Ett barn blir till
Gunnar Selstam
Professor
Institutionen för cell- och molekylärbiologi
Umeå universitet
Ibland hör man att den enda uppgift vi människor har är att fortplanta oss.
Så är det kanske. Men varför fungerar det inte alltid så bra ? Det är ju så att
15% av alla par har svårt att få barn.
Jag skall börja det här seminariet med lite bakgrund om hur äggstockar fungerar, hormoner etc., men också ge några resultat från aktuell forskning.
Testikelns funktion kommer Leif Abramson att beskriva senare.
Äggstockens funktioner
Både äggstocken och testikeln har två funktioner: Dels ska de bilda funktionella könsceller, dvs. ägg eller spermier, dels ska de producera könshormoner,
se figur 1.
Figur 1. Äggstockens och testikelns två funktioner. Båda producerar funktionella könsceller,
dvs. ägg och spermier, samt könshormonerna progesteron och östrogener resp. testosteron.
8
Båda funktionerna är lika viktiga. Ägg och spermie måste kunna mötas.
Könshormonerna möjliggör detta och mycket annat av betydelse för fortplantningen. Hormonerna styr kroppens könsutveckling, sexualdrift,
livmoderfunktion, också genom att påverka vårt centrala nervsystem. Detta
senare område är ganska okänt och många forskningsresultat därvidlag är
kontroversiella. Det är dock möjligt att könshormoner styr mer av vårt sociala liv än vi tidigare trott, men det som skiljer oss från djuren är att vårt
sociala liv via vårt medvetande kan ta kommando över könshormonerna.
Äggstocken är ett fantastiskt organ där många olika aktiviteter försiggår
samtidigt. Figur 2 är en schematisk bild av en äggstock.
Figur 2. Histologisk bild av en mogen follikel i äggstocken. Denna mikroskopiska bild är
från en råtta, men det ser likadant ut hos människa även om strukturerna är större. I follikeln
ser man ägget, som är den största cellen.
Ägg mognar redan för nästa cykel medan ägglossningen sker; naturen arbetar
med överskott både hos mannen och kvinnan. Äggutvecklingen startar under fostertiden. Äggen har då dubbel kromosomuppsättning, dvs. att varje
kromosom är dubblerad liksom i alla andra celler i kroppen, och man hittar
då några miljoner sådana ägg i äggstockarna. Sedan börjar reduktionsdelningen,
9
då äggen gör en celldelning som slutar med en uppsättning kromosomer.
Denna process avstannar innan den är färdig och återupptas först i samband
med menstruationscykeln. Detta att äggets utveckling stannar upp i ett visst
stadium strax före puberteten är en känslig process och man kan se att de
flesta ägg inte överlever. Vid pubertetens inledning återstår ca 250 000. Uppenbarligen händer sedan något med äggen, eftersom fertiliteten minskar
och missbildningsfrekvensen ökar med stigande ålder hos kvinnan.
I och med menstruationscykeln startar äggets utveckling på nytt. Figur 3
visar de hormonförändringar som sker under menstruationscykeln.
Figur 3. Variationer i hormonaktivitet och andra funktioner
under menstruationscykeln.
Regleringen av könshormon är en komplicerad process och vår forskargrupp
har speciellt studerat produktionen av progesteron efter ägglossningen hos
den s.k. gulkroppen (corpus luteum).
Mognaden av ägget, som börjar med att utvecklingen efter det ”frysta” tillståndet återupptas och slutar med att ägget är befruktningsdugligt, är en till
stora delar okänd process. Vår forskargrupp har hittat ett protein som bryts
10
ner strax före äggmognaden. Figur 4 visar att detta protein finns i stor halt i
ägget, men försvinner strax innan ägget är befruktningsdugligt.
Figur 4. Immunhistokemi. Det speciella protein som vi studerat (cytokeratin) är mörkt i
bilden. Det finns i stora mängder före ägglossningen, men i samband med att ägget blir
befruktningsdugligt bryts proteinet ner. Studier pågår nu för att konfirmera dessa resultat
med andra metoder.
Vi har precis inlett forskning kring äggets åldrande, och vår vilda hypotes är
att detta eller liknande protein kan ha med äggets åldrande att göra.
Äggens åldrande är ett stort fertilitetsproblem, och frågan är varför människans ägg åldras så fort?
Bildandet av könshormoner
Det första hormon man över huvud taget hittade var ett könshormon: testosteron. Det var tysken Berthold som på 1870-talet kastrerade tuppar och då
märkte att kammen på huvudet inte växte ut, se figur 5.
Det dröjde ända till 1920-talet innan man kemiskt kunde beskriva testosteronet, och det var ett mycket tidsödande arbete att med dåtida biologiska
metoder leta och beskriva olika hormoner. Det stora språnget i hormon-
11
Figur 5. Det första hormonförsöket. T.v. en tupp som är kastrerad och där kammen inte växt
ut. Tuppen t.h. har fått testikelextrakt injicerat och då har en helt normal kam växt ut. Efter
Berthold (1870).
forskningen kom omkring 1970, när man lärde sig mäta hormoner med antikroppar och dessutom studera vävnader utanför kroppen, in vitro. Med de
nya mätmetoderna kartlades mycket snabbt när de olika könshormonen bildades. Då kunde bilder som figur 3 med blodkoncentrationer av hormoner
göras med stor säkerhet. Nästa stora språng i forskningen kring könshormoner
kom med molekylärbiologin: Då kunde man titta på hur gener aktiveras och
det är inom detta område som vår forskargrupp arbetar.
Regleringen av gulkroppens progesteronproduktion
Som framgår av figur 3 sker stora förändringar av könshormonerna under
menstruationscykeln. Vi intresserade oss för bildningen av progesteron i gulkroppen, den struktur som bildas ur äggfollikeln efter ägglossningen. 1980talets förhärskande uppfattning var att gulkroppen är autonom – och alltså
inte hormonellt styrd. Vi har nu kunnat visa att den verkligen är hormonellt
styrd, men inte på det vanliga sättet.
12
När ett hormon verkar måste det finnas en hormonreceptor för att signalen
skall kunna mottas. Ju mer hormon man ger, desto fler hormonreceptorer
aktiveras. Så är det t.ex. för insulin – och det innebär att ju mer insulin man
sprutar desto större glukossänkande effekt blir det. Motsvarande fenomen
gäller däremot inte hos gulkroppen. LH, det luteiniserande hormonet, kommer från hypofysen och utlöser ägglossningen. Därför har det antagits ha
med bildningen av gulkroppen att göra och det är korrekt, men när man
sprutar extra LH får man liten eller ingen mereffekt. Detta var grunden för
åsikten att gulkroppen var autonom. Vår arbetshypotes var helt enkelt att det
kanske var mängden hormonreceptor i blodet som var begränsande och inte
mängden hormon. Eftersom alla proteiner har sitt ursprung från gener
påbörjade vi ett molekylärbiologiskt projekt där vi studerade den gen som
producerar LH-receptorn.
Varje gen bildar mRNA för att kunna producera ett protein och detta mRNA
mätte vi, se figur 6. Mätningen sker genom en s.k. gelelektrofores och ”fläckarna” bildar ett typiskt mönster för varje fält. Genom detta mönster kan man
säkert identifiera att det är LH-receptorn. Det är en klassisk molekylärbiologisk
metod att bestämma aktiviteten hos en gen och som synes var det stora förändringar. Metoden kallas Northern blot och mörkfärgningen blir ett mått på
mRNA som alltså blir ett mått på produktionen av LH-receptorn.
Vi kunde genast se stora förändringar av LH-receptorn i både äggfollikeln
och gulkroppen. En serie experiment visade att det verkligen var som i vår
arbetshypotes, dvs. att mängden LH-hormon i blodet var tillräcklig men att
det var mängden LH-receptor som avgjorde om det verkligen blev en effekt.
Vi kunde dessutom visa att ett annat hormon stimulerar LH-receptorgenen
till ökad produktion av LH-receptor – och en annan av oss medverkande
idag, Jan Olofsson, arbetar just nu med att söka klarlägga om samma mekanismer finns hos människa. Våra resultat grundas helt på studier hos råttor,
och det är troligt att det finns skillnader i dessa mekanismer.
Vi kunde alltså se att mängden LH-receptor var den avgörande faktorn för
stimulering av LH och därmed också för produktionen av progesteron. I
13
Figur 6. LH-receptorgenens aktivitet före och efter ägglossningen. De mörka fläckarna är
mRNA. Mätningarna har skett i äggfollikeln före ägglossningen och i gulkroppen omedelbart efter ägglossningen, mitt i gulkroppsfasen och när den tillbakabildas (motsvarande
menstruationscykeln).
verkligheten kan man praktiskt taget lägga dessa kurvor av progesteron och
LH-receptorns mRNA på varandra. Dock finns ett litet undantag vid en
tidpunkt och här letar vi en annan receptor eller ett annat hormon som kan
vara av betydelse.
Vad utlöser menstruationen?
Våra senaste studier handlar om varför produktionen av progesteron upphör
vid slutet av hormoncykeln. Den inte bara upphör utan den upphör tvärt,
vilket är sällsynt när det gäller hormonproduktion. På några få timmar går
gulkroppen från en hög produktion av progesteron till ett totalt upphörande;
fenomenet kallas luteolys. Luteolysen utlöser menstruationen, som därför också
börjar tvärt.
Forskningen kring luteolys har varit fokuserad kring en substans, prostaglandin F2a (även kallad PGF). Vi har tidigare försök kunnat visa att PGF
14
hämmar progesteron som mest under luteolysen och då utlöser flera akuta
effekter på cellmetabolismen. I samarbete med Jan Olofsson har vi kunnat
visa att mängden PGF ökar under luteolysen, men om den avgörande mekanismen saknades ännu kunskap. Vi beslöt därför att se om det fanns samband mellan LH-receptorn och PGF – och det fanns det: När vi gav PGF till
våra försöksdjur stängdes LH-receptorgenen av, vilket alltså innebar att
progesteronproduktionen gick ner. Emellertid har PGF också en receptor, Freceptorn, och vi mätte naturligtvis den också. Alla dessa resultat finns sammanfattade i figur 7.
Vi vet inte vad som utlöser bildandet av PGF och händelsekedjan börjar
därför med ett frågetecken. När PGF stiger kommer den dels att stimulera
sin egen receptor och denna receptor hämmar i sin tur LH-receptorn. Detta
gör att hämningen snabbt stegras och att LH-receptorerna försvinner inom
loppet av ett par timmar. När LH således inte kan verka upphör produktio-
Figur 7. Vår arbetshypotes för hur menstruationen startar.
15
nen av progesteron lika snabbt. Vi försöker nu ta reda på vad som är den
initierande faktorn, dvs. vad det är som gör att PGF stiger.
I figur 8 finns resultaten av denna forskning samlade.
Figur 8. Sammanfattning av forskningsgruppens resultat vad gäller äggstocken.
Vi kan idag säga att förutom LH-receptorn är PGF-receptorn och prolaktinreceptorn involverade i regleringen av gulkroppen. Genom en del indirekta
indikationer är det mycket troligt att det finns ytterligare två receptorer
inblandade i regleringen av gulkroppen. Vi hoppas att kunna finna dem,
liksom kunskap om vad som initierar ökningen av PGF och vilka proteiner
som kan vara involverade i åldrandet av ägg.
Denna forskning har möjliggjorts genom djurförsök, och när vi vet hur det
fungerar hos djur kan man mäta hos människa. Det finns skillnader, men
ofta är själva mekanismerna desamma. Forskningen har också möjliggjorts
genom anslag från statliga forskningsfonder. Tyvärr finns idag inga privata
fonder som är öronmärkta för grundläggande fortplantningsforskning. Det
beklagar jag eftersom många av de resultat vi fått fram är till direkt nytta när
16
Gunnar Selstam
det gäller bl.a. behandling av barnlöshet, förutom att utbilda duktiga läkare
inom detta område.
Vi behöver öka vår kunskap avsevärt inom fortplantningen för att kunna
behandla inte bara barnlöshet utan även andra sjukdomar som har med reproduktion att göra, men också att kunna behandla andra sjukdomar utan
att skada fortplantningsorganen. En bred satsning på forskning om fortplantning kan förutom detta också ge oss ledtrådar varför så många sjukdomar
drabbar fortplantningsorganen, t.ex. två de av de vanligaste cancersjukdomarna: Bröstcancer och prostatacancer.
Vi lever dessutom i en föränderlig värld där människor skaffar barn allt senare
i livet. Det ställer ökade krav på behandling av barnlöshet eftersom fertiliteten
går ner med stigande ålder. Som nämndes inledningsvis kan 15% av alla par
idag inte få barn. Det kan ställas i motsats till exempelvis våra försök med råttor,
bland vilka ca 1% inte får ungar. Även om procenttalen inte är fullständigt
jämförbara, har människan en låg fertilitet när vi jämför med djurvärlden.
Ändå är det klart att den låga fertiliteten inte har hindrat oss att bli väldigt
många på jorden, men bakgrundsorsakerna är höljda i dunkel och nästan
ingen forskning har ägnats åt detta.
17
