Embriologia 02 - Spermatogenesi, fecondazione e prima settimana Spermatogenesi La spermatogenesi è il processo che porta alla formazione dei gameti maschili, gli spermatozoi.

Embriologia 02 – Spermatogenesi, fecondazione, e prima settimana 1 Embriologia 02 - Spermatogenesi, fecondazione e prima settimana

Spermatogenesi

La spermatogenesi è il processo che porta alla formazione dei gameti maschili, gli spermatozoi.

Alla nascita, l’individuo maschio possiede delle strutture a cordoni formate sia da cellule di sostegno sia da cellule germinali (i cordoni sessuali).

Poco prima della pubertà, si apre una cavità all’interno di questi cordoni e si vengono a formare i tubuli seminiferi. I tubuli seminiferi maturi sono formati da due tipi di cellule:

 Cellule del Sertoli:sono cellule di sostegno. La loro principale funzione è quella di guidare le cellule germinali, accolte in invaginazioni della loro membrana, attraverso i passaggi della spermatogenesi.

Sono distinguibili dalle cellule della linea germinale per la forma pressoché piramidale. Hanno nucleo ovalare e citoplasma chiaro.

 Cellule germinali: sono le cellule che daranno origine, alla fine agli spermatozoi. Le cellule germinali sono disposte su strati concentrici al lume del tubulo. Più ci si avvicina al lume, più la cellula germinale è differenziata.

A partire dalla periferia e andando verso il centro, incontriamo:

 Spermatogoni staminali, elementi altamente indifferenziati;

 Spermatogoni di tipo A. Sono gli elementi da cui parte la spermatogenesi.

Gli spermatogoni di tipo A vanno incontro a mitosi¹ e formano sia un clone di cellule di se stesse, sia un gruppo di spermatogoni maggiormente differenziati, detti spermatogoni di tipo B.

 Spermatogoni di tipo B. Vanno incontro a mitosi e formano sia un clone di cellule di se stesse che un nuovo gruppo di cellule maggiormente differenziate, gli spermatociti primari.

 Spermatociti primari. Entrano in profase (fase di attesa prima della divisione) per diversi giorni.²

 Spermatociti secondari. Compiono la 2° divisione meiotica e diventano spermatidi. Gli spermatidi hanno un corredo aploide.

Tutte le cellule germinali descritte finora rimangono nelle invaginazioni delle cellule del Sertoli e non sono divise tra di loro, ma rimangono unite le une alle altre attraverso ponti citoplasmatici.

Gli spermatidi vanno incontro ad un ultimo processo, la spermiogenesi, che porta alla formazione degli spermatozoi.

La spermiogenesi avviene attraverso diverse fasi:

1. Fase del Golgi. In questa fase, il Golgi si porta su un polo della cellula. Al suo interno, si formano una serie di vacuoli pro-acrosomici. Questi vacuoli convergono tutti in un'unica

1Mitosi e meiosi sono due processi attraverso cui la cellula si divide. La differenza principale sta nel corredo cromosomico delle cellule neoformate: le cellule che escono da una mitosi sono diploidi, mentre le cellule che escono da una meiosi sono aploidi.

Nella mitosi la cellula raddoppia dapprima il suo corredo (passa da 2n a 4n) per poi dividersi (e tornare a 2n).

2Nella meiosi la cellula raddoppia allo stesso modo il suo corredo (passa da 2n a 4n), ma va incontro a due divisioni una dopo l’altra. Dopo la prima passerà da 4n a 2n, e dopo la seconda arriverà ad un corredo n.

Embriologia 02 – Spermatogenesi, fecondazione, e prima settimana 2 vescicola, che prende il nome di acrosoma.

L’acrosoma è come un grande lisosoma che contiene enzimi importanti al momento delle prime fasi della fecondazione.

2. Fase del cappuccio. L’acrosoma si accresce fino ad arrivare a coprire i 2/3 del nucleo formando, quindi, una sorta di cappuccio.

Mentre l’acrosoma si accresce, i centrioli si portano sul polo opposto all’acrosoma. Uno dei due funge da corpo basale per il flagello.

3. Fase dell’acrosoma. Il nucleo si sposta in periferia, condensa la cromatina al suo interno e assume una forma allungata. L’acrosoma, di conseguenza, cambia forma per seguire l’andamento del nucleo. Il citoplasma si dispone in posizione caudale.

Spermatozoi

Gli spermatozoi sono costituiti da due componenti:

 Testa (5-10 μm), formata a sue volta da due parti:

 Nucleo

 Acrosoma

 Coda (60 μm), formata da un fascio di microtubuli (disposti secondo il classico assetto 9+2 dell’assonema).

Partendo dalla testa, possiamo suddividere la coda in:

 Collo. Presenta un diametro maggiore delle altre parti della coda.

Nel collo c'è il centriolo distale, in posizione trasversale rispetto all'asse di simmetria dello spermatozoo. Il centriolo prossimale (longitudinale) si è trasformato nel corpo basale del flagello.

Inoltre, è presente una placca basale di materiale denso dove si ancorano 9 fibre striate esterne. Si tratta di 9 lunghe molecole proteiche che decorrono longitudinalmente, attorno ai microtubuli.

 Tratto intermedio. È costituito da 9 fibre striate esterne che circondano l’assonema (9+2).

Attorno alle fibre è presente la guaina

mitocondriale: tanti mitocondri si pongono tra la membrana plasmatica e le nove colonne. In questo modo, viene fornita l’adeguata quantità di energia allo spermatozoo.

 Tratto principale. Costituisce la maggior parte della lunghezza dell'intero spermatozoo. È formato dall’assonema rivestito fibre striate (scompare, quindi, la guaina mitocondriale).

 Tratto terminale. È costituito dall’assonema rivestito dalla membrana plasmatica (scompaiono le fibre striate).

Embriologia 02 – Spermatogenesi, fecondazione, e prima settimana 3 Controllo ormonale

Il controllo parte dall’ipofisi, che produce l’LH e l’FSH.

L’FSH agisce sulle cellule del Sertoli per favorire la spermatogenesi (cioè la maturazione delle cellule germinali). Oltre a questa funzione, le cellule del Sertoli producono anche la PLA (proteina legante gli androgeni) che ha il compito di legare e trattenere il testosterone nel lume dei dotti seminiferi (per stimolare la spermiogenesi).

L’LH (detto anche ICSH, ormone stimolante le cellule interstiziali) agisce sulle cellule di Leydig stimolandole a produrre testosterone. Il testosterone, a sua volta, esercita 2 funzioni principali:

 Stimola le cellule del Sertoli per favorire la spermatogenesi;

 Influenza i caratteri sessuali secondari (crescita dei peli, sviluppo muscolare, aumento massa scheletrica, etc).

Tutto il sistema è sottoposto ad un fine meccanismo di autocontrollo (feed-back). In particolare il testosterone prodotto inibisce a livello ipotalamico la produzione di GnRH (ormone che stimola il rilascio di gonadotropine – LH e FSH), inibendo così la produzione di LH e FSH.

Le cellule del Sertoli, inoltre, producono una proteina, l’inibina, che agisce sull’ipofisi bloccando la produzione di FSH.

Fecondazione

Gli spermatozoi e l’ovocita si incontrano in corrispondenza dell’ampolla della tuba uterina (o terzo esterno della tuba). L’incontro dei due gameti produce una serie di eventi che consente il processo della fecondazione.

1. Gli spermatozoi si fanno strada tra le cellule della corona radiata. Alcuni spermatozoi hanno una reazione acrosomiale³ anticipata, che favorisce la disgregazione delle cellule del cumulo.

Tali spermatozoi, però, non riusciranno a penetrare nella zona pellucida.

2. Gli spermatozoi rimasti incontrano la zona pellucida e si legano ad essa grazie al riconoscimento specie-specifico di un recettore

3 La reazione acrosomiale è il processo attraverso cui l’acrosoma riversa il suo contenuto all’esterno dello spermatozoo.

Solitamente, lo spermatozoo fa la reazione acrosomiale solo quando è a contatto con la zona pellucida. Alcuni, però, possono farla prima; in questo caso si parla di reazione acrosomiale anticipata.

Embriologia 02 – Spermatogenesi, fecondazione, e prima settimana 4 espresso sulla membrana cellulare della testa dello spermatozoo con la proteina ZP3 presente nella zona pellucida. A questo punto, avviene la fuoriuscita degli enzimi dall’acrosoma. La reazione acrosomiale è favorita da una proteina della membrana pellucida, la proteina ZP3 e comporta una fusione tra la membrana plasmatica e quella acrosomiale nella regione anteriore degli spermatozoi.

3. In corrispondenza dei punti di fusione delle due membrane (acrosomiale e citoplasmatica), si ha la rottura delle membrane e, di conseguenza, gli enzimi contenuti nell’acrosoma si riversano nell’ambiente circostante. Con l’aiuto di questi enzimi gli spermatozoi possono così farsi strada nella zona pellucida. L’aiuto degli enzimi e la spinta del flagello consentono agli spermatozoi di penetrare nella zona pellucida.

4. Attraversata la membrana pellucida, gli spermatozoi si possono legare alla membrana plasmatica dell’ovocita. Appena lo spermatozoo si è legato alla membrana dell’ovocita si innesca un segnale che porta al rilascio di calcio da parte del REL. Ciò determina una sorta di onda transitoria (detta onda del calcio) che attraversa tutto l’ovocita. Questo è sintomo dell’attivazione dell’ovocita.

5. A questo punto vi è una massiccia esocitosi dei granuli corticali. Questi contengono una miscela di enzimi che determinano un’alterazione della struttura

della zona pellucida: essa si indurisce e perde i recettori ZP3. Tutto questo serve a prevenire la polispermia (presenza di più spermatozoi nell’ovocita), condizione che di solito non è vitale per l’embrione.

6. Lo spermatozoo penetra nell’ovocita. Nell’uomo, sia il nucleo che il flagello entrano nel citoplasma dell’ovocita.

I componenti del flagello vengono degradati rapidamente. Il nucleo, invece, perde la sua membrana nucleare e diventa meno compatto. Successivamente, il reticolo endoplasmatico della cellula uovo forma una nuova membrana nucleare attorno alla cromatina dello spermatozoo (pronucleo maschile). Il nucleo dell’ovocita (aploide, cioè costituito da 22 autosomi + X) torna allo stadio interfase (despiralizzando la cromatina). Si forma così il pronucleo femminile.

7. L’ultima fase della fecondazione (e che è anche il primo evento dello sviluppo embrionale) è rappresentata dalla fusione (anfimissi) dei due corredi cromosomici aploidi per formare lo zigote (diploide).

Embriologia 02 – Spermatogenesi, fecondazione, e prima settimana 5 Prima settimana

Una volta formato lo zigote, questo inizia una serie di divisioni mitotiche che avvengono senza divisione della membrana cellulare originaria (endomitosi). Questo processo si chiama segmentazione, le cellule sono prima unite debolmente, poi più tenacemente tramite gap junctions.

Al 3° giorno, l’ammasso di cellule (in numero di 8-16) viene chiamato morula. All’interno della morula dopo lo stadio a 32, tra una cellula e l’altra, si iniziano a formare numerose cavità che, confluendo, formano un’unica cavità detta blastocele.

Mentre si segmenta, lo zigote procede lungo la tuba uterina verso l’utero, sospinto dai movimenti della tuba e dalle correnti generate dalle ciglia delle cellule tubariche.

Dopo 3-4 giorni, la morula raggiunge la cavità dell’utero e si trasforma in blastocisti. Questa è formata da uno strato esterno di cellule, il trofoblasto (da cui avrà origine la placenta), da una cavità interna ripiena di liquido e da un ammasso di cellule più interne che prende il nome di bottone embrionale (da cui si svilupperà l’embrione).

La blastocisti rimane libera nel lume dell’utero per 2-3

giorni, e verso il 6°-7° giorno dalla fecondazione aderisce alla superficie dell’endometrio (rivestimento interno dell’utero) ed inizia l’impianto, in cui le integrine del trofoblasto si uniscono alla laminina e fibronectina della matrice extracellulare.

Avviene quando l’utero è in fase secretiva, alla presenza di tre strati:

 Superficiale compatto

 Intermedio spugnoso

 Sottile basale