Appunti 4 settimane Anatomia con elementi di istologia

EMBRIOLOGIA

LEZIONE 1 - 19.05.25

ONTOGENESI, GAMETOGENESI , SPERMATOGENESI , OVOGENESI E FOLLICOGENESI

 Ontogenesi: insieme dei processi che portano allo sviluppo dell’individuo dalla fecondazione fino

alla forma adulta.

 Filogenesi: evoluzione della specie a cui appartiene l’organismo studiato.

Lo sviluppo comprende lo studio dei meccanismi molecolari, genetici e fisiologici attraverso cui si

susseguono le fasi embrionale e fetale. È inteso come una successione di fasi strutturali e organizzative a

complessità crescente; l’accrescimento rappresenta invece la crescita quantitativa. Lo sviluppo non

riguarda soltanto l’aumento delle dimensioni, ma soprattutto la comparsa di strutture sempre più

specializzate che costituiscono l’organismo vivente.

L’embriologia studia due aspetti complementari:

 la generazione di un individuo a partire dai gameti;

 lo sviluppo delle parti che compongono l’organismo.

Si parla di morfogenesi riferendosi alle modificazioni responsabili della formazione delle strutture corporee.

Determinazione come differenziamento “invisibile”

L’epigenesi è una teoria embriologica secondo cui lo sviluppo dell’embrione avviene gradualmente, a

partire da cellule indifferenziate che daranno origine a un organismo completo con apparati differenti. Ogni

organismo quindi si sviluppa ex novo da una condizione inizialmente indifferenziata.

 Hans Spemann (inizi del ‘900) introdusse il concetto di determinazione, definendola come il processo

invisibile che conduce al differenziamento cellulare e alla formazione delle varie strutture

dell’organismo.

 Alberts (1989) introdusse il concetto di memoria cellulare, associato alla teoria della determinazione.

Le cellule “ricordano” ciò che è accaduto durante il periodo di determinazione e rispondono agli stimoli

ambientali non solo in base al patrimonio genetico, ma anche in base alla loro storia cellulare.

 Il cambiamento fenotipico è preceduto dal commitment (predestinazione, indirizzamento o

determinazione) delle cellule verso uno specifico destino. Una volta indirizzata, la cellula conserva tale

istruzione e manterrà il commitment nei confronti di un determinato tessuto. Il differenziamento

consiste nella comparsa di differenze tra le cellule. Le differenze possono essere:

o morfologiche;

o istologiche;

o biochimiche;

o funzionali.

 Jonathan Slack (1991) suddivise il commitment in due stadi:

Specificazione: le cellule si differenziano autonomamente in assenza di segnali ambientali

A. (ambiente isolato).

Determinazione: le cellule continuano il proprio differenziamento autonomo anche se vengono

B. spostate in un’altra regione dell’embrione.

L’induzione come differenziamento “dipendente”

I meccanismi responsabili del differenziamento vengono definiti induzione. Essa dipende generalmente

dalla soppressione o dall’attivazione di determinate molecole, prodotte:

 all’interno delle stesse cellule che si stanno differenziando (autodifferenziamento);

 oppure da altre cellule situate in specifiche regioni dell’embrione, che trasmettono segnali

induttivi.

Dall’interazione tra cellule e tessuti derivano gli organi. Quando un gruppo di cellule agisce su un altro

gruppo modificandone il destino, si verifica quindi un fenomeno di induzione.

Le cellule che producono i segnali sono dette induttori, mentre le cellule riceventi devono essere in grado

di recepire e rispondere al segnale.

I segnali possono essere:

 Paracrini: le molecole si diffondono nell’organismo e agiscono a distanza dalla cellula che le ha

prodotte. I principali segnali paracrini embrionali sono:

o FGF;

o SHH (Sonic Hedgehog): importante morfogeno coinvolto nella via dell’estensione convergente,

processo in cui un tessuto si restringe e si allunga. SHH agisce dopo la determinazione dell’asse

longitudinale dell’embrione, inizialmente circolare, che successivamente si estende in senso

cranio-caudale;

o WNT;

o TGF-β;

o serotonina;

o GABA.

Un altro segnale fondamentale è NOTCH, coinvolto nella proliferazione cellulare, apoptosi ed EMT

(transizione epitelio-mesenchimale).

 Giustacrini: richiedono un contatto diretto tra le cellule. La comunicazione avviene tramite

proteine di membrana, giunzioni cellulari e recettori di superficie;

Organizzazione spaziale (pattern)

Durante lo sviluppo le informazioni possono essere di due tipi:

1. informazioni relative al destino istologico, cioè al tipo di tessuto che si formerà; di queste si

occupano i geni della determinazione istologica;

2. informazioni relative al destino spaziale, cioè alla localizzazione delle cellule; di queste si occupano i

geni della determinazione spaziale o geni del pattern.

I geni del pattern specificano:

 posizione anteriore o posteriore;

 posizione dorsale o ventrale;

 lateralità destra o sinistra;

 posizione prossimale o distale.

Il pattern rappresenta quindi il progetto architettonico dell’organismo, mentre la morfogenesi comprende

tutti i processi che realizzano questo progetto formando le strutture tridimensionali dell’organismo in

sviluppo.

Le fasi del ciclo vitale

Il ciclo vitale animale è diviso in 7 fasi di sviluppo in quasi tutti i metazoi:

1. Gametogenesi: formazione dei gameti maschili e femminili

2. Fecondazione: unione dei gameti e formazione dello zigote

3. Segmentazione: serie di divisioni mitotiche dello zigote che portano alla formazione dei blastomeri

4. Gastrulazione: processo che porta alla formazione dei tre foglietti embrionali (ectoderma,

mesoderma, endoderma)

5. Organogenesi: formazione di organi e sistemi

6. Crescita: aumento delle dimensioni corporee e maturazione funzionale

7. Maturità sessuale: l’organo acquisisce la capacità riproduttiva

Negli invertebrati e nei vertebrati Inferiori tutti i blastomeri partecipano alla formazione dell’embrione.

- Nei vertebrati superiori: solo una parte dei blastomeri forma direttamente l’embrione. Gli altri

contribuiscono alla formazione delle strutture extraembrionali, necessarie per la protezione,

nutrizione, scambi metabolici, sostegno dello sviluppo embrionale.

Gli annessi embrionali

Gli annessi embrionali sono strutture che non partecipano direttamente alla formazione degli organi del

corpo, ma garantiscono il corretto sviluppo dell’embrione. Sono quattro:

 Amnios: è una membrana che avvolge l’embrione formando il sacco amniotico. Contiene il liquido

amniotico, che:

- protegge da traumi meccanici;

- mantiene costante la temperatura;

- permette i movimenti del feto;

- evita compressioni.

 Sacco vitellino: contiene sostanze nutritive destinate all’embrione. Nell’uomo ha anche importanti

funzioni iniziali:

- prima sede dell’emopoiesi;

- origine delle cellule germinali primordiali;

- partecipazione agli scambi nutritivi precoci.

 Allantoide: è una struttura a forma di sacco collegata al cordone ombelicale. Partecipa:

- alla raccolta delle sostanze di scarto;

- alla formazione dei vasi ombelicali;

- allo sviluppo della vescica urinaria.

 Corion: è la membrana extraembrionale più esterna. Prende contatto con l’endometrio materno e

contribuisce alla formazione della placenta. Permette:

- scambi respiratori;

- scambi nutritivi;

- eliminazione dei cataboliti;

- comunicazione tra circolo materno e fetale.

Gametogenesi (1ª fase del ciclo vitale)

La gametogenesi è il processo che avviene nelle gonadi maschili e femminili e che porta alla formazione dei

gameti sessuali, cioè delle cellule sessuali mature. Durante questo processo avviene la meiosi, una

particolare divisione cellulare che conduce alla formazione dello spermatozoo e della cellula uovo.

La meiosi è una divisione cellulare che, a partire da una cellula diploide, produce quattro cellule aploidi

(spermatozoi o ovociti), ciascuna con 23 cromosomi, cioè la metà del numero di cromosomi della cellula

originaria. Questo tipo di divisione avviene esclusivamente nelle cellule germinali.

La meiosi comprende due divisioni:

 Meiosi I: divisione in cui si formano due cellule figlie e durante la quale avviene il crossing-over.

 Meiosi II: divisione da cui derivano quattro cellule figlie, ciascuna contenente 23 cromosomi

aploidi.

Donna

Nella gametogenesi femminile, la meiosi produce una sola cellula figlia aploide funzionale e tre strutture

accessorie dette corpi polari, destinate a degenerare.

Nella donna la gametogenesi inizia già durante la vita fetale, mentre la madre è ancora in gravidanza. La

meiosi si interrompe intorno al settimo mese di gravidanza e le cellule uovo rimangono in uno stato

quiescente fino alla pubertà.

A partire dalla pubertà, circa ogni 28 giorni, maturano alcuni follicoli ovarici; uno di essi completa la

maturazione producendo una cellula uovo matura che potrà eventualmente essere fecondata. Questi cicli

continuano fino alla menopausa, poiché la donna possiede un numero limitato di follicoli ovarici che

progressivamente si esaurisce.

Uomo

Nell’uomo la produzione degli spermatozoi inizia dalla pubertà e continua per tutta la vita in maniera

pressoché continua.

Dalla terza settimana dello sviluppo embrionale iniziano i processi che porteranno all’organogenesi, cioè al

differenziamento di organi e tessuti. Nel momento dell’impianto dell’embrione, una piccola popolazione di

cellule chiamate cellule germinali primordiali si localizza nella regione di contatto tra allantoide e sacco

vitellino. Queste cellule devono evitare i processi di differenziamento che coinvolgono le altre cellule

embrionali, poiché devono mantenere la totipotenza necessaria per dare origine ai futuri gameti.

Successivamente, durante lo sviluppo dell’apparato genitale, le cellule germinali primordiali migrano verso

le gonadi in formazione. In questa fase si sviluppa la cresta genitale, un ispessimento di tessuto che verrà

colonizzato dalle cellule germinali primordiali e che darà origine ai futuri testicoli o alle future ovaie.

Nella cresta genitale si distinguono:

 una regione corticale, maggiormente coinvolta nella formazione dell’ovaio;

 una regione midollare, con maggiore potenzialità maschile.

Intorno alla sesta settimana di sviluppo embrionale non è ancora possibile distinguere un embrione

maschile da uno femminile; per questo motivo si parla di gonade indifferente. Successivamente, con i

processi di differenziamento (intorno al 7 mese), la gonade acquisirà caratteristiche maschili o femminili.

Apparato riproduttore maschile

La sede della spermatogenesi sono i testicoli, due organi localizzati all’interno di una sacca cutanea detta

scroto, posta all’esterno del corpo. Questa posizione è necessaria perché la temperatura corporea interna

non consentirebbe una corretta maturazione degli spermatozoi.

Dal testicolo parte il dotto deferente, che attraversa diverse ghiandole annesse:

 prostata;

 vescichette seminali;

 ghiandole bulbo-uretrali.

A livello della prostata il dotto si continua con l’uretra prostatica, che si unisce all’uretra proveniente dalla

vescica. L’uretra attraversa poi il pene, attraverso cui avviene l’eiaculazione.

Il testicolo è rivestito da una tonaca albuginea che emette setti all’interno dell’organo, formando delle

logge. In queste logge si trovano i tubuli seminiferi, sede della maturazione degli spermatozoi. I tubuli

seminiferi sono strutture tubulari cave centralmente che convergono nella rete testis; da qui, tramite i dotti

efferenti, gli spermatozoi già differenziati raggiungono l’epididimo.

Ormoni e cellule del testicolo

Gli ormoni principali coinvolti nella funzione testicolare sono:

 FSH;

 LH (ormone luteinizzante).

Essi sono prodotti dall’adenoipofisi sotto l’influenza delle gonadotropine rilasciate dall’ipotalamo.

Nel testicolo il testosterone viene prodotto dalle cellule del Leydig, localizzate negli interstizi tra i tubuli

seminiferi. Alla pubertà la produzione di testosterone aumenta notevolmente.

A livello dei tubuli seminiferi si distinguono:

 cellule di sostegno;

 cellule germinali che daranno origine agli spermatozoi.

L’epididimo invece presenta un epitelio pseudostratificato.

Tubulo seminifero

Il tubulo seminifero è formato dalle cellule del Sertoli, cellule di sostegno dotate di numerosi prolungamenti

che:

 forniscono supporto strutturale e nutrizionale;

 sostengono meccanicamente le cellule germinali;

 costituiscono la barriera emato-testicolare.

Le cellule del Sertoli avvolgono gli spermatogoni durante tutto il processo di sviluppo fino alla formazione

degli spermatozoi.

Nel tubulo seminifero:

 vicino alla parete si trovano gli spermatogoni che vanno incontro a mitosi;

 verso il lume si trovano le cellule che vanno incontro a meiosi.

Le cellule del Sertoli dividono quindi il tubulo in:

 compartimento basale, sede della mitosi;

 compartimento adluminale, sede della meiosi.

Tra le cellule del Sertoli sono presenti giunzioni occludenti che formano la barriera emato-testicolare.

Differenziamento delle gonadi maschili

Durante la settima settimana dello sviluppo embrionale avvengono quattro eventi principali.

1. Formazione dei cordoni seminiferi: sotto l’azione del TDF (Testis Determining Factor), le cellule dei

cordoni sessuali primitivi si differenziano in cellule sostentacolari o cellule del pre-Sertoli, che

iniziano a produrre il fattore anti-Mülleriano (AMH).

I cordoni sessuali si trasformano in cordoni seminiferi pieni che si approfondiscono nella midollare.

Le cellule germinali primordiali si differenziano in spermatogoni, la cui proliferazione resterà

bloccata fino alla pubertà.

2. Formazione delle cellule interstiziali: il TDF induce le cellule della midollare a differenziarsi in

cellule interstiziali, precursori delle cellule del Leydig. Queste cellule iniziano a produrre

testosterone, che impedisce la degenerazione del dotto di Wolff e della rete blastematica.

3. Formazione della rete testis: la rete blastematica, mantenuta dal testosterone, si sviluppa

formando la rete testis. I cordoni seminiferi entrano in contatto con essa tramite prolungamenti

chiamati tubuli retti.

4. Formazione della tonaca albuginea: poco dopo l’inizio del differenziamento del testicolo si forma

una capsula connettivale densa, la tonaca albuginea, che circonda la midollare e interrompe la

continuità tra i cordoni seminiferi e l’epitelio celomatico. Successivamente l’epitelio celomatico va

incontro ad atrofia.

I testicoli alla pubertà

Con la pubertà avvengono importanti trasformazioni:

 i cordoni seminiferi diventano tubuli seminiferi cavi;

 le cellule interstiziali si differenziano completamente in cellule del Leydig;

 le cellule sostentacolari diventano cellule del Sertoli;

 gli spermatogoni riprendono la divisione mitotica diventando spermatogoni di tipo A.

Differenziamento sessuale terminale

Il differenziamento sessuale terminale coincide con la pibertà ed è la fase in cui l’apparato riproduttore

maschile raggiunge la piena maturità funzionale. In questo periodo si riattiva l’asse ipotalamo-ipofisi-gonadi

che durante l’infanzia era relativamente inattivo. L’ipotalamo inizia a rilasciare il GnRH (ormone di rilascio

delle gonadotropine), che stimola l’adenoipofisi a produrre:

 FSH;

 LH.

Questi ormoni agiscono sul testicolo:

 l’LH stimola le cellule del Leydig a produrre testosterone;

 l’FSH agisce sulle cellule del Sertoli sostenendo la spermatogenesi.

L’aumento del testosterone rappresenta il principale evento endocrino della pubertà maschile.

Il testosterone è un ormone steroideo responsabile:

 della maturazione degli organi genitali;

 dell’avvio della spermatogenesi;

 della comparsa dei caratteri sessuali secondari.

Agisce direttamente sui tessuti oppure viene convertito:

 in diidrotestosterone (DHT), forma più potente importante soprattutto per genitali esterni,

prostata e peli;

 in piccole quantità in estrogeni tramite aromatizzazione.

Durante la pubertà il testosterone induce:

 aumento del volume dei testicoli;

 crescita del pene;

 sviluppo della prostata e delle ghiandole accessorie;

 maturazione dei tubuli seminiferi;

 attivazione completa della spermatogenesi.

L’aumento del volume testicolare è uno dei primi segni della pubertà.

Ripresa della spermatogenesi

Gli spermatogoni, rimasti quiescenti dall’età fetale, riprendono la divisione mitotica.

Il processo avviene in più fasi:

1. proliferazione degli spermatogoni;

2. meiosi con formazione di cellule aploidi;

3. spermiogenesi, cioè trasformazione degli spermatidi in spermatozoi maturi.

Le cellule del Sertoli:

 sostengono nutrizionalmente le cellule germinali;

 regolano la maturazione degli spermatozoi;

 producono ABP (Androgen Binding Protein), che concentra il testosterone nei tubuli seminiferi;

 secernono inibina, che controlla l’FSH tramite feedback negativo.

Il testosterone e il DHT inducono una serie di modificazioni corporee tipiche del sesso maschile.

Si osservano:

 comparsa del pelo pubico;

 crescita dei peli ascellari;

 comparsa della barba;

 aumento della peluria corporea.

La laringe aumenta di dimensioni e le corde vocali si ispessiscono: la voce diventa più grave e compare il

pomo d’Adamo.

Feedback ormonale

La produzione ormonale è regolata da meccanismi di feedback negativo:

 il testosterone inibisce ipotalamo e ipofisi;

 l’inibina prodotta dalle cellule del Sertoli inibisce soprattutto l’FSH.

Questo sistema mantiene equilibrata la produzione degli spermatozoi e degli ormoni sessuali.

Cellule del Sertoli

Le cellule del Sertoli sono cellule somatiche specializzate loca