Medicina della riproduzione

Corso di laurea magistrale in biotecnologie mediche e farmaceutiche

Medicina della riproduzione

Apparato genito-urinario maschile (cenni)

Il testicolo e l’epididimo stanno nello scroto; il vaso deferente entra nel canale urinale: ci sono due ghiandole accessorie, le due vescichette seminali e la prostata, che immetteranno le loro secrezioni nel momento dell’eiaculazione nel dotto eiaculatore. L’uretra porta fuori sia le urine che il liquido seminale.

Sezione di testicolo adulto normale

I tubuli seminiferi compongono circa l’80% del volume testicolo; vi troviamo le cellule germinali. Il 15-20% contiene le cellule interstiziali.

Determinazione e differenziazione sessuale

Il sesso genetico è fondamentale per definire il sesso gonadico e il momento tra sesso genetico e sesso gonadico è la determinazione. Dopo la differenziazione dell’apparato genitale seguirà la produzione di ormoni che serviranno per dare un sesso fenotipico adeguato al sesso genetico: momento della differenziazione sessuale.

Il cromosoma Y

È stato identificato nel 1929, ma riconosciuta la sua importanza per la determinazione del sesso nel 1959. La sua presenza determina il fenotipo maschile: il cromosoma Y porta il gene dominante che controlla lo sviluppo testicolare. Dove era localizzato?

Quando c’era un isocromosoma del braccio corto, il fenotipo era maschile, mentre l’isocromosoma del braccio lungo determinava un fenotipo femminile; era chiaro che il fattore che determina il sesso maschile fosse sul braccio corto (Yp).

Nel braccio corto c’è il gene dominante che controlla lo sviluppo testicolare. Andrew Sinclair scopre che la proteina conteneva un dominio conservato di DNA binding. Il gene (SRY) si trova quindi nel braccio corto, sotto la regione pseudo-autosomiale (PAR). Le regioni PAR sono le due uniche regioni che scambiano materiale genetico con il cromosoma X.

Gene SRY

• È un gene molto piccolo, composto da un singolo esone. La proteina si compone di 204 AA ed è in grado di regolare l’espressione genica.
• Ha il ruolo di indurre la differenziazione delle cellule di Sertoli e la formazione della rete testis. Le cellule del Sertoli agirebbero come un centro organizzativo capace di dirigere la differenziazione delle altre linee cellulari.
• Il 15% circa dei soggetti con disgenesia gonadica pura e cariotipo 46,XY (è femmina) presenta mutazioni puntiformi di SRY, localizzate quasi esclusivamente nell’HMG box, parte più importante, dove si lega il DNA.

Esempio di paziente di 17 anni con amenorrea primaria (non ha mai mestruato): si fa il cariotipo = 46, XY; segue individuazione gene SRY = c’era; sequenziamento = c’era una mutazione sull’HMG box C-->T che comportava il cambio della Serina con la Fenilalanina. Il cambio dell’AA ha provocato un cambio importante della struttura terziaria, impedendo alla proteina di legarsi al DNA.

Ma cosa succede nel rimanente 85% dei casi di donne 46,XY con gene SRY intatto?

SOX9

• C’è un esecutore dei messaggi dell’SRY: SOX9 è un fattore di trascrizione che si attiva a valle di SRY nella cascata di attivazione genica per la determinazione del sesso. È espresso nella cresta urogenitale e nelle cellule del Sertoli. Quindi SOX9 è altrettanto fondamentale.
• Ha una struttura simile all’SRY, presenta infatti un HMG box che lo rende capace di legare il DNA.
• Questa proteina è espressa anche nelle cartilagini, per cui una mutazione inattivante provoca una displasia campomelica e il sex reversal.
• 60% degli individui 46,XY con mutazioni SOX9 ha sex reversal (femmine XY che non potranno avere il ciclo).

Gli altri players?

È un continuo gioco delle parti, una continua lotta tra i fattori che spingerebbero la gonade bipotente verso la formazione dell’ovaio contro quelli che spingono verso la formazione del testicolo. Accenneremo ad alcuni (es. DAX1).

DAX1 (Dosage-sensitive sex-reversal adrenal hypoplasia congenita critical region on the X chromosome, gene 1). Ha un ruolo critico nello sviluppo del surrene e del sistema riproduttivo (ruolo nel sex reversal). È espresso anche in ipotalamo, ipofisi anteriore e placenta. È un fattore di trascrizione, come gli altri fattori di determinazione del sesso, perché essa si basa essenzialmente sulla proteina che va sui responsive element di determinati geni che servono per far partire un programma che porta alla determinazione del sesso.

• Una delezione del DAX-1 porta ad un’ipoplasia congenita del surrene, ad un ipogonadismo ipogonadotropo, ma ad una normale determinazione del sesso.
• Se c’è una duplicazione si verifica il sex-reversal (46, XY, female). DAX-1 ha la funzione di antagonizzare gli effetti di SRY, inoltre è un repressore di trascrizione per proteine ed enzimi che servono per la steroidogenesi.

Geni e mutazioni in DSD (disturbi della differenziazione cellulare)

46,XY female

• 15% mutazioni (o assenza) in SRY.
• 15% mutazioni in NR5A1 (SF1).
• Rarissime duplicazioni DAX1, WNT4 (aumento del dosaggio).
• Rarissima aploinsufficienza SOX9, WT1.
• 70% dei casi sconosciuto.

46,XX male

• 90% traslocazione SRY.
• Durante la meiosi, crossing-over tra le due regioni pseudoautosomiche X e Y. L’SRY durante questo crossing-over, essendo subito dopo la regione PAR, può venir traslocato sull’X.

Il futuro spermatozoo con X ha acquisito l’SRY, lo spermatozoo con Y ha perso SRY. Quando lo spermatozoo X va a fecondare l’oocita, ci sarà SRY e avremo un maschio 46,XX. Quando lo spermatozoo Y va a fecondare l’oocita, non ci sarà SRY e avremo un 46,XY femmina.

• Rare duplicazioni SOX9 (aumentato dosaggio porta ad un fenotipo maschile anche in assenza di SRY), FGF9.
• Rare mutazioni RSPO1, WNT4 (geni importanti per la via femminile).
• 10% dei casi eziologia sconosciuta.

Differenziazione

Fino al 42° giorno (7a settimana) la gonade è indifferenziata (12 mm) e contiene 5-600.000 cellule germinali che possono dare origine ad oogoni o spermatogoni, in base a come va la determinazione del sesso.

Le cellule germinali non si originano nelle gonadi. I loro precursori, le cellule germinali primordiali (PGC, primordial germ cells), hanno origine altrove (nell’allantoide) e scendendo per la linea mediana migrano nelle gonadi quando queste si sviluppano. Il primo passo della gametogenesi allora comporta la formazione delle PGC e il loro ingresso nella cresta genitale allorché si forma la gonade.

I genitali interni sono indifferenziati, quando ancora non sono prodotti gli ormoni per la differenziazione (finora vista la determinazione da parte di quei fattori di trascrizione che determinano la struttura o del testicolo o dell’ovaio, che una volta determinate cominceranno a produrre gli ormoni), abbiamo sia i dotti di Wolff che i dotti di Muller. I dotti di Wolff nel maschio devono sviluppare originando poi epididimo, deferente e vescichette seminali, mentre quelli di Muller sparire. Nella femmina, i dotti di Wolff devono regredire e i dotti di Muller sviluppare bene per originare utero, tube e parte superiore vagina.

Regolazione e funzione endocrina del testicolo

Asse ipotalamo-ipofisi-testicolo

L’ipofisi si compone di due parti, la parte anteriore, o adenoipofisi, e posteriore, neuroipofisi.

Si parla di regolazione endocrina, perché gli ormoni entrano nel circolo sanguigno e la periferia comunica con il centro (ipotalamo-ipofisi) e il centro produce ormoni che comunicano con la periferia (crosstalk tra queste strutture).

L’ipotalamo produce GnRH (ormone di rilascio delle gonadotropine) che fa produrre LH e FSH a livello ipofisario. LH agisce sul testicolo stimolando le cellule di Leydig (LC) a produrre testosterone che a sua volta agirà attraverso un feedback negativo sull’ipofisi; l’FSH invece agisce sulle cellule del Sertoli, le quali producono inibina, che ha azione di feedback negativo sulla produzione di FSH.

Funzioni del testicolo

• Nella vita fetale deve produrre l’ormone anti-mulleriano per far regredire i dotti di Muller, produrre il testosterone per sviluppare le strutture Wolffiane… quindi serve per la differenziazione sessuale.
• Nella vita adulta serve per la produzione di spermatozoi (fertilità) e di testosterone (caratteri sessuali secondari e funzione sessuale). Lo spermatozoo è il prodotto finale della spermatogenesi ed è la cellula più specializzata mai descritta nell’organismo.

Testosterone

Attraverso l’asse ipotalamo-ipofisi-testicolo avviene la regolazione endocrina, ma all’interno del testicolo stesso ci sono fattori paracrini ed autocrini che vengono prodotti/agiscono sulle componenti del testicolo.

LH induce la proliferazione delle cellule di Leydig e la sintesi di testosterone (T). Le concentrazioni intratesticolari di T sono 100 volte superiori a quelle nel plasma. FSH agisce sulle cellule di Sertoli. Sono necessari tutti e tre gli ormoni per una corretta spermatogenesi (quantitativa e qualitativa).

Il testosterone durante la vita fetale serve per la differenziazione sessuale e individua un picco simile a quello che si riscontra nella vita adulta. Successivamente si verifica una “mini pubertà”: i bambini al sesto mese hanno un picco di testosterone, ma ancora non si è capito a cosa possa servire. Segue quiescienza fino alla pubertà, quando il sistema riparte e si ha una crescita dei livelli plasmatici di testosterone, che servirà per funzione varie (non solo riproduttive e sessuali). Nell’invecchiamento si osserva una riduzione del testosterone in modo diverso tra i vari individui, in dipendenza dallo stile di vita: obesità, poca attività fisica portano ad un calo precoce del testosterone.

• Vita fetale: differenziazione sessuale.
• Pubertà: differenziazione caratteri sessuali secondari.
• Vita adulta: mantenimento caratteri sessuali secondari, libido e fertilità.
• Eritropoesi, muscolatura, densità minerale ossea.

Il testosterone serve per i muscoli, aumenta la produzione di globuli rossi (agendo sull’ematopoietina che stimola il midollo osseo), aumentando così l’apporto di ossigeno, è importante per l’osso (la carenza provoca osteopenia/osteoporosi), è importante per la libido, per la laringe (cambiamento della voce nei maschi, dovuto ispessimento delle corde vocali), per la distribuzione pilifera maschile, per la spermatogenesi e per la formazione di pene, prostata e vescichette seminali.

La prostata e il pene non sono organi direttamente sensibili al testosterone, ma ad un suo metabolita, il diidrotestosterone (DHT), che si forma dopo la 5α riduzione da parte della 5α reduttasi di tipo 2.

La quota libera di testosterone è quella funzionalmente importante, la maggior parte è legata all’albumina o al SHBG (Sex Hormone Binding Globulin), importante perché sapere quanto ce n’è serve per calcolare la quota libera di testosterone (SHBG aumenta durante l’invecchiamento).

Il testosterone (o DHT) agisce attraverso il recettore androgenico, il cui gene si trova sul braccio lungo del cromosoma X. C’è un polimorfismo CAG nel primo esone, esone responsabile per la trans-attivazione del recettore: secondo il numero di triplette cambia l’efficacia trascrizionale del recettore. Ci sono un dominio DNA binding (entra nel nucleo) e uno ligand binding. Nel nucleo permette la trascrizione di geni che codificano per proteine che servono per una serie di funzioni legate all’effetto del testosterone.

Androgen insensitivity syndrome

Androgen insensitivity syndrome (AIS). Causata quando il recettore per gli androgeni (AR) non funziona appropriatamente. Il gene contiene 8 esoni e ci sono molte mutazioni che cadono in quelle regioni che codificano per il DNA binding domain o per il ligand binding domain.

Complete androgen insensitivity, CAIS. Incidence about 1 in 20,000 births. Used to be called “testicular feminization”. 46,XY with normal (undescended) testes. The testes secrete testosterone, but the cells lack a receptor for it. No receptor = no response to the hormone.

Secondo il tipo di mutazione si può verificare una Partial Androgen Resistance oppure una Complete Androgen Resistance. Il fenotipo associato a queste mutazioni è vario e dipende da quale mutazione si verifica. Si può diagnosticare una completa femminizzazione testicolare, un’incompleta femminizzazione testicolare, la sindrome di Reifenstein, un’infertilità oppure semplicemente una bassa virilizzazione (fertile con pochi peli).

CAIS

As a result, the male ducts (vas deferens, epididymus, seminal vesicles) are not present. However, the testes secrete MIS, which causes the female ducts (uterus, fallopian tubes, upper vagina) to degenerate. External genitalia develop as male if DHT is present, but testosterone and DHT use the same receptor. So, female external genitalia, including the lower 2/3 of the vagina.

At puberty, the testes again secrete testosterone. The enzyme aromatase converts it into estradiol. Thus, female secondary sexual characteristics develop. Often “voluptuously feminine”. No menstruation of course: no ovaries and no uterus. Pubic and armpit hair is usually scant or absent. Occasionally, the undescended testes can become cancerous, so they are often surgically removed after puberty is complete (so as to get normal female development).

Resistenza androgenica completa (CAIS), Sindrome di Morris o femminizzazione testicolare: donna 46,XY, priva di peli pubici. Ha i testicoli, SRY e avuto determinazione, ma il testosterone che doveva differenziare feto ed individuo non può esercitare la sua funzione.

I testicoli non scendono (ernie inguinali), c’è la vagina, ma non c’è l’utero, amenorrea primaria. Il seno è presente ma dopo il trattamento con gli estroprogestinici che conferiscono loro un fenotipo pienamente femminile.

NB: quando c’è una resistenza ormonale, il testosterone è prodotto a livello testicolare, ma il recettore non funziona a livello dell’ipofisi, che aumenta l’LH, dato che non si verifica il feedback negativo. Quindi queste donne hanno un livello molto alto di testosterone.

PAIS

Sometimes, the testosterone receptors work inefficiently, due to less drastic mutations than in CAIS. In these cases, the body cells respond in a variable manner to testosterone, leading to a wide variety of ambiguous genitalia.

PAIS = partial androgen insensitivity. Also called Reifenstein syndrome.

Variable symptoms: can be predominantly male (with hypospadias, abnormal scrotum, small penis), predominantly female (with enlarged clitoris, fused labia, separate vaginal and urethral openings), or ambiguous genitalia (microphallus--less than 1 cm long), labia-like scrotum, hypospadia, gynecomastia.

Similar variability in male internal ducts; females ducts are usually absent due to MIS secretion. Sometimes people with PAIS change gender identity after puberty, in either direction. There is also mild androgen insensitivity (MAIS), which leads to completely male appearance internally and externally, but with some impairment of masculinization at puberty.

PAIS (Partial Androgen Insensitivity) o Reifenstein Syndrome: ambiguità dei genitali, si confonde con la clitoromegalia, associata con ginecomastia, criptorchidismo e a problemi di ipospadia, ovvero il meato uretrale non si trova nel centro del glande, ma a livello dorsale.

La prostata e il pene rispondono al DHT che comunica sempre con il AR (recettore androgenico).

Los Guevodoces

Esiste una situazione in cui dei soggetti nascono come femmine, ma durante la pubertà diventano maschi e hanno il cariotipo 46,XY. Sono stati chiamati “Los Guevodoces” cioè “huevos a los doce”: uova all’età di 12 anni.

Questi soggetti nascono come femmine, hanno un deficit della 5α reduttasi, il DHT non viene formato. All’età di 12-13 anni comincia una trasformazione: il T viene prodotto in abbondanza, il recettore funziona e diventano dei veri maschi, eccetto che il pene sarà appena più grande di una clitoromegalia, perché comunque un po’ di DHT verrà prodotto. È una sindrome recessiva, sviluppata specialmente in isole dove la consanguineità è alta.

Apparato genito-urinario femminile (cenni)

Si compone di vagina e vulva, organi della sessualità e della deposizione del seme, utero, fondamentale per l’annidamento e la gravidanza, tube (o tube di Falloppio), in continuità con l’utero e in continuità con le ovaie tramite le fimbrie che catturano l’ovocita durante l’ovulazione (se le fimbrie sono adese e non sono funzionalmente attive, per esempio nel caso di infezione silente da clamidia, si ha infertilità), ovaie, importanti per la follicologenesi e la steroidogenesi (//testicoli). Ipotalamo e ipofisi controllano l’attività delle ovaie.

Fisiologia della gonade femminile

Follicologenesi

Dalla settima settimana l’ovaio ha degli oogoni in mitosi. Dal quinto mese di vita fetale la crescita degli oogoni arriva al plateau, gli oogoni diventano ovociti che si arrestano in meiosi I. Al sesto mese della vita fetale i 7 milioni di ovociti arresti in meiosi vanno incontro ad apoptosi e alla nascita ci saranno solo 1 milione di cellule germinali, mentre al menarca 400.000. In menopausa ci sarà l&