Гамета

Гамета і клітина статевої лінії

Поняття клітини статевої лінії ширше: воно охоплює первинні статеві клітини та їхніх нащадків на різних етапах розвитку. Оогонія, сперматогонія або первинний ооцит не є зрілими гаметами, готовими до запліднення.

У клінічній репродуктології «гамети» іноді вживають як узагальнення для ооцитів і сперматозоїдів, незалежно від конкретного етапу їх підготовки. У лабораторному чи навчальному тексті зрілість і стадію клітини потрібно вказувати окремо.

Мейоз і генетичне різноманіття

Гамети формуються внаслідок гаметогенезу. Його ключовий етап — мейоз: після однієї реплікації ДНК відбуваються два послідовні поділи. У першому розходяться гомологічні хромосоми, у другому — сестринські хроматиди.

Кросинговер між гомологічними хромосомами та їхній незалежний розподіл утворюють нові поєднання спадкових варіантів. Тому гамети однієї людини генетично не тотожні. Дослідження індивідуальних людських сперматозоїдів безпосередньо демонструють варіабельність рекомбінації та можливість помилкового розподілу хромосом.

Порушення мейотичного розходження може утворити гамету із зайвою або відсутньою хромосомою. Після запліднення це здатне спричинити анеуплоїдний ембріон, однак не всі хромосомні порушення ембріона виникають саме в гаметах: частина з’являється під час наступних мітотичних поділів.

Гаплоїдність не означає однакову кількість ДНК

Позначення n описує число наборів хромосом, а C — відносну кількість ДНК. Їхня відмінність пояснює, чому дві гаплоїдні статеві клітини можуть перебувати на різних етапах клітинного циклу.

Отже, ооцит MII є гаплоїдним, хоча містить удвічі більше ДНК, ніж сперматозоїд. Первинний ооцит залишається диплоїдним. Ці стани не можна об’єднувати твердженням «усі ооцити мають 23 хромосоми».

Що передають гамети

Обидві гамети вносять ядерний генетичний матеріал. Ооцит додатково забезпечує основний цитоплазматичний об’єм, органели та запас молекул, що підтримують перші етапи розвитку. Мітохондріальний геном людини успадковується переважно по материнській лінії.

Сперматозоїд доставляє компактно упакований батьківський геном та молекулярні й структурні компоненти, потрібні для нормального запліднення. Його функція не зводиться до механічного перенесення 23 хромосом.

Геномний імпринтинг — залежність активності окремих генів від батьківського походження алеля. Для нормального розвитку важливі не лише число хромосом і послідовність ДНК, а й коректні епігенетичні стани. Біологічна різниця гамет пояснює, чому наявність гаплоїдної клітини сама по собі не доводить її репродуктивної придатності.

Від гамет до зиготи

За звичайного запліднення сперматозоїд взаємодіє з оточенням ооцита, проходить його оболонки та зливається з плазматичною мембраною. Активація ооцита запускає завершення мейозу II і перебудову клітини.

Після формування материнського та батьківського пронуклеусів починається розвиток зиготи — одноклітинної стадії ембріона. У нормі ядерні геноми гамет спільно забезпечують диплоїдний набір наступних клітин. Зигота та ембріон уже не є гаметами.

Клінічне значення

Порушення утворення, дозрівання, транспорту або функції гамет може бути причиною безпліддя. Різні методи допоміжних репродуктивних технологій обходять окремі етапи цього процесу, але не виправляють усі можливі генетичні та клітинні дефекти.

Показники кількості ооцитів, морфології сперматозоїдів і частоти запліднення відповідають на різні питання. Жоден із них окремо не є інтегральним тестом «здоров’я гамет» або гарантією народження дитини.

Донорські програми та кріоконсервація потребують ідентифікації матеріалу, належної простежуваності, інфекційної й генетичної оцінки за показаннями та інформованої згоди. Результат преімплантаційного генетичного тестування ембріона стосується дослідженого матеріалу й не є ретроспективною повною перевіркою обох гамет.

Гаметогенез in vitro

Гаметогенез in vitro (IVG) — дослідницький напрям отримання клітин статевої лінії з інших клітин, зокрема плюрипотентних стовбурових клітин. Його слід відрізняти від IVM, за якого дозріває вже наявний незрілий ооцит.

Експресія маркерів статевої клітини або зовнішня подібність не підтверджують завершений мейоз, нормальний імпринтинг і безпеку для потомства. За чинними рекомендаціями ISSCR використання людських гамет, отриманих зі стовбурових клітин, для репродукції належить до діяльності, яка наразі не дозволена цими рекомендаціями. IVG не є усталеним клінічним методом лікування безпліддя.