4.Fecondazione (concetto di premorfismo, viaggio degli spermatozoi dai testicoli alla cellula uovo, modalita' di ingresso dello spermatozoo nella cellula uovo, blocco alla polispermia, cosa succede dopo la fecondazione: segnale wnt e recettori frizzled)

Fecondazione

Spermatozoi e cellule uovo che vengono formate durante i processi di gametogenesi saranno molto importanti nel processo di fecondazione. La fecondazione è il processo che prevede l'incontro tra cellula uovo e spermatozoi e la successiva fusione tra cellula uovo e uno solo di questi spermatozoi. Si forma così una cellula con corredo cromosomico diploide chiamata zigote, che in definitiva è un embrione a singola cellula.

Teorie della fecondazione

Inizialmente si sosteneva che il giovane individuo fosse racchiuso (preformato) nella cellula uovo e che il successivo sviluppo consistesse solamente nella schiusa di qualcosa che era già presente. Alcuni asserirono addirittura di essere in grado di vedere, all'interno della cellula uovo o dello spermatozoo, un individuo adulto in miniatura. Questa era la teoria del premorfismo. Solo dopo molto tempo venne dimostrato che non esiste l'individuo preformato, ma solo del materiale granulare indifferenziato, che si organizzerà in strati solo in seguito. Questi strati si ispessiranno e assottiglieranno in zone diverse, iniziando a ripiegarsi e segmentarsi fino a formare il corpo dell'embrione. Quindi si sosteneva che l'uovo non conteneva il giovane individuo simile a un adulto ma in miniatura, ma conteneva i vari mattoncini con i quali veniva costruito l'embrione. Il premorfismo venne sostituito, quindi, da una nuova teoria, l'epigenesi.

Tipi di fecondazione

La fecondazione è distinta in fecondazione esterna e fecondazione interna. La fecondazione interna è stata particolarmente studiata in relazione ai mammiferi. Innanzitutto, bisogna precisare che solo nel caso del riccio di mare viene rilasciata una cellula uovo vera e propria; nei mammiferi viene espulso un ovocita secondario bloccato in metafase II ed è questo ovocita secondario che verrà fecondato dopo aver completato il processo maturativo.

Percorso degli spermatozoi

Prima di parlare della fecondazione vera e propria, è bene capire il percorso intrapreso dagli spermatozoi. Queste cellule vengono prodotte a livello dei testicoli e più precisamente nei tubuli seminiferi. Da qui, scivolando gli uni sugli altri, arrivano a livello della rete testis. Sempre attraverso questo meccanismo, passano dalla rete testis all'epididimo, dove subiscono una maturazione spermatica. Assumono una lieve capacità di movimento; la loro membrana plasmatica si arricchisce di colesterolo per evitare che la membrana plasmatica si fonda precocemente con la membrana acrosomiale esterna; e la goccia lipidica viene allontanata.

Maturazione e viaggio degli spermatozoi

Terminata questa maturazione, gli spermatozoi passano nel dotto deferente grazie alla lieve motilità acquisita precedentemente. Nel dotto deferente possono stazionare in un compartimento, detto ampolla. Qui possono rimanere alcuni giorni, al termine dei quali verranno riassorbiti dalle cellule delle pareti dell'ampolla, oppure verranno eiaculati. Prima di essere eiaculati, però, gli spermatozoi arrivano nella vescicola seminale dove incontrano il liquido seminale e rimarranno qui per un breve arco di tempo, compreso tra 10 e 20 minuti. L'incontro tra spermatozoi e liquido seminale si traduce nella formazione dello sperma. Esso, passando attraverso l'uretra, viene eiaculato e giunge alle vie genitali femminili.

Una volta che lo sperma è stato deposto in vagina, il liquido seminale coagula rapidamente proteggendo gli spermatozoi dal pH acido presente in vagina. Il maggior componente di questo coagulo è rappresentato dalla semenogelina I e II, proteine prodotte esclusivamente dalle vescichette seminali. Queste proteine intrappolano e inibiscono la mobilità degli spermatozoi all'interno del coagulo seminale. Solo nel momento in cui interviene l'antigene prostatico specifico (PSA), che è una proteasi prodotta dalla prostata, queste proteine vengono scisse, gli spermatozoi saranno gradualmente rilasciati e verranno, quindi, nuovamente esposti all'ambiente ostile vaginale.

Selezione degli spermatozoi

Dei milioni di spermatozoi che vengono eiaculati in vagina solo un numero molto limitato, da meno di 100 a poco più di mille, a seconda della specie in esame, raggiunge l'ampolla dell'ovidotto, sito naturale dell'interazione con la cellula uovo. Questa drammatica riduzione del numero degli spermatozoi è dovuta alla presenza di una serie di barriere selettive distribuite a vari livelli lungo l'apparato riproduttivo femminile che determinano il passaggio degli spermatozoi più idonei alla fecondazione.

Dalla vagina, gli spermatozoi dovranno passare per prima lungo il canale cervicale, che rappresenta una delle principali barriere alla progressione di spermatozoi morfologicamente e/o cineticamente anomali. Lungo il canale cervicale sono presenti numerose tasche della mucosa cervicale, denominate cripte, all'interno delle quali gli spermatozoi possono soggiornare fino a 5 giorni post-coito (post-accoppiamento) ed essere da qui progressivamente rilasciati per continuare il loro viaggio nel tratto riproduttivo. Dal canale cervicale, gli spermatozoi, arrivano nella cavità uterina. Grazie alle contrazioni di quest'ultima e al loro movimento, gli spermatozoi riescono a raggiungere la giunzione utero-tuberina.

Capacitazione degli spermatozoi

Gli spermatozoi prendono, quindi, contatto con le cellule epiteliali del tratto iniziale della tube, il quale contatto serve a selezionare gli spermatozoi che potranno procedere lungo la tube. Gli spermatozoi che sono in grado di aderire alle cellule epiteliali della tube sono quelli che ancora non hanno assunto la capacità fecondante (ancora non hanno subito il processo di capacitazione). Solo quando subiscono l'insieme di modifiche che vanno sotto il nome di capacitazione possono continuare il loro percorso.

Durante questo processo, le molecole di colesterolo, precedentemente accumulate a livello della membrana plasmatica degli spermatozoi, vengono allontanate per opera di molecole di albumina presenti nelle vie genitali femminili. La differente concentrazione di colesterolo fa sì che la membrana plasmatica degli spermatozoi si fonda con la membrana acrosomiale esterna. Inoltre, verranno smascherate le proteine superficiali degli spermatozoi che serviranno a permettere l'interazione tra spermatozoo e cellula uovo. Infine, la differente organizzazione della superficie cellulare permette anche un cambiamento della permeabilità per cui alcuni ioni, come il Ca²⁺, entrano nella cellula determinando un aumento della motilità degli spermatozoi, che per questo diventano ipermobili.

Sebbene la capacitazione possa avvenire in qualsiasi momento nella vita dello spermatozoo, solo gli spermatozoi che raggiungono il tratto iniziale della tuba di Falloppio in una condizione non capacitata saranno in grado di interagire con la superficie apicale delle cellule epiteliali della tube. Tale interazione prolunga la vita fertile degli spermatozoi prevenendone la capacitazione e l'innesco di questo processo medierà il rilascio degli spermatozoi immagazzinati rendendoli disponibili per la fecondazione. Per riprodurre la capacitazione in vitro occorrerà la siero albumina bovina (BSA) e, anche in questo caso, gli ioni bicarbonato e gli ioni calcio. Si pensa che la BSA agisca da accettore di colesterolo causandone la rimozione dalla membrana dello spermatozoo e, in conseguenza, l'aumento di fluidità di quest'ultima. Per quanto riguarda il bicarbonato e il calcio, come nel caso dell'attivazione della motilità in vivo, essi agiscono sull'adenilato ciclasi attivando la protein-chinasi A (PKA), che fosforila proteine flagellari determinando l'attivazione della motilità. Gli spermatozoi, quindi, risalgono la tube di Falloppio e giungono a livello di una regione della tube stessa, che prende il nome di ampolla. È in questa regione che si trova la cellula uovo che verrà fecondata.

Qui si ritrovano anche elevate concentrazioni di progesterone. Sebbene il quadro dell'azione del progesterone sugli spermatozoi non sia ben chiaro, ci sono numerose evidenze sperimentali che dimostrano il fatto che esso eserciti un'azione su diversi eventi della capacitazione. Infatti, il progesterone è stato implicato nell'induzione dell'iperattivazione, nella chemiotassi e nella reazione acrosomiale. In generale, esso è capace di promuovere un incremento del calcio ionico intracellulare sia mediante apertura di canali ionici della membrana plasmatica spermatica sia mediante rilascio da siti di immagazzinamento posti nella regione del collo dello spermatozoo.

Interazione finale

Giunti a livello dell'ampolla, quindi, grazie alla loro motilità acquisita durante la capacitazione, gli spermatozoi si infilano tra le maglie della matrice della corona radiata, arrivando in prossimità della zona pellucida (o membrana pellucida). La zona pellucida è una matrice extracellulare amorfa, gelatinosa, che si forma durante lo sviluppo del follicolo all'interfaccia tra ovocita e cellule follicolari. Una volta completata la sua sintesi, la zona pellucida permane attorno all'ovocita fino all