mus (236). Transplantaten avlägsnades efter 1-3 veckor och äggstockarnas histologi undersöktes. Efter 3 veckors utveckling i njurtransplantaten kunde en rad follikelstadier från primordiala via primära, sekundära och tertiära stadier ses i ovarierna av vildtyp. Däremot utvecklades inte Gja1-noll-äggstockarna längre än till primära folliklar. Undersökning av transplantaten efter 1, 2 och 3 veckor visade att muterade granulosaceller inte kunde proliferera. Oocyttillväxten var också långsammare hos mutanter jämfört med vilda djur. Oocyter som återfanns från Gja1-mutanter kunde inte befruktas. Elektronmikroskopi visade också att dessa oocyter är onormala jämfört med vildtypen.
Connexin 43 verkar regleras av gonadotropinerna, FSH och LH. Eftersom Cx43 är mer rikligt förekommande i stora antrala folliklar jämfört med små antrala och preantrala folliklar har vissa antagit att FSH inducerar Cx43-syntesen. Däremot följs det preovulatoriska uppsvinget av LH av en minskning av nivån av mRNA som kodar för Cx43 (237,238). Ytterligare bekräftelse kom från experiment där man använde sig av exogen administrering av gonadotropiner. Injektion av FSH till hypofysektomerade råttor främjade en ökning av det ovariella gap junction-membranet, medan hCG, som inducerar ägglossning, ledde till en signifikant minskning av mängden gap junctions i granulosaceller (239,240). In vitro-administrering av FSH och LH till granulosacellinjer bekräftade observationerna in vivo (241,242). Det har föreslagits att gonadotropinernas effekter på Cx43 förmedlas genom steroidhormoner (243). Andra signalvägar kan också reglera Cx43, inklusive BMP/Smad- och MAPK-Ras-vägarna som nyligen har visat sig reglera Cx43-promotorn in vitro (244,245).
Dessa resultat antyder att gap junctional coupling medierad av Cx43-kanaler spelar oumbärliga roller både i utvecklingen av könscellerna och i den postnatala follikulogenesen. De mycket olika äggstocksfenotyperna till följd av Cx37- och Cx43-knockouts tyder på att gap-junctional-kopplingen mellan äggcellen och dess cumulus granulosaceller har en annan roll än den mellan granulosacellerna själva, och att den möjligen involverar olika molekyler. Connexin 32, som också uttrycks i äggstocken, verkar när den slås ut inte påverka fertiliteten (246), vilket tyder på att detta är redundanta gap junctions-komponenter som ännu inte har identifierats.
Uttre cellulära kopplingar kan vara viktiga för antrumbildningen och interaktionerna mellan granulosaceller och oocyter. En del av den intercellulära kommunikationen mellan granulosaceller och oocyter tros förmedlas av transzonala projektioner (TZP) mellan oocyten och granulosacellerna (41). Särskilt mikrotubuli-TZP (MT-TZP) verkar vara involverade i denna kommunikation (41). MT-TZP-förbindelserna mellan oocyten och granulosacellerna har antagits vara under kontroll av FSH (247). FSH-primering av vildtyp och Fsh-/- resulterar i förändringar i MT-TZP så att TZP:erna dras tillbaka från oocyten (247). Detta resulterar i förändringar i oocytens utveckling som mäts genom kromatinremodellering och förvärv av meiotisk kompetens (247). Utifrån dessa experiment kan man anta att granulosacellerna utan FSH-priming har en stabil interaktion med oocyten, vilket möjliggör ett parakrint utbyte av faktorer. När MT-TZPs dras tillbaka påskyndas oocytens utveckling. Huruvida oocytspecifika faktorer som GDF9 och BMP15 eller andra okända oocytfaktorer också modulerar bildandet och/eller förhållandet mellan TZPs måste fortfarande undersökas.