การสร้างเซลล์สืบพันธุ์และสรีรวิทยาของเซลล์สืบพันธุ์

การสร้างเซลล์สืบพันธุ์ (Gametogenesis) เป็นกระบวนการพัฒนาที่สร้างเซลล์สืบพันธุ์แบบแฮพลอยด์ (haploid germ cells) ได้แก่ อสุจิในเพศชายและเซลล์ไข่ในเพศหญิง ซึ่งจะรวมตัวกันในการปฏิสนธิเพื่อเริ่มต้นสิ่งมีชีวิตใหม่ พื้นที่นี้รวบรวมสรีรวิทยาของการก่อตัวของเซลล์สืบพันธุ์ โครงสร้างและการทำงานที่จำเพาะของเซลล์สืบพันธุ์ และการเคลื่อนที่ของเซลล์สืบพันธุ์ผ่านทางเดินสืบพันธุ์เข้าหากัน

Definition

การสร้างเซลล์สืบพันธุ์ (Gametogenesis) คือลำดับของการเพิ่มจำนวนแบบไมโทซิส การลดจำนวนแบบไมโอซิส และการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของเซลล์ (cytodifferentiation) ซึ่งเซลล์ต้นกำเนิดของเซลล์สืบพันธุ์แบบดิพลอยด์ (diploid germline precursor cells) จะพัฒนาไปเป็นเซลล์สืบพันธุ์แบบแฮพลอยด์ที่สมบูรณ์ซึ่งสามารถเข้าร่วมในการปฏิสนธิได้

Scope

พื้นที่นี้ครอบคลุมเส้นทางคู่ขนานของการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ (การสร้างอสุจิและกระบวนการสร้างไข่) โครงสร้างและการทำงานที่สมบูรณ์ของเซลล์สืบพันธุ์แต่ละชนิด (อสุจิและเซลล์ไข่) และการขนส่งเซลล์สืบพันธุ์ภายในทางเดินสืบพันธุ์ โดยกำหนดให้สิ่งเหล่านี้เป็นกระบวนการทางสรีรวิทยาปกติภายในสรีรวิทยาการสืบพันธุ์ มากกว่าที่จะเป็นแนวทางทางคลินิกหรือการรักษาภาวะเจริญพันธุ์

Sub-topics

• การขนส่งเซลล์สืบพันธุ์ในระบบสืบพันธุ์
• โครงสร้างและการเจริญเต็มที่ของโอโอไซต์
• การสร้างเซลล์ไข่
• โครงสร้างและหน้าที่ของอสุจิ
• การสร้างอสุจิ

Core questions

• เซลล์สืบพันธุ์แบบดิพลอยด์ลดจำนวนโครโมโซมผ่านการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสเพื่อสร้างเซลล์สืบพันธุ์แบบแฮพลอยด์ได้อย่างไร?
• กลไกของเซลล์และฮอร์โมนใดที่ควบคุมการผลิตอสุจิและเซลล์ไข่?
• อสุจิและเซลล์ไข่ที่สมบูรณ์มีโครงสร้างที่จำเพาะสำหรับการทำหน้าที่ในการปฏิสนธิอย่างไร?
• เซลล์สืบพันธุ์ถูกขนส่งผ่านทางเดินสืบพันธุ์เพศชายและเพศหญิงเพื่อมาพบกันได้อย่างไร?

Key concepts

• เซลล์สืบพันธุ์และเซลล์สืบพันธุ์ดั้งเดิม
• การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสและการลดจำนวนโครโมโซม
• การสร้างอสุจิและวงจรของเยื่อบุท่อสร้างอสุจิ
• กระบวนการสร้างไข่และการหยุดชะงักของไมโอซิส
• โครงสร้างของเซลล์สืบพันธุ์และการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของเซลล์
• การขนส่งเซลล์สืบพันธุ์และการปรับสภาพอสุจิ
• การสื่อสารแบบสองทิศทางระหว่างเซลล์สืบพันธุ์และเซลล์โซมาติก

Mechanisms

เซลล์สืบพันธุ์ทั้งสองชนิดมีต้นกำเนิดมาจากเซลล์สืบพันธุ์ดั้งเดิม (primordial germ cells) ที่ถูกกำหนดไว้ตั้งแต่ช่วงต้นของการพัฒนา (Hancock 2021) ในอัณฑะ การสร้างอสุจิจะดำเนินไปอย่างต่อเนื่องหลังวัยเจริญพันธุ์ผ่านวงจรที่จัดระเบียบของเยื่อบุท่อสร้างอสุจิ (seminiferous epithelium) ซึ่งรวมถึงการสร้างเซลล์อสุจิใหม่ การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส และการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของเซลล์อสุจิระยะสเปอร์มาติด (spermatids) ไปเป็นอสุจิ (spermatozoa) (Clermont 1972) ในรังไข่ กระบวนการสร้างไข่จะเริ่มต้นในชีวิตของทารกในครรภ์ หยุดชะงักในระยะไมโอซิส และกลับมาดำเนินต่ออย่างเลือกสรรเพื่อตอบสนองต่อสัญญาณฮอร์โมนตามวัฏจักร ตลอดกระบวนการนี้ เซลล์ค้ำจุนโซมาติกและเซลล์สืบพันธุ์จะแลกเปลี่ยนสัญญาณแบบสองทิศทางที่ประสานงานการเจริญเติบโต (Matzuk 2002) หลังจากการปล่อย เซลล์สืบพันธุ์จะถูกขนส่งผ่านทางเดินสืบพันธุ์ ซึ่งทางเดินสืบพันธุ์เพศหญิงจะทั้งเคลื่อนย้ายและปรับสภาพอสุจิสำหรับการปฏิสนธิ (Suarez & Pacey 2006)

Clinical relevance

ความเข้าใจเกี่ยวกับการสร้างเซลล์สืบพันธุ์และสรีรวิทยาของเซลล์สืบพันธุ์ตามปกติเป็นพื้นฐานอ้างอิงสำหรับชีววิทยาการสืบพันธุ์ วิทยาต่อมไร้ท่อเพศชาย และเวชศาสตร์การเจริญพันธุ์ บทความนี้อธิบายกระบวนการทางสรีรวิทยาเพื่อการปฐมนิเทศ และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยภาวะมีบุตรยากหรือการให้คำแนะนำในการรักษาภาวะเจริญพันธุ์รายบุคคล

History

คำอธิบายทางเซลล์ของการสร้างเซลล์สืบพันธุ์พัฒนาขึ้นผ่านเนื้อเยื่อวิทยาและสรีรวิทยาการสืบพันธุ์ในศตวรรษที่ยี่สิบ การวิเคราะห์จลนพลศาสตร์ของการสร้างอสุจิของ Clermont (1972) เป็นการสังเคราะห์ครั้งสำคัญว่าเยื่อบุท่อสร้างอสุจิมีการหมุนเวียนอย่างไร งานวิจัยในภายหลังได้ปรับกรอบการสร้างเซลล์สืบพันธุ์เป็นการสื่อสารระหว่างเซลล์สืบพันธุ์และสภาพแวดล้อมโซมาติก (Matzuk 2002) และการศึกษาพัฒนาการได้สืบร่องรอยของสายเลือดทั้งสองกลับไปยังประชากรเซลล์สืบพันธุ์ดั้งเดิมที่ใช้ร่วมกัน (Hancock 2021)

Key figures

• Yves Clermont
• John Eppig
• Susan Suarez

Seminal works

• clermont-1972
• matzuk-2002

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ในเพศชายและเพศหญิงคืออะไร?

การสร้างอสุจิจะดำเนินไปอย่างต่อเนื่องหลังวัยเจริญพันธุ์และผลิตอสุจิขนาดเล็กจำนวนมากที่เคลื่อนที่ได้ ในขณะที่กระบวนการสร้างไข่จะเริ่มต้นก่อนคลอด หยุดชะงักในระยะไมโอซิส และปล่อยเซลล์ไข่ขนาดใหญ่จำนวนน้อยในรูปแบบวัฏจักร

เหตุใดเซลล์สืบพันธุ์จึงต้องเป็นแฮพลอยด์?

การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสจะลดจำนวนโครโมโซมลงครึ่งหนึ่ง เพื่อให้การรวมตัวของอสุจิและเซลล์ไข่ในการปฏิสนธิสามารถคืนจำนวนโครโมโซมแบบดิพลอยด์ปกติของสิ่งมีชีวิตได้