Embriologia

Embriologia: gametogenesi

La gametogenesi è quel processo che porta allo sviluppo e alla formazione di cellule specializzate chiamate gameti. Queste cellule raggiungono il loro definitivo aspetto morfologico attraverso una serie di eventi che portano i 46 cromosomi presenti nelle cellule germinali a ridursi a 23 e questo avvenimento ha il compito di mantenere inalterato il numero di cromosomi della specie. Al momento della fecondazione l'unione dei due gameti riporta il corredo cromosomico allo stadio diploide:

• Gameti femminili → Ovaie, la cui maturazione è chiamata oogenesi
• Gameti maschili → Spermatozoi, la cui maturazione è chiamata spermatogenesi

Oogenesi

Dura da prima della nascita fino alla menopausa. La prima fase di questo sviluppo è detta fase di colonizzazione che dura fino alla sesta settimana di sviluppo intrauterino. La seconda fase è la fase moltiplicativa, che vede un aumento delle cellule germinali per mitosi. La terza è la fase accrescitiva, che vede le cellule germinali perdere la capacità di dividersi per mitosi ed essere indotte ad entrare nel ciclo uterino trasformandosi da oogoni ad oociti primari. L'ultima è la fase maturativa, che vede gli oociti percorrere le tappe delle divisioni meiotiche.

Verso il quinto mese di vita intrauterina le cellule germinali raggiungono il numero massimo di 5/7 milioni in entrambe le ovaie, da questo momento in poi esse andranno incontro ad apoptosi per ridursi alla nascita a 200.000/400.000. Durante la vita fetale tutti gli oogoni (cellule sessuali femminili primordiali) sono costretti a differenziarsi in oociti 1^° senza possibilità di mantenere nell'adulto delle cellule indifferenziate. Tra il 3^o e il 4^o mese di sviluppo embrionale gli oogoni si trasformano in oociti primari entrando nella profase di divisione meiotica.

Gli oociti primari vengono poi rivestiti da cellule follicolari che formano un rivestimento monocellulare e sono separate dallo stroma ovarico attraverso la membrana basale che dà vita ai follicoli primordiali che contengono al loro interno l'oocita bloccato in profase. Già a partire dalla nascita questi follicoli iniziano ad accrescersi diventando follicoli primari e quindi multilaminari ma non riuscendo a superare questo stadio vanno incontro ad atresia. Nella donna la maturazione dei gameti segue un andamento ciclico sotto il controllo degli ormoni ipofisari: dalla pubertà in poi solo un numero piccolo di follicoli primordiali (da 5 a 12 per ciclo ovarico) andrà incontro allo sviluppo e in genere solo 1 ogni 28 giorni riesce a completare la maturazione ed essere espulso dall'ovaio durante l'ovulazione.

Ogni 28 giorni l'ovaio va incontro ad una serie di modificazioni strutturali progressive che vedono comprese:

• Modificazioni della componente somatica delle cellule follicolari
• Modificazioni della componente germinale, dell'oocita

Modificazioni del follicolo

• Follicolo primordiale: Si intende un oocita di circa 20/30 µm circondato da uno strato appiattito di cellule follicolari della dimensione di 30/40 µm. Il nucleo è voluminoso bloccato nella prima profase meiotica. Nel citoplasma attorno al nucleo si forma una zona chiamata corpo vitellino del Balbiani e dei sistemi di membrane disposte parallelamente chiamate lamelle anulate. Il follicolo rimane separato dallo stroma dell'ovaio attraverso una membrana basale piuttosto evidente.
• Follicolo primario: Le cellule follicolari diventano cubiche e tra di esse e l'oocita si comincia a formare la zona pellucida, cioè una membrana formata da glicoproteine (ZPA, ZPB, ZPC) e mucopolisaccaridi. Il contatto tra le cellule follicolari e l'oocita viene però mantenuto da dei prolungamenti citoplasmatici delle cellule follicolari che attraversano la zona pellucida e si mettono in contatto con l'oocita attraverso delle giunzioni comunicanti. All'esterno del follicolo, le cellule dello stroma cominciano ad organizzarsi concentricamente attorno al follicolo e allo stesso tempo si organizza anche una ricca rete vascolare.
• Follicolo secondario: L'oocita raggiunge il diametro di 80 µm accumulando grandi quantità di materiali di riserva ed assieme ad esso accresce lo strato di cellule follicolari che aumentano di numero (compaiono i primi recettori per l'FSH) e la membrana vitellina. All'esterno invece le cellule dello stroma ovarico si trasformano in cellule steroidogeniche (producono anche fattori per l’angiogenesi) organizzandosi in:
  • Cellule della teca interna: Divisa dalle cellule follicolari da una membrana basale e che acquista funzioni di ghiandola endocrina producendo ormoni steroidei con recettori specifici per l'LH ipofisario, sia ormoni di tipo estrogenico.
  • Cellule della teca esterna: Producono estrogeni.
• Follicolo terziario o antrale: La maggior parte dei follicoli secondari va incontro ad atresia mentre solo una quindicina di follicoli continuano il ciclo ovarico. In questa fase l'oocita non aumenta più la sua dimensione mentre il follicolo si. Le cellule follicolari cominciano a riversare negli spazi extracellulari un liquido follicolare che crea degli spazi che unendosi formano una cavità chiamata antro: l'oocita viene spinto da un lato assieme ad una piccola parte di cellule follicolari chiamate cellule del cumulo ooforo.
• Follicolo maturo o di Graaf: Durante questa fase si ha un ulteriore aumento delle cellule follicolari, che costituiscono la membrana della granulosa e del liquido follicolare. Il diametro del follicolo è arrivato a 20/25 mm. Essendo così grande anche la quantità di FSH e LH mandate dall'ipofisi aumentano per evitare l'atresia. L'FSH attaccato ai recettori delle cellule le induce a produrre sempre più recettori e tutto ciò ha come conseguenza quella di selezionare solo uno dei follicoli che presenta un maggior numero di recettori. L'oocita all'interno del follicolo invece riprende la prima divisione meiotica, completandola e si formano così un globulo polare (piccola cellula non funzionante) e l'oocita secondario bloccato in metafase II.
• Secondo globulo polare: Quando i globuli polari vengono estrusi significa che la maturazione dell’oocita è completa.

Ovulazione

Per ovulazione si intende quel processo che porta alla rottura del follicolo maturo con la conseguente espulsione dell'oocita secondario, fermo in metafase II, fuori dell'ovaio attraverso una zona della sua superficie chiamata stigma. La tuba uterina in questa fase ha avvicinato le fimbrie all'ovaio che riescono a catturare l'oocita e portarlo al suo interno. L’ovulazione è provocata da un brusco aumento di LH, stimolato dall’elevato livello di estrogeni nel sangue. La rottura del follicolo libera l'oocita che porta con sé gran parte delle cellule del cumulo ooforo che si dispongono attorno all'oocita chiamandosi cellule della corona radiata.

Poco dopo l’ovulazione, le pareti del follicolo ovarico e la teca del follicolo collassano e si ripiegano a formare il corpo luteo, una sorta di ghiandola endocrina che produce ormoni progesteronici. Il mantenimento del corpo luteo è dato dalla produzione di LH, prolattina ed estradiolo. Se non avviene la fecondazione il corpo luteo che resiste solo 14 giorni va incontro a degenerazione e rimane sottoforma di corpus albicans. Questa luteolisi può essere inibita solo dalla produzione di gonadotropina corionica umana prodotta dal sincizio trofoblasto della blastocisti, in tal caso il corpo luteo continuerà a crescere e a produrre ormoni che provocheranno il blocco dell'ovulazione per i primi 5 mesi di gravidanza.

Ciclo ovarico

Le modificazioni dell'ovaio sono distinte in due fasi:

• Fase follicolare: La crescita e il differenziamento dei follicoli avviene attraverso una serie di meccanismi molto delicati che coinvolgono l'FSH e l'LH e i recettori degli stessi: ciò porta alla maturazione della cellula germinale e dei suoi involucri di cui solo uno verrà ovulato. Nella fase pre-antrale si ha la crescita dei follicoli primordiali e soprattutto del'oocita ed è una fase non influenzata dagli ormoni ma piuttosto dall'ambiente che li circonda. Le cellule della granulosa acquisiscono i recettori per l'FSH mentre le cellule della teca esterna quelli per l'LH. Nella fase antrale il follicolo avrà bisogno sempre di più di FSH e LH per non andare in atresia. Nella fase pre-ovulatoria l'aumento della produzione di FSH e LH farà sì che le cellule della teca interna producano estrogeni. Dopo 1-2 giorni di aumento di estrogeni, le cellule della granulosa sono indotte a produrre progesterone che porta l'oocita alla seconda fase meiotica.
• Fase luteinica: È caratterizzata dallo scoppio del follicolo e l'aumento di progesterone con diminuzione di estrogeni: ciò provoca il blocco della produzione di FSH e LH se l'oocita non viene fecondato.

Ciclo uterino

Questo ciclo può essere diviso in 3 fasi:

• Fase proliferativa: Corrisponde alla fase follicolare e ha luogo in 9-12 giorni ed è regolata dallo sviluppo dei follicoli ovarici e dalla produzione di questi di estrogeni. Lo spessore dell'endometrio aumenta di 2-3 volte con aumento dell'attività proliferativa delle cellule dello stroma e della vascolarizzazione. Le ghiandole rettilinee con lume ristretto diventano tortuose e con un ampio lume.
• Fase secretiva: Corrisponde alla fase luteinica e dura 12-13 giorni e comincia 1-2 giorni dopo l'ovulazione. Lo sviluppo del corpo luteo e la produzione di progesterone stimolano l'epitelio ghiandolare uterino a produrre secreto ricco di glicogeno. Se non avviene la fecondazione il corpo luteo degenera e l'endometrio va in fase ischemica arrivando alla mestruazione.
• Fase mestruale: Le arterie spirali si costringono per ischemia e si posizionano nella parte superficiale dell'endometrio per poi chiudersi definitivamente provocando la necrosi dei tessuti superficiali. Infine si crea una rottura dei vasi sanguigni, la mucosa degenera, si distacca e viene espulsa assieme al sangue venoso e ai secreti uterini. Corpo luteo degenera, estrogeni e progesteroni diminuiscono, endometrio ischemico, mestruazione.
• Fase gravidica: Se l'ovulo viene fecondato, inizia segmentazione zigote e blastogenesi, blastocisti si impianta nell’endometrio, gonadotropina corionica umana fa sì che il corpo luteo continui a secernere estrogeni e progesterone, fase luteinica continua e mestruazione non verificata.

Spermatogenesi

Gli organi che fanno parte del sistema riproduttivo maschile e che producono ormoni sono:

• Testicoli;
• Epididimo e dotto deferente;
• Vescicole seminali e prostata;
• Pene.

Testicolo

È un organo di forma ovoidale che si trova nello scroto che è una tasca cutanea dell'addome. La sua locazione è funzionale perché consente di mantenere una temperatura di sopravvivenza degli spermatozoi che devono averla di 3 gradi sotto quella corporea. Ciascun testicolo è avvolto in una fascia di muscolatura liscia che si continuano con il cordone spermatico. Il testicolo è rivestito da una membrana sierosa che si chiama tunica vaginalis. Il ponte tra didimo ed epididimo è formato dai condotti efferenti. È inoltre rivestito da uno strato viscerale al di sotto del quale si trova uno spesso strato di tessuto fibroso denso che penetra nell'organo mediante setti che lo dividono in 200-300 lobuli. Ciascun lobulo contiene da 1 a 3 tubuli seminiferi che producono spermatozoi. Dai setti proviene un tessuto connettivo che trasporta le fibre nervose e i vasi sanguigni e circonda i tubuli seminiferi e contiene le cellule del Leyding. Al microscopio ottico si riconoscono per la forma poliedrica, a volte fusata, con nucleo tondeggiante e un citoplasma acidofilo.

Sono presenti mitocondri, gocce lipidiche e una grande presenza di REL. Il nucleo può presentare 2 nucleoli. Caratteristica è la presenza di strutture cristalline bastoncellari che vengono chiamati cristalli di Reinke, che sono inclusi citoplasmatici di natura proteica in prossimità dei microtubuli.

Spermatogenesi

La spermatogenesi è quel processo che porta alla formazione dello spermatozoo e si realizza mediante 4 fasi:

1. Proliferazione e differenziazione dello spermatogonio che portano alla formazione di spermatociti;
2. Attraverso 2 divisioni meiotiche degli spermatociti si formano gli spermatidi;
3. Lo spermatide da cellula sferica si allunga e diventa spermatozoo;
4. Avviene poi la spermiazione che consiste nella rottura delle strutture che legano lo spermatozoo alla cellula del Sertoli, in modo che venga rilasciato nel lume tubulare e trasportato oltre il tubulo seminifero.

Tutti questi avvenimenti sono indipendenti anche se sono regolati da proteine emesse dalla cellula del Sertoli e dalle cellule del Leydig.

Spermiogenesi

L'istogenesi dello spermatozoo parte dallo spermatide rotondo derivato dalla seconda divisione meiotica e che necessita di alcune modificazioni che hanno due obiettivi:

1. Creare un dispositivo che abbia la capacità di muoversi in un ambiente cellulare fluido, per cui sarà necessario che la cellula acquisti un flagello e che modifichi la sua conformazione diventando ovoidale e secernendo più citoplasma possibile.
2. Attrezzare la cellula di una struttura in grado di perforare le membrane protettive della cellula uovo per cui la cellula deve acquisire la capacità di rilasciare enzimi che sono in grado di digerire la zona pellucida della cellula uovo.

Formazione dell'acrosoma

Durante la spermiogenesi la formazione della testa dello spermatozoo implica:

• Formazione dell'acrosoma;
• Allungamento nucleare;
• Formazione di strati citoplasmatici.

Già nella regione anteriore del nucleo, l'apparato di Golgi presenta un granulo chiamato vesicola acrosomiale che successivamente comincia a rivestire completamente il nucleo fino ad arrivare, nello spermatozoo, all'acrosoma.

Condensazione della cromatina

Il nucleo diventa sempre più compatto mentre il citoplasma si posiziona posteriormente ad esso. Questa compattazione del nucleo è data dalla sostituzione degli istoni con le protammine, che sono proteine basiche, ma che prima sono sostituite dalle proteine nucleari di transizione.

Formazione della coda dello spermatozoo

Ha inizio la migrazione del centrosoma verso il polo nucleare posteriore, cioè opposto a quello del Golgi. Il citoplasma tende ad ammassarsi gradualmente nella zona posteriore e a campana attorno all'assonema. I mitocondri si dispongono a spirale attorno all'assonema costituendo così il tratto intermedio della coda. Contemporaneamente una famiglia di proteine cheratiniche formano le fibre dense esterne del tratto intermedio e poi di quello principale, formato anche da delle colonne longitudinali di guaina fibrosa e da anelli fibrosi.

Struttura dello spermatozoo

Lo spermatozoo maturo è costituito da una testa e da una coda. Quest'ultima divisa in varie porzioni:

• Collo: che parte dall'ultimo giro della guaina mitocondriale al pezzo di connessione e contiene il centriolo prossimale;
• Porzione intermedia: che parte dal pezzo di connessione e giunge all'annulus e contiene il centriolo distale e 9 colonne proteiche chiamate fibre dense esterne, tutto circondato dalla guaina mitocondriale;
• Porzione principale: che parte dall'annulus e arriva alla fine delle colonne proteiche, tutto rivestito da guaina fibrosa;
• Porzione terminale: costituita solo dall'assonema.

Fecondazione

È la fusione dei due gameti, spermatozoo e ovocita e il risultato è un nuovo organismo con corredo cromosomico diploide. Nell’essere umano la fecondazione avviene in una porzione della tuba uterina chiamata ampolla, 12-24 ore dopo l'ovulazione. Visto che gli spermatozoi, dopo il rilascio nelle gonadi non sono in grado di realizzare la fecondazione è necessario che vadano incontro ad una serie di modificazioni all’interno delle vie genitali. Il liquido seminale è la miscela di spermatozoi prodotti nei tubuli seminiferi e dei liquidi secreti da vari organi (prostata e vescicole seminali). Gli spermatozoi maturi presenti nei tubuli seminiferi non hanno mobilità ma l’acquistano durante il passaggio nell’epididimo e nel dotto deferente. Quando poi sono depositati nella vagina può passare un tempo variabile da pochi minuti a ore affinché gli spermatozoi arrivino fino all’ampolla della tuba e solo uno su 10.000 arriverà a destinazione, nonostante alcuni spermatozoi possano rimanere qualche giorno nell’istmo della tuba, legandosi all’epitelio di essa, per riprendere successivamente la loro migrazione.

Gli spermatozoi per arrivare all’ampolla usano meccanismi di:

• Trasporto passivo;
• Movimento per termotassi: cambiamenti nel gradiente di temperatura;
• Movimento per chemiotassi: utilizzando quindi sostanze chimiche prodotte dalla cellule uovo.

Lo spermatozoo deve anche andare incontro a maturazione per poter penetrare gli strati di materiale extracellulare che circondano l’ovocita e questo processo si chiama capacitazione. È innescato da delle sostanze contenute nelle vie genitali femminili e in particolare dall’albumina, una proteina implicata nella rimozione del colesterolo dalla membrana dello spermatozoo aumentandone la fluidità, per favorire la permeabilità della membrana agli ioni Ca²⁺ e idrogenocarbonato, la cui entrata stimola la fosforilazione di alcune proteine: la fosforilazione di residui di tirosina di specifiche proteine porta all'esposizione di recettori sulla testa dello spermatozoo che permettono il legame con la zona pellucida della cellula.