การสร้างเซลล์ไข่และการสร้างอสุจิ

การสร้างเซลล์ไข่ (oogenesis) และการสร้างอสุจิ (spermatogenesis) เป็นกระบวนการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ (gametogenesis) สองรูปแบบ ซึ่งเซลล์สืบพันธุ์แบบดิพลอยด์ (diploid germ cells) จะผ่านการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส (meiosis) และการเจริญเติบโตเพื่อสร้างเซลล์สืบพันธุ์เพศเมียและเพศผู้แบบแฮพลอยด์ (haploid) กระบวนการทั้งสองมีความแตกต่างกันอย่างชัดเจนในด้านช่วงเวลา ผลผลิต และการจัดระเบียบของเซลล์ แต่ทั้งคู่ลดจำนวนโครโมโซมลงครึ่งหนึ่งและเตรียมเซลล์สืบพันธุ์ให้พร้อมสำหรับการปฏิสนธิ

Definition

การสร้างเซลล์ไข่ (oogenesis) คือกระบวนการที่เซลล์โอโอโกเนีย (oogonia) พัฒนาเป็นเซลล์ไข่ที่สมบูรณ์ผ่านการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส และการสร้างอสุจิ (spermatogenesis) คือกระบวนการที่เซลล์สเปอร์มาโตโกเนีย (spermatogonia) พัฒนาเป็นอสุจิผ่านการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสและการสร้างสเปอร์มิโอเจเนซิส (spermiogenesis) ซึ่งรวมกันเป็นกระบวนการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ (gametogenesis) คือการผลิตเซลล์สืบพันธุ์แบบแฮพลอยด์

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมเหตุการณ์ระดับเซลล์ของการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสในเซลล์สืบพันธุ์ การเจริญเติบโตของเซลล์ไข่และอสุจิ และความแตกต่างหลักระหว่างการสร้างเซลล์สืบพันธุ์เพศเมียและเพศผู้ เนื้อหานี้เป็นเอกสารอ้างอิงทางการศึกษาในสาขากายวิภาคศาสตร์พัฒนาการ และไม่ได้ให้คำแนะนำในการประเมินหรือรักษาภาวะเจริญพันธุ์

Core questions

• ไมโอซิสลดจีโนมของเซลล์สืบพันธุ์ให้เป็นสถานะแฮพลอยด์และสร้างความหลากหลายทางพันธุกรรมได้อย่างไร
• การสร้างเซลล์ไข่และการสร้างอสุจิแตกต่างกันอย่างไรในด้านช่วงเวลา จำนวนเซลล์ และการจัดระเบียบของไซโตพลาสซึม
• เซลล์ไข่และอสุจิได้รับคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับการปฏิสนธิได้อย่างไร

Key concepts

• ไมโอซิส I และไมโอซิส II
• เซลล์สืบพันธุ์ดั้งเดิม
• โอโอโกเนีย, โอโอไซต์ปฐมภูมิและทุติยภูมิ
• สเปอร์มาโตโกเนีย, สเปอร์มาโตไซต์ และสเปอร์มาติด
• สเปอร์มิโอเจเนซิส
• การหยุดพักของไมโอซิสในเซลล์ไข่
• เซลล์สืบพันธุ์แฮพลอยด์และการแลกเปลี่ยนชิ้นส่วนทางพันธุกรรม

Mechanisms

เซลล์สืบพันธุ์ทั้งสองชนิดมีต้นกำเนิดจากเซลล์สืบพันธุ์ดั้งเดิม (primordial germ cells) ที่เข้ายึดครองอวัยวะสืบพันธุ์ ในการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส การจำลองดีเอ็นเอหนึ่งรอบจะตามมาด้วยการแบ่งเซลล์สองครั้ง โดยมีการจับคู่โครโมโซมที่เหมือนกันและการแลกเปลี่ยนชิ้นส่วนโครโมโซม (recombination) ในไมโอซิส I ซึ่งสร้างเซลล์แฮพลอยด์ที่มีโครโมโซมที่เกิดการแลกเปลี่ยนชิ้นส่วน ในการสร้างเซลล์ไข่ เซลล์สืบพันธุ์เพศเมียจะเข้าสู่ไมโอซิสก่อนเกิดและหยุดพักในระยะโปรเฟสของไมโอซิส I; ไมโอซิสจะกลับมาดำเนินต่อในช่วงการตกไข่และจะเสร็จสมบูรณ์เมื่อเกิดการปฏิสนธิเท่านั้น โดยมีการแบ่งเซลล์แบบไม่สมมาตรที่รักษาไซโตพลาสซึมไว้ในเซลล์ไข่และขับโพลาร์บอดี (polar bodies) ออกไป ในการสร้างอสุจิ ซึ่งเริ่มต้นเมื่อเข้าสู่วัยเจริญพันธุ์และดำเนินต่อไปหลังจากนั้น เซลล์สเปอร์มาโตโกเนียจะมีการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิสอย่างต่อเนื่องเพื่อสร้างเซลล์ใหม่ จากนั้นจึงเข้าสู่ไมโอซิสเพื่อสร้างสเปอร์มาติด (spermatids) สี่เซลล์ต่อสเปอร์มาโตไซต์ (spermatocyte) หนึ่งเซลล์; จากนั้นสเปอร์มิโอเจเนซิสจะปรับเปลี่ยนสเปอร์มาติดให้เป็นอสุจิที่เคลื่อนที่ได้ซึ่งมีนิวเคลียสที่อัดแน่น อะโครโซม (acrosome) และแฟลเจลลัม (flagellum) การแยกตัวของโครโมโซมในไมโอซิสอย่างถูกต้องเป็นสิ่งจำเป็น และความผิดพลาดอาจนำไปสู่ภาวะแอนนิวพลอยดี (aneuploidy)

Clinical relevance

การสร้างเซลล์สืบพันธุ์เป็นพื้นฐานของภาวะเจริญพันธุ์และคุณภาพทางพันธุกรรมของเซลล์สืบพันธุ์ และความผิดพลาดในไมโอซิสเป็นสาเหตุที่รู้จักกันดีของภาวะโครโมโซมแอนนิวพลอยดี หัวข้อนี้ให้ข้อมูลพื้นฐานอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับการทำความเข้าใจภาวะมีบุตรยากและชีววิทยาการสืบพันธุ์ และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

กายวิภาคศาสตร์เชิงพรรณนาและการจัดระยะของการสร้างเซลล์ไข่และการสร้างอสุจิได้ถูกรวบรวมไว้ในตำราเอ็มบริโอวิทยามาตรฐาน ในขณะที่พันธุกรรมและการควบคุมไมโอซิสในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมได้ถูกสรุปไว้ในบทความวิจารณ์ที่ผ่านการตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิ และแสดงให้เห็นในการศึกษาเซลล์สืบพันธุ์เชิงทดลอง

History

คำอธิบายเชิงเซลล์ของการสร้างเซลล์สืบพันธุ์และไมโอซิสได้รับการจัดตั้งขึ้นผ่านประวัติศาสตร์และเซลล์พันธุศาสตร์ในศตวรรษที่สิบเก้าและยี่สิบ งานวิจัยทางโมเลกุลและพันธุกรรมที่ใหม่กว่าได้ชี้แจงการควบคุมไมโอซิสและการกำหนดเซลล์สืบพันธุ์ รวมถึงการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ที่ทำงานได้ในหลอดทดลองจากเซลล์คล้ายเซลล์สืบพันธุ์ในสิ่งมีชีวิตต้นแบบ

Seminal works

• handel-schimenti-2010
• hayashi-2012

Frequently asked questions

การสร้างเซลล์ไข่และการสร้างอสุจิแตกต่างกันอย่างไรในด้านผลผลิต?

สเปอร์มาโตไซต์ปฐมภูมิหนึ่งเซลล์จะให้สเปิร์มที่ทำงานได้สี่เซลล์ ในขณะที่โอโอไซต์ปฐมภูมิหนึ่งเซลล์จะให้เซลล์ไข่หนึ่งเซลล์และโพลาร์บอดี เนื่องจากกระบวนการสร้างเซลล์ไข่มีการแบ่งเซลล์แบบไม่สมมาตรเพื่อรักษาไซโตพลาสซึมไว้ในเซลล์สืบพันธุ์

ไมโอซิสเกิดขึ้นเมื่อใดในแต่ละเพศ?

ในเพศหญิง ไมโอซิสเริ่มต้นก่อนเกิดและหยุดพัก โดยจะเสร็จสมบูรณ์เมื่อมีการตกไข่และการปฏิสนธิเท่านั้น ในเพศชาย ไมโอซิสเริ่มต้นเมื่อเข้าสู่วัยเจริญพันธุ์และดำเนินต่อไปเป็นกระบวนการที่สร้างเซลล์ใหม่หลังจากนั้น