3. Gametogenesi (spermatogenesi+anatomia dei testicoli, ovogenesi+descrizione generale ovari, dinamica ormonale e azione degli ormoni durante la gametogenesi, differenze tra apparato riproduttivo maschile e femminile)

Gametogenesi

La gametogenesi è un processo che porta alla formazione di particolari cellule, dette gameti (spermatozoi nei maschi e cellule uovo nelle femmine). Queste cellule, in seguito al processo della fecondazione, si fondono tra loro dando vita a un embrione allo stadio di una cellula, che prende il nome di zigote. I gameti devono per forza possedere un corredo cromosomico aploide in modo da generare in seguito alla loro fusione uno zigote con corredo cromosomico diploide.

I gameti vengono generati nelle gonadi (testicoli per i maschi e ovari per le femmine) a partire da cellule germinali dette rispettivamente spermatogoni e ovogoni. A loro volta, le cellule germinali originano dalle cellule germinali primordiali (CGP), ma non all’interno delle gonadi. Le CGP si formano nella parte posteriore del sacco vitellino da cellule che esprimono i geni BLIMP1 e PrdmI4. Si ipotizza che gli RNA e le proteine presenti nel plasma germinale agiscono inibendo la trascrizione e la traduzione e, quindi, il differenziamento delle cellule che li contengono, che quindi possono diventare solo CGP. Le CGP, inoltre, esprimono il gene Oct4, i quali prodotti permettono alla cellula di mantenere lo stato indifferenziato.

Negli embrioni umani, le cellule germinali primordiali sono riconoscibili a partire dalla terza settimana di sviluppo. A partire dalla quarta settimana fino alla sesta, le CGP migrano dal sacco vitellino verso le creste genitali grazie alla presenza di pseudopodi lungo la loro superficie cellulare, ed anche grazie alla presenza di fattori chemioattraenti che possono essere rilasciati dalla gonade in via di sviluppo. Durante il loro tragitto le CGP si dividono continuamente così che il loro numero aumenta significativamente. Una volta giunte nell’abbozzo gonadico, le CGP riducono la loro attività e, successivamente, si differenziano in protogoni (o semplicemente detti goni), che si distinguono in spermatogoni (che generano gli spermatozoi) e ovogoni (che generano le cellule uovo).

La gametogenesi si distingue in spermatogenesi e ovogenesi.

Meiosi

L'evento fondamentale della gametogenesi (spermatogenesi o ovogenesi) è la meiosi. Questa si realizza attraverso la successione di due divisioni, dette meiosi I e meiosi II. La meiosi I è preceduta da un processo di replicazione del DNA. Quindi ogni cromosoma, all’inizio della prima divisione meiotica, ha la sua copia e ogni copia è formata da due cromatidi fratelli.

La meiosi I è costituita dalle seguenti fasi:

• Profase I: la profase I è costituita da 5 ulteriori fasi, leptotene, zigotene, pachitene, diplotene, diacinesi. Questi cinque eventi riguardano solo i cromosomi. Nella fase leptotenica i cromosomi che si sono appena duplicati si ispessiscono; nella fase zigotenica, i cromosomi omologhi si avvicinano e iniziano ad appaiarsi attraverso il contatto di un cromatidio fratello di un cromosoma con il cromatidio fratello del cromosoma omologo. Questa unione è resa possibile dal complesso sinaptinemale. In pratica tre filamenti, detti sinaptemi, si dispongono parallelamente tra loro: uno attaccato a un cromatidio di un cromosoma, un altro attaccato al cromatidio dell’omologo del primo cromosoma e un altro disposto tra questi due. Ulteriori filamenti più piccoli si dispongono perpendicolarmente a questi tre filamenti. Si forma una struttura che richiama una chiusura lampo.
• Durante il pachitene avviene il crossing-over, ovvero lo scambio reciproco tra cromosomi omologhi di segmenti cromosomici localizzati nella stessa posizione. Nel diplotene i cromosomi omologhi iniziano a separarsi, rimanendo uniti nei punti in cui è avvenuto il crossing over (chiasmi).
• L'ultima fase è la diacinesi, durante la quale i chiasmi si terminalizzano e i cromosomi omologhi saranno legati per mezzo delle loro estremità. Contemporaneamente a queste cinque fasi si ha l’allungamento della cellula, dissoluzione della membrana nucleare, spostamento delle coppie di centrioli verso i poli opposti della cellula.
• Metafase I: le coppie di cromosomi omologhi si allineano all’equatore del fuso. Le coppie di cromosomi omologhi si chiamano tetradi.
• Anafase I: le coppie di cromosomi omologhi vengono separate grazie all’intervento dei microtubuli che si ancorano al centromero di ogni cromosoma di ogni tetrade. La retrazione dei microtubuli fa sì che le coppie di cromosomi omologhi si separano e ciascun cromosoma raggiunge un polo della cellula.
• Telofase I: le due cellule figlie formate hanno una sola copia per ogni cromosoma, ma ogni cromosoma è formato da due cromatidi fratelli.

La meiosi continua con la seconda divisione che prevede ancora la successione di profase, metafase, anafase e telofase. La differenza principale sta nell’anafase: questa volta sono i cromatidi fratelli di uno stesso cromosoma ad essere separati. In questo modo, al termine della telofase II, si formano quattro cellule ciascuna dotata di corredo cromosomico aploide.

Spermatogenesi

Fino alla pubertà (10-14 anni) gli spermatogoni permangono immaturi, ma in presenza di specifici stimoli ormonali, alcuni di essi si differenziano in spermatociti primari, dando inizio al processo di spermatogenesi. Nell’uomo tale processo permette la produzione di circa 120 milioni di spermatozoi maturi al giorno. Questo processo si realizza nei testicoli, o meglio in strutture tubulari che prendono il nome di tubuli seminiferi.

Gonadi maschili: i testicoli

I testicoli sono due ghiandole poste all’interno di una sacca, detta scroto, situata all’esterno dell’organismo. Lo scroto è un sacco, completamente rivestito di cute ed è internamente diviso da un setto scrotale che delimita due logge, ognuna delle quali contiene il rispettivo testicolo. La posizione scrotale ha il fine di mantenere il testicolo a una temperatura di 1,5-2,0°C inferiore a quella del corpo, essenziale per il normale sviluppo del testicolo e per la maturazione degli spermatozoi. Affinché tale temperatura si mantenga costante, indipendentemente dalle modificazioni cui può andare incontro la temperatura corporea, il testicolo viene allontanato o avvicinato al corpo dal muscolo cremastere.

I testicoli sono irrorati dall’arteria testicolare, ramo dell’aorta addominale. L’arteria del testicolo è avvolta da una rete di vene che formano il cosiddetto plesso pampiniforme, che, insieme al dotto deferente, ai vasi linfatici, al nervo spermatico ecc., è avvolto dal funicolo spermatico, che si estende dall’epididimo alla cavità addominale.

In una sezione trasversale, il testicolo presenta esternamente una capsula biancastra che prende il nome di tunica albuginea, dal quale versante interno parte una serie di setti che dividono il testicolo in tante logge, che, a loro volta, contengono i tubuli seminiferi. All’interno di quest’ultime strutture avviene la maturazione degli spermatozoi. I tubuli convergono tutti in una regione del testicolo posta sulla parte posteriore dove formano una rete intercomunicante, detta rete testis. Da questa parte l’epididimo, dove tutti i condotti si attorcigliano gli uni sugli altri e convergono in unico dotto, detto dotto deferente (o dotto di Wolf).

La parete dei tubuli è formata da due tipi di cellule: cellule del Sertoli e cellule germinali (nel caso dei maschi le cellule germinali sono gli spermatogoni). Le cellule del Sertoli, insieme alle cellule germinali, formano il cosiddetto epitelio germinale o germinativo dei tubuli seminiferi; svolgono la funzione di sostegno e hanno dimensioni maggiori rispetto alle cellule germinali; si estendono dalla membrana basale al lume del tubulo.

Le cellule del Sertoli interagiscono tra loro mediante giunzioni strette e giunzioni serrate. Questa interazione permette la formazione della barriera emato-testicolare, una sorta di occlusione che garantisce la formazione di un compartimento basale e un compartimento adluminale (o apicale). La presenza della barriera emato-testicolare permette il corretto completamento della meiosi ed evita che le cellule germinali del compartimento adluminale vengano attaccate dal sistema immunitario.

Tra le cellule del Sertoli, quindi sempre a livello della parete dei tubuli seminiferi, sono posizionate le cellule germinali nei vari stadi di differenziamento. Nel compartimento basale è possibile distinguere le cellule germinali in spermatogoni staminali e spermatogoni determinati. I primi, dividendosi, originano cellule completamente separate; i secondi, invece, danno vita a cellule collegate mediante ponti intercellulari. La presenza di questi ponti è dovuta al fatto che la citodieresi di queste cellule non è mai completa. Gli spermatogoni determinati sono le cellule germinali da cui originano gli spermatozoi mediante la spermiogenesi. Gli spermatogoni staminali, invece, originano altri due spermatogoni staminali ciascuno oppure uno spermatogonio staminale e uno spermatogonio determinato.

A livello del compartimento adluminale sono localizzati gli spermatociti primari e secondari e in prossimità del lume del tubulo si trovano gli spermatozoi. Il compartimento basale della parete del tubulo è a contatto con la membrana basale, all’esterno della quale ci sono le cellule miodi, che contraendosi ritmicamente favoriscono la fuoriuscita degli spermatozoi dal tubulo verso le vie spermatiche. Tra i tubuli seminiferi ci sono cellule connettivali. Tali cellule sono le cellule di Leydig, che sono riunite in piccoli gruppi intorno ai vasi sanguigni del tessuto interstiziale (tunica albuginea). Le cellule di Leydig rilasciano importanti ormoni come il testosterone.

I testicoli si trovano nella cavità del corpo, vicino al sito del loro sviluppo embrionale, in tutti i vertebrati, eccetto molti mammiferi, nei quali discendono in una tasca esterna detta scroto.

Fasi della spermatogenesi

La spermatogenesi ha inizio da cellule germinali che prendono il nome di spermatogoni. Gli spermatogoni sono cellule diploidi che si dividono per mitosi. Come detto, a livello del compartimento basale si distinguono gli spermatogoni staminali e gli spermatogoni determinati. Tutti si dividono continuamente, però se i primi si dividono dando vita ad altri spermatogoni staminali e/o spermatogoni determinati, i secondi si dividono dando vita ad altri spermatogoni determinati e cellule che iniziano un processo differenziativo e diventano spermatociti primari.

Più precisamente, gli spermatogoni determinati (detti anche spermatogoni A-dark o Ad) vanno incontro a divisione mitotica, in seguito alla quale producono altri spermatogoni determinati (o Ad) e danno vita anche a spermatogoni più differenziati, detti spermatogoni A pale (Ap). Dalla divisione mitotica di quest’ultima tipologia di spermatogoni prendono vita gli spermatogoni B, che attraverso successive divisioni mitotiche danno vita agli spermatociti primari.

Ogni spermatocita primario va incontro alla prima divisione meiotica, dando così origine a due spermatociti secondari. Ogni spermatocita secondario subisce la seconda divisione meiotica, senza nessun periodo intermedio di pausa. Al termine di questa seconda divisione meiotica, ogni spermatocita secondario dà vita a due spermatidi. In definitiva, da ogni spermatocita primario (con corredo cromosomico diploide) nascono quattro spermatidi (con corredo cromosomico aploide).

Senza ulteriori divisioni, gli spermatidi si differenziano in spermatozoi maturi. Il differenziamento degli spermatidi in spermatozoi è detto spermiogenesi. Quest’ultimo processo si realizza attraverso l’alternanza di tre fasi:

• Fase del Golgi: Tutte le cisterne e le vescicole del Golgi si uniscono per formare un’unica grande vescicola che prende il nome di acrosoma.
• Fase del cappuccio: l’acrosoma diventa via via più grande assumendo la forma di un cappuccio che circonda il nucleo. Contemporaneamente i due centrioli dello spermatide si portano sul polo opposto dell’acrosoma. Il centriolo distale darà vita all’assonema, cioè la parte centrale del flagello; quello prossimale diventerà il corpo basale del flagello.
• Fase dell’acrosoma: l’acrosoma si accresce ancora di più e circonda ancora di più il nucleo. Parallelamente, in questa fase, il nucleo perde i pori nucleari, assume una forma più ovale. Inoltre, il citoplasma dello spermatidio diventa esiguo e, a conclusione del processo, il citoplasma, detto corpo residuo, viene allontanato dalla cellula. Una parte di citoplasma è, però, ancora adesa allo spermatozoo e prende il nome di goccia citoplasmatica. Anche questa porzione di citoplasma verrà rimossa in tempi successivi.