Urogenital System Development

By | February 22, 2012

This post is a brief summary of the topic, intended to be used for an academic purpose. The contents and images are derived from the references. It is recommended to read the original references in order to find detailed contents.

References:

  1. T. W. Sadler, (2006) Langman’s Medical Embryology (10th ed) pp.360-361.
  2. 상게서, 황영일 외 6인 역, 255-256쪽.
  3. Duke Univ. Medical School, Urogenital Development (Access: February 22, 2012.)

The urinary and genital systems both develop from mesodermal tissue. Three urinary systems develop in a temporal sequence from cranial to caudal segments:

비뇨계통과 생식계통은 둘 다 중배엽 기원이다. 비뇨계통은 다음과 같은 세 종류의 일련의 구조물에서 발생한다.

The pronephros, which forms in the cervical region, is vestigial.

앞콩팥은 목 부위에서 형성되며 곧 퇴화된다.

The mesonephros, which forms in the thoracic and lumbar regions, is large and is characterized by excretory units (nephrons) and its own collecting duct, the mesonephric or wolffian duct. In the human it may function briefly, but most of the system disappears. Ducts and tubules from the mesonephros form the conduit for sperm from the testes to the urethra. In the female, these ducts regress.

중간콩팥은 가슴과 허리 부위에서 크게 형성되며 배설단위(콩팥단위)와 고유의 집합관인 중간콩팥관이 특징적으로 존재한다. 사람에서 잠시 기능을 하지만 대부분 없어진다. 중간콩팥의 관과세관들은 고환에서 요도까지 정자가 이동하는 통로를 형성하고, 여성에서는 퇴화한다.

The metanephros, or permanent kidney, develops from two sources. It forms its own excretory tubules or nephrons like the other systems, but its collecting system originates from the ureteric bud, an outgrowth of the mesonephric duct. This bud gives rise to the ureter, renal pelvis, calyces, and the entire collecting system (Fig. 14.5). Connection between the collecting and excretory tubule systems is essential for normal development (Fig. 14.6). WT1, expressed by the mesenchyme, makes this tissue competent to respond to induction by the ureteric bud. Interactions between the bud and mesenchyme occur through production of GDNF and HGF by the mesenchyme with their tyrosine kinase receptors RET and MET, respectively, produced by the ureteric epithelium. PAX2 and WNT4, produced by the ureteric bud, cause epithelialization of the metanephric mesenchyme in preparation for excretory tubule differentiation (Fig. 14.7). Early division of the ureteric bud may lead to bifid or supernumerary kidneys with ectopic ureters (Fig. 14.9). Abnormal positions of the kidney, such as pelvic and horseshoe kidney, are also well known (Fig. 14.11).

뒤콩팥, 즉 영구콩팥은 두 종류의 조직에서 기원한다. 뒤콩팥은 중간콩팥계통과 마찬가지로 고유한 배설세관과 콩팥단위를 형성하지만, 집합관은 중간콩팥관에서 자라 나온 요관싹으로부터 형성된다. 요관싹에서 요관과 콩팥깔때기, 콩팥잔 그리고 전체 집합관계통이 생겨난다(그림 14.5). 집합관과 배설관의 연결은 정상적인 콩팥 발생에 필수적이다(그림 14.6). 중간엽에서 발현되는 WT1 유전자는 중간엽이 요관싹의 유도에 반응할 수 있도록 해준다. 중간엽과 요관싹 사이의 상호작용이 중간엽에서 생성된 아교유래신경친화인자(GDNF)와 간세포성장인자(HGF)들을 통하여 일어난다. 중간엽에서 생성된 아교유래신경친화인자는 요관싹의 티로신키나제 수용체인 RET와 결합한다. 또한, 중간엽에서 생성된 간세포성장인자는 요관싹의 티로신키나제 수용체인 MET와 결합한다. 배출세관이 분화하는 동안에 요관싹에서 생산되는 PAX2와 WNT4 유전자들은 뒤콩팥 중간엽의 상피화를 유도한다(그림 14.7). 요관싹이 일찍 나뉘면 딴곳요관(이소요관)을 동반한 이분콩팥 또는 과잉콩팥이 발생할 수 있다(그림 14.9). 골반콩팥이나 말굽콩팥과 같은 콩팥의 위치 이상도 자주 발생한다(그림 14.11).

The genital system consists of (a) gonads or primitive sex glands, (b) genital ducts, and (c) external genitalia. All three components go through an indifferent stage in which they may develop into either a male or a female. The SRY gene on the Y chromosome produces testes-determining factor and regulates male sexual development. Genes downstream from SRY include steroidogenesis factor (SF1) and SOX9 that stimulate differentiation of Sertoli and Leydig cells in the testes. Expression of the SRY gene causes (a) development of the medullary (testis) cords, (b) formation of the tunica albuginea, and (c) failure of the cortical (ovarian) cords to develop. In the absence of the SRY gene, the combination of DAX1 expression, to downregulate SF1, and continued expression of WNT4 in the gonadal ridge, causes formation of ovaries with (a) typical cortical cords, (b) disappearance of the medullary (testis) cords, and (c) failure of the tunica albuginea to develop (Fig. 14.21). When primordial germ cells fail to reach the indifferent gonad, the gonad remains indifferent or is absent.

생식계통은 (a) 생식샘(일차생식샘), (b) 색식관, (c) 바깥생식기관으로 이루어진다. 이 세 가지 성분은 모두 미분화시기를 거쳐서 남성 또는 여성으로 분화한다. Y 염색체에 있는 성결정부위(SRY) 유전자는 고환결정인자를 생성하고 남성의 생식기관 발생을 조절한다. 성결정부위 유전자와 관련된 다음 단계 유전자들은 SOX9 유전자와 스테로이드 생성인자 1(SF1)이며, 이 유전자들은 고환에 있는 버팀세포와 사이질세포의 분화를 촉진한다. 성결정부위 유전자의 발현으로 (a) 속질끈(고환끈)의 발달, (b) 백색막의 형성, (c) 겉질끈(난소끈)의 불형설이 일어난다. WNT4 유전자는 난소발생을 조절하는 주뒨 유전자로 SOX9 유전자의 발현을 억제하는 DAX1 유전자의 발현을 증가시킨다. WNT4 유전자와 다음 단계 유전자들과 함께 (a) 특징적인 겉질끈의 발달, (b) 속질끈(고환끈)의 소실, (c) 백색막의 미발달을 촉진하여 난소를 형성한다(그림 14.21). 원기종자세포가 미분화생식샘에 도달하지 못한 경우에 생식샘은 미분화상태로 남아 있거나 없어진다.

The indifferent duct system and external genitalia develop under the influence of hormones. Testosterone produced by Leydig cells in the testes stimulates development of the mesonephric ducts (vas deferens epididymis), while MIS produced by Sertoli cells in the testes causes regression of the paramesonephric ducts (female duct system). Dihydrotestosterone stimulates development of the external genitalia, penis, scrotum, and prostate (Fig. 14.26). Estrogens influence development of the paramesonephric female system, including the uterine tube, uterus, cervix, and upper portion of the vagina. They also stimulate differentiation of the external genitalia, including the clitoris, labia, and lower portion of the vagina (Fig. 14.26). Errors in production of or sensitivity to hormones of the testes lead to a predominance of female characteristics under influence of the maternal and placental estrogens.

미분화상태의 생식관과 바깥생식기관은 호르몬의 영향으로 분화한다. 고환의 사이질세포에서 생성되는 테스토스테론은 중간콩팥관(정관-부고환)의 발달을 촉진하지만, 중간콩팥곁관억제물질(MIS)은 여성의 생식기관인 중간콩팥곁관의 발달을 억제한다. 디하이드로테스토스테론은 바깥생식기관, 음경, 음낭, 전립샘의 발달을 촉진시킨다(그림 14.26). 에스트로겐은 자궁관, 자궁, 자궁목, 질의 윗부분이 되는 중간콩팥곁관의 발생을 촉진한다. 또한 에스트로겐은 음핵, 음순, 질의 아랫부분을 포함하는 바깥생식기관의 발생도 촉진한다(그림 14.26). 고환에서 생성되는 남성호르몬 부족이나 남성호르몬에 대한 민감도 장애가 있으면, 모체와 태반의 에스트로겐의 영향으로 여성의 특징을 띠게 된다.

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