fecondazione: esempio echinodermi e mammiferi

Fecondazione

L’oocita, durante la vitellogenesi, accumula una grande quantità di citoplasma, mRNA e proteine, per l’attività embrionale che seguiranno la fecondazione. Lo spermatozoo ha il compito di trasportare a grandi distanze il contenuto aploide. Presenta un genoma molto compattato, piccolo e denso. L’energia per il movimento è prodotta dai mitocondri e la propulsione è effettuata dal flagello.

Fecondazione dei ricci di mare

Nei processi biochimici della fecondazione, non c’è differenza tra gli organismi. Gli oociti sono più o meno simili tra le specie, mentre gli spermatozoi cambiano nella forma.

• Nel riccio di mare è presente una struttura filamentosa costituita da actina che manca nei mammiferi.

Lo spermatozoo per fecondare l’uovo deve attraversare 3 membrane:

• Lo strato gelatinoso è il più esterno, spesso e denso. È un rivestimento extracellulare, costituito da lectine, proteine gelatinose ricche di residui glucidici; sono secrete dall’oocita e lo proteggono nell’ambiente acquatico.
• La membrana vitellina è lo strato interno, meno spesso.
• A contatto diretto con la membrana vitellina c’è la membrana plasmatica dell’ovocita.

Lo spermatozoo attraversa i diversi strati per riversare il suo contenuto genetico all’interno del citoplasma. Il riccio di mare attua una fecondazione esterna: le uova sono deposte direttamente nell’acqua di mare, in ambienti ristretti, dove possono convivere specie diverse di ricci di mare. Per questo motivo si sono sviluppati meccanismi di riconoscimento tra i gameti della stessa specie.

Livelli di controllo specie-specifici

• Richiamo degli spermatozoi verso gli oociti, mediato da sostanze di tipo proteico, rilasciate nell’acqua di mare dall’oocita. Le sostanze chemioattrattive sono prodotte dall’oocita che attirano gli spermatozoi della stessa specie in base al gradiente di concentrazione: il peptide è molto concentrato vicino all’oocita e man mano che ci si allontana si trova in quantità minore. Lo spermatozoo è in grado di riconoscere questo gradiente e di risalirlo, da una regione a minor concentrazione fino ad una con elevata concentrazione. Specie diverse di ricci di mare producono specie diverse di chemioattrattivi (es. Resa).
• Interazioni ligando-recettore dello strato di lectine: il riconoscimento è tra molecole specie-specifiche poste sulla superficie dei due gameti. Nello strato gelatinoso dell’oocita è presente uno strato di lectine, molecole con residui glucidici (zuccheri). Questi zuccheri ramificati sono i ligandi dei recettori presenti sulla superficie della testa degli spermatozoi.
• Interazione ligando-recettore della membrana di bindine: I primi due livelli lasciano ancora un margine di errore in quanto il peptide o la composizione in zuccheri delle lectine, possono essere molto simili tra le specie. Invece del terzo livello sono responsabili proteine molto complesse che non possono essere equivocate, hanno una specificità netta.

Reazione acrosomica

Nel riccio di mare, componenti degli spermatozoi includono actina, singole molecole globulari accumulate tra il nucleo e la testa dello spermatozoo; sulla sommità della testa, contenuta all’interno della membrana superficiale, è posta la vescicola acrosomica, contenente enzimi litici molto acidi e aggressivi, in grado di digerire le membrane dell’oocita. Nella porzione basale della vescicola acrosomica (al suo interno), è presente uno strato di molecole di bindina. La matrice extracellulare dell’oocita e quella dell’acrosoma si fondono liberando il contenuto della vescicola nell’ambiente circostante. Gli enzimi litici proteolizzano le sostanze che incontrano e si scavano un percorso all’interno dello strato gelatinoso.

In seguito alla fusione, l’actina globulare inizia a formare dei filamenti, che si sovrappongono e polimerizzano per formare polimeri di actina: la spinta propulsiva dell’actina verso l’alto permette la protrusione della membrana basale di bindina, che s’innalza formando la nuova membrana plasmatica di superficie dello spermatozoo.

Nei mammiferi, la matrice extracellulare è meno densa rispetto a quella del riccio, e viene attraversata con modesta facilità. La reazione acrosomale avviene nella zona pellucida, più ampia e densa. Non è necessario il meccanismo di interazione recettore-ligando della membrana di bindina. Questa nuova membrana attua meccanismo di riconoscimento specie-specifico tra proteine, secondo una reazione ligando-recettore: la bindina è il ligando (spermatozoo) e i recettori per la bindina si trovano sulla membrana vitellina dell’oocita.

Esperimento

I ricercatori lavorano su due specie indipendenti di riccio di mare, tra cui non è possibile fecondazione interspecifica. Hanno riprodotto un ambiente marino con gli oociti di entrambe le specie; qui hanno aggiunto particelle sintetiche rivestite di bindina. Aggiungendo la bindina di una sola specie, gli oociti di questa specie si agglutinano (sono tenuti insieme dalla bindina); mentre in quelli della seconda specie la bindina si lega ma non agglutina gli oociti.

Esperimento di immunoistochimica per localizzare i recettori della bindina. Viene prodotto l’anticorpo primario in coniglio, contro la bindina specifica dell’animale. Su vetrino, si fa reagire l’anticorpo primario con spermatozoi di maiale, in modo da formare l’anticorpo secondario diretto contro la porzione costante dell’anticorpo primario. L’anticorpo secondario è coniugato con un enzima, la perossidasi, che posta in soluzione di diamminopeptidina, forma un precipitato denso sulla regione dove sono situati i recettori specifici per la bindina. I recettori specifici per la bindina sono localizzati tra la membrana.