Embriologia

Embriologia

Studia 2 eventi fondamentali della vita:

• Generazione: come un organismo produce i gameti. Comincia con la formazione dei gameti (cellule aploidi). I gameti originano tramite 2 divisioni cellulari (meiosi) nelle cellule germinali. La generazione si realizza con la fecondazione dei gameti che origina lo ZIGOTE. Il numero diploide viene ricostituito alla fecondazione. La costanza del numero cromosomico nelle cellule somatiche viene mantenuta, di generazione in generazione mediante una divisione riduzionale (meiosi) che interviene nelle cellule germinali.
• Sviluppo: come da un uovo fecondato (zigote) ha origine un nuovo organismo. Lo sviluppo è l’emergere di strutture organizzate da un gruppo di cellule inizialmente informe.

Processi fondamentali

• Proliferazione cellulare: durante lo sviluppo le cellule somatiche si dividono per mitosi e la divisione è strettamente regolata nell’ambito del ciclo cellulare.
• Differenziamento istologico: processo graduale che avviene per stadi successivi (steps). Si realizza tramite modificazioni successive nella espressione genica e quindi nei componenti molecolari prodotti dalla cellula.
• Morfogenesi = genesi delle forme. Generazione di tutte le strutture tridimensionali spaziali che compaiono durante lo sviluppo embrionale, dalla forma delle proteine a quella delle cellule, degli organi e infine dell’intero organismo. Il cambiamento di forma avviene attraverso l'organizzazione delle cellule nei tessuti e negli organi e la creazione della forma interna ed esterna dell’embrione. Esso si realizza attraverso:
  • Migrazioni cellulari: dipende dall'interazione tra cellula e ambiente extracellulare. Proteine della matrice, molecole di adesione cellula matrice, proteine del citoscheletro.
  • Aggregazioni: le proteine di adesione cellula cellula sono le caderine.
  • Ripiegamenti.
  • Invaginazioni.
• Apoptosi: determinante per lo sviluppo embrionale la morte cellulare programmata o apoptosi.

Ogni evento descritto è legato alla produzione, nelle cellule interessate, delle molecole specificamente coinvolte nel processo stesso. Si ha un'attivazione selettiva di geni target, quelli che controllano lo sviluppo embrionale sono circa 2000-4000 (10-20% del totale dei geni).

Nello sviluppo embrionale si ha una vera e propria origine del piano corporeo. Nel corpo tessuti e organi specializzati devono differenziarsi e prendere forma, ciascuno al posto giusto → devono essere definiti gli assi principali dell’embrione. Inoltre, i diversi tessuti devono organizzarsi per costituire una porzione specifica del corpo.

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Ciclo vitale dei mammiferi

Processi che vanno dalla generazione di un individuo alla sua riproduzione definiscono il ciclo vitale. 7 fasi successive conservate nel corso dell'evoluzione → Gametogenesi + fecondazione + segmentazione + gastrulazione + organogenesi + crescita + maturità sessuale.

Nei mammiferi segmentazione e gastrulazione sono separate da una fase di impianto dell’embrione nell’utero. L’impianto realizza il contatto fisico tra embrione e utero. Parallelamente allo sviluppo dell’embrione si sviluppano gli annessi embrionali:

• Placenta: alla sua formazione contribuiscono sia la madre che l’embrione. Lo sviluppo dell’individuo avviene all’interno del corpo della madre che attraverso la placenta fornisce nutrimento.
• Allantoide: sacco che raccoglie i rifiuti. Formerà il cordone ombelicale.
• Sacco vitellino: contiene sostanze che nutrono l’embrione.
• Corion: membrana che avvolge tutti gli altri annessi, parte embrionale della placenta.
• Amnios: sacco che avvolge l’embrione che contiene il liquido amniotico.

L’oogenesi

L’oogenesi (o ovogenesi) è quel processo che porta alla formazione del gameto femminile maturo. Avviene insieme a modifiche che coinvolgono alcune cellule che circondano l’ovocita e che vanno a costituire, insieme ad esso, un follicolo. Quindi durante la maturazione dell’ovocita avviene anche un processo che riguarda modifiche di tale follicolo e che è chiamato follicologenesi.

La follicologenesi è un processo, insieme alla maturazione dell'ovocita maturo, pronto per essere fecondato, che avviene in maniera ciclica a livello ovarico. Questo processo è strettamente controllato a livello ormonale. Inoltre avvengono nell’organismo femminile altre modifiche che portano a preparare l'organismo ad una eventuale gravidanza.

L’apparato genitale femminile: gonadi, quindi le ovaie, una serie di vie che comprendono le tube di Falloppio, a stretto contatto con l’ovaio, e lievi dotti che convergono a livello dell’utero, che si apre all’esterno tramite un dotto chiamato vagina.

Le fasi

Ha inizio durante lo sviluppo embrionale tuttavia questa prima fase iniziale ad un certo punto subisce un arresto. La produzione finale di gameti maturi avviene a partire dalla pubertà e procede fino alla menopausa. Lo sviluppo dell’ovocita avviene contemporaneamente a modifiche di cellule che circondano l'ovocita e che formano insieme ad esso una struttura: il follicolo. La maturazione e l’evoluzione del follicolo avvengono durante il processo della follicologenesi.

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La prima fase è la fase embrionale. Prima di tutto occorre analizzare dove hanno origine le cellule germinali. Già alla quarta settimana si ha una migrazione delle cellule germinali dal sacco vitellino, dove si sono andate a collocare precedentemente, verso due porzioni ventrali all’embrione, che sono gli abbozzi delle gonadi mature e che sono chiamate creste genitali. Durante queste migrazioni le cellule germinali proliferano e si dividono tramite un processo mitotico.

Le cellule germinali primordiali migrano nelle creste genitali nel periodo che va dalla quarta alla sesta settimana di sviluppo, giungendo quindi all’interno dell’ovaio, dove si dividono tramite mitosi originando gli ovogoni.

Nel frattempo nel tessuto circostante le gonadi si differenziano in ovaio. Gli ovogoni a un certo punto perdono irreversibilmente la capacità di dividersi per mitosi e sono indotti ad iniziare il processo meiotico, diventando ovociti primari, che si bloccano alla profase della prima divisione meiotica. Gli ovogoni diventano ovociti primari nel periodo che va dall’undicesima settimana al settimo mese di vita intrauterina.

Nella vita fetale tutti gli ovogoni o entrano in meiosi oppure muoiono (atresia), quindi non tutti gli ovogoni che si formano diventano ovociti primari.

Alla nascita la donna ha già tutti gli ovociti primari che potranno diventare gameti maturi nel resto della sua vita.

Nella foto a sinistra vediamo uno schema che indica gli ovogoni a livello dell'ovaio e si può notare che il picco si ha circa al quinto mese di vita intrauterina, quando vi sono circa 6-7 milioni di ovogoni, e a partire da questo momento si ha progressivamente un calo del numero di ovogoni, ovociti e follicoli primordiali. Alla nascita sono presenti circa 1-2 milioni di ovociti primari accolti a livello di strutture chiamate follicoli primordiali.

Nella foto a destra invece possiamo notare un follicolo primordiale in sezione istologica.

È presente l’ovocita primario che è bloccato alla profase della prima divisione meiotica ed è circondato da cellule appiattite che prendono il nome di cellule follicolari. L’insieme di queste cellule e l’ovocita costituiscono il follicolo primordiale: l’unità funzionale dell’ovaio.

Non tutti i follicoli maturano nello stesso tempo ma il loro processo di maturazione è ciclico, pertanto alcuni follicoli possono fermarsi con il loro ovocita primario nella profase I anche fino a 50 anni.

Durante la pubertà si ha la ripresa dell’oogenesi e quindi la formazione di gameti maturi che durerà fino alla menopausa. Consiste nell’inizio di una fase di crescita e di maturazione di diversi ovociti primari che iniziano questo processo ogni giorno. Progressivamente questi tendono a crescere nell’ambito del loro

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follicolo e soltanto un ovocita primario completa la sua divisione meiotica per diventare ovocita secondario. Questo processo di completamento della prima divisione meiotica in associazione al proprio follicolo avviene ciclicamente e ogni 28 giorni viene rilasciato un ovocita secondario a livello dell’ovaio. Questo processo è il momento dell’ovulazione.

La seconda divisione meiotica verrà completata, originando la cellula uovo, soltanto qualora l’ovocita secondario venisse fecondato.

Il ciclo ovarico

Il ciclo ovarico è il periodo compreso tra 2 successive ovulazioni e quindi è un periodo che dura circa 28 giorni. Tuttavia per comodità in diversi testi è comunemente considerato il periodo compreso tra 2 mestruazioni, quindi l’ovulazione si colloca al centro tra 2 periodi:

• Fase follicolare: precedente, prevede la crescita del follicolo.
• Fase luteinica: successiva, prevede la formazione di una struttura, il corpo luteo, che deriva dal residuo del follicolo dopo l’ovulazione a livello dell’ovaio.

Come si può vedere, parallelamente alle modifiche che coinvolgono l’ovaio, avvengono anche modifiche della parete dell’utero, più precisamente della mucosa uterina o endometrio. In particolare la mucosa tende a sfaldarsi (durante la fase follicolare) per poi riformarsi, proliferare, crescere e riempirsi di ghiandole fino alla massima espansione dell’endometrio (durante la fase luteinica). Ovviamente queste modifiche sono rilevanti in quanto l’ovocita se viene fecondato darà origine a uno zigote che andrà ad impiantarsi nella parete dell’utero e quindi troverà la situazione più adatta per andare a collocarsi a livello della parete uterina nel caso di una gravidanza.

Queste diverse fasi sono controllate da diversi ormoni prodotti a livello ovarico: gli estrogeni durante la prima fase e il progesterone durante la seconda.

Gli ormoni che partecipano alla maturazione dei follicoli sono in particolare gli ormoni LH e FSH, che vengono rilasciati dall'ipofisi sotto il controllo di fattori che vengono rilasciati a loro volta dall’ipotalamo. Questi due ormoni (LH e FSH) vanno successivamente ad agire a livello del follicolo inducendo la produzione di estrogeni e progesterone.

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Meccanismo di controllo ormonale

• Feedback negativo: se il progesterone e gli estrogeni sono prodotti a elevati livelli vanno a inibire il rilascio da parte dell'ipotalamo di questi fattori e quindi bloccano il rilascio di LH e FSH. Al contrario l’assenza/riduzione della produzione di estrogeni e progesteroni, toglierà l’inibizione, per cui a livello ipotalamico potranno essere rilasciate nuovamente le molecole che porteranno alla produzione di FSH e LH.
• Feedback positivo: corrisponde a condizioni nelle quali le concentrazioni di estrogeni e progesterone sono particolarmente elevate e viene quindi indotto un ulteriore rilascio di fattori ipotalamici. Viene quindi stimolata maggiormente la produzione di LH e FSH.

La fase follicolare

La fase follicolare riguarda la crescita del follicolo e viene divisa in 3 sottofasi:

• Fase preantrale: ha una durata di 3-5 giorni ed è indipendente da ormoni. In questa fase il follicolo primordiale diviene follicolo primario (si accresce) e l’ovocita aumenta di dimensioni giungendo circa a un diametro di 100 µm. Le cellule follicolari che inizialmente erano distribuite in un unico strato si moltiplicano, andando a costituire uno strato in cui le cellule sono strettamente ravvicinate tra loro, che prende il nome di granulosa, dove le cellule presentano sistemi di giunzione per consentire una comunicazione fra di loro e fra loro e l'ovocita stesso. Le cellule della granulosa e l’ovocita iniziano a creare uno strato a-cellulare, composto di diverse glicoproteine: le proteine della zona ZP1, ZP2, ZP3. L'insieme di queste glicoproteine va a costituire la zona pellucida. L’importanza dei sistemi di comunicazione tra le cellule della granulosa e l’ovocita la possiamo dedurre dal fatto che mutazioni nelle connessine, che sono componenti molecolari delle giunzioni comunicanti, possono causare un arresto/limitazione nel processo di follicologenesi e quindi portare a eventuale sterilità. Nel follicolo primario l’ultima parte che si sviluppa è la teca (lo strato esterno), un addensamento del connettivo dello stroma ovarico che si va ad addensare attorno al follicolo. Nelle 2 sezioni istologiche. Evidenziamo nella foto di destra la granulosa e la teca, mentre nella sinistra la zona pellucida, che è composta da glicoproteine prodotte sia dalla granulosa che dall’ovocita e risulta particolarmente importante nella fecondazione.
• Fase antrale: ha una durata di 8-12 giorni e dipende da ormoni, più precisamente da FSH e LH (gonadotropine ipofisarie). Infatti sul follicolo compaiono i recettori per tali ormoni: R-LH a livello della teca e R-FSH a livello granulosa. I follicoli primari entrano nella fase antrale solo se la

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• concentrazione di FSH e LH a livello ipofisario è elevata e se il follicolo ha acquisito sufficienti recettori. La mancanza di una o entrambe condizioni porta ad una degenerazione del follicolo (atresia). La maggior parte dei follicoli va in atresia perché non presentano un numero sufficiente di recettori e solo 15-20 procedono nella fase antrale. A questo punto i follicoli primari diventano secondari attraverso una serie di modifiche strutturali e funzionali:

• Crescita del follicolo per ulteriore proliferazione delle cellule della teca e della granulosa.
• Secrezione di un liquido viscoso, prodotto all’interno di una cavità detta antro.
• Formazione di una regione chiamata cumulo ooforo.

Il follicolo secondario è in grado di produrre ormoni. Più precisamente nelle cellule della teca avviene la produzione di androgeni (testosterone, androsterone), mentre quelle della granulosa producono estrogeni.

• Il ruolo degli estrogeni è quello di andare a modificare il follicolo in quanto inducono la proliferazione della granulosa, tendendo a farla aumentare, e l’aumento dei recettori degli estrogeni.
• L’R-FSH invece induce una proliferazione della granulosa e un aumento degli R-FSH.

Pertanto sotto controllo di FSH e estrogeni, con un aumento indotto sia dai recettori per gli estrogeni che per gli FSH, si viene a indurre una progressiva crescita del follicolo. Nella competizione della maturazione dei follicoli presenti tra le 2 ovaie in genere un unico follicolo diventa il follicolo dominante: quello che cresce più rapidamente e quindi, essendo di dimensioni maggiori, sottrae gli ormoni agli altri follicoli. Alla fine della fase antrale anche a livello della granulosa, dove c’erano solo gli R-FSH, compaiono i recettori per l’LH e inizia la produzione di progesterone. Questa è la fase di passaggio alla fase successiva: la fase preovulatoria.

• Fase preovulatoria: la più breve, ha una durata di 37 ore e dipende da ormoni. Durante questa fase il follicolo secondario diventa il follicolo terziario (del Graaf), con un incremento delle dimensioni fino a 25 mm e con l’accumulo nell’antro di liquido. Si assiste al completamento della prima divisione meiotica, con la formazione di un ovocita secondario e di una cellula di dimensioni molto più ridotte chiamato globulo polare. L’ovocita inizia poi la seconda divisione meiotica ma si blocca in metafase fino alla fecondazione. Intanto avvengono altre modifiche che iniziano a preparare l’ovocita ad un’eventuale fecondazione: scompaiono i prolungamenti e le giunzioni gap dell’ovocita con le cellule della granulosa e, nella porzione periferica, si formano vescicole corticali (formate da diversi lisosomi).

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L’ovulazione

L’ovulazione: durante l’ovulazione il follicolo terziario è molto vicino alla superficie dell’ovaio. Si forma inizialmente un rigonfiamento che prende il nome di stigma, la parete dell’ovaio si assottiglia per cui il follicolo può essere espulso. In realtà vengono espulsi l’ovocita secondario e parte delle cellule della granulosa che vanno a costituire la corona radiata, e vengono poi catturati dalle fimbrie per realizzare il loro percorso a livello degli ovidotti. Ciò che resta verrà trasformato in corpo luteo.

La fase luteinica

La fase luteinica: le cellule della granulosa si trasformano in cellule luteiniche, che accumulano diversi organuli, lipidi e un pigmento giallo chiamato luteina. Il corpo luteo ha la funzione di produrre progesterone ma produce anche estrogeni, seppur in quantità minori. Questi vanno ad agire con un feedback negativo a livello del sistema ipotalamico-ipofisario inibendo la produzione di FSH e LH. Dopo 14 giorni il corpo luteo degenera, pertanto i livelli di progesterone e di estrogeni prodotti dal corpo luteo tenderanno a ridursi.

Nelle foto vediamo un ovaio e diversi follicoli: il follicolo primordiale, formato da un ovocita primario e le cellule follicolari disposte in uno strato, il follicolo primario con le cellule della granulosa, il follicolo terziario, caratterizzato dalla comparsa dell’antro e il corpo luteo.

La regolazione da parte degli ormoni

La regolazione da parte degli ormoni: nella foto possiamo vedere l’andamento durante il ciclo degli ormoni LH, FSH, degli estrogeni e del progesterone. Al centro abbiamo la fase ovulatoria, che si trova tra quella follicolare (prima) e quella luteinica (dopo).

Nella fase follicolare i livelli prodotti di FSH e LH prodotti inducono a livello dell’ovaio la crescita del follicolo che inizierà a rilasciare estrogeni. L’FSH e gli estrogeni andranno a favorire l’accrescimento del follicolo.

Nella fase preovulatoria, a causa dell'accrescimento del follicolo, abbiamo un picco di estrogeni che tramite il meccanismo feedback positivo induce un picco di FSH e LH a livello degli ormoni ipofisari. In questa fase abbiamo quelle modifiche che portano alla maturazione del follicolo e alla sua espulsione nella fase dell’ovulazione.

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Al termine dell’ovulazione abbiamo la fase luteinica, durante la quale il corpo luteo produce progesterone e una certa quota di e