Яйцеклетка не развивается изолированно. В яичнике он растет в фолликуле — полости, заполненной жидкостью, состоящей из клеток, которые поддерживают его развитие. Уже в начале процесса формирования и созревания фолликула ооцит, т. е. незрелая яйцеклетка, окружен гранулезными клетками, которые вырабатывают гормоны, обеспечивают вещества для его роста и регулируют его созревание. Без их участия яйцеклетка не может достичь необходимой для оплодотворения зрелости.
Что такое гранулезные клетки и как они участвуют в гормональной регуляции яичника?
На самой ранней стадии формирования фолликула ооцит окружен одним слоем гранулезных клеток. Под действием фолликулостимулирующего гормона гипофиза гранулезные клетки начинают делиться и постепенно выстраивают многослойную оболочку вокруг яйцеклетки – процесс, происходящий параллельно с ростом самого фолликула. Гранулезные клетки являются основными клетками яичника, которые производят эстрогены. Для этого синтеза они используют андрогены, то есть половые гормоны из группы тестостерона и родственных ему веществ, которые образуются в клетках оболочки фолликула. В гранулезных клетках фермент ароматаза превращает эти андрогены в эстрогены, главным образом в эстрадиол.
Повышение уровня эстрадиола указывает на то, что фолликул, из которого вышла яйцеклетка, достиг стадии достаточного созревания. В ответ гипофиз внезапно начинает выделять больше лютеинизирующего гормона. Это кратковременное, но сильное увеличение его количества в крови запускает овуляцию. После этого гранулезные клетки меняют свою функцию и начинают вырабатывать преимущественно прогестерон в желтом теле (образовании в яичнике, образующемся из ткани лопнувшего фолликула после выхода яйцеклетки). Любое нарушение этой последовательности нарушает высвобождение прогестерона и препятствует нормальному преобразованию слизистой оболочки матки в состояние, подходящее для имплантации эмбриона.
Как гранулезные клетки поддерживают созревание ооцитов?
Связь между гранулезными клетками и ооцитом двунаправленная. Клетки гранулезы, непосредственно окружающие яйцеклетку, удерживают ее в неполном мейозе до тех пор, пока не произойдет овуляция. Они достигают этого путем синтеза и доставки в ооцит циклического гуанозинмонофосфата, сигнальной молекулы, которая подавляет ферменты, запускающие деление клеток. Завершение мейоза до овуляции приводит к смещению хромосом и делает яйцеклетку непригодной для оплодотворения. В дополнение к этой регуляторной роли окружающие гранулезные клетки снабжают ооцит глюкозой, аминокислотами и факторами роста через щелевые контакты. Щелевые соединения — это прямые каналы в клеточных мембранах, соединяющие цитоплазму соседних клеток и обеспечивающие обмен молекул без перехода во внеклеточную среду.
Ооцит регулирует развитие окружающих гранулезных клеток посредством молекул, секретируемых непосредственно в соседние клетки. Двумя ключевыми из них являются фактор дифференцировки роста 9 и костный морфогенетический белок 15. Они стимулируют пролиферацию гранулезных клеток и направляют их специализацию:
- Один плотно окружает яйцеклетку и снабжает ее глюкозой, аминокислотами и сигнальными молекулами через щелевые контакты;
- Остальные выстилают стенку фолликула, производят эстрадиол и реагируют на гормональные сигналы гипофиза, которые запускают овуляцию.
При сниженной выработке ооцитом фактора ростовой дифференциации 9 или костного морфогенетического белка 15 клетки гранулезы не развиваются в полной мере, фолликул не достигает зрелости и овуляция не происходит.
Ооцит не может эффективно расщеплять глюкозу самостоятельно, поэтому непосредственно окружающие его гранулезные клетки обрабатывают ее посредством гликолиза и доставляют полученные молекулы в ооцит, который использует их в качестве источника энергии для завершения мейоза. Когда митохондрии гранулезных клеток функционируют плохо, выработка аденозинтрифосфата (АТФ – энергетической молекулы клетки) падает и нарушается снабжение ооцита. В результате яйцеклетка не накапливает достаточного количества органелл, белков и информационной РНК, необходимых для нормального течения оплодотворения и последующего деления зиготы, что снижает долю эмбрионов, достигающих стадии бластоцисты.
Что происходит, когда функция гранулезных клеток нарушается?
При синдроме поликистозных яичников гранулезные клетки не полностью реагируют на фолликулостимулирующий гормон и не проходят специализацию, необходимую для построения зрелого фолликула. Повышенный уровень андрогенов в яичниках подавляет ароматазу, фермент, превращающий андрогены в эстрадиол, и фолликул не вырабатывает достаточно эстрогена, чтобы вызвать овуляцию. Поскольку пик эстрадиола не достигается, гипофиз не выделяет лютеинизирующий гормон, необходимый для овуляции, и яйцеклетка остается в яичнике.
При ожирении жировая ткань выделяет повышенное количество свободных жирных кислот и молекул воспалительного характера, которые попадают в жидкость, заполняющую фолликул, и достигают гранулезных клеток. Это усиливает у них окислительный стресс, повреждает митохондрии и снижает выработку аденозинтрифосфата, при этом ухудшается снабжение ооцита и увеличивается риск ошибок в распределении хромосом при мейозе.
С возрастом гранулезные клетки накапливают окислительные повреждения, производят меньше эстрадиола и факторов роста и снабжают ооцит уменьшенным количеством аденозинтрифосфата. Когда запас аденозинтрифосфата в ооците недостаточен в момент завершения мейоза непосредственно перед овуляцией, хромосомы распределяются между дочерними клетками неравномерно. В результате получается яйцеклетка с неправильным числом хромосом, которая после оплодотворения дает начало эмбриону с анеуплоидией (наличием лишних или недостающих хромосом) – основной причиной неудачной имплантации бластоцисты в эндометрий и выкидыша в пожилом возрасте матери.
При ЭКО яйцеклетки извлекаются путем прокола фолликулов тонкой иглой. При этой процедуре вместе с яйцеклеткой получают окружающие ее гранулезные клетки. Поскольку прямое исследование ооцита необратимо повреждает его, активность генов гранулезных клеток изучают как суррогатный метод оценки его качества. Клетки гранулезы находятся в прямом контакте с ооцитом на протяжении всего его созревания, а активность их генов отражает среду внутри фолликула, потенциально предоставляя информацию о вероятности успешного оплодотворения и достижения стадии бластоцисты.
Подробнее о самой яйцеклетке и ее зачатии можно прочитать в статье «Почему структура яйцеклетки напрямую влияет на оплодотворение?» | Пульс.бг
Ссылки:
1. Кавальканти Г.С., Карвалью К.С., Феррейра К.С., Чедрауи П.А., Монтелеоне П.А.А., Баракат ЕС и др. Гранулезные клетки и развитие фолликулов: краткий обзор. Преподобный доцент Med Bras (1992). 2023;69(6):e20230175. doi: 10.1590/1806-9282.20230175.
2. Сугиура К., Маруяма Н., Акимото Й., Мацусита К., Эндо Т. Паракринная регуляция развития гранулезных клеток в антральных фолликулах млекопитающих. Репрод Мед Биол. 2023;22:e12538. дои: 10.1002/rmb2.12538.
3. Бахрами З., Хатамиан Н., Талхаби М., Занд Э., Моттерсхед Д.Г., Фати Р. Среда, кондиционированная клетками гранулезы, повышает скорость созревания мышиных ооцитов in vitro и образования эмбрионов. Cell J. 2022;24(10):620-627. doi:10.22074/cellj.2022.8155.