Anatomia

Anatomia

Anita Emilia Colombo

Embriologia

Organizzazione gerarchica

Atomo, molecola, macromolecola, organuli cellulari, cellula, tessuto, organo, apparato, sistemi. Gli organi sono cavi o parenchimatosi. Tutto ha origine da una cellula totipotente.

Spermatogenesi e oogenesi

Spermatogenesi e oogenesi avvengono per meiosi, risultato cellule aploidi morfologicamente diverse perché danno origine a zigoti diversi. Lo spermatozoo è movimento, ma la cellula uovo regola lo sviluppo del nuovo organismo, quindi è complesso il citoplasma della cellula uovo, deve contenere determinanti morfogenetici. Queste sono molecole che generano nuove strutture e regolano la formazione di nuove strutture, inizialmente semplici ma poi daranno origine a tessuti e organi. Lo zigote è una cellula totipotente, e l'informazione contenuta nel suo nucleo diploide e tutti i determinanti morfologici nel citoplasma dello zigote (ex cellula uovo) differenziano i tessuti. Mentre le strutture si formano, alcuni geni vengono mantenuti attivi e altri silenziati, permettendo allo zigote di formare moltissimi tessuti.

Sviluppo di un nuovo organismo

L’embriologia e la biologia dello sviluppo sono discipline che studiano lo sviluppo di un organismo, partendo dalla trasformazione dello zigote in un nuovo organismo. Negli animali pluricellulari, la riproduzione si basa sulla riproduzione sessuata a partire da due gameti: spermatozoo e cellula uovo. La riproduzione sessuale è preceduta dalla gametogenesi, quindi formazione di gameti grazie alla spermatogenesi e oogenesi. Per ogni tappa della meiosi, le cellule vengono chiamate con un nome ben definito, maschili o femminili, ma ognuno ha un compito diverso. Monospermia: una cellula uovo = uno spermatozoo, per evitare polispermia.

La gametogenesi avviene nelle gonadi a partire da cellule germinali primordiali (PGC), spermatogoni nei testicoli e oogoni nelle ovaie. Da una gonade che in qualsiasi organismo vertebrato è unipotente, durante lo sviluppo embrionale viene specificato se diventerà gonade maschile o femminile. Ognuno di noi è passato attraverso uno stato di gonade unipotente, cioè non differenziata, ma con la potenzialità di diventare testicolo o ovaio. Sarà la coppia di cromosomi sessuali a fare la differenza.

Determinazione del sesso e sviluppo dei gameti

All’inizio può diventare maschio o femmina, ma quando arriva l'informazione dai geni sul cromosoma Y o sulla coppia di cromosomi X, avviene la differenziazione verso testicolo o ovaio. Dalla potenzialità generale si arriva a unipotenza. Quindi alla base di gametogenesi c’è una mitosi, esclusivamente finalizzata ad aumentare il numero di goni a livello della gonade. Poi i goni diploidi iniziano a prepararsi a crescere per il processo di meiosi, alla fine della meiosi 2, avremo per ogni via di gametogenesi quattro cellule che vanno incontro a cambiamenti morfologici e diventano gameti veri e propri.

Processi di sviluppo

Con la gametogenesi vediamo le tappe del processo meiotico e alla fine, il risultato a meiosi completata sarà affiancato da processi di differenziamento per vedere come si forma lo spermatozoo e come risulta nella sua struttura finale la cellula uovo. L’obiettivo è creare una cellula, lo spermatozoo, che si differenzia per potersi muovere, flagello, motilità indispensabile per raggiungere l'uovo. Deve quindi eliminare tutto ciò che può rappresentare zavorra, quindi poco citoplasma, quindi è un nucleo dotato di mobilità, nient’altro serve.

Per far sì che i microtubuli nucleino serve un centrosoma dove c’è una copia di centrioli. Per far sì che il flagello garantisca movimento di cellula, che fine faranno i mitocondri? Verranno degradati, non ereditati da zigote. Ognuno di noi ha mitocondri di derivazione materna, quelli dello spermatozoo non fanno parte delle nostre cellule, quindi alla cellula uovo interessa solo l'informazione genetica del spermatozoo. La cellula uovo sviluppa un citoplasma complesso per tante molecole che contiene, ma che può essere abbondante o nullo, abbondante nell’uovo di gallina. Il gamete cellula uovo è solo il tuorlo, tutto il resto sono membrane accessorie.

Lo spermatozoo si differenzia per mobilità, la cellula uovo sviluppa un citoplasma complesso. Nell’uovo di gallina, sulla superficie del tuorlo c’è una macchia più bianca dove c’è il nucleo o cerchio di citoplasma attorno che si chiama citoplasma formativo, che contiene determinanti. Il resto è massa nutritizia per il futuro embrione. Ad esempio, nella cellula uovo, il citoplasma è molto complesso perché a carico della cellula uovo c’è lo sviluppo embrionale che sarà in un coso chiuso e non possono arrivare sostanze nutritizie dall’esterno. Mentre la donna ha una scarsa quantità di citoplasma e materiale nutritizio nullo, perché l’embrione si sviluppa nel corpo, non ha bisogno di accumulare masse nutritizie perché tramite la placenta, che si instaura all’inizio dello sviluppo embrionale, si instaurano scambi che sosterranno lo sviluppo del feto prima e dell’embrione poi durante i 9 mesi di gestazione. Cellula uovo complessa ma si differenzia tra uomo o gallina.

Tappe che regolano lo sviluppo

• Gametogenesi: avviene negli organismi parentali, materno e paterno, da origine ai gameti, spermatozoi e cellule uovo.
• Fecondazione: una cellula uovo viene circondata da tanti spermatozoi, riconosce il gamete della medesima specie e si garantisce l’ingresso di un solo pronucleo all’interno del proprio citoplasma e immediatamente l’ex gamete femminile (cellula uovo fecondata) si chiude. Non più cellula uovo ma diventato zigote, ha due pronuclei non più uno.
• Zigote: pluripotente, è l’unico che sa affrontare il processo di segmentazione. Obiettivo: zigote è cellula sola e noi siamo organismi pluricellulari, quindi prima fase è quella di gettare le basi per creare una pluricellularità.

Le cellule che derivano potrebbero essere o tutte uguali (contenere citoplasma con stesse informazioni) o essere cellule che posso raggruppare in piccoli gruppi. Quindi dopo lo zigote avviene la segmentazione (da origine a cellule diverse divise in gruppi perché nella cellula uovo sono contenuti i determinanti morfogenetici che vengono quindi distribuiti in modo diverso), man mano che la segmentazione procede si ottengono cellule con determinanti morfogenetici diversi. Quindi l'obiettivo è portare alla pluricellularità e segregare nelle cellule che si formano specifici determinanti morfologici. Inizia a formarsi territori embrionali che con gastrulazione si spostano e occupano posizioni per innescare organogenesi. La gastrulazione non aumenta il numero di cellule ma è interessata da spostamenti cellulari ed è potente nel ridistribuire le cellule e posizionarle in punti strategici per la formazione di organi, grazie all'organogenesi.

Le singole cellule hanno nel loro nucleo tutta l’informazione che serve per regolare lo sviluppo di un nuovo organismo e quando tutti gli organi saranno formati ognuno andrà in contro a differenziamento ed accrescimento. Ad esempio, un neonato ha apparato riproduttore ma non è maturo sessualmente, quindi dopo l'organogenesi servono cambiamenti che dovranno avvenire. È immaturo perché non sono in circolo ormoni sessuali, quindi l’immaturità non vuol dire che l'organogenesi è incompleta ma devono avvenire altri cambiamenti di differenziamento e accrescimento.

Gametogenesi: spermatogenesi e oogenesi

Come avviene la gametogenesi (spermatogenesi e oogenesi)? E cosa deve succedere affinché si differenzino gli spermatozoi e le cellule uovo?

Il ciclo vitale

Prendiamo esempio di sviluppo di embrione di un anfibio, tutto parte da organismi adulti, una coppia di adulti (definito adulto quando è maturo sessualmente perché può riprodurre se stesso), partendo da cellula uovo e spermatozoo, interagiscono e portano allo zigote che andrà in contro a segmentazione acquisendo uno stadio di due cellule che poi diventeranno 4 poi 8… grazie alla mitosi (ma una mitosi un po’ particolare), poi finita la segmentazione raggiunto un particolare numero di cellule, l’embrione è pronto per gastrulazione. Quando un embrione smetterà di segmentarsi? Quando verrà ripristinato il rapporto 1 a 2, le cellule uovo a seconda dell’organismo che guardo, avrà una dimensione ben definita ma sarà sempre più grande di una cellula somatica di quell’organismo.

Quindi quando rapporto nucleo citoplasma sarà ripristinato, la segmentazione finisce. Da 10 a 30 micron è mediamente il limite della grandezza di ??? poi fanno eccezione tipo i globuli rossi che sono 7, ma mediamente le nostre cellule uovo vanno dai 100 ai 120 micron quindi sono molto più grandi quindi se fecondata andrà incontro alla suddivisione finché ognuna non ha ripristinato il rapporto 1 a 2 tra nucleo e citoplasma. Quindi segmentazione molto raffinata e ci sono meccanismi di controllo che ne determinano la fine secondo questa regola. Raggiunto numero idoneo di cellule queste iniziano a spostarsi e meccanismi raffinati intervengono per garantire spostamenti in blocco che sanno dove andare a disporsi per innescare il processo di organogenesi che inizia con formazione del tubo neurale (primo evento di organogenesi e più importante perché dallo zigote fino a gastrula matura la morfologia dell’embrione è tondeggiante, cambia numero e posizione delle cellule ma morfologia circa tonda, ma con inizio di organogenesi, l’embrione assume forma diversa e manifesta i tre assi corporei, cioè dorso, ventre, sinistra destra e testa coda.).

Alla fine raggiunge lo stadio di larva natante che è in grado di trovare cibo intorno e intanto si producono ormoni che gli permetteranno di transitare attraverso la metamorfosi e arrivare allo stadio di organismo metamorfosato, non ancora adulto (ci vorranno 1 anno e mezzo o due per arrivare alla maturità sessuale). Maturano ipotalamo, ipofisi e tiroide. Ipotalamo produce ormoni che vanno a ipofisi che producono ormoni che vanno a tiroide che produce ormoni tiroidei che produce arti, riducono lunghezza intestino, iniziano a comparire polmoni e introducono modificazioni nella struttura cartilaginea e vanno a modificare altri piccoli cambiamenti a livello dell’organismo che sta cambiando con obiettivo che compaiano gli arti, poi scompaia la coda, non abbandona ambienti umidi perché le cellule uovo e gameti maschili sono rilasciati in acqua, la fecondazione avviene in acqua e infatti l’adulto rana torna in acqua. La fecondazione è esterna e le cellule uovo non hanno guscio ma sono rivestite da involucro gelatinoso che in ambiente aereo andrebbe incontro a disidratazione e poi larve sono delicatissime in aria morirebbero per disidratazione.

Prima si formano arti e poi regredisce la coda infatti potendo seguire lo sviluppo di una larva di xenopus levis campiamo che alcuni stadi sono buffi perché alla fine della metamorfosi ci sono arti ma ancora un residuo di coda allora mi chiedo ma come fa un organismo a stimolare la produzione di arti (ormone tiroideo) e mantenere bloccata la regressione della coda che anch’essa dipende da ormone tiroideo. Quando ormone inizia a circolare arriva ovunque grazie al circolo sanguigno quindi perché coda non regredisce ma iniziano a comparire i due arti? Perché compaiono gli abbozzi dei polmoni e non regrediscono le branchie? Il meccanismo che regola cosa attivare e cosa bloccare è la quantità/concentrazione dell’ormone cioè che quando inizia a circolare, le cellule che rispondono a bassi livelli sono quelle che devono creare nuove strutture e quindi tutto ciò che deve regredire non sente la loro presenza. Quando ormoni aumentano, le strutture che dovevano formarsi si sono formate ma quelle che devono regredire percepiscono la presenza di ormoni e regrediscono. Alla base c’è apoptosi programmata (morte cellulare); anche durante nostro sviluppo embrionale c’è apoptosi, ad esempio tra le dita abbiamo membrana sottile che prima della nostra nascita va incontro ad apoptosi, non regredisce il dito ma solo la membrana sottile che c’è tra dita.

Spermatogenesi

Nella prima parte viene descritta la mitosi quindi la cellula iniziale, lo spermatogonio con il patrimonio diploide fa mitosi dando origine a due cellule identiche quindi altri due spermatogoni. Ognuno dei due a loro volta fanno mitosi quindi nel giro di tot tempo abbiamo ben quattro cellule quindi quattro spermatogoni. Ragionando sulla mitosi, ragioniamo su coppie di cromosomi omologhi, uno spermatogonio è formato da quattro cromosomi, uno rosso grande e uno rosso piccolo, e lo stesso per i blu, rossi dalla mamma e blu dal papà. Ogni cellula è formata da 23 cromosomi rossi e 23 blu non solo 2. quindi in totale 46. Ma se ragioniamo in termini di meiosi dobbiamo dividerli in coppie di cromosomi omologhi e vediamo che il cromosoma grande rosso si appaia quando meiosi I inizia con blu grande e rosso piccolo si appaierà con suo omologo blu piccolo. Finita la mitosi inizia la meiosi.

Lo spermatogonio si accresce e succede che diventa spermatocita primario, perché è avvenuta la duplicazione del DNA quindi i punti di domanda servono a far capire che c’è stato accrescimento volumetrico ma soprattutto è duplicato il patrimonio genetico. Se ogni cromosoma è una molecola di DNA, nella fase di spermatocita primario ogni cromosoma è formato da due cromatidi fratelli. Le cellule che iniziano la meiosi I sono gli spermatociti primari, non gli spermatogoni. Lo spermatocita primario va incontro a divisioni meiotiche andando a formare gli spermatociti secondari. Meiosi I e II sono formate dalle stesse fasi ma non sono uguali, ciò che avviene in una fase dell’una non avviene per forza nella fase dell’altra. In meiosi I avviene il crossing over durante la profase I con obiettivo di ricombinazione genica, cosa che non avviene in profase della meiosi II.

Quindi lo spermatocita primario va incontro a tutte le fasi e alla fine si suddivide alla fine di meiosi I e otteniamo due cellule che si chiamano spermatociti secondari e notiamo che la separazione degli omologhi ha fatto sì che in uno dei due siano finiti due cromosomi, uno blu grande e uno rosso piccolo, nell’altro invece rosso grande e blu piccolo quindi le coppie di omologhi dopo crossing over, durante metafase si dispongono vicino a piastra equatoriale ma la loro disposizione è casuale e questa è un’altra possibilità di ricombinazione genica perché abbiamo due spermatociti che contengono info simili.

Ora ogni secondario procede e affronta singolarmente la seconda meiosi, entra in meiosi II, processo più veloce perché non c’è fase di crossing over che rallenta e ogni spermatocita secondario dispone sulla piastra metafisica i singoli cromosomi, separazione tra cromatidi fratelli e otteniamo due cellule da uno spermatocita secondario e altre due dall’altro, hanno morfologia tondeggiante, non sono ancora spermatozoi, sono più piccole di quelle precedenti, non hanno flagello e mancano di vescicola acrosomiale che hanno gli spermatozoi. La vescica è un cappuccio che si appoggia sul nucleo, è nel citoplasma, deriva da fusione di cisterne del Golgi e contiene enzimi litici che serviranno per la fecondazione. Quindi le cellule non sono ancora capaci per fecondazione, sono immature ma il patrimonio genetico è completo, sono aploidi.

Poi gli spermatidi intraprenderanno spermio istogenesi che darà origine agli spermatozoi. Però un meccanismo che ritroviamo anche nell’oogenesi è che a partire da un gonio, duplicazione e accrescimento, arriviamo a primario, meiosi I dà origine a secondari, ognuno fa meiosi II ognuno dà origine a due spermatidi quindi da uno spermatogonio otteniamo quattro spermatidi, quattro cellule aploidi che differenziandosi formano i gameti maschili che sono gli spermatozoi, tutto avviene nella gonade maschile (testicolo) e a seconda della classe di vertebrato, l’istoanatomica del testicolo cambia.

Testicolo cistico per gli anfibi, mentre testicolo a tubulo seminifero per mammiferi uomo compreso. Istologicamente differenti ma entrambi sanno fare lo stesso. Nei mammiferi il testicolo è organizzato in ampolle mentre nei mammiferi hanno epitelio seminifero, con struttura a tubuli rivestiti da un epitelio. Cistico vuol dire che ogni ciste contiene un'unica tipologia di queste cellule, c’è la ciste con spermatogonio, quella con solo primari, quella con solo secondari, quella con solo spermatidi e quando questa si rompe libera gli spermatozoi perché sono andati incontro a maturazione. La cellula del Sertoli abbraccia lo spermatogonio che fa mitosi e all’interno ci sono tanti spermatogoni tutti diventeranno spermatociti primari e tutti diventeranno secondari… Alla fine quella ciste conterrà tutti spermatidi che tutti andranno incontro a maturazione e saranno spermatozoi. Ora la ciste si deve aprire per liberarli quindi la cellula del Sertoli che con tutta la sua membrana e citoplasma circonda si apre e gli spermatozoi vengono liberati. La cellula del Sertoli cerca un altro spermatogonio, lo circonda e riparte. Una cellula del Sertoli per circondare/sigillarsi alle estremità, per creare un ambiente chiuso applicherà delle giunzioni occludenti, cioè isola l’ambiente interno da quello esterno quindi quando una ciste si apre libera tantissimi spermatozoi quindi in un testicolo incontriamo cisti a diversi stadi di maturazione. Nei mammiferi invece testicoli con tubuli con epitelio seminifero.