Riassunto esame Istologia ed embriologia, Prof. Fagotti Anna, libro consigliato Embriologia umana - Monesi, Massimo de Felici

Embriologia umana

Introduzione

Lo studio dei meccanismi molecolari che controllano lo sviluppo embrionale e in particolare nei mammiferi è molto complesso. Per questo motivo molti studi oggi vengono condotti su embrioni di modelli animali che hanno una più semplice organizzazione corporea e/o uno sviluppo embrionale esterno. Esempi di animali sono:

Protostomi

• Verme (Caenorhabditis elegans)
• Moscerino della frutta (Drosophila melanogaster)
• Planaria e idra (rigenerazione)

Deuterostomi

• Riccio di mare
• Anfiosso → vertebrati pesce zebra, rana, pollo, topo

Anche lo studio embrionale del topo è stato ed è oggetto di numerose ricerche sia perché, come mammifero, si ritiene che rappresenti un modello di sviluppo embrionale vicino a quello umano, sia per la disponibilità sempre maggiore di topi transgenici.

L'importanza e la validità anche per l'uomo, dell'osservazione condotte nei modelli animali, deriva dal fatto che studiando lo sviluppo embrionale in modo comparato, gli scienziati hanno scoperto che i principi e i meccanismi molecolari di base che guidano lo sviluppo di un embrione sono simili tra le diverse specie animali.

Lo sviluppo embrionale è guidato da complesse interazioni molecolari che seguono una logica ben precisa.

Il ciclo vitale

• → Fecondazione: fecondazione della cellula uovo aploide che porta alla formazione dello zigote
• → Segmentazione: rapida serie di divisioni cellulari (mitosi) che servono a formare un primo gruppo di cellule totipotenti del nuovo organismo. Riprogrammazione del genoma di queste cellule che fa sì che i geni necessari allo sviluppo possano essere disponibili all'attivazione. Durante questi processi l'embrione, chiamato morula, è formato da un piccolo gruppo di cellule o blastomeri equivalenti.

Appena giunto a contatto con i tessuti dell'utero materno, l'embrione deve aderirvi e attraversarli per raggiungere rapidamente i vasi sanguigni ed avere quindi accesso ai nutrimenti del sangue materno. Per questo primo tessuto che differenzia alla superficie della morula è il trofoblasto specializzato nell'adesione e invasione dei tessuti materni. A seguito del trasporto attivo di ioni e acqua da parte del trofoblasto verso l'interno della morula, in questa si viene a formare una cavità piena di liquido, il blastocele. Il liquido sposta le cellule della morula ad un polo dell'embrione chiamato blastocisti, e rappresenta una prima fonte di nutrimento per le cellule embrionali.

• → Gastrulazione: formazione dei tre tessuti primari dell'embrione, l'ectoderma, il mesoderma e l'endoderma. La gastrulazione non solo dà origine ai tessuti primari dell'embrione, ma determina la formazione dell'asse antero-posteriore e della simmetria destra-sinistra del corpo.
• → Istogenesi: formazione dei restanti tessuti
• → Organogenesi: formazione degli organi
• → Età adulta: spermatogenesi e ovogenesi
• → Senescenza

Meccanismi generali sviluppo embrionale

• Proliferazione cellulare (crescita)
• → Differenziamento cellulare: processo attraverso il quale una cellula indifferenziata viene specificata, determinata a svolgere una specifica funzione. Rappresenta il risultato di un'espressione genica differenziale
• → Morfogenesi: processo che determina la forma di un organismo secondo modelli spazialmente organizzati. È legata ai processi di istogenesi e organogenesi che dipendono sempre dall'attività genica.

Il processo circolare nel corso del quale l'informazione genetica viene trasmessa alle generazioni successive può avvenire in due modi:

• → Riproduzione asessuata: a partire da un unico individuo genitore si generano discendenti geneticamente identici
• → Riproduzione sessuata: implica la presenza di due genitori con sessi diversi e include lo scambio di materiale genetico. La progenie presenta un corredo genetico differente da quello dei due individui parenti.

La riproduzione sessuata implica due eventi:

• → Formazione di cellule aploidi (gametogenesi): spermatozoo e cellula uovo
• → Fecondazione: formazione di uno zigote diploide dal quale origina un organismo che possiede un corredo geneticamente diverso dai due individui parentali.

N.B! La riproduzione sessuata è importante perché aumenta la variabilità genetica e fenotipica della prole, creando nuove possibilità adattative in ambienti sfavorevoli.

La gametogenesi

Nel maschio è detta spermatogenesi, ha luogo nel testicolo e produce spermatozoi con assetto cromosomale aploide. Nella femmina, invece, si chiama ovogenesi, ha luogo nell'ovario e produce ovociti o cellule uovo con un corredo cromosomale aploide.

Da sottolineare che nelle specie dioiche la spermatogenesi e l'ovogenesi avvengono in individui separati. Diverso è per le specie monoiche o ermafrodite, dove la spermatogenesi e l'ovogenesi avvengono in uno stesso individuo (frequente negli invertebrati e talvolta nei vertebrati come i pesci).

La gametogenesi implica la meiosi, processo esclusivo delle cellule destinate a diventare gameti (ovociti e spermatozoi). La meiosi è un processo di divisione cellulare complesso che nei mammiferi riguarda esclusivamente le cellule germinali. Durante la meiosi un'unica duplicazione del DNA è seguita da due divisioni cellulari che producono quattro cellule aploidi, ovvero cellule che contengono la metà dei cromosomi e del DNA della cellula madre da cui hanno avuto origine.

Approfondimento meiosi

Le cellule del nostro corpo si possono dividere in due categorie:

• Cellule germinali o gameti
• Cellule somatiche

Le cellule germinali sono specializzate nella funzione produttiva della specie. Le cellule somatiche e le cellule germinali umane prima delle meiosi possiedono 46 cromosomi nei quali è contenuta una quantità di DNA definita 2c (diploide).

N.B. Il numero dei cromosomi nella specie umana è n=23 (aploide).

Poiché in una cellula somatica, durante lo svolgimento delle sue funzioni, e in una cellula germinale prima della meiosi sono presenti due coppie di ogni cromosoma, il numero dei cromosomi di queste cellule è indicato 2n=46.

Le cellule germinali al termine del loro processo di maturazione possiedono invece 23 cromosomi, condizione definita aploide. Il dimezzamento del genoma è necessario in quanto alla fecondazione, uno spermatozoo e un ovocita si uniscono mettendo in comune i loro 23 cromosomi. Dall'unione di uno spermatozoo con l'ovocita origina, difatti, l'uovo fecondato o zigote, che contiene 46 cromosomi, da cui derivano tutte le cellule del nuovo individuo.

N.B.! In generale possiamo dire che durante la meiosi il numero dei cromosomi, tipico delle cellule di una specie, si dimezza. La meiosi permette anche di assortimento dei geni materni e paterni grazie al Crossing over e alla combinazione casuale dei cromosomi, durante la prima divisione meiotica. Vo la meglio si comprende due divisioni cellulari, precedute da un'unica duplicazione del DNA.

I gameti

I gameti sono:

• Cellule che derivano da precursori della linea germinale
• Sono aploidi
• Sono presenti come cellule maschili e femminili
• Vengono prodotti nelle gonadi
• Sono destinati alla fecondazione

Durante l'embriogenesi le cellule che formeranno i gameti derivano da una linea cellulare chiamata linea germinale, distinta dalle cellule della linea somatica che invece danno origine a tutti gli altri tipi di cellule specializzate. Le cellule germinali primordiali (PGC), precursori di spermatozoi ed ovociti, derivano dall'endoderma.

Le PGC si originano precisamente dal sacco vitellino per poi migrare verso le gonadi in via di formazione. Le gonadi, di origine mesodermica, sono gli organi (testicoli e ovaio) dove in seguito le PCG subiranno la meiosi.

A partire dall'embriogenesi, il processo differenziativo delle PCG implica tre fasi:

• Fase proliferativa: le PCG proliferano per mitosi
• Fase meiotica o riduzionale: i gameti diventano aploidi, il processo avviene nelle gonadi.
• Fase differenziativa: acquisizione delle specializzazioni
  • Lo spermatozoo è piccolo e dotato di motilità
  • La cellula uovo è voluminosa e immobile

Il differenziamento di gameti maschili e femminili presenta alcune differenze temporali. La meiosi nell'ovogenesi umana inizia intorno al 4° mese nelle ovaie fetali. Negli ovociti primari la meiosi si arresta alla fine della profase I, allo stadio di diplotene, prima della nascita. La meiosi nella spermatogenesi inizia nei testicoli dopo la nascita nel periodo della pubertà.

La spermatogenesi

L'apparato genitale maschile è responsabile della produzione dei gameti maschili aploidi, gli spermatozoi, e della loro trasmissione. Il sistema riproduttivo maschile è composto dagli organi sessuali primari:

• Testicoli: organi pari contenuti nello scroto
• Vie genitali: sistema di dotti, noti anche come vie spermatiche. Esse comprendono:
  • Condotti efferenti
  • Epididimo
  • Dotto deferente
  • Dotto eiaculatore
  • Gran parte dell'uretra
• Ghiandole esocrine: responsabile del liquido seminale. Formate da:
  • Vescichette seminali
  • Prostata
  • Ghiandole bulbo-uretrali di Cowper
• Organo copulatore: pene

Il testicolo è anche una ghiandola endocrina dove avviene la produzione e la secrezione di ormoni sessuali maschili, ovvero androgeni. La produzione degli spermatozoi inizia la pubertà, mentre la produzione di ormoni è fondamentale già durante lo sviluppo embrionale ed è richiesta nel corso di tutta la vita. Il processo della spermatogenesi si realizza nei tubuli seminiferi, mentre gli ormoni androgeni sono sintetizzati nelle cellule di Leyding, collocate nel compartimento interstiziale intercalato tra i tubuli.

Cenni di anatomia del testicolo

La gonade maschile, sede del differenziamento degli spermatozoi, è un organo ghiandolare di forma ovoidale completamente avvolto da un robusto rivestimento di tessuto connettivo fibroso, la tonaca albuginea. Quest'ultima si ispessisce posteriormente formando il mediastino del testicolo che è anche il punto di convergenza dei vasi sanguigni che irrorano gonade. Dal mediastino si propagano verso l'interno dell'organo sottili sepimenti connettivali che suddividono l'organo in circa 250 regioni, di forma vagamente piramidale, denominate lobuli o logge del testicolo.

Ogni lobulo contiene da uno a quattro tubuli molto convoluti noti come tubuli seminiferi. Gli spazi intertubulari fra le anse dei tubuli seminiferi sono occupati da connettivo lasso interstiziale contenente vasi sanguigni e linfatici e le cellule interstiziali endocrine del Leyding (che secernono testosterone).

N.B.! La lunghezza stimata complessiva dei tubuli seminiferi nei due testicoli oscilla tra i 300 e i 900 metri. Ogni tubulo seminifero forma un'ansa molto contorta, rete testis che entrambe le estremità che comunicano, attraverso i tubuli retti, con la , una rete di canalicoli intercomunicanti che si anastomizzano tra loro localizzata nel mediastino del testicolo. La rete testis è poi in continuità con 10-12 condotti efferenti che costituiscono il tratto iniziale delle vie spermatiche esterne alla gonade, o, vie genitale, e veicolano gli spermatozoi dalla rete testis verso il canale dell'epididimo.

• → L'epididimo rappresenta il tratto delle vie genitali interposto tra la rete testis e il dotto deferente. Il canale dell'epididimo è un sottile singolo dotto, che si avvolge su sé stesso e forma una struttura lunga 5cm applicata sul margine posteriore del testicolo. Esso è composto da:
  • → Testa: parte più voluminosa, situata al polo superiore e in rapporto con i condotti efferenti
  • → Corpo: che costituisce la parte intermedia
  • → Coda: si trova all'estremità inferiore e a questo livello l'epididimo si ripiega verso l'alto e si continua con il proprio dotto deferente.
• → Dotto deferente è un canale che si estende dal canale dell'epididimo al dotto eiaculatore. La sua parte terminale si presenta dilatata e prende il nome di ampolla. Il dotto eiaculatore costituisce l'ultimo tratto delle vie genitali.

Ricapitolando

Il testicolo o gonade maschile è:

• Rivestito da una capsula di tessuto connettivo denso, la tonaca albuginea, che addentrandosi suddivide l'organo in lobuli (circa 250)
• Ogni lobulo contiene 1-4 tubuli seminiferi molto convoluti (circa 1 m cd)
• È nella parete dei tubuli seminiferi che avviene la spermatogenesi
• Gli spazi fra i tubuli sono riempiti da tessuto connettivo lasso interstiziale in cui risiedono le cellule interstiziali di Leydig che producono ormoni sessuali maschili (testosterone).

La spermatogenesi avviene al livello della parete dei tubuli seminiferi. Gli spermatozoi maturi liberati nel lume tubulare confluiscono, poi, nei condotti efferenti e poi nell'epididimo.

Epitelo seminifero

I tubuli seminiferi nell'adulto sono formati da un complesso epitelio stratificato, l'epitelio seminifero, costituito da varie generazioni di cellule germinali nel corso del loro processo differenziativo fino a spermatozoi e da cellule somatiche, le cellule del Sertoli. I tubuli sono delimitati da una tonaca / lamina propria, costituita da una membrana basale e diversi strati di cellule muscolari lisce peritubulari (cellule mioidi). Le cellule del Sertoli costituiscono gli elementi somatici dell'epitelio seminifero. Essi si presentano di forma colonnare vagamente triangolare, con la base in contatto con la membrana basale e la porzione apicale protesa verso il lume del tubulo seminifero. Esse sono strutturalmente organizzate con un complesso sistema di prolungamenti citoplasmatici, che avvolgono ogni singola cellula germinale e la accompagnano durante tutto il suo percorso differenziativo fino alla fine della spermiogenesi.

Una fondamentale caratteristica delle cellule del Sertoli è costituita dalla formazione della cosiddetta barriera emato-testicolare. Infatti, in prossimità della loro regione basale le membrane laterali delle cellule dei Sertoli adiacenti sono connesse da giunzioni occludenti che si estendono intorno a tutto il perimetro delle cellule. Questo particolare dispositivo di giunzione sigilla le cellule tra loro rendendo gli spazi intercellulari inaccessibili anche alle molecole. In conseguenza di ciò, la barriera emato-testicolare suddivide l'epitelio seminifero in due compartimenti:

• Compartimento basale: accessibile al fluido interstiziale che proviene dai vasi sanguigni (da spermatogoni a spermatocita primario)
• Compartimento adluminale: pervaso solo dal fluido tubulare prodotto dalle cellule del Sertoli. Qui avviene la meiosi e la differenziazione degli spermatidi (da spermatociti in meiosi a spermatozoi).

La presenza della barriera segrega le cellule germinali in due differenti e definiti microambienti:

• Gli spermatogoni
• Gli spermatociti primari in preleptotene, nel compartimento basale.

La presenza della barriera impone, comunque, l'esistenza di fini meccanismi di regolazione della selettiva permeabilità e dinamicità delle giunzioni occludenti che permettono agli spermatociti, durante la transizione tra la fase mitotica e meiotica, di migrare dal compartimento basale a quello adluminale. Si tratta di un processo molto complesso che comporta l'apertura temporanea delle giunzioni tra le cellule del Sertoli e le loro immediata chiusura, subito dopo il transito degli spermatociti in preleptotente. La progressione delle cellule germinali da un compartimento all'altro è supportata dalle contrazioni delle cellule mioidi ed implica un complesso meccanismo che determina l'apertura/chiusura delle giunzioni. Un fattore coinvolto è il TNF-α. Essa è secreta dal Sertoli, regola l'apertura temporanea e la riformazione delle giunzioni occidenti proprio durante la migrazione degli spermatociti da un compartimento all'altro.

La spermatogenesi

La spermatogenesi e il processo durante il quale gli spermatogoni si differenziano in cellule altamente specializzate, gli spermatozoi. La spermatogenesi ha inizio la pubertà continua ininterrottamente per tutta la vita, anche se in età più avanzata, si assiste ad una consistente diminuzione di alcuni parametri nel liquido seminale. Nell'uomo l'intervallo di tempo tra la divisione mitotica dello spermatogonio Ap con destino differenziativo e la spermiazione finale dello spermatozoo ha una durata di 74 giorni.

Fasi della spermatogenesi

• Fase mitotica
• Fase meiotica
• Spermatogenesi

La fase mitotica

Nella fase mitotica che si estende per 20 giorni, avviene la proliferazione e il differenziamento degli spermatogoni. Gli spermatogoni sono... [testo troncato]