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Appunti Biologia dello sviluppo 2°anno Appunti scolastici Premium

Appunti di biologia dello sviluppo basati su appunti personali del publisher presi alle lezioni della prof. Franchini dell’università degli Studi di Modena e Reggio Emilia - Unimore, facoltà di Bioscienze e biotecnologie. Scarica il file in formato PDF!

Esame di Biologia dello sviluppo docente Prof. A. Franchini

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ESTRATTO DOCUMENTO

Celomati:

La maggior parte degli animali possiede il celoma: cavità corporea all’interno della quale sono sospesi gli

organi interni.

Il celoma è la seconda cavità corporea che si forma (il primo è il blastocele).

Si forma nello sviluppo embrionale ed è comprensivo di peritoneo e mesenteri.

La maggior parte degli animali ha tre foglietti embrionali.

A seconda della funzione del blastoporo possiamo avere animali:

- Protostomi il blastoporo diventa bocca, l’ano si forma in seguito.

- Deuterostomi il blastoporo formerà l’ano e la bocca si formerà in seguito ex novo.

Si ha un’inversione del piano strutturale del corpo degli animali in base che siano protostomi o

deuterostomi.

Protostomi:

- Segmentazione con andamento a spirale.

- Il celoma si forma per schizocelia: cavitazione di due ammassi di cellule compatte che su trovano

nel mesoderma.

Deuterostomi:

- Diversi tipi di segmentazione: radiale o spirale.

- In alcuni deuterostomi il celoma si forma da evaginazioni dell’archenteron, può avvenire però

anche per schizocelia.

Differenze del destino delle cellule derivanti dalla segmentazione dello zigote:

- Tutti i blastomeriquesta differenziazione la troviamo nei vertebrati e solo alcuni invertebrati; in

questo caso tutte le cellule formano l’embrione.

- Solo una parte dei blastomeri forma l’embrione, gli altri formeranno strutture extra-embrionali

(annessi embrionali).Questo tipo di differenziazione la troviamo in rettili, uccelli e mammiferi

Lo sviluppo da un punto di vista evolutivo da indiretto passa a diretto, quindi l’embrione avrà bisogno di più

nutrienti e diventerà più grande. Lo sviluppo embrionale si allunga, ma occorrono gli annessi extra

embrionali che fungono da mediatori tra esterno ed interno.

ANNESSI EMBRIONALI

- Corion involucro più esterno

- Amnios sacco che contiene il liquido amniotico. Consente all’embrione protezione e fornisce un

ambiente acquoso per evitare la disidratazione.

- Sacco del tuorlo o vitellino collegato con un peduncolo all’embrione. È un sacco in cui è

contenuto all’interno il tuorlo che è tanto nei mammiferi per consentire lo sviluppo diretto.

- Allantoide raccoglie i prodotti di rifiuto che vengono scartati dall’embrione.

Tutti gli animali che formano l’amnios sono organismi amnioti, quelli che non lo formano sono chiamati

anamni. Questi annessi embrionali non li hanno tutti i vertebrati (es: anfibi), solo rettili uccelli e mammiferi.

Poi alcuni mammiferi hanno sviluppato anche la placenta: sono mammiferi vivipari placentati.

La placenta è una struttura costruita nel corso embrionale che serve per conferire nutrimento e protezione.

10

Nei rettili e negli uccelli abbiamo anche la formazione di un guscio calcareo intorno all’embrione: questo

sviluppo ha acconsentito ai vertebrati si sganciarsi dall’acqua per riprodursi, quindi non c’è rischio di

disidratazione dell’uovo e dell’embrione.

STORIA DELL’EMBRIOLOGIA

1. AristoteleIl primo “biologo” della storia; per fare i suoi studi utilizzò il modello dell’uovo dei

pollo. Ebbe l’intuizione dell’epigenesi: sviluppo per formazione graduale degli organismi, non erano

già pre costituite e pre formate.

2. Coiter embriologo del 500. Fece studi sull’uovo di pollo. Intuì che l’uovo si sviluppa dall’ovaio e

che l’embrione si sviluppa da quello. Prima pensavano che gli umani non producessero uova,

poiché erano organismi vivipari (non si vedevano).

3. Harvey tutti gli animali, l’uomo compreso, erano prodotti dalle uova.

4. Hooke si deve l’invenzione del microscopio e la scoperta delle cellule. Le scoprì analizzando

sezioni di sughero; il termine cellula deriva da “celletta”, sembravano sezioni di alveari.

5. Leeuwenhoeck scoprì gli spermatozoi. All’inizio non erano considerati come gameti, ma come

parassiti dell’uomo chiamati “parassiti dello sperma”.

6. XVII-XVIII secolo o sviluppo dell’epigenesi venne messe in discussione dall’idea preformista,

ovvero che l’embrione esisteva già, precostruito e lo sviluppo non era altro che accrescimento di

parti corporee già formate.

7. Lazzaro Spallanzani primo ad attuare fecondazione artificiale. Scoprì l’importanza sia delle cellule

uovo che degli spermatozoi per formare nuovi individui. Prese delle cellule uovo e le mise a

contatto con sperma senza spermatozoi e vide che le cellule uovo degeneravano.

8. 1824 microscopi con lenti migliori; si scopre che gli spermatozoi erano gameti

9. 1838-1839 formulata la teoria cellulare. La teoria preformista cadde e si confermò quella

epigenetica di Aristotele.

10. August Weismann divide tra cellule somatiche e cellule germinali. Cellule somatiche sono quelle

del corpo e germinali sono i gameti. Le cellule somatiche sono destinate a morire nel tempo, quelle

germinali sono le uniche a trasmettere le caratteristiche da un individuo all’altro.

11. Fine 800 i cromosomi derivano in egual numero da entrambi i gameti. Si scopre la meiosi che

avviene solo nella linea delle cellule germinale.

12. Embriologia sperimentale.

13. Driesch anticipa l’idea dell’informazione posizionale, ovvero il destino cellulare è in funzione dea

sua posizione nell’organismo. I suoi esperimento anticipano anche le capacità regolative delle uova

nello viluppo embrionale.

14. Spemann e Mangold (1924) scoperta dell’induzione embrionale, ovvero l’importanza

dell’interazione tra le cellule nel condizionare le cellule vicine nel corso dello sviluppo. Scoprirono

anche una regione dell’embrione che chiamarono organizzatore, cellule che producevano segnali

per controllare l’organizzazione dell’embrione completo.

15. Ultimi 30 anni del XX secolo genetica ed embriologia si fondono. Si entra nell’embriologia

molecolare (1980-oggi). 11

GAMETOGENESI

I gameti sono cellule specializzate che, unendosi, permettono la riproduzione sessuata, utilizzata dalla

maggior parte degli animali. L’unione dei gameti avviene tramite la fecondazione, grazie alla quale si forma

un nuovo organismo.

Quali sono le cellule che diventeranno i gameti?

Nel nostro corpo distinguiamo due tipi di cellule: quelle somatiche che formeranno tutti i differenti tipi

cellulari e quelle della linea germinale, deputate, appunto, esclusivamente alla produzione dei gameti.

All’interno di ogni gamete troviamo solo uno dei due cromosomi della coppia di cromosomi omologhi dei

genitori, i quali poi si uniranno per formare un individuo diploide con un corredo genetico ricombinato.

Dove sono prodotti i gameti?

I gameti vengono prodotti all’interno delle gonadi, ovvero gli ovari, nelle donne, e testicoli negli uomini. Le

gonadi sono anche sede della produzione di ormoni steroidei importanti sia per il mantenimento della

fisiologia della gonade stessa che per determinare i caratteri secondari dell’organismo.

All’interno delle gonadi possiamo individuare due tipi cellulari differenti:

- Cellule somatiche hanno due funzioni: di sostegno e produzione di ormoni.

Negli individui femminili troviamo: cellule follicolari(sostegno) e le cellule della teca (producono ormoni).

Negli individui maschili, allo stesso modo, troviamo:cellule di Sertoli (sostegno) e le cellule di

Leyding(producono ormoni).

- Gameti

Le primitive cellule germinali dell’embrione, protogoni, sono simili nei due sessi. Queste cellule staminali

separano

precoci si dalle cellule della linea somatica molto precocemente nello sviluppo, prima che ci siano

gli abbozzi delle gonadi, chiamate creste genitali. Per un certo periodo (moltiplicazione) esse si moltiplicano

ripetutamente e danno origine a spermatogoni e ovogoni destinati a dare origine agli spermi e alle uova.

Gli spermatogoni e ovogoni si dividono varie volte per mitosi, aumentando notevolmente di numero, e

infine si differenziano in spermatociti e ovociti di primo ordine (detti anche primari). A un periodo di

accrescimento in grandezza (auxocitosi), ne segue un altro caratterizzato da profonde trasformazioni del

nucleo e del citoplasma; in tale periodo si svolge la meiosi, durante la quale il numero di cromosomi

caratteristico della specie (diploide) viene ridotto a metà (aploide). 12

All’inizio la gonade si abbozza da uno dei foglietti embrionali e non è differenziata né in senso maschile nè

in quello femminile, questo stadio è chiamato stadio di gonade indifferenziata.

Come si formano le cellule germinali differenziate?

In questo caso la differenziazione e la specializzazione cellulare dipendono dalla presenza, nel citosol delle

cellule, di molecole denominate determinanti citoplasmatici, i quali vengono accumulati nell'uovo durante

l'ovogenesi (meccanismo che permette la formazione della cellula uovo).

La determinazione cellulare viene stabilita precocemente e dipende dai determinanti citoplasmatici

depositati nell'uovo secondo un preciso ordine spaziale.

I determinanti citoplasmatici, noti anche nella denominazione alternativa di fattori citoplasmatici (es:

proteine, RNA), sono disposti in ordine ben preciso. Durante la divisione cellulare questi materiali sono

distribuiti in maniera asimmetrica, in parte ad una cellula ed in parte ad un'altra.Solo alcune cellule

ingloberanno questi determinanti materni diventeranno le cellule germinali primordiali.

Il plasma germinale è una zona contenuta nel citoplasma delle cellule uovo di alcuni organismi

modello (come Caenorhabditiselegans, Drosophila melanogaster, Xenopus laevis), da cui si sviluppa la linea

cellulare germinale che dà origine ai gameti.Nei mammiferi non è stato indentificato plasma germinale, le

cellule si differenziano per interazioni, per segnali che si scambiano.

GAMETI

I gameti sono cellule in grado di:

- Sopravvivere in ambienti diversi da quello delle gonadi anche se per un tempo limitato.

- Si riconoscono tra di loro e quindi di unirsi (fecondazione).

- Tramite la fecondazione, forniscono un appropriato materiale nucleare e citoplasmatico per dare il

via allo sviluppo di un nuovo organismo. È l’uovo che inizia veramente lo sviluppo.

Hanno, però, ruoli diversi:

- Gamete maschile:

1. La sua funzione principale è quella di incontrare e fondersi con la cellula uovo, in particolare lo

attiva per dare il via allo sviluppo.

È lo spermatozoo che va verso l’uovo, quindi deve per forza essere dotato di strutture che gli consentano di

muoversi.

2. Deve inoltre consegnare il carico all’uovo: gli deve dare il suo contributo aploide di cromosomi.

Deve trasferire il suo patrimonio genetico all’uovo.

3. Un centriolo

- Gamete femminile:

1. Deve farsi riconoscere dallo spermatozoo in modo specifico

2. Rispondere in maniera appropriata: iniziare lo sviluppo.

FASI DELLA GAMETOGENESI NEI VERTEBRATI

All’inizio della gametogenesi, in entrambi i sessi, le cellule (goni) hanno una fase di proliferazione mitotica,

si dividono e accrescono di numero.

In un secondo momento, per attuare la gametogenesi vera e propria, devono poi differenziarsi in cellule

(citi) che compiono la meiosi. 13

Uno spermatocita primario si divide, varie volte per

meiosi, per formare poi quattro cellule

spermatiche, mentre un oocita primario forma un

solo uovo.

Quindi mentre nello spermatocita il corredo passa

da diploide ad aploide attraverso diverse meiosi,

nella cellula uovo troviamo i corpuscoli polari che

hanno il compito di eliminare la metà del

patrimonio cellulare di questa cellula.

Gli spermatozoi sono cellule polarizzate: hanno una

testa e un flagello. Lo spermatozoo non assomiglia

alla cellula che esce dalla seconda divisione meiotica, deve subire quindi spermiogenesi, che porterà alla

trasformazione dello spermatidio in spermatozoo.

GAMETOGENESI MASCHILE:

Siamo nella gonade maschile, la quale può assumere due organizzazioni differenti nei vertebrati:

- Tubulare mammiferi, rettili e uccelli

- Cistica

Tubulare: Testicolo

Nel testicolo troviamo due compartimenti morfo-funzionali diversi: i tubuli seminiferi e lo spazio tra questi,

chiamato tessuto interstiziale.

Nel tubulo seminifero abbiamo due tipi cellulari:

- Cellule somatiche: cellule di Sertoli che danno un supporto strutturale e funzionale.

- Cellule germinali in diversi stadi di maturazione: all’interno dell’epitelio seminifero del tubulo

avviene la divisione degli spermatozoi. Le cellule di steroli sono molto grandi,

hanno una forma piramidale e appoggiano

sul tubulo seminifero. In queste cellule si

hanno protrusioni che vanno a raccogliere

elementi germinali in sviluppo.

Tra un tubulo e l’altro, nel tessuto

interstiziale, troviamo le cellule di Leydig

che producono ormoni sessuali

maschili(androgeni), il più abbondante dei

quali è il testosterone: importante per la

spermatogenesi.

Quali sono le funzioni delle cellule di Leydig?

- Stimolare la spermatogenesi: fanno maturare le cellule, da spermatogoni a spermatozoi.

- Controlla l’attività delle vie spermatiche maschili e delle ghiandole annesse

- Determinano i caratteri sessuali secondari

- Determina il comportamento sessuale maschile 14

All’interno del connettivo troviamo anche cellule mioidi, cellule muscolari lisce, che tramite la loro

contrazione, determinano la traslocazione degli spermatozoi.

CELLULE DEL SERTOLI

Funzioni di queste cellule:

1. Supporto strutturale sono cellule grandi. In un ratto adulto è stato contato che sono correlate da

30 a 50 cellule germinali in sviluppo.

Questa loro funzione è svolta dal fatto che hanno un citoscheletro molto molto sviluppato atto a compiere

varie funzioni:

- Mantiene la loro forma cellulare

- Permette di accogliere le cellule germinali in sviluppo in invaginazioni della superficie laterale di

queste cellule per proteggerle.

- Aiuta il movimento delle cellule germinali: quando passano dalla parte basale al lume del tubulo.

- Inoltre facilita il rilascio degli spermatidi maturi all’interno nel lume.

2. Creano una barriera immunologica chiamata barriera emato-testicolare: grazie a giunzioni tra

cellule di sertoli adiacenti isolano il lume dei tubuli seminiferi dal fluido interstiziale che li circonda.

3. Assistono la traslocazione delle cellule germinali fino al lume del tubulo testicolare.

4. Indispensabili per la spermiazione, ovvero il rilascio degli spermatozoi nel lume del tubulo

5. Attività fagocitica: rimuovono i corpi residui lasciati dagli spermatidi nel corso del loro

differenziamento in spermatozoo. Il citoplasma in eccesso che non serve allo spermatozoo verrà

rimosso grazie alle cellule del Sertoli.

6. Funzioni secretorie: producono tante molecole, per lo più fattori paracrini in grado di regolare la

spermatogenesi stessa, come ad esempio regolano la secrezione delleandrogenbindingproteins.

Queste proteine che legano gli androgeni hanno più funzioni:

- Legano gli androgeni per mantenerli all’interno del testicolo. Devono rimanere nella gonade per

regolare la spermatogenesi, non tutto il quantitativo di androgeni prodotto può entrare in circolo.

- Trasportano androgeni alle vie genitali

BARRIERA EMATO-TESTICOLARE

Tra le cellule del sertoli adiacenti si vengono a creare delle giunzioni occludenti: sigillano gli spazi tra le

cellule in modo da separare i goni, cellule immature (2), dalle cellule che si stanno differenziando (3-4-5-6).

Questa barriera si forma alla pubertà maschile.

La barriera divide due compartimenti all’interno del tubulo:

1. Basale (2) ci stanno i goni

2. Ad-luminale (3-4-5-6), che sta verso il lume ci sono le

cellule germinali più avanti nella maturazione

Questa separazione occorre per creare un ambiente isolato per il

corretto andamento della spermatogenesi, in modo tale che possa

avvenire la meiosi correttamente, senza lo sviluppo di risposte auto- 15

immuni. Si cerca, quindi, di evitare che il sistema immunitario non riconosca gli spermatozoi come cellule

non self. Impedisce il passaggio degli antigeni,che si trovano in circolo ematico, all’interno del testicolo.

Tra le cellule germinali e quelle del Sertoli in realtà possiamo trovare anche altri molti tipi di giunzioni

(aderente, desmosomico, ecc) che man mano che le cellule maturano e arrivano verso il lume dovranno

essere riorganizzati per consentire la loro maturazione e il rilascio.

PROCESSO DI SPERMATOGENESI

Nell’uomo è un processo contino, a differenza dell’ovogenesi nelle donne. Durante tutto il ciclo vitale

l’uomo è in grado di produrre spermatozoi.

La gonade embrionale si differenzia intorno al terzo mese di

sviluppo le cellule primordiali diventano spermatogoni.

Questi ultimi poi non si dividono più, hanno una fase di “arresto” fino

alla pubertà, quando riprendono a dividersi.

LA SPERMATOGENESI INIZIA ALLA PUBERTA’.

Alla pubertà matura l’asse ipotalamo-ipofisi che comincia a produrre

ormoni specializzati a stimolare la maturazione della gonade e danno

umento degli

il via alla spermatogenesi. In particolare avviene un a

ormoni nell’ipofisi, ovvero le gonadotropine ipofisarie, come

follicolostimolante; quest’ultimo ha la capacità di stimolare la

maturazione delle gonadi, in particolare le cellule del Leydig che

secernendo testosterone (regolano la spermatogenesi). Prima

della pubertà la gonade è immatura ed è a forma di cordone

piena di spermatogoni bloccati nel ciclo cellulare.

Gonade prima della pubertà:

Il tubulo non si presenta con formale tale, macome un cordone pieno di cellule: non ha bisogno di una

cavità per rilasciare gli spermatozoi maturi. Prima della pubertà la gonade è immatura; abbiamo strutture

piene con solo spermatogoni, non ci sono spermatociti.

Durante la pubertà si risveglia la capacità proliferativa degli spermatogoni, si dividono per mitosi. La

proliferazione degli spermatogoni avviene nel compartimento basale. Gli spermatogoni possono fare due

cose:

- Alcuni rimangono cellule staminali: continuano a dividersi per mitosi. Assicurano il mantenimento

dell’attività gametogenica per tutta la vita.

- Alcuni diventano spermatogoni determinati, ovvero programmati a differenziarsi in spermatozoi.

Saranno quelli destinati al compartimento verso il lume (compartimento differenziativo). La loro

struttura cambia. Rimangono legati da cordoni di citoplasma fino a che non diventano spermatozoi.

Quanti tipi di spermatogoni ci sono nell’uomo?

- Di tipo Aa loro volta si distinguono inspermatogoni scuri (hanno un nucleo molto colorato),

spermatogoni chiari (nucleo molto chiaro). Questi ultimi sono le cellule staminali progenitrici che

porteranno agli spermatogoni primari. 16

- Di tipo B veri precursori dei spermatociti

primari.

Lo spermatogone subisce un numero di divisioni

mitotiche costante per ogni specie. Alla fine delle

divisioni può rimanere staminale oppure diventare

spermatogone primario, i quali sono tenuti uniti da

ponti citoplasmatici che rimarranno così fino alla fine

della differenziazione in spermatozoi maturi.

Al termine della meiosi abbiamo spermatidi, che però non riescono ancora a fecondare. A questo punto

avviene un citodifferenziamento nello spermatidio che non comporta più divisioni ma solo cambiamenti

morfologici e strutturali per far si che diventi gamete vero e proprio per riuscire a fecondare.

SPERMATIDIO

Non assomiglia allo spermatozoo, non è una cellula polarizzata, è rotonda. Il nucleo è grande e la sua

cromatina è despiralizzata, non compattata. Contiene tutti i organuli citoplasmatici, ha un apparato di Golgi

molto sviluppato, ha due centrioli e molti mitocondri.

Da questa cellula si deve formare lo spermatozoo: ha una testa uncinata, forma allungata e cellula

polarizzata.

Nel corso della spermiogenesi la forma cellulare cambia notevolmente. Le modificazioni sono sia a carico

del nucleo che del citoplasma:

- Nel nucleo avviene la compattazione della cromatina (sostituzione di istoni con protamine, inattiva

trascrizione dell’RNA).

Ipotesi funzionali della sostituzione con le protamine al posto degli istoni:

- Riduzione, a parità di DNA, del volume del nucleo a carica del 5% di quello di una cellula somatica.

- Acquisizione di una forma che gli consenta di muoversi facilmente. Forma idrodinamica della testa

dello spermatozoo.

- Protezione del materiale genetico da danni fisici e chimici.

Troviamo anche l’acrosoma che deriva dal Golgi dello spermatozoo. All’interno ci sono enzimi idrolitici per

superare le barriere dell’uovo.

Troviamo anche una coda e un flagello che si sviluppa da uno dei due centrioli dello spermatozoo.

I mitocondri rimangono per fornire energia e si posizionano a formare un’asse elicoidale verso la coda.

PUBERTA’

L’aumento in circolo delle gonadotropine ipofisarie

determina la maturazione delle gonadi.

Prima della pubertà la gonade è immatura e ci sono solo

spermatogoni bloccati nel ciclo cellulare, è durante la pubertà

che si formano i tubuli seminiferi.

Nell’uomo la spermatogenesi è continua perchè per formare

un gamete maturo deve avvenire la meiosi, ma al termine

della meiosi non si forma uno spermatozoo ma uno

spermatidio che dovrà differenziarsi; nell’ovogenesi il 17

differenziamento avviene in modo diverso.

(domanda d’esame: differenze spermatogenesi/ovogenesi)

Gli spermatogoni possono andare incontro a due destini diversi: o vanno avanti diventando spermatozoi o

ritornano cellule staminali.

Lo spermatidio è una cellula completamente diversa dallo spermatozoo che si deve differenziare, il nucleo

viene compattato (per sostituzione delle protamine), nel citoplasma si forma una struttura indispensabile

perchè lo spermatozoo possa svolgere la sua funzione: l’acrosoma. È una grossa vescicola ricca di enzimi

che si va a posizionare sul nucleo. I centrioli dello spemartidio vengono preservati, uno sarà il centro di

organizzazione per i microtubuli.

Struttura spermatozoo: Possiede una testa e una coda. La testa a sua volta è formata dal nucleo

più l’acrosoma.

Tra la coda e la testa è presente un collo dove sono presenti i due centrioli

(uno coinvolto nel processo di divisione dello zigote e l’altro origina

l’assonema)

Nella porzione intermedia si organizzano i mitocondri.

L’assonema è formato da nove coppie di microtubuli più due centrali, sono

presenti fibre dense esterne coinvolte nel ripiegamento e nella flessibilità

del flagello e una guaina centrale di mitocondri.

Spermatogenesi nei Vertebrati Anamni

È simile alla spermatogenesi che abbiamo visto ma l’organizzazione della gonade è di tipo cistico

(=spermatocisti) perchè al posto dei tubuli ci sono dei sacchetti chiamati cisti. In ogni cisti è presente una

cellula di Sertoli e uno spermatogone; questo sopermatogone si replicherà per mitosi. Le cellule germinali

presenti in ogni spermatocisti si trovano allo stesso stato di maturazione perchè derivano tutte dall’unico

spermatogone iniziale presente.

L’unica differenza è quindi la diversa organizzazione della gonadi.

Nel corso della spermiogenesi avviene la sintesi proteica, vengono sintetizzate:

 Proteine nucleari (protamine)

 Proteine che andranno a formare il flagello

 Proteine e glicoproteine dell’acrosoma

 Proteine di membrana (di riconoscimento e adesione all’involucro vitellino e membrana ovocita)

Vengono quindi sintetizzate tutte le proteine necessarie per il funzionamento e il differenziamento della

cellula che serviranno al momento della divisione.

La maggior parte degli spermatozoi hanno il flagello, ma possono avere forme diverse.

Ad esempio lo spermatozoo del topo si differenzia da quello umano perchè possiede una testa a forma di

uncino.

Ci sono però specie con spermatozoi privi di flagello: spermatozoi anamaspermi, si muovono con

movimento ameboidi. Oppure ne possono possedere due spermatozoi biflagellati (turbellari) 18

Quando vengono rilasciati nel tubulo seminifero non sono ancora mobili, ma acquisiscono presto la loro

motilità durante il passaggio lungo le vie genitali maschili in quel processo chiamato maturazione

spermatica.

La motilità viene acquisita inizialmente nell’epididimo dove è presente un microambiente specifico

dipendente da androgeni. All’interno di questo ambiente gli spermatozoi subiscono cambiamenti

soprattutto a livello della membrana:

 Aumenta il colesterolo di membrana: perchè diventa meno fusogena per prevenire la reazione

acrosomiale. L’aumento del colesterolo è finalizzato ad impedire che l’esocitosi avvenga prima che

lo spermatozoo abbia raggiunto il sito di formazione.

 Riorganizzazione e nuove proteine di membrana

La maturazione prosegue solo quando gli spermatozoi sono mescolati alle secrezioni prodotte dalle

ghiandole delle vie genitali maschili (epididimo, vescicole seminali, prostata e ghiandole bulbo-retali)

Abbiamo detto che gli spermatozoi rilasciati nel tubulo sono quasi immobili, devono subire maturazione

prima nell’epididimo poi nel transito delle vie genitali maschili; ma nei mammiferi questa maturazione non

è sufficiente, avviene un’ulteriore maturazione quando vengono immessi nelle vie genitali femminili

chiamata: capacitazione. Senza la quale gli spermatozoi non riuscirebbero a fecondare l’uovo.

La capacitazione è principalmente associata alla ridistribuzione delle proteine di superficie:

 Vengono allontanate le glicoproteine che rivestono gli spermatozoi, rilasciate dall’epididimo, che

impediscono l’interazione tra lo spermatozoo e la zona pellucida dell’ovocitasmascheramento

dei recettori di superficie che aiutano gli spermatozoi ad aderire alla zona pellucida dell’ovocita

 Eliminazione del colesterolo: in questo modo viene aumentata la fluidità della membrana

La capacitazione oltre a rendere gli spermatozoi idonei a fecondare l’uovo, li rende anche ipermobili:

importante per il distacco degli spermatozoi dall’epitelio tubarico e per il raggiungimento del sito di

fertilizzazione, perchè la fecondazione avviene nelle tube di Falloppio.

Da milioni spermatozoi che vengono prodotti solo poche centinaia arriveranno nel sito.

Inoltre l’iperattivazione serve per attraversare la matrice extracellulare della corona di cellule follicolare che

circonda l’oocita e la ZP.

Per gli animali che hanno una fecondazione esterna la motilità e il potere fecondante avviene grazie al

contatto con H O di mare.

2

I gameti sopravvivono un breve tempo nelle vie genitali femminili.

La sopravvivenza è variabile:

 negli insetti: vengono conservati a lungo in una struttura femminile (spermateca)

 nei mammiferi: pochi giorni

 negli uccelli: poche settimane Regolazione ormonale della spermatogenesi:

La spermatogenesi viene regolata da molti ormoni prodotti

dall’ipofisi anteriore sotto stimolazione dell’ipotalamo, il quale

produce un ormone che consente il rilascio da parte delle gonadi

delle gonadotropine. L’ipofisi anteriore produce LH e FSH.

Quindi la gametogenesi è strettamente dipendete a ormoni

prodotti dall’ipofisi ma non solo, dipende anche da ormoni prodotti

dalla gonade: cellule del sertoli (recettori per FSH) e cellule di

Leyding (recettori per LH). 19

Le cellule rispondono producendo altri ormoni e peptidi: le cellule di Leyding producono androgeni, il cui

più importante è il testosterone che in parte va in circolo e in parte rimane in loco per regolare la

spermatogenesi; le cellule di Sertoli producono diversi ormoni e fattori di crescita, che regolano con

meccanismi retroattivi la produzione delle gonadotropine stesse.

FSH regola

 la proliferazione e il differenziamento delle cellule del Sertoli: regolando la qualità di spermatozoi

prodotti

 la secrezione delle cellule del Sertoli di molecole che: influenzano la sopravvivenza e il destino delle

cellule germinali (GFs) e che permettono lo svolgimento della spermatogenesi e la maturazione

degli spermatozoi (ABP..)

LH regola

 la sintesi ed il rilascio di testosterone da parte delle cellule di Leyding (mantiene la spermatogenesi)

e sono recettori per il testosterone sono presenti in cellule di Sertoli, cellule miodi ma non nelle

cellule germinali

La gametogenesi maschile è quindi sotto stretto controllo ormonale!

RIASSUNTO SULLA SPERMATOGENESI

 La maturazione di uno spermatogone porta alla formazione di 4 gameti

 Tutte le fasi iniziano alla pubertà e continuano tutta la vita

 La formazione di nuovi spermatociti I avviene durante tutta la vita

 È un processo continuo: durante la meiosi dello spermiocita I non ci sono arresti. La meiosi inizia e

termina in modo continuo

 La citodifferenziazione spermatica inizia dopo la fine della meiosi (rapida e senza interruzioni)

 Nel corso del differenziamento lo spermatide elimina gran parte del citoplasma e si trasforma in

spermatozoo

 Più di una cellula maschile si sviluppa su di un cellula nutrice (cellula di sertoli). Una cellula del

sertoli è in grado di supportare elementi germinali in sviluppo

 Lo spermatozoo è sprovvisto di membrane accessive

GAMETOGENESI FEMMINILE: OVOGENESI

È molto più complessa perchè è molto più variabile. Una delle differenze più importanti tra i due processi è

che le meiosi della spermatogenesi iniziano solo alla pubertà, mentre quelle dell’ovogenesi cominciano

durante la vita fetale, poi vengono arrestate prima della nascita e restano in stato di sospensione fino alla

pubertà.

Il gamete femminile (cellula uovo) pronto ad essere fecondato è

molto variabile in dimensioni, anche però le specie che hanno

cellule germinali molto piccole (riccio di mare), queste ultime sono

comunque più grandi rispetto alla cellula somatica dello stesso

animale. Quindi nel corso della sua maturazione dovrà

accumulare citoplasma perchè questa cellula è sempre più grande

di una somatica.

Le cellule germinali primordiali migrano negli abbozzi indifferenti

delle gonadi dalla quarta settimana dello sviluppo embrionale e

qui si dividono per mitosi, mentre le gonadi si differenziano in

testicolo o ovario. 20

Solo quando si differenziano diventanoovogoni e successivamente subiranno divisionimitotiche.

Gametogenesi nei mammiferi:

L’ovogone dovrà diventare ovocita per cui inizierà la meiosi, ma questa meiosi non sarà continua perchè il

processo meiotico subirà due arresti:

1. Il primo arresto avviene in profase, durante la fase di diplotene. Qui gli ovociti primari possono

restare fermi in questa fase anche per molto tempo e subiscono un processo di accrescimento per

accumulare citoplasma. Solo quando l’ovocita sarà cresciuto abbastanza (questo viene stabilito a

seconda della specie) si riprenderà la meiosi.

2. Successivamente verrà terminata la prima divisione e si entrerà nella seconda divisione meiotica

dove l’ovocita subirà un’altra interruzione (durante la metafase 2). In questa fase verrà ovulato e

verrà portato nelle tube; a questo punto solo la fecondazione potrà sbloccare il secondo arresto.

A seguito dell’arresto nella prima divisione meiotica, si produrranno due cellule disuguali: un ovocita e un

corpuscolo polare. L’ovocita avrà mantenuto tutto il citoplasma. Questo processo accade anche alla fine

della divisione meiotica due.

La funzione dei corpuscoli polari sarà quella di eliminare metà del patrimonio genetico dell’ovocita (deve

diventare aploide) e donare citoplasma per l’accrescimento.

Alla fine si forma un solo ovocita maturo.

La gametogenesi è molto variabile lo sviluppo dipenderà dal tipo di uovo che si è formato.

Oltre ad essere accumulata una grossa quantità di citoplasma viene accumulato anche materiale nutritizio

(tuorlo). Nel corso dell’ovogenesi tutte le cellule accumulano il tuorlo tranne quelle dei mammiferi perchè

si forma la placenta che provvederà a tutte le funzioni.

Attività mitotica degli ovogoni in Pesci, Anfibi e alcuni rettili:

E’ stagionale, dopo ogni deposizione di uova i gruppi di ovogoni cominciano a dividersi e formeranno ovociti

che dopo l’accrescimento formeranno nuove uova.

Questa attività mitotica viene mantenuta durante tutto il periodo riproduttivo, inoltre l’ovogenesi ha un

andamento ciclico (correlata alla stagione dell’accoppiamento più favorevole alla sopravvivenza della

prole). Attività mitotica degli ovogoni nei Vertebrati:

L’attività mitotica degli ovogoni cessa prima della fine della vita embrionale (fetale).

Nella nostra specie l’ovogenesi inizia prima della nascita, perchè prima della nascita tutti gli ovogoni sono

diventati ovociti primordiali. Le cellule somatiche dell’ovaio prendono contatto con gli ovociti primordiali e

li circondano andando a formare la strutturache diventerà ilfollicolo ovarico, ma prima della nascita è

chiamatofollicolo primordiale. Il follicolo primordiali è formato da cellule pavimentose in un unico strato.

Le cellule dell’ovaio si associano a cellule germinali in sviluppo formando cellule follicolari. Sono cellule che

hanno ancora il nucleo perchè siamo in diplotene.

Durante l’ovogenesi follicolare l’ovocita si sviluppa insieme alle cellule follicolari: questo processo avviene

grazie a giunzioni comunicanti tra ovocita e cellule follicolari, in modo che avvengano scambi ed interazioni

tra i due tipi cellule (comune alle cellule del sertoli e spermatociti I) 21

Accrescimento ovocita:

Deve immagazzinare il necessario per iniziare lo sviluppo embrionale. L’accrescimento avviene a carico di

nucleo e citoplasma. Nel nucleo avviene un’intensa sintesi di trascritti di RNA e nell’ovoplsama avviene

l’accumulo di citoplasma e tuorlo.

Cosa viene sintetizzato ed accumulato durante l’accrescimento dell’ovocita?

Vengono prodotte grandi riserve di RNA, proteine, organuli, ribosomi, enzimi, lipidi, glicogeno, materiale

nutritizio, materiali di rivestimento(protezione e importante alla fecondazione) e granuli corticali (non

sempre sono presenti, hanno un ruolo nella prevenzione alla polispermia: ovvero la fecondazione di altri

spermatozoi dopo il primo).

Vengono accumulati anche fattori molecolari che controllano le prime fasi dello sviluppo embrionale (in

uova non regolative) che vengono prodotti dalla madre.

La sintesi e l’accumulo di materiali è di fondamentale importanza perchè nelle primissime fasi dello

sviluppo embrionale il genoma non è attivo e quindi non trascrive.

Vitello: l’insieme dei materiali di riserva contenuti nel citoplasma della cellula dell’uovo che vengono

utilizzati per la costruzione dell’embrione e metabolizzati da questo anche in periodi inoltrati dello sviluppo;

è detto anche tuorlo e deutoplasma. Il processo di formazione del v. nella cellula uovo è

detto vitellogenesi(periodo di grande accrescimento).

Nei rettili e negli uccelli la maggior parte della cellula uovo è formata dal tuorlo sufficiente per nutrire

l’embrione, manca lo stadio larvale. OVOGENESI DI ANFIBI

Le uova diventano abbastanza grosse, la fase di accrescimento è molto forte.

Esistono due tipi di organizzazione ovaio dei vertebrati

1. A grappolo o a sacco (anfibi, rettili, uccelli)

2. Compatto (mammiferi)

Ovaio degli Anfibi: sono organi cavi, sacciformi (maggior parte dei vertebrati), con pareti spesse contenti

follicoli ovarici in accrescimento che sporgono nella cavità dell’ovario. Questi follicoli hanno uno o pochi

strati di cellule follicolari. All’interno del follicolo non troviamo una cavità perchè queste uova crescono

molto di più di quelle dei mammiferi.

Inizio:

L’ovocita primario entra in profase meiotica I, si assiste ad un lungo arresto in diplotene (accrescimento e/o

vitellogenesi) e qui avviene la maggior parte del differenziamento del gamete.

Curiosità: nelle rane l’accrescimento dell’oocita dura circa 3 anni, occorrono tre anni tra la fine della mitosi

(ovogoni e ovulazione), quindi nell’ovaio sono presenti più popolazioni che ad ogni stagione producono un

nuovo ciclo di uova, non sono sincronizzate.

Accrescimento:

 Fase di sintesi del nucleo

 Fase previtellogenica: l’oocita primario va incontro ad una intensa attività trascizionale (compaiono

grosse quantità di RNA citoplasmatico) 22

 Fase di vitellogenesi o di grande accrescimento: aumenta il volume del nucleo e al suo interno i

cromosomi assumono una struttura e una conformazione molto peculiare: conformazione a

spazzola.

Aumenta il numero di nucleoli nel nucleo che servono per la trascrizione dell’RNA ribosomiale e

quindi deve essere trascritto molto RNA e assemblati ribosomi.

Si formano i granuli corticali (che verranno depositati nel citoplasma corticale).

Accumulo di vitelloaccumulatosotto forma di placchette che si andranno a distribuire a

gradiente all’interno del citoplasma: ci saranno più placchette e più grandi in un polo della cellula,

mentre ci saranno meno placchette e più piccole da un altro polo dove ci sarà il nucleo

dell’ovocitadeterminando una distribuzione ineguale che crea un gradiente vitellino.

Termine:

A fine vitellogenesi riprendono i fenomeni nucleari (meiosi). Durante la vitellogenesi il nucleo viene

spostato a un polo della cellula. Terminata la vitellogenesi, sotto stimolazione ormonale (progesterone) che

induce la ripresa della meiosi (I divisione), gli oociti acquisiscono i recettori per il progesterone.

La maturazione oocitaria è regolata mediante interazioni ormonali: dalle gonadotropine (FSH e LH)

prodotte dall’ipofisi, sotto stimolo dell’ipotalamo. Il follicolo non cresce tanto come nell’uovo dei

mammiferi, ma cresce la cellula uovo che acquisisce il tuorlo. Un alone bianco al polo animale indica la

rottura della vescicola germinale, ed è il primo segnale della germinazione. Si forma una cellula più grade e

una più piccola che non verrà fecondata ma serve solo per eliminare metà del materiale genetico. Al

termine della prima divisione meiotica, inizia la seconda, c’è un arresto in metafase II.

DETTAGLI DI FENOMENI DI ACCRESCIMENTO

Il nucleo ha un’intensa attività trascrizionale: mille volte superiore di una cellula dell’embrione quando si

formerà. La trascrizione avviene nei cromosomi a spazzola. Il DNA dell’ovocita primario ha 4n, poi si

dividerà per le quattro cellule che si formano.

L’attività trascrizionale è molto attiva, quindi tutto ciò che trascrive è più veloce e può trascrivere più RNA.

CROMOSOMI A SPAZZOLA

In ogni cromosoma, ciascuno formato da due cromatidi, fuoriescono dall’asse centrale delle anse di DNA

despiralizzato a livello delle quali avviene l’attività trascrizionale. Quindi il DNA durante questa fase di

arresto si despiralizza per essere attivo.

Cosa trascrivono i cromosomi a spazzola?

Principalmente RNA:

- mRNA sotto forma di precursore.

- Solo una piccola parte di mRNA trascritto viene subito tradotto; la maggior parte viene

immagazzinato sotto forma di ribonucleoproteine che si accumulano nel citoplasma dell’oocita.

Questo RNA accumulato è pronto per essere utilizzato nelle prime divisioni dello sviluppo

embrionale, perché negli anfibi il genoma non è attivo trascrizionalmente: deve avere quindi

trascritti già fatti.

- tRNA di trasporto; vengono immagazzinati per essere utilizzati quando all’inizio dello sviluppo

devono essere sintetizzare proteine.

- rRNA che costituisce il 90% di tutto l’RNA trascritto in questa fase negli oociti di anfibio. 23

Tutti i tipi di RNA vengono trascritti ma soprattutto l’rRNA, il quale andrà a costituire i ribosomi, che devono

essere proti per sintetizzare le proteine.

Come fa l’ovocita a sintetizzare tanto rRNA?

Avviene l’amplificazione, ovvero la duplicazione più volte, degli organizzatori nucleolari: quelle regioni di

DNA che contengono i geni che codificano l’RNA ribosomiale. Solo negli anfibi, nel corso di questo arresto

avviene l’amplificazione di questi organizzatori.

A seconda delle specie di anfibi si riscontrano da 500 a 1000 o 2000 organizzatori nucleolari, che faranno si

12

che durante questa fase possono essere costruiti 10 ribosomi: una cellula normale somatica ci

metterebbe centinaia di anni per costruirli. Questi ribosomi poi vengono accumulati nel citoplasma e

utilizzati per sintesi di proteine all’ovulazione.

SINTESI PROTEICA DURANTE LA FASE DI ACCRESCIMENTO DELL’OVOCITA

l’mRNAporta il messaggio per codificare alcune proteine:

- proteine con ruolo specifico nella maturazione o fecondazione (per il completamento della meiosi,

recettori di membrana per il riconoscimento dei gameti, rivestimenti oocita, granuli corticali…)

- proteine con ruolo di organizzazione ei primi stadi di sviluppo

- proteine necessarie alle rapide divisioni di segmentazione o alla traduzione degli mRNA (istoni,

tubuline, proteine ribosomiali)

VITELLOGENESI O FASE DI ACCRESCIMENTO

La cellula diventa grande, accumula sostanze di riserva di varia natura: glicogeno, grassi, fosfolipidi, tuorlo,

ma soprattutto le proteine sintetizzate negli anfibi dal fegato della madre e poi trasportate per via ematica

alle ovaie.

La componente precursore delle proteine del vitello degli anfibi è chiamata vitellogenina e verrà trasferita

all’ovocita, poi tagliata enzimaticamente in proteine più piccole: fosvitina e lipovitellina le quali vengono

poi impacchettate e si vanno a distribuire in modo asimmetrico all’interno del citoplasma: ad un polo della

cellula ci sono più placche, nell’altro ce ne sono di meno.

OVOGENESI IN INSETTI

Ovario formato da ovarioli diviso in tante camere ovariche all’interno di ciascuna delle quali si forma un

ovulo.

All’interno di ogni camera c’è un citoblasto, il quale si divide quattro volte e forma un clone di 16 cellule le

quali rimangono collegate attraverso un ponte citoplasmatico.

Di queste 16 cellule, solo due sono interconnesse tramite quattro ponti citoplasmatici con le cellule vicine.

È una di queste due che prevale e si svilupperà in ovocita. Le altre 15 diventano cellule nutrici, ovvero

cellule che iniziano la meiosi ma non la completano: provvederanno a

tutto ciò che serve all’ovocita e glielo trasferiranno mediante ponti

citoplasmatici. Sono queste 15 cellule che sintetizzano le proteine che

servono a questo gamete glielo passano tramite i ponti del

citoplasma.

La cellula poi si sposta ad un polo della cameretta circondato da cellule

nutrici. 24

Questi ovociti di tipo meroistici non hanno

uno stadio di cromosomi a spazzola, perché

sono le cellule nutrici che trascrivono.

Queste 15 cellule sono vere e proprie

fabbriche per sintetizzare e produrre

nutrienti.

L’oocito è circondato da cellule follicolari e

l’unità formata da oocito, cellule nutrici e

cellule follicolari si chiama follicolo ovarico.

Le cellule follicolari hanno un ruolo

fondamentale nello stabilire la polarità

dell’uovo. Inoltre esse secernono i

costituenti dell’involucro vitellino e del

guscio che circonda l’uovo.

Durante l’oogenesi si ha una

riorganizzazione dei microtubuli dell’oocito,

legata al ruolo che essi hanno nella localizzazione di determinanti morfogenetici che definiscono l’asse

antero-posteriore ed anche quello dorso-ventrale (pag. 93).

OVOGENESI DEI MAMMIFERI

Prima della nascita, tutti gli ovogoni si trasformano in ovociti primari, quindi iniziano la meiosi. Si può dire

che l’ovogenesi può essere suddivisa in tre grandi tappe:

- Inizio durante la vita fetale

- Lungo arresto in diplotene

- Ripresa che può avvenire in qualsiasi momento dalla pubertà alla menopausa.

Nel corso dell’ovogenesi il follicolo deve trasformarsi: dal follicolo primordiale fino a formare un follicolo

maturo, in cui l‘ovocita sarà pronto per riprendere la meiosi. Avverrà l’ovulazione dell’ovocita maturo,

quello che rimane si trasforma in una ghiandola endocrina chiamata corpo luteo.

Si forma un numero ben preciso di gameti: il numero di uova prodotta alla volta è uno al mese.

Inizio ovogenesi:

Inizia prima della nascita. Una volta che le cellule germinali si sono trasformate in ovogoni, questi ultimi

perdono irreversibilmente la capacità di dividersi per mitosi quando sono indotti a iniziare la meiosi,

diventando così ovociti primari. Questa entrata in meiosi è dovuta al fattore di induzione della meiosi

(MIF) che viene rilasciato dalle cellule in degenerazione della rete degli ovari.

Tutti gli ovogoni sono indotti a iniziare la meiosi, o a degenerare, durante la vita fetale, col risultato che alla

nascita una femmina ha già tutti gli ovociti che potrà avere nel resto della vita.

Mentre si svolgono le prime fasi della meiosi, gli ovociti primari vengono a essere circondati dalle cellule

piatte dei cordoni corticali, le cellule follicolari, che formano un rivestimento monocellulare. Il sistema

formato da un ovocita primario circondato da un singolo strato di cellule follicolari piatte è noto come

follicolo primordiale, ed è l’unità funzionale dell’ovaio.

Poco dopo la formazione dei follicoli primordiali, gli ovociti sono arrestati nel diplotene della prima profase

meiotica. Questo stadio di diplotene sospeso è spesso chiamato dictiotene, e in esso l’ovocita primario 25

accumula nel citoplasma vari proteine e numerosi RNA messaggeri che serviranno subito dopo la

fecondazione. Il nucleo si ingrandisce notevolmente acquisendo un caratteristico aspetto traslucido, ed è

noto come vescicola germinale. Il meccanismo che provoca l’arresto è definito OMI (sostanza di inibizione

della meiosi ovocitaria).

I follicoli primordiali, contenenti l’ovocita arrestato in diplotene, possono restare in questo stato anche per

50 anni e oltre, in attesa del segnale che faccia loro riprendere lo sviluppo.

I follicoli primordiali però, sono costantemente investiti da ondate di degenerazione, cosicché il loro

numero diminuisca di continuo in tutto i corso della vita (alla nascita restano 1-2 milioni di ovociti primari,

tutti organizzati in follicoli primordiali). Alla menopausa ci sono 0 follicoli, la donna non ha più ovogoni: la

differenza con l’uomo è che la donna non ha più ovogoni, mentre l’uomo produce sempre ovogoni.

Ripresa:

L’ovocita bloccato in diplotene cresce (meno di quello degli anfibi perché non c’è vitello) e quando è

cresciuto abbastanza avviene la ripresa dell’ovogenesi che spesso chiamata anche follicologenesi. È

chiamata così perché comincia con un aumento delle dimensioni dei follicoli primordiali e perché i

cambiamenti dell’ovocita vanno di pari passo con i cambiamenti dell’intero follicolo. L’accrescimento

regolare del follicolo avviene solo nella pubertà.

Pubertà:

Da questo periodo in poi, un piccolo numero di follicoli primordiali entra nella fase di accrescimento ogni

giorno, ma in genere soltanto uno di essi riesce a completare l’ovogenesi e a essere espulso dall’ovaio al

momento dell’ovulazione. Una volta che l’ovocita è stato espulso, quello che ne rimane si trasformerà

trasforma in una ghiandola endocrina chiamata corpo luteo. Oltre a ciò, l’ovulazione avviene ad intervalli

periodici che nella donna durano 28 giorni.

Mentre la ripresa dell’ovogenesi è un fenomeno continuo, il suo completamento è un fenomeno ciclico, e la

sua ripetizione periodica costituisce il ciclo ovarico.

La ripresa e il completamente dell’ovogenesi quindi devono essere caratterizzati da meccanismi che

assicurano:

- Un solo ovocita per volta completa lo sviluppo

- Trasformare un fenomeno di ripresa continuo in un fenomeno di ovulazione periodico

Il ciclo ovarico è inteso come il periodo che intercorre fra due ovulazioni successive, si preferisce studiarlo

come il periodo tra due mestruazioni successive, perché così cade esattamente nel mezzo del ciclo

mestruale (14 giorni). 26

Le gonadotropine vengono prodotte in modo ciclico: per far avvenire questo andamento ciclico di

produzione degli ovuli occorre che queste gonadotropine vengano prodotte in modo ciclico.

C’è una andamento altalenante di questi ormoni, che insieme agli ormoni prodotti dall’ovaio si ha la

perfetta ovulazione.

DIFFERENZE TRA ACCRESCIMENTO OVOCITA DI ANFIBIO CON OVOCITA DI MAMMIERO

- Modesta la sintesi di RNA rispetto agli anfibi: sin dalle prime cellule il genoma delle cellule

embrionali comincia a trascrivere. Non ha bisogno di incamerare tutto quell’RNA come negli anfibi

- Non c’è vitello, quindi villocentesi

- Non ci sono stadi di cromosomi a spazzola o amplificazione degli organizzatori nucleolari.

MECCANSIMO DELL’OVOGENESI

L’ovogenesi avviene nell’ovaio, è ciclica ma deve essere coordinata con le condizioni della mucosa uterina,

la quale deve essere adatta a ricevere l’uovo nel caso venga fecondato.

Il ciclo che comporta la maturazione dell’ovaio deve essere coordinato con il ciclo mestruale.

La coordinazione del ciclo dell’ovaio e del ciclo mestruale è regolato da ormoni, prodotti in modo ciclico

(ipotalamo e ipofisi) ma anche ormoni del follicolo durante la follicologenesi prodotte nell’utero.

Ci sono tre cicli che devono essere coordinati:

1. Ciclo ovarico: modificazioni cicliche dell’ovaio che consentono differenziamento, maturazione e

ovulazione dell’ovocita.

2. Ciclo uterino: comporta modificazioni cicliche dell’endometrio, ovvero mucosa dell’utero, che

consentirà l’impianto dell’embrione nel caso della fecondazione.

3. Ciclo cervicale: modificazione del collo dell’utero le cui cellule iniziano a produrre un muco liquido

che serve per facilitare il movimento degli spermatozoi. 27

CICLO OVARICO

ORMONI REGOLATIVI DEL CICLO OVARICO

Il ciclo ovarico è controllato da ormoni ipofisari chiamate gonadotropine(LH e FSH) che non sono sempre

costanti in circolo, ma anche essi hanno un ciclo di 28 giorni. Questi due ormoni controllano:

- accrescimento del follicolo e rilascio di estrogeni dal follicolo

- maturazione del follicolo

- ovulazione

Le gonadotropine stimolano il follicolo (poi il corpo luteo) a produrre estrogeni e progesterone (ormoni

ovaio) anch’essi con andamento ciclico. Prima dell’ovulazione gli ormoni dominanti sono gli estrogeni

emessi dal follicolo in accrescimento, e per tale ragione questo periodo è chiamata fase follicolare del ciclo

ovarico. Dopo l’ovulazione gli ormoni dominanti sono i progestinici emessi dal corpo luteo, e per tale

ragione questo periodo è chiamato la fase luteinica del ciclo.

Mentre la fase luteinica è continua, la fase follicolare presenta due punti critici oltre i quali lo sviluppo del

follicolo non può andare a meno che non avvengano delle

trasformazioni specifiche, sia nella struttura del follicolo, sia

nella composizione dell’ambiente circostante.

Questi due punti critici suddividono la fase follicolare in tre sotto

fasi fisiologicamente diverse:

- Fase preantrale

- Fase antrale

- Fase preovulatoria

Estrogeni:

indispensabili durante la maturazione del follicolo, nella

selezione del FOLLICOLO DOMINANTE (quello destinato ad

ovulare). Il più importante è l’estradiolo, sono prodotti da

alcune cellule del follicolo e da alcune cellule interstiziali

dell’ovario. L’azione degli estrogeni:

- Determi

nano e

mantengono i

caratteri sessuali femminili secondari

- Agiscono sullo sviluppo

- Stimolano il riparo della mucosa uterina (ciclo

uterino)

- Coadiuvano la fecondazione e l’impianto

Estrogeni e progesterone regolano la secrezione di LH e

FSH con un meccanismo di feedback (+ o -)su asse

ipotalamo-ipofisario per determinare variazioni cicliche di

produzione di FSH e LH. Il progesterone ha effetto negativo

sulla secrezione delle gonadotropine (retroazione,

feedback negativo). Gli effetti degli estrogeni sono invece

opposti a seconda della concentrazione: a bassi livelli di

estrogeni si abbassa la produzione di gonadotropine, 28

superata una concentrazione soglia, ad alte concentrazioni, ne stimolano il rilascio.

Fra gli ormoni prodotti dall’ipofisi anteriore ce ne sono due che hanno come bersaglio le gonadi e sono

chiamati gonadotropine. Sono l’ormone follicolo-stimolante (FSH) e l’ormone luteinizzante (LH).

L’ipofisi, a sua volta, è controllata dall’ipotalamo, attraverso sostanze chiamate fattori di rilascio degli

ormoni (GnRH). L’ipotalamo, a sua volta è controllato dal cervello.

Questa conclusione però potrebbe essere ingannevole, perché può dare l’impressione che il controllo

ormonale avvenga in modo gerarchico, con una catena di comandi che vanno dal sistema nervoso al resto

del corpo. In realtà si è visto che gli ormoni prodotti dalle gonadi influenzano a loro volta sia le attività

dell’ipotalamo che quelle dell’ipofisi.

Il controllo degli ormoni sessuali è realizzato quindi con un sistema di meccanismi di retroazione, alcuni a

feedback negativo (portano a equilibrio) e altri con meccanismi di feedback positivo (che portano a

produzioni esponenziali). FASE FOLLICOLARE

Prima metà del ciclo che termina con l’ovulazione. È suddivisa in tre sottofasi

1. Fase preantrale:

dopo la pubertà, un piccolo numero di follicoli primordiali sono stimolati a riprendere l’ovogenesi ogni

giorno, ed entrano nella prima fase di accrescimento del follicolo. In questa fase la maggior parte della

crescita avviene nell’ovocita primario che aumenta il suo diametro; tale aumento è dovuto al fatto che

l’ovocita sintetizza e accumula nel citoplasma enormi quantità di riserve metaboliche e di molecole

regolatrici che saranno utilizzate negli stadi successivi dello sviluppo.

Mentre l’ovocita si ingrandisce, le cellule follicolari

vanno incontro a quattro tipi di cambiamento:

- Le cellule follicolari piatte cambiano forma,

diventano cubiche e proliferano attivamente,

trasformando il follicolo primordiale in un follicolo

primario. Le cellule follicolari si dispongono su strati

sovrapposti e formano un insieme multilaminare che

è noto come granulosa. Queste cellule follicolari

sono chiamate cellule della granulosa, per

distinguerle dalle cellule tecali che vanno ad

associarsi con il follicolo.

Fra le cellule della granulosa si forma una fitta rete

di giunzioni comunicanti che permette loro di scambiarmi metaboliti e nutrienti dal momento che queste

cellule non sono vascolarizzate.

- La seconda modifica riguarda le cellule della granulosa, che, assieme all’ovocita, cominciano a

secernere grandi quantità di glicoproteine, le quali andranno a formare la zona pellucida. I contatti

tra la granulosa e l’ovocita vengono mantenuti grazie a prolungamenti citoplasmatici che

attraversano la zona pellucida e formano giunzioni tra i due tipi di cellule.

- La terza modifica è la formazione di uno strato cellulare alla superficie del follicolo. Le cellule dello

stroma ovarico vengono a condensarsi sulla membrana propria e formano le cellule della teca.

Questa a differenza della granulosa è una zona riccamente vascolarizzata. Si possono distinguere

due strati: una teca interna, ghiandolare e ricca di vasi, e una teca esterna, circondata da una

capsula fibrosa. 29

- Quarta e ultima modificazione del follicolo avviene verso la fine della fase preantrale e consiste

nella comparsa di recettori delle gonadotropine sulle membrane di entrambi i tipi di cellule

follicolari. Le cellule della granulosa acquisiscono recettori per l’ormone FSH, mentre le cellule

tecali acquisiscono il recettore per l’ormone LH. Questi recettori sono essenziali per la

continuazione dell’ovogenesi: mentre tutti i passaggi precedenti erano indipendenti dagli ormoni, il

passaggio alla fase successiva può avvenire solo in presenza di gonadotropine.

La durata della fase preantrale è variabile, ma si pensa possa durare dai 3 ai 5 giorni.

2. Fase antrale:

La maggior parte dei follicoli che arrivano alla fine della prima fase preantrale non entra in quella successiva

e va incontro a morte.

La morte viene evitata solo se nella circolazione sanguigna sono presenti concentrazioni adeguate di FSH e

LH, e se il follicolo ha acquisito un numero sufficiente di recettori per questi ormoni. Il “salvataggio” dei

follicoli avviene perché le gonadotropine si legano ai loro recettori e questo legame induce un ulteriore

ondata di proliferazione sia nelle cellule tecali che in quelle della granulosa e quindi un’ulteriore crescita del

follicolo.

Queste proliferazioni sono necessarie per portare il follicolo nella sua seconda fase, definita fase antrale,

perché, in parallelo alla proliferazione delle cellule, si ha la secrezione di un liquido (liquor follicolari) che va

a formare prima diverse cavità nello strato della granulosa, e poi un unico grande antro in espansione

costante.

I follicoli che sviluppano un antro sono definiti follicoli

secondari e ce ne sono circa 15-20 in un ovario. In questa fase

dell’ovogenesi, l’ovocita non aumenta le sue dimensioni,

mentre il follicolo le aumenta molto.

Il liquido antrale è un liquido viscoso formato da proteoglicani

secreti dalle cellule della granulosa e in parte da un trasudato

di plasma. Il liquido contiene quantità crescenti di ormoni,

soprattutto estrogeni.

Alcune cellule della granulosa che circondano l’ovocita

formano il cosiddetto cumulo ooforo, una struttura che

sporge quasi completamente nel liquido follicolare, e resta

attaccata solo da un piccolo cordone di cellule della granulosa

che rivestono la cavità dell’antro.

Il cambiamento strutturale del follicolo associato alla

formazione dell’antro corrisponde a un preciso cambiamento

funzionale che trasforma il follicolo in una vera e propria

ghiandola endocrina, incaricata di produrre quantità crescenti

di androgeni e di estrogeni.

Gli androgeni, androstenedione e testosterone, sono prodotti

dalle cellule della teca interna, che hanno recettori solo per le LH, e che sono stimolate da questa

gonadotropina. 30

La maggior parte degli estrogeni, soprattutto estradiolo, viene prodotta dalle cellule della granulosa, che

sono capaci di trasformare gli androgeni prodotti dalle cellule tecali in estrogeni. Questa reazione però

dipende da uno stimolo fornito dall’FSH: le cellule della granulosa riescono a produrre estrogeni solo dopo

che hanno acquisito i recettori per l’FSH.

L’ormone FSH, una volta attaccato ai recettori, induce la cellula della granulosa, non solo a proliferare, ma

anche a produrre un maggior numero di recettori di FSH.

Anche l’estradiolo ha un doppio effetto analogo sulle cellule della granulosa: le stimola a proliferare e a

produrre crescenti quantità di recettori per estrogeni.

Questi effetti portano, con un meccanismo di feedback positivo, a una situazione di moltiplicazione

esplosiva, per cui le cellule della granulosa, stimolate a proliferare sia da FSH che da estradiolo, rispondono

producendo maggiori quantità di recettori FSH e di recettori per gli estrogeni, e quindi vengono stimolate a

una proliferazione ancora più vigorosa.

La conseguenza di questa escalation è che non appena un follicolo (il follicolo dominante) acquista un

numero di recettori superiore a quello dei vicini, esso tende a proliferare e a crescere più degli altri,

sottraendo a quest’ultimi quantità sempre maggiori di ormoni FSH ed estradiolo che si trovano in circolo.

Questo spiega perché solo un follicolo riesce a raggiungere le grandi dimensioni che sono necessarie per

completare la fase antrale e passare a quella successiva.

Il follicolo dominante compete anche con i follicoli dell’altro ovario, poiché le concentrazioni di ormoni che

circolano nel sangue e raggiungono gli ovari, sono gli stessi per entrambi.

Verso la fine della fase antrale, gli alti livello di estrogeni e di FSH producono un altro cambiamento: le

cellule della granulosa acquisiscono anche i recettori per gli LH, e l’attacco di LH a tali recettori cambia le

proprietà del follicolo.

Ora il follicolo diminuisce la produzione dei recettori di FSH e di estrogeni e diventa invece capace di

produrre progesterone. La comparsa dei recettori LH sulle cellule della granulosa e la loro attivazione

induce quindi il follicolo a secernere un nuovo ormone. Questo cambiamento predispone il follicolo a

terminare la fase antrale e a passare a quella successiva.

La durata della fase antrale varia da 8 a 12 giorni.

3. Fase preovulatoria

La comparsa e l’attivazione dei recettori LH nelle cellule della granulosa sono una condizione necessaria, ma

non sufficiente ad assicurare che tale passaggio avvenga realmente.

Ancora una vola, il destino del follicolo è quello di degenerare a meno che non venga “salvato” da

un’adeguata concentrazione di gonadotropine nell’ambiente che lo circonda. In questo caso, per salvare

dall’atresia il follicolo antrale maturo sono necessarie concentrazione di FSH e di LH molto più alte del

normale, e in effetti, misurando i livello di quegli ormoni nel sangue, si vede che poche ora prima

dell’ovulazione si ha un picco molto alto di FSH e un’ondata di LH. Questo spiega perché solo i follicoli che

raggiungono la fine della fase antrale ne breve periodo di tempo che precede l’ovulazione sono in grado di

“cogliere l’onda” delle gonadotropine e di passare alla fase successiva del ciclo ovarico.

Questa fase è chiamata preovulatoria perché precede di dopo l’ovulazione vera e propria. Questa fase può

anche essere chiamata fase della maturazione, oppure fase della rottura della vescicola germinale, perché

31

l’evento più importante che avviene è la ripresa della meiosi (chiamata maturazione) e la rottura della

membrana che circonda il nucleo (la vescicola germinale).

È stato scoperto che la ripresa della meiosi dipende da un fattore specifico che si chiama fattore che

promuove la fase M, o MPF, perché si è visto che questo è necessario a tutte le cellule che si dividono, sia

per meiosi che per mitosi. Nell’ovocita primario l’attivazione dell’MPF richiede il progesterone e ciò spiega

perché è indispensabile che le cellule della granulosa debbano iniziare a produrre progesterone.

Poche ore dopo che è passata l’ondata di LH, l’ovocita si sveglia dal blocco meiotico in cui è rimasto per

decenni, completa le rimanenti fasi della prima divisione meiotica, e poi compie una divisione cellulare.

Quasi tutto il citoplasma viene dato ad una sola cellula delle due figli (l’ovocita secondario) e pochissimo

all’altra (il primo globulo polare). All’interno dell’ovocita secondario comincia subito la seconda divisione

meiotica che però si arresta alle metafase. L’ovocita secondario resta bloccato in metafase anche durante

l’ovulazione e riprenderà la meiosi solo se viene fecondato.

Durante la fase preovulatoria avvengono anche altri due cambiamenti importanti:

1. Formazione delle vescicole corticali nella zona sottostante alla membrana cellulare (simile ad un

lisosoma).

2. Scomparsa dei prolungamenti citoplasmatici e delle giunzioni che mettevano in comunicazione

l’ovocita con le cellule della granulosa.

Durante questa fase, grazie all’ondata di LH si ha un considerevole aumento nel follicolo, il cui diametro

passa da 6 a 20 mm. In questa terza fase dell’ovogenesi, il follicolo preovulatorio è chiamato follicolo

terziario o follicolo di Graaf. CRESCITA E MATURAZIONE DEL FOLLICOLO

Come si forma il follicolo dominante?

Durante la fase follicolare avviene il reclutamento selezione e dominanza. Ad ogni ciclo, di tutti i follicoli che

iniziano l’accrescimento e ce ne sarà uno solo che diventa dominante (reclutamento dei follicoli). Solo

alcuni follicoli tra questi reclutati continueranno a crescere, gli altri moriranno.

All’interno di questi ultimi solo uno diventa dominante.

Ma perché alcuni follicoli non muoiono? Cos’hanno in più?

1. Deve avere acquisito un sufficiente numero di recettori per gli ormoni che stimolano la sua crescita.

Le cellule della granulosa di questi follicoli hanno sulla superficie un maggior numero di recettori

per le gonadotropine.

2. Aumenta la vascolarizzazione della teca

3. Nel fluido follicolare del follicolo antrale il rapporto tra estrogeni ed androgeni è elevato hanno

più estrogeni che androgeni, sono i primi che stimolano la crescita del follicolo, non gli androgeni.

FASE DELLA DOMINANZA

C’è un follicolo dominante che va in fase preovulatoria all’interno del quale c’è un ovocita che riprende la

meiosi ed è capace di essere fecondato.

Perché uno solo ovula?

(a) Il follicolo dominante è quello che per condizioni metaboliche ed endocrine ha più recettori per FSH

e per androgeni e riesce a crescere più degli altri 32

(b) Anche gli estrogeni sono importanti all’inizio sono bassi i livelli di estrogeni che portano ad una

retroazione negativa sull’ipofisi, quindi vengono mantenuti bassi i livelli di gonadotropine. In

seguito le cellule della granulosa del follicolo dominante producono un fattore di crescita (inibina)

che va ad abbassare anche lui i livelli di gonadotropine: acquisisce più ormoni degli altri perché ha

più recettori rispetto agli altri follicoli.

Le cellule della granulosa producono sostanze per feedback positivo.

OVULAZIONE

L’accrescimeto che avviene nella fase preovulatoria porta il follicolo a raggiungere le sue dimensioni

massime, e provoca un rigonfiamento visibile sulla superficie dell’ovaio. La zona dove si forma questo

rigonfiamento, biancastra, è chiamata stigma e in quel punto il follicolo è separato dalla cavità peritoneale

da uno strato molto sottile.

La rottura del follicolo è dovuta all’azione diretta di

enzimi litici come la plasmina e la collagenasi.

L’ovocita circondato da alcune cellule del cumulo

ooforo, che formano attorno ad esso la cosiddetta

corona radiata, viene espulso nella tuba.

Al momento dell’ovulazione non si rompe solo lo

stigma, ma anche la membrana che separava la teca

dalla granulosa e ciò produce la vascolarizzazione di

quest’ultima.

Il follicolo viene ad essere costituito da un nucleo di

fibrina circondato da cellule della granulosa frammiste a cellule della teca interna e da un esterno di cellule

fibrose tecali. A questo punto, questa struttura, va incontro a metamorfosi per diventare il corpo luteo.

Ovocita che è stato maturato viene raccolto dalle tube uterine ed è proprio qui che saranno risaliti gli

spermatozoi perché qui è il sito dove avviene la fecondazione della nostra specie.

L’ovocita non ha terminato la meiosi, è arrestato nella metafase II. Ciò che lo sblocca è SOLO l’ingresso della

spermatozoo. Se non viene fecondato muore, per questo non finisce la meiosi.

FASE LUTEINICA

Seconda fase del ciclo ovarico, dal 14° al 28° giorno, dove si ha la formazione del corpo luteo: le cellule della

granulosa cessano di dividersi, diventano ipertrofiche: accumulano proteine, lipidi, mitocondri e in

particolare un pigmento giallo, chiamato luteina, da cui nome corpo luteo.

Il corpo luteo è una vera e propria ghiandola endocrina che produce progesterone e in quantità minore gli

estrogeni, soprattutto l’estradiolo. Il progesterone andrà a regolare le condizioni della mucosa uterina che

deve prepararsi a ricevere l’embrione.

Il progesterone ha un feedback negativo sulle gonadotropine che appunto sono tenute basse per evitare la

selezione di un altro follicolo dominante, quindi un’altra ovulazione. 33

Il progesterone serve a:

- Agisce sull’endometrio

- Impedire un’altra ovulazione

- Ormone della gravidanza, prodotto dalla placenta

Il mantenimento del corpo luteo è dato da LH e questa gonadotropina non è soltanto luteinizzante, ma

anche luteotrofa, ovvero nutre il corpo luteo.

Il corpo luteo sopravvive 14 giorni, dopo questi, se non è avvenuta fecondazione, degenera e ripartirà un

nuovo ciclo. Se avviene fecondazione invece il corpo luteo si trasforma in corpo luteo gravidico: deve

produrre per un certo periodo del progesterone per la mucosa uterina.

Come fa a sapere se deve degenerare?

L’embrione comincia a produrre un ormone (gonadotropina corionica umana,hCG) che andrà in circolo

nella madre e avvisa il corpo luteo che non deve degenerare, altrimenti avverrà l’aborto.

Questo ormone embrionale è quello che viene recepito dal test di gravidanza.

I MECCANISMI DI CONTROLLO DEL CICLO OVARICO

Gli ormoni prodotti dall’ipofisi (FSH e LH) e gli ormoni prodotti dall’ovaio (estrogeni e progesterone) hanno

effetti antagonisti: quando il corpo luteo secerne estrogeni e progesterone, gli ormoni ipofisari sono inibiti;

viceversa quando il corpo luteo cessa di produrre i suoi ormoni, l’ipofisi secerne quantità crescenti di FSH e

LH.

Questi effetti antagonisti realizzano insieme un meccanismo di controllo a feedback negativo. Nello stesso

tempo però è chiaro che esso non può essere l’unico meccanismo di controllo, perché in tal caso

porterebbe a una concentrazione costante di ormoni nel sangue.

Per trasformare la produzione continua di follicoli primari in una fenomeno periodico dell’ovulazione,

devono esistere altri meccanismi di controllo degli ormoni riproduttivi.

I follicoli antrali producono quantità crescenti di estrogeni con un meccanismo a feedback positivo, e se

questi estrogeni dovesse avere sempre un effetto inibitore sull’ipofisi sarebbe impossibile ottenere il picco

di gonadotropine che si osserva prima dell’ovulazione. L’esistenza di questi picchi è stata spiegata dalla

scoperta che l’inibizione su ipofisi e ipotalamo non è assoluta, ma si verifica solo per concentrazioni inferiori

ad una soglia critica. Superata questa soglia, l’inibizione non solo scompare ma si trasforma in stimolazione,

inducendo l’ipofisi a secernere le grandi quantità di FSH e LH che producono i picchi osservati.

Esistono quindi almeno due meccanismi di feedback positivo nel ciclo ovarico:

- Uno porta alla produzione esponenziale di estrogeni nella fase antrale

- L’altro è quello che porta alla produzione esponenziale di FSH e di LH nella fase preovulatoria

Il ciclo ovarico, in conclusione, è regolato da almeno quattro meccanismi di controllo:

- Il feedback negativo fra ormoni ovarici e ormoni ipofisari

- Feedback positivo degli estrogeni nel follicolo antrale

- Il feedback positivo di FSH e di LH nell’ipofisi

- Il meccanismo di autodistruzione del corpo luteo 34

CICLO UTERINO (MESTRUALE)

L’utero è una porzione delle vie genitali adattata ad accogliere l’embrione e a nutrirlo fino alla nascita. Esso

è formato da tre parti: una sottile tonica sierosa, o perimetrio, all’esterno; una spessa tonaca muscolare, o

miometrio, nel mezzo; e una tonaca mucosa, o endometrio, all’interno.

L’endometrio è formato da epitelio colonnare composto da cellule secretorie frammiste a cellule ciliate e

da ghiandole uterine.

Da un punto di vista fisiologico l’endometrio è formato da due strati:

- Strato superficiale chiamato anche functionalis perché cresce, si sfalda e si riforma a ogni ciclo

mestruale

- Lo strato profondo dell’endometrio è chiamato basalis perché non viene rimosso durante il ciclo

mestruale e costituisce la base su cui poggia lo strato

superficiale.

Durante il ciclo ovarico l’utero va incontro a una sequenza

periodica di cambiamenti che è nota come ciclo dell’utero o

ciclo uterino (ciclo mestruale). Le tre parti dell’utero

cambiano durante questo ciclo.

Il ciclo mestruale vero e proprio è il ciclo dell’endometrio, un

fenomeno che è periodico perché è sotto stretto controllo

degli ormoni steroidei prodotti dalle ovaie e questi variano in

modo periodico durante il ciclo.

Il ciclo mestruale è costituito da due parti che corrispondono

quasi esattamente al ciclo ovarico:

1. La fase proliferativa del ciclo mestruale corrisponde

alla fase follicolare del ciclo ovarico

2. La fase secretiva del ciclo mestruale corrisponde alla

fase luteinica del ciclo ovarico e termina con la mestruazione

Il cocktail di ormoni controlla anche la maturazione della mucosa uterina del caso avvenga fecondazione e

quindi si debba impiantare l’embrione nell’utero. Questo ciclo uterino è coordinato con quello ovarico.

PRIMA FASE DEL CICLO MESTRUALE: LA FASE PROLIFERATIVA

Questa fase inizia subito dopo la mestruazione del ciclo precedente, quando la distruzione e la caduta del

corpo luteo hanno provocato lo sfaldamento della functionalis e la sua espulsione dall’utero.

Quando sono caduti i livelli di progesterone, l’ipofisi riprende a secernere gonadotropine che stimolano gli

estrogeni ad entrare in circolo. Gli estrogeni agiscono sull’utero legandosi a recettori specifici

nell’endometrio.

Quindi in quest’ultimo, grazie agli estrogeni, aumenta la proliferazione cellulare della basalis, già impegnata

a costruire una nuova functionalis. Oltre ad un effetto proliferativo, gli estrogeni, hanno anche l’effetto di

stimolare le cellule epiteliali dell’endometrio a secernere un liquido acquoso. Un terzo effetto degli

estrogeni è quello di indurre la sintesi dei recettori del progesterone. 35

SECONDA FASE DEL CICLO MESTRUALE: LA FASE SECRETIVA

Questa fase è dominata dal progesterone emesso dal corpo luteo, ed è chiamata secretiva perché l’attacco

del progesterone ai suoi recettori induce le ghiandole dell’endometrio a produrre secrezione mucosa, ricca

di glicoproteine, zuccheri e amminoacidi. Il progesterone ha l’effetto di stimolare la proliferazione e la

crescita delle cellule della functionalis, la quale continua ad aumentare di spessore e le arterie che la

irrorano acquisiscono la forma di spirale.

TERZA FASE DEL CICLO MESTRUALE: LA FASE MESTRUALE

Quando viene a mancare il progesterone, dopo la distruzione del corpo luteo, la functionalis si sfalda

rapidamente e inizia così la mestruazione. Il processo di sfaldamento è accompagnato da emorragie seguite

da invasione di leucociti e contrazione delle arterie spirali per cercare di contenere la fuoriuscita di sangue.

CICLO OVARICO E MESTRUALE

1. La fase mestruale inizia con l’inizio della fase follicolare, abbiamo una caduta di progesterone.

2. Nella fase proliferativa abbiamo un endometrio in accrescimento sotto stimolo degli estrogeni.

3. Nell fase secretoria del ciclo mestruale siamo nella fase luteinica di quello ovarico; è il progesterone

che mantiene l’endometrio ancora spesso. (a volte gli aborti avvengono per calo di progesterone

che sfalda l’endometrio e quindi l’embrione impiantato).

CARATTERISTICA DELLE UOVA FEMMINILI

1. Tutte le uova di tutte le specie, tranne i mammiferi, hanno il tuorlo. Più ce n’è più l’uovo si polarizza

(polo animale-polo vegetativo): il tuorlo viene concentrato ad un polo chiamato polo vegetativo.

Opposto al polo vegetativo c’è il polo animale, ovvero dove si spostano il nucleo e il citoplasma contente gli

organuli.

2. Cortex molto sviluppato: citoplasma periferico. Lungo le zone di questo cortex ci sono mRNA. Il

corte ha anche granuli di pigmento

3. Citoscheletro fatto di actina particolarmente concentrato per mantenere in posizione questi

elementi UOVA DI RICCIO DI MARE

L’uovo dei ricci di mare è oligolecitico ed è aploide. In seguito alla fecondazione viene ad essere circondato

dall’interno all’esterno:

- Una membrana plasmatica

- Una membrana vitellina o di fecondazione

- Un involucro gelatinoso o strato ialino

L’attivazione e lo sviluppo sono innescati al momento della fecondazione: i due pronuclei si fondono

portando alla formazione del fuso mitotico e la divisione in due blastomeri.

UOVA DI ANFIBI

Nell’oocito di anfibio sono accumulate grandi quantità di mRNA e ribosomi che sono successivamente

impiegate dall’embrione fino al periodo di blastula media. Al polo vegetativo risiedono gli mRNA del plasma

germinale che determinano la natura germinale delle cellule che lo racchiudono. Dopo l’ovulazione gli

ovociti vengon rinchiusi negli ovidotti dove vengono rivestiti da numerosi strati gelatinosi. Le uova di

anfibio sono mesolecitiche, vengono deposte e si sviluppano in acqua dolce, circondate oltre che

dall’involucro vitellino anche dagli altri involucri gelatinosi che possono avere effetto protettivo e 36

antibatterico. Si vede che le uova di anfibio hanno l’emisfero animale scuro mentre quello vegetativo

chiaro, questo è dovuto alla presenza, nel cortex dell’emisfero animale, di numerosi granuli contenente

melanina che si pensa abbiano funzione di proteggere l’uovo e in particolare il suo DNA dagli UV.

Abbiamo due gradienti di concentrazione:

- Gradiente vitellino che va verso il basso: c’è più vitello nel polo vitellino

- Accumulo di molecole e nucleo nel polo animale

Al momento della fecondazione l’uovo è fermo alla metafase II e subito dopo completa la meiosi. Dopo la

fecondazione le uova, prima orientate a caso, ruotano all’interno dell’involucro vitellino che si è sollevato

disponendosi per gravità con il polo animale rivolto verso l’alto.

UOVA DI UCCELLI

Hanno molto più tuorlo rispetto agli anfibi perché hanno uno sviluppo diretto, al contrario degli anfibi. Di

tuorlo ce n’è così tanto che non forma placche nel citoplasma, ma c’è una vera e propria separazione tra

tuorlo e citoplasma.

Queste uova sono molto grosse, per questo la femmina attiva una sola ovaia.

L’uovo di uccello è telolecitico, con un piccolo disco di citoplasma (blastodisco) che comprende e circonda il

polo animale (futuro lato dorsale dell’embrione) e fluttuante su una grande quantità di vitello.

Negli uccelli la vitellogenesi avviene prima della deposizione dell’uovo, una decina di giorni prima della

deposizione. Il nucleo germinativo è ad un polo e all’interno sono contenuti nucleo e citoplasma.

MEMBRANE ACCESSORIE IN DIVERSE SPECIE

Nelle uova di uccello, all’inizio si hanno solo il disco germinativo e il tuorlo, gli altri strati si formeranno poi.

In seguito si formano delle membrane accessorie, alcune delle quali si formano nell’ovaio, altre invece fuori

dall’ovaio, nelle vie genitali femminili.

1. Una delle membrane accessorie in generale è chiamata involucro o membrana vitellina che prende

nomi diversi a seconda delle specie. Formata da materiale come glicoproteine prodotto dalla cellula

uovo con cellule follicolari.

Questo involucro serve come protezione e alla fecondazione per interazione tra i due gameti.

2. La membrana accessoriala possiamo trovare nel riccio di mare, negli anfibi negli uccelli e negli

insetti. In insetti e pesci è chiamato corion, perché è più rigido e fibroso. Nelle specie in cui è così

rigido c’è il micropilo per consentire di fa entrare lo spermatozoo.

La membrana vitellina, nei mammiferi è la zona pellucida attorno alla quale abbiamo la zona di cellule a

corona: zona gelatinosa attraversata ma microvilli che derivano dalle cellule follicolari. Questo involucro è

gelatinoso.

Ci sono quattro glicoproteine (ZP1,ZP2,ZP3 e ZP4) nella zona pellucida che legano in modo specifico lo

spermatozoo e daranno inizio alla fecondazione. In secondo luogo sono responsabili del blocco della

polispermia, inoltre serve per proteggere l’uovo mentre di muove all’interno della tuba.

3. Ci sono anche membrane, nelle specie ovipare, che si formano nell’ovidutto. Ad esempio nel riccio

di mare e nell’uovo degli uccelli. Queste membrane sono: albume, membrana testacea e poi il

guscio, che è l’ultimo ad essere deposto.

CLASSIFICAZIONE DEI DIVERSI TIPI DI UOVA

In base alla quantità di vitello abbiamo: 37

- Uova alecitiche prive di tuorlo, dei mammiferi placentati

- Uova oligolecitiche uova che hanno poco tuorlo, quindi scarse riserve nutritizie. Il tuorlo di vede

sotto forma di granuli nel citoplasma. Queste uova sono le più piccole e abbiamo sviluppo indiretto.

Un esempio solo le uova di riccio d mare

- Uova mesolecitiche hanno “medio” tuorlo. Il tuorlo si dispone in placchette circondata da

membrana all’interno del citoplasma. Un esempio sono gli anfibi.

- Uova telolecitiche hanno tanto tuorlo che occupa la maggior parte delle cellule. Il nucleo e il

citoplasma sono relegati ad un polo della cellula uovo. Uova come quelle degli uccelli, dei

mammiferi ovipari e dei rettili.

- L’uovo degli insetti è centro lecitico ha molto tuorlo ma localizzato al centro della cellula. Il

citoplasma quindi è solo in piccolo strato periferico nel tuorlo che circonda il nucleo e uno strato

sottile sotto al guscio.

[DOMANDA DI ESAME] DIFFERENZE TRA LE DUE GAMTGENESI MASCHILI E FEMMINILI

1. Durata del ciclo: il femminile è il più lungo perché ha gli arresti. Un follicoli rimane bloccato in

meiosi fino alla pubertà e dalla pubertà allamenopausa

2. Periodo di divisione in stadio di gone: nel maschio gli spermatogoni si dividono per tutta la vita.

Nella femmina tutti gli ovogoni si trasformano in ovociti prima della nascita

3. Periodo di accrescimento: l’accrescimento nel gamete femminile è molto di più di quello maschile e

avviene nell’arresto meiotico, solo quando è cresciuto abbastanza riprende la meiosi. Il

differenziamento del gamete maschile avviene nella spermiogenesi

4. Risultato nella meiosi: quattro gameti maschili e uno solo femminile.

5. Inizio ripresa e durata del ciclo: nel maschio è continuo, nella femmina no perché ci sono gli arresti

nella meiosi.

6. Cito differenziamento dello spermatozoo che butta via il citoplasma, mentre la cellula uovo lo tiene

7. Relazione ormonale: nei mammiferi una cellula del Sertoli nei maschi supporta più spermatozoi,

mentre nella femmina uno uovo viene supportato da molte cellule.

8. Lo spermatozoo ha solo la mp, le uova invece hanno anche involucri accessori.

9. Produzione gameti maschili è continua, mentre nelle femmine è ciclica.

FECONDAZIONE

Se avviene l’incontro tra i gameti, l’uovo viene attivato e si risveglia: dà il via all’attivazione e allo sviluppo

embrionale.

La fecondazione ha due finalità: unire la sessualità (l’unione dei geni di due organismi) e la riproduzione

(l’origine di un nuovo organismo).

Quando l’uovo è fecondato si forma l’embrione allo stadio di una cellula o zigote, dal quale comincia lo

sviluppo embrionale.

Lo zigote è diploide, il numero cromosomico della specie è ripristinato.

La fecondazione può essere esterna (negli animali aquatici) o interna.

I modelli più studiati per capire cosa avviene nella fecondazione sono:

- Riccio di mare producono grosse quantità di uova, piccole, trasparenti. È facile far avvenire la

fecondazione in vitro

- Anfibi 38

I modelli più utilizzati sono quelli con fecondazione esterna.

I principali step della fecondazione sono

1. Contatto e riconoscimento spermatozoo/ uovo: è un controllo di qualità, ovvero meccanismi

specie specifici che permettono di far incontrare e fondere gameti della stessa specie.

2. Regolazione entrata dello spermatozoo nell’uovo: controllo di quantità, solo uno spermatozoo

può fecondare l’uovo. Si blocca la polispermia

3. Fusione del materiale genetico

4. Attivazione del metabolismo dell’uovo per l’’inizio dello sviluppo.

FECONDAZIONE NEL RICCIO DI MARE

Gli spermatozoi in questa specie acquisiscono motilità a contatto con l’acqua, cercano di entrare nell’uovo.

L’uovo del riccio di mare ha poco tuorlo, è piccolo. Troviamo i granuli corticali alla periferia dell’uovo che si

sono formati nel corso dell’ovogenesi e poi si depositano nel cortex. In seguito la membrana del granulo si

fonderà con la membrana plasmatica e porta fuori il citoplasma.

Quando uno spermatozoo entra nell’ovulo, la membrana si solleva e si forma il cono di fecondazione.

L’involucro vitellino si ispessisce e impedisce l’ingresso di altri spermatozoi.

I due nuclei si fondono attraverso le membrane dei due nuclei e si forma lo zigote. Nel mentre si è già

formato il fuso per la prima divisione.

Siamo in ambiente acquatico. In mare occorre che il contatto e l’unione dei gameti sia specie specifico, solo

tra elementi della stessa specie, per questo motivo è necessario un riconoscimento:

1. Attrazione a distanza ci sono delle sostanze che escono dall’uovo e attirano lo spermatozoo

verso di sé.

2. Attivazione lo spermatozoo viene attivato per fecondare l’uovo. In questo caso entra in azione

nello spermatozoo l’acrosoma. 39

ATTRAZIONE SPECIE-SPECIFICA DELLO SPERMATOZOO: AZIONE A DISTANZA

Sono state riconosciute molecole che provengono dall’involucro dell’uovo che attirano

chemiotatticamente lo spermatozoo. L’involucro esterno è deposto nelle vie genitali, non nel corso

dell’ovogenesi; ed è proprio questo involucro che rilascia le molecole con funzione chemiotattica per gli

spermatozoi della stessa specie. ATTIVAZIONE SPECIE-SPECIFICA

Se non avviene questa attivazione non c’è fecondazione. L’attivazione avviene tramite contatto della

membrana plasmatica dello spermatozoo e l’involucro esterno dell’uovo. Questo contatto scatena la

reazione acrosomiale indispensabile per la fecondazione.

Nello spermatozoo tra il nucleo e l’acrosoma ci sono delle molecole di actina che servono in seguito.

Non appena c’è contatto tra spermatozoo e l’involucro esterno gelatinoso, quest’ultimo porta

all’attivazione di vie di segnalazione all’interno dello spermatozoo: il risultato è un aumento del calcio

intracellulare.

L’aumento del calcio:

- Induce la reazione acrosomiale, ovvero l’esocitosi della vescicola acrosomiale (riversa il contenuto

all’esterno).

- Attiva una pompa ionica presente sulla membrana dello spermatozoo. Pompa scambiatrice di ioni

sodio e H+, in modo tale da far aumentare il pH all’interno dello spermatozoo.

Tutto questo fa si che aumenti la motilità dello spermatozoo: dovrà superare tutte le barriere dell’ovulo e

quindi entrare. REAZIONE ACROSOMIALE

Questa reazione comporta:

- Esocitosi della vescicola acrosomiale

- La protrusione del processo acrosomiale che entra in contatto con la membrana dell’uovo.

Cos’è un processo acrosomiale? Dalla testa di estroflette un

prolungamento sostenuto da fasci di

actina. Questo processo si forma grazie

alla polimerizzazione delle molecole di G-

actina.

Nel frattempo nell’acrosoma, tra i

costituenti, ci sono degli enzimi litici che

vanno a digerire le barriere attorno

all’uovo.

Lo spermatozoo quindi si crea un varco nell’involucro.

RICONOSCIMENTO

A questo punto nel riccio di mare avviene il riconoscimento specie specifico, grazie a molecole che si

trovavano nell’acrosoma:ligandine o bindine. Ogni specie di riccio di mare ha le sue ligandine e bindine. 40

Se questo riconoscimento avviene correttamente lo spermatozoo può andare avanti e quindi entrare

finalmente nel citoplasma della cellula uovo.

FECONDAZIONE DEI MAMMIFERI

La prima differenza è che la fecondazione è interna e non esterna. È stato stimato che solo 100

spermatozoi, tra tutti quelli prodotti, arrivano integri alla cellula uovo. Di queste centinaia solo uno riesce

ad entrare, gli altri sono destinati a morire.

Gli spermatozoi immessi nelle vie femminili non sono in grado ancora di fecondare, devono subire

un’ulteriore maturazione: vengono capacitati all’interno delle vie femminili. Questa capacitazione serve per

riconoscere e fecondare l’uovo.

La prima maturazione degli spermatozoi avviene durante il viaggio nell’epididimo che comporta alcune

modificazioni che vengono indicate collettivamente con il termine di maturazione. All’entrata

dell’epididimo gli spermatozoi sono incapaci di muoversi e non sono in grado di fecondare. All’uscita

dall’epididimo hanno acquisito capacità di movimento e la parziale capacità di fecondare (devono subire il

processo della capacitazione nelle vie genitali femminili).

CAPACITAZIONE

Questa capacitazione comporta delle modificazioni a livello dei componenti e della fluidità della

membrana plasmatica dello spermatozoo: il colesterolo aggiunto per rendere la membrana meno fluida

viene tolto per renderla meno fluida.

Inoltre vengono rese evidenti proteine fondamentali per l’inizio della fecondazione, per fare ciò vengono

rimosse delle molecole di superficie inibitorie e smascherate molecole per legare gli spermatozoi alla zona

pellucida.

A differenza del riccio di mare, nei mammiferi, la reazione acrosomiale è scatenata dal legame tra un

componente della superficie dello spermatozoo e un componente della zona pellucida.

iper mobili

Queste modificazioni inoltre aumentano la motilità dello spermatozoo, sono , devono

raggiungere il sito della fecondazione.

La capacitazione dello spermatozoo nel suo insieme è necessaria perché avvenga la reazione acrosomiale.

ATTIVAZIONE DELLO SPERMATOZOO

Dopo la capacitazione lo spermatozoo comincia delle vere e proprie trasformazioni che si concludono o con

la fecondazione o con la morte. L’insieme di queste trasformazioni è chiamato attivazione e consiste in tre

processi principali:

1. L’acrosoma si rigonfia e la sua membrana si fonde con la sovrastante membrana plasmatica in

diversi punti. Ciò prepara lo spermatozoo alla reazione acrosomiale che avviene poco dopo con la

rottura della membrana che ricopre l’acrosoma e con l’espulsione dei suoi enzimi.

2. I movimenti della cosa da ondulatori passano a “colpi di frusta”

3. La membrana plasmatica che ricopre lateralmente e posteriormente la testa dello spermatozoo

cambia le sue proprietà e diventa capace di fondersi con la membrana dell’uovo.

PENETRAZIONE DELLO SPERMATOZOO NELL’UOVO

Quali membrane deve superare lo spermatozoo? 41

1. Cellule della corona radiata cellule follicolari

2. Barriera della zona pellucida

3. Membrana vitellina

Quando lo spermatozoo arriva nelle vicinanze della corona radiata, la reazione acrosomiale comincia a

riversare nello spazio circostante i contenuti dell’acrosoma, e fra questi ci sono almeno due enzimi litici che

servono per attraversare la corona: la ialuronidasi che idrolizza le molecole di acido ialuronico, il

componente principale della sostanza che si trova tra le cellule follicolari e l’enzima di penetrazione della

corona che rompe i punti di contatto fra cellula e cellula. Queste due reazioni permettono agli spermatozoi

di aprirsi un varco fra le cellule della corona

radiata e di raggiungere la zona pellucida (strato

di glicoproteine che separa le cellule follicolari

dalla membrana plasmatica dell’uovo).

Anche per superare la zona pellucida è necessaria

l’azione di enzimi acrosomiali. Questo processo

comincia quando lo spermatozoo si attacca a

proteine specifiche della zona pellucida: ZP1, ZP2,

ZP3 (queste tre proteine formano una trama

reticolare). È una reazione che permette il

riconoscimento dei gameti. Dopo che lo

spermatozoo si è saldamente legato alla zona pellucida, un enzima chiamato acrosina, che si trova

nell’acrosoma, comincia a scavare nella zona pellucida un canale attraverso cui lo spermatozoo può

passare.

Gli step principali della fecondazione del topo, una volta che lo spermatozoo è arrivato alla zona pellucida

sono:

1. Lega per prima ZP3 ci saranno recettori sulla membrana dello spermatozoo che legano in modo

specifico ZP3

2. Inizia la reazione acrosomiale

3. Legame con ZP2 perché ZP3 non basta più

Dopo che lo spermatozoo ha attraversato la zona pellucida, entra nello spazio perivitellino situato tra la

zona e l’ovocita, e si dirige verso la membrana dell’uovo.

Qui entra in azione la terza proprietà acquisita durante l’attivazione, ovvero la capacità di una parte della

membrana dello spermatozoo di fondersi con la membrana dell’uovo. Si crea un rigonfiamento chiamato

“cono di fertilizzazione” in cui si forma una cavità che mette in comunicazione i due citoplasmi,

permettendo allo spermatozoo di entrare nella cellula uovo. In alcuni casi entra solo il nucleo, in alcune

specie invece, compreso l’uomo, entra anche un centriolo che servirà alla costruzione del fuso mitotico.

ACROSOMA DEL RICCIO DI MARE E IN UN MAMMIFERO

RICCIO DI MARE MAMMIFERI

POSIZIONE Tra membrana plasmatica, sopra Ci sono due membrane: una

al nucleo membrana esterna sotto alla mp

e una interna sopra a quella

nucleare.

FORMA Rotonda Allungata, sacchetto a U 42

Dopo che è avvenuto il legame con ZP3, anche in questo caso aumenta il calcio nello spermatozoo e inizia la

reazione acrosomiale REAZIONE ACROSOMIALE

Comporta la fusione tra membrana plasmatica dello

spermatozoo e la membrana acrosomiale esterna a livello

di diversi punti, che porta alla formazione di pori dai quali

può uscire il contenuto dell’acrosoma. Non è coinvolta la

membrana interna.

Dopo che è iniziata questa reazione, tutte le vescicole

(recettori per ZP3) che si sono formare nella parte

anteriore dello spermatozoo vengono perse, quindi non è

più assicurato l’aggancio con ZP3, ecco perché interviene il

legame con ZP2.

A questo punto la membrana esterna viene persa e la membrana interna diventa ora superficiale.

FUSIONE DEI GAMETI E PREVENZIONE DELLA POLISPERMIA

La maggior parte delle uova sono monospermiche: un suolo spermatozoo riesce ad entrare nella cellula

uovo; altre uova, quelle grandi (telocetiche) che hanno tantissimo tuorlo, possono entrare più spermatozoi

ma comunque solo un nucleo si fonde con quello dell’uovo.

BLOCCO DELLA POLISMERMIA

RICCIO DI MARE

Nei ricci di mare è stato visto che ci sono due blocchi in successione, uno rapido che è temporaneo, seguito

dauno più lento che però diventa permanente.

 Blocco rapido:

si esaurisce in un minuto. Avviene una modificazione del potenziale elettrico della membrana plasmatica

dell’uovo che fa si che gli spermatozoi aderenti ad essa si allontanino. Questo potenziale è transitorio, poi

torna normale.

 Blocco lento:

In un secondo momento avviene l’esocitosi dei granuli corticali e la trasformazione delle membrana

vitellina in un membrana spessa, rigidachiamatamembrana di fecondazione. L’inizio della formazione della

membrana di fecondazione avviene nel punto dove è entrato lo spermatozoo e poi in tutta la periferia

dell’uovo.

Cosa c’è dentro ai granuli corticali e come si forma la membrana di fecondazione?

- Ci sono molti enzimi all’interno, tra cui le proteasi che tagliano le proteine: vengono riversate al di

fori della membrana plasmatica dell’uovo e tagliano i ponti proteici che tengono uniti la membrana

vitellina con quella plasmatica. Quindi eventuali spermatozoi aderenti alla membrana vitellina

vengano allontanati dalla membrana plasmatica.

- Ci sono anche altri enzimi che vanno ad indurire la membrana vitellina: si formano ponti proteici

nuovi che la induriscono. 43

- Ci sono glicosamminoglicani, ma non solo, che richiamano acqua e vanno a riempire lo spazio

perivitellino, spazio tra membrana vitellina e membrana plasmatica dell’uovo dopo che sono state

allontanate.

- Proteine strutturali che vengono depositate a livello dello strato vitellino per far si che questa

diventi una membrana rigida e diventi la vera e propria membrana vitellina.

Delle proteine strutturali fanno parte anche proteine deposte sulla membrana plasmatica che

tengono unite le prime cellule che si dividono.

La membrana di fecondazione non si forma sempre, nei mammiferi non si forma pur essendo presenti dei

granuli corticali dell’uovo. Il meccanismo della polismermia è sempre messo in azione.

MAMMIFERI

Il blocco della polispermia è ottenuto con due reazioni che sono

entrambe innescate quando lo spermatozoo entra in contatto con

la membrana dell’ovocita.

1. La prima è la reazione corticale dell’uovo. I granuli

corticali che si trovano alla periferia si attaccano alla

membrana plasmatica dell’ovulo e poi esplodono,

riversando il loro contenuto nello spazio perivitellino.

Dopo l’esocitosi dei granuli corticali, la membrana

dell’ovocita cambia drasticamente le sue caratteristiche e

diventa molto più resistente all’entrata degli spermatozoi.

2. La seconda reazione contro la polispermia è la reazione

della zona, che consiste in un cambiamento delle proprietà

della zona pellucida a causa degli enzimi riversati dai

granuli corticali. Questi ultimi trasformano ZP2 e ZP3:

vengono tagliate per cui non riescono più a riconoscere le

molecole dello spermatozoo

FUSIONE DEL MATERIALE GENETICO E RIPRISTINO DELLA DIPLOIDIA

RICCIO DI MARE

Lo spermatozoo è entrato completamente, con il nucleo ovviamente. L’uovo non ha impedimenti, non ha

tuorlo, per questo motivo i due nuclei possono muoversi e avvicinarsi finché non si fondono. Formano così

il nucleo dello zigote.

Il genoma mitocondriale viene trasmesso quasi solo dalla madre, perché i mitocondri maschili vengono per

la maggior parte distrutti all’interno del citoplasma della cellula uovo.

MAMMIFERI

Non in tutte le specie (come nel riccio di mare) la meiosi dell’uovo è terminata, quindi l’ingresso dello

spermatozoo fa riprendere all’uovo la meiosi, rimuove il blocco. In questo caso l’uovo non ha il tuorlo.

Inoltre il nucleo dello spermatozoo dentro alla cellula uovo si deve decondensare: deve rimuovere le

protamine. Per cui il nucleo dello spermatozoo forma il pronucleo maschile, ovvero si decondensa e

aumenta di volume. 44

Decondensazione:

L’involucro nucleare dello spermatozoo forma delle vescicole, per cui la cromatina viene a contatto con il

citoplasma dell’uovo, nel quale sono già presenti gli istoni prodotti nel corso dell’ovogenesi che devono

andare a sostituire le protamine decondensando la cromatina dello spermatozoo.

Una volta avvenuta la decondensazione, il DNA può iniziare la replicazione. I due nuclei si avvicinano, nel

mentre, duplicano separatamente il DNA, ma a differenza del riccio di mare, quando le membrane nucleari

dei due pronuclei vengono a contatto, non si fondono, ma si rompono: il contenuto (cromosomi) di ciascun

nucleo formano il primo fuso e avviene la prima divisione dello sviluppo.

ATTIVAZIONE DELL’UOVO

COME RISPONDE L’UOVO ALL’INGRESSO DELLO SPERMATOZOO

All’interno dell’uovo iniziano una serie di reazioni all’ingresso dello spermatozoo chiamate attivazione

dell’uovo che daranno al via dello sviluppo embrionale.

Queste reazioni comportano dei cambiamenti strutturali e metabolici, soprattutto aumento del

metabolismo e della respirazione, di vario tipo che non sono uguali in tutte le uova.

Eventi:

1. Completamento della meiosi in tutte le specie in cui non era completa.

2. Prevenzione della polispermia

3. Nelle uova con sviluppo a mosaico avvengono dei rimaneggiamenti del citoplasma: vengono

modificati i determinanti citoplasmatici materni che all’inizio dello sviluppo, in alcune specie, ne

determinano il destino. Questo avviene perché se fossero uniformemente distribuiti durante la

divisione verrebbero date a tutte le cellule, devono invece ripartiti alle cellule figlie derivate dalla

divisone dello zigote in modo asimmetrico.

4. Negli anfibi avviene una rotazione di orientamento e una rotazione corticale (da non confondere

con la reazione corticale dei granuli corticali).

RICCIO DI MARE

Viene attivato subito il metabolismo, prima dell’ingresso dello spermatozoo l’uovo era in quiescenza

metabolica: non avveniva sintesi di DNA, RNA o proteine. L’ingresso dello spermatozoo attiva tutto ciò

quindi inizia la sintesi di un gran numero di proteine. Questa sintesi esiste in diverse specie, in particolare,

in alcune specie, inizia con la maturazione dell’uovo, ovvero quando si sblocca dal primo arresto.

Viene attivata anche a fase M.

Sintesi di proteine:

Nella maggior parte delle specie questa viene a carico di ribosomi già presenti e di RNA già trascritti

nell’ovogenesi e utilizzate ora. Infatti il genoma delle cellule dell’embrione non in tutte le specie è attivo

subito:

- Nello xenopus il nucleo rimane per tutti i primi cicli di divisioni mitotiche il genoma non è attivo,

non trascrive

- Negli anfibi per un certo periodo non è attivo

- Nela drosophila devono avvenire una decina di divisione mitotiche prima dell’attivazione del

genoma 45

- Nella nostra specie, come nei mammiferi, il genoma è attivo quasi subito dopo la fecondazione, già

dalle prime divisioni cellulari.

IL CALCIO DELLO SPERMATOZOO NELL’UOVO

Nel giro di pochi secondi dall’ingresso dello spermatozoo aumenta il cacio, che è un mediatore

intracellulare; serve nella reazione dei granuli corticali. Poi il calcio viene immagazzinato nel reticolo e

quindi serve anche per attivare tutte quelle reazioni metaboliche per far partire lo sviluppo embrionale:

far partire le prime mitosi, replicare il DNA, ecc.

Quindi la risposta dell’uovo all’entrata del calcio è conservata, ovvero è un evento che si trova nella

maggior parte delle specie.

Troviamo un onda di calcio all’interno dell’uovo dopo che lo spermatozoo è entrato.

Come viene rilasciato il calcio? Qual è la via di segnalazione dell’uovo?

Il calcio viene rilasciato dalle riserve di calcio all’interno della cellula (esempio il RE). Per aumentare il calcio

viene attivata la viafosfolipasica di membrana. La fosfolipasi C va a tagliare il fosfolipide di membrana che

porterà al rilascio di due mediatori uno dei quali regola l’aumento del calcio all’interno dell’uovo (guarda

biologia cellulare).

L’aumento del calcio apre le porte di una pompa ionica che aumenta il pH cellulare che insieme al calcio

danno via al ciclo cellulare e quindi si attiva l’uovo.

Il calcio va a determinare reazioni precoci (granuli corticali) e una serie di reazioni più lente che portano alla

divisione delle cellule e alla sintesi del DNA.

DETERMINANTI CITOPLASMATICI

In alcune specie viene stimolata la riorganizzazione dei costituenti citoplasmatici e in particolare del

materiale morfogenetico: i determinanti materni (sono proteine che determinano, nello sviluppo precoce,

il destino di alcune cellule).

Perché questi determinanti materni, dove sono presenti, devono essere riorganizzati?

Perché devono essere distribuiti in modo asimmetrico nel corso delle divisioni cellulari solo in alcune

cellule, determinano poi lo sviluppo a mosaico.

Questi movimenti citoplasmatici è difficile vederli e non sono presenti in tutti i tipi di uova (esempio nei

mammiferi non ci sono, perché lo sviluppo dipende da segnali che le cellule si scambiano fin da subito).

Esempio di movimenti di citoplasma che avvengono nell’uovo di ascidia (uovo con sviluppo a mosaico):

Nel citoplasma dell’uovo, prima della prima divisione dello sviluppo, cioè appena è entrato lo spermatozoo,

si trova una diversa pigmentazione (granuli colorati). In particolare questo uovo contiene nel citoplasma

periferico, un citoplasma giallo(mioplasma), chiamato così perché contienegranuli di pigmento ricchi di

grasso.

L’analisi di questo citoplasma ha dimostrato che sono contenuti particolari determinanti per la formazione

della muscolatura della coda della larva.

Prima della fecondazione questo citoplasma periferico è distribuito in modo uniforme sotto alla membrana

plasmatica. In seguito, dopo la fecondazione, si sposta e riusciamo a seguire questo movimento.

Rimaneggiamento del citoplasma dopo l’entrata del spermatozoo:

in primis il mioplasma si sposta verso il polo vegetativo dell’uovo per poi concentrarsi ad un lato del polo

dell’equatore per formare la semiluna gialla. Ed è proprio la semiluna gialla che si differenzierà in coda

della larva. 46

Quindi già ad uno stadio di una cellula sono determinati gli assi embrionali, perché dove c’è la semiluna

gialla si formerà la parte posteriore della larva (asse antero posteriore).

L’asse antero posteriore determina di conseguenza anche l’asse dorso ventrale poichè i due sono

perpendicolari. ROTAZIONE DI ORIENTAMENTO

Quando entra uno spermatozoo in un uovo si ha la reazione dei granuli corticali, i quali rilasciano le proteasi

il cui compito è quelli di tagliare la membrana plasmatica da quella vitellina, dalla quale poi si formerà la

membrana di fecondazione. L’uovo quindi ruota e posiziona il polo vegetativo verso il basso per effetto

gravitazionale, poiché presenta il tuorlo è più pesante.

Questa è chiamata rotazione di orientamento

ROTAZIONE CORTICALE (pag 173)

La rotazione corticale è più importante. Il citoplasma corticale (cortex che ha il pigmento scuro) al di sotto

della membrana plasmatica, ruota di 30°; la sua direzione di rotazione è determinata dall’ingresso dello

spermatozoo e ruota verso la futura regione dorsale dell’embrione. la zona in cui entra lo

spermatozoo sarà la futura

regione ventrale, mentre l’altra

sarà la futura regione dorsale;

anche in questo caso si è

determinato un asse dorso

ventrale.

L’asse dorso ventrale è il primo

ad essere determinato, prima

di quello antero posteriore,

perché la reazione è scatenata subito dopo l’entrata dello spermatozoo.

Tutto questo avviene prima della prima mitosi dello zigote.

Si forma anche la semiluna grigia che ha una pigmentazione intermedia tra quella nera e quella chiara: c’è

una risalita del pigmento. 47

PRIMA FASE DELLO SVILUPPO EMBRIONALE

SEGMENTAZIONE

L’uovo può essere più o meno grande, ma è comunque più grande di una cellula somatica. Il citoplasma

dell’uovo deve essere ripartito alle cellule figlie, questo step è chiamato segmentazione. La segmentazione

è una fase di attiva proliferazione cellulare, processo grazie al quale dallo zigote si generano più cellule

chiamate blastomeri. Al termine della segmentazione, l’embrione raggiunge lo stadio di blastula o

blastocisti o blastoderma a seconda della specie di cui si parla.

Cosa caratterizza questo stadio?

1. Mitosi rapide si passa da una singola cellula ad un organismo pluricellulare. L’embrione nel corso

della segmentazione è chiamato blastula e le cellule blastomeri.

2. Non c’è accrescimento nell’uovo perché il suo citoplasma viene ripartito alle cellule figlie che via

via diventano più piccole per tornare alle dimensioni generali delle cellule somatiche della specie.

Quindi la forma generale non cambia, tranne per la formazione, per la maggior parte delle specie,

di una cavità interna che si riempie di un liquido secreto dai blastomeri. Questa cavità è chiamata

blastocele o cavità primaria dell’embrione. La cavità secondaria è quella celomatica. La cavità

primaria è destinata a scomparire.

3. I primi cicli di segmentazione sono molto rapidi e nella maggior parte delle specie sono

sincronizzati. Il ciclo è molto rapido mancano perché mancano le fasi G1 e G2, ci sono solo fasi S e

fasi M; le due fasi mancano perché tutto quello che serve (organuli, ecc) per la divisione cellulare è

già stato immagazzinato e prodotto durante l’ovogenesi.

Le uova di mammifero però fanno eccezione: la segmentazione nelle uova di mammifero avviene molto

lentamente e non sono neanche sincronizzate.

4. Durante queste primi fasi dello sviluppo il genoma delle cellule dell’embrione non è attivo. Esiste

uno stadio nel corso delle segmentazione, chiamato stadio di mid-blastula (transizione medio

blastula), nello xenopus corrisponde a 10 divisioni cellulari, in cui cambia qualcosa: la divisione

rallenta, si perde la sincronia e il ciclo cellulare si avvia per tornare normale, ricompaiono G1 e G2;

ma soprattutto in questo stadio il genoma si attiva.

Il DNA derivato dall’unione dello spermatozoo e dell’uovo si attiva, grazie a proteine di origine materna che

sono già presenti dall’ovogenesi.

Anche nella Drosophila il genoma delle cellule embrionali non è attivo, si attiva dopo 10 divisioni; mentre è

attivo da subito nel riccio di mare e nei mammiferi.

MODALITA’ DI SEGMENTAZIONE

I diversi tipi di uova (tanto o poco tuorlo) determinano lo sviluppo dalla

segmentazione in poi. Ci sono diverse modalità di segmentazione, in

relazione soprattutto alla quantità e alla localizzazione spaziale del vitello o

tuorlo che determinano l’asse lungo il quale avviene la segmentazione e la

dimensioni relative ai blastomeri.

Si chiama piano di segmentazione l’asse lungo la quale le due cellule si

dividono; il fuso della cellula sarà perpendicolare al piano di segmentazione.

Quest’ultimo, se c’è poco tuorlo, si posiziona al centro della cellula, se c’è

molto tuorlo si posiziona nell’area di citoplasma più libera dal tuorlo. Il 48

tuorlo inibisce la divisione cellulare, si comparta in modo inerte: la velocità dei ritmi di segmentazione è

inversamente proporzionale alla quantità di tuorlo.

Segmentazione oloblastica o totale o completa:

si divide tutto l’uovo. Questa segmentazione è tipica delle uova oligo- e mesolecitiche

Segmentazione meroblastica o parziale o incompleta:

solo una parte dell’uovo si divide. Sarà più o meno parziale in base alla quantità di tuorlo. Questa

segmentazione è tipica delle uova macrolecitiche.

La segmentazione più presentare anche diverse simmetrie di segmentazione: riguarda la disposizione che

nel corso della divisione delle cellule i blastomeri che si formano assumono tra di loro.

Nei protostomi, in genere, se le uova presentano poco tuorlo, la segmentazione dell’embrione avviene

secondo piani che formano angoli acuti rispetto all’asse polare dell’uovo: ne deriva una segmentazione di

tipo spirale ed il tipo di sviluppo sarà a mosaico.

Nei deuterostomi alla segmentazione, i fusi mitotici si posizionano lungo piani paralleli (meridiani) e

perpendicolari (equatoriali) all’asse polare animale-vegetativo e le variazioni delle porzioni dell’embrione

hanno la capacità di regolarsi (sviluppo regolativo).

In embrioni di alcuni organismi (esempio mammiferi) i piani di segmentazione possono avere orientamento

differente nei primi blastomeri (segmentazione rotazionale).

PIANI DI DIVISIONE

1. Piano equatoriale: passa per l’equatore della cellula, perpendicolare all’asse polare dell’uovo. Ci

sono anche piani paralleli a quello equatoriale, ovvero chenon passano per l’equatore, ma sopra o

sotto

2. Piano meridiano: passa per l’asse polare.

La posizione dei piani di segmentazione è dipendente dalla posizione del fuso mitotico e quindi dei

centrosomi che determinano la localizzazione dell’anello contrattile di filamenti di actina e miosina per la

citodieresi. La successione di posizione dei piani di segmentazione determina la ripartizione nelle cellule

figlie dei componenti citoplasmatici delle cellula uovo; se questi sono omogeneamente distribuiti nella

cellula uovo, i blastomeri che si formano non presenteranno differenza di composizione. Una non

omogenea distribuzione di componenti, comporta invece una segregazione di specifici componenti, i

determinanti materni, in alcuni blastomeri e darà precocemente origine a diversità cellulare.

SEGMENTAZIONE COMPLETA O OLOBLASTICA

Tipica delle uova oligolecitiche e mesolecitiche, cioè uova che non hanno molto tuorlo. Si hanno più

simmetrie della segmentazione completa:

- Radiale

- Spirale

- Rotazionale Segmentazione radiale (pag 9)

Si forma quando c’è una regolare alternanza di piani di segmentazione meridiani e piani di segmentazione

equatoriali e paralleli all’equatore. Un esempio sono gli echinodermi: hanno uova piccole con poco tuorlo.

49

Il primo piano di segmentazione è il piano meridiano, il

secondo è sempre meridiano, ma perpendicolare al primo,

mentre il terzo è equatoriale. Il risultato è una blastula con

una parete esterna; è una blastula monostratificata: le cellule

divise si spostano alla periferia per formare la parete della

cavità del blastocele.

Si parla di simmetria radiale uguale, perché i blastomeri che

si formano hanno dimensione uguale.

Uovo di riccio di mare (pag 127):

le prime due divisioni avvengono secondo due piani meridiani passanti entrambi per l’asse animale-

vegetativo e disposti tra loro ad angolo retto. Si originano prima così due blastomeri e poi quattro

blastomeri posti sullo stesso piano. La terza divisione si attua in tutti i blastomeri secondo un piano

equatoriale, perpendicolare rispetto al polo animale-vegetativo e si formano quattro blastomeri disposti al

polo animale e quattro al polo vegetativo. Fino a questo stadio le divisioni sono uguali. La quarta divisione è

peculiare dei ricci di mare:

- I quattro blastomeri animali si dividono secondo un piano meridiano formando una corona di 8

blastomeri di eguale grandezza (mesomeri).

- I quattro mesomeri vegetativi invece si dividono in modo ineguale secondo un piano di divisione

latitudinale subequatoriale, dando così origine a 4 blastomeri più grandi (macromeri) superiori e 4

blastomeri più piccoli (micromeri) verso il polo vegetativo.

Alla quinta divisione gli 8 mesomeri si

dividono secondo un piano equatoriale

originando due corone sovrapposte di 8

blastomeri ciascuna (an1 e an2) a partire

dal polo animale. I 4 macromeri invece si

dividono secondo un piano meridiano in

una corona di 8 blastomeri uguali.

Dai 4 micromeri si generano 4 micormeri più grandi e 4 micromeri più piccoli. Dopo la settima divisione è

raggiunto lo stadio di giovane blastula che si presenta sferica, monostratificata con ampio blastocele.

Uovo di anfibio (pag 174):

la prima divisione di segmentazione avviene secondo un piano meridiano che passa per l’asse animale-

vegetativo e che in genere tagli a metà la semiluna grigia. In questi casi i primi due blastomeri

corrispondono a metà destra e sinistra dell’embrione il piano di divisione corrisponde al futuro piano di

simmetria bilaterale. Il secondo piano di divisione è ancora meridiano, ortogonale al primo e divide

l’embrione in due blastomeri dorsali (quelli che

comprendono la semiluna grigia) e due blastomeri

ventrali. La terza divisione, a differenza delle prime

due che sono eguali, è diseguale in quanto il piano

di divisione è latitudinale, spostato verso il polo

animale con formazione di quattro micromeri più

piccoli al polo animali e quattro macromeri al polo

vegetativo. Nelle seguenti divisioni i micromeri si

dividono più velocemente dei macromeri e più 50

diventano anche più numerosi. Abbiamo prima uno stadio chiamato morula (32 blastomeri) e poi una

blastula iniziale dove si è formato un blastocele ridotto, contenuto nell’emisfero animale, il cui “tetto” è

formato da micromeri disposti su più strati mentre il pavimento è dato dai discendenti dei macromeri ricchi

di tuorlo. Lo strato esterno di blastomeri forma giunzioni strette isolando il blastocele dall’esterno. I

blastomeri interni invece sono uniti tra di loro da giunzioni comunicanti. Le divisioni rallentano e perdono

sincronia dal periodo detto transizione di blastula media che segna il passaggio dal controllo materno della

segmentazione a quello embrionale. Segmentazione a spirale

I fusi mitotici, in particolare dalla terza

divisione in poi, hanno un

orientamentoobliquo rispetto all’asse

animale-vegetativo, per cui ciascuno dei

quattro blastomeri dell’emisfero animale, più

piccoli di quelli dell’emisfero vegetativo, è

ruotato di circa 45° rispetto alla cellula

sorella, verso destra o verso sinistra. Il senso

di rotazione è determinato da fattori

citoplasmatici sintetizzati e conservati nel

citoplasma durante l’oogenesi, e attivi dopo la fecondazione.

Caratteristica di questo tipo di segmentazione è che si formano blastule con cavità minima o prive di cavita

perché i blastomeri tendono a chiuderla.

Segmentazione rotazionale (pag 218)

Prende questo nome per il diverso orientamento dei piani di divisione dei primi blastomeri. La prima

divisione è lungo un piano meridiano, la seconda è meridiana per uno dei due blastomeri ed equatoriale

per l’altro blastomero (entrambi i piani sono ortogonali al piano della prima divisione di segmentazione).

Un esempio di uova che subiscono questo tipo di segmentazione sono quelle di mammifero. Oltre alla

segmentazione radiale, queste uova hanno altre caratteristiche:

1. Segmentazione radiale

2. Lentezza delle divisioni, delle mitosi

3. Asincronia delle prime divisioni

4. Trascrizione dei geni zigotici precoce, comincia subito

5. Allo stadio di 8 cellule, avviene la compattazione, instaurano le giunzioni cellulari tra di loro e a

questo stadio la divisione si arresta.

6. Differenziamento precoce (trofoblasto ed embrioblasto). Subito dopo la compattazione, all’arresto

si differenziano la linea cellulare del trofoblasto e dell’embrioblasto.

7. Si forma la blastocisti, embrione al termine della segmentazione ed è questo stadio che si impianta

nella mucosa uterina 51

COMPATTAZIONE

La terza divisione produce un embrione di 8 cellule; queste dapprima hanno un rapporto piuttosto lasso

tra di loro ed infatti i blastomeri sono tenuti insieme anche grazie alla zona pellucida, ma in un secondo

momento la produzione di caderine le porta a compattarsi tra di loro. Questo fenomeno, chiamato

compattazione, è peculiare dei mammiferi.

Prima della compattazione le cellule hanno forma rotondeggiante, dopo la compattazione invece si

compattano, da rotonde diventano polarizzate, ovvero la superfice dell’uovo ha la membrana sollevata in

microvilli. Le cellule rotonde, prima delle compattazione, hanno pochi punti di adesione tra di loro, nel

corso della compattazione le cellule aumentano invece questi punti di adesione.

Tra le membrane laterali e basali poi si instaurano giunzioni di ancoraggio per cui le cellule si compattano e

si polarizzano. Dopo la compattazione la membrana plasmatica non è uguale dappertutto: abbiamo una

porzione laterale con microvilli e una superfici laterale e basale distesa.

Questa compattazione è il prerequisito per formare lablastociti.

La quarta divisione dà luogo ad un morula di 16 cellule distribuite in modo da disporne alcune (poche)

all’interno ed altre (la maggior parte) all’esterno di queste. L’embrione vero e proprio si forma dalle cellule

che allo stadio di 16 cellule si trovano all’interno

dell’embrione a formare la massa cellulare interna

(ICM) con l’aggiunta di poche cellule dal passaggio

dalle 16 alle 32 cellule.

Le cellule dello strato esterno daranno origine al

trofoblasto e poi al corion in grado di produrre sia

fattori capaci di regolare la risposta immunitaria da

parte della madre sia ormoni per il sostegno

dell’impianto nell’utero.

Le cellule del trofoblasto secernono liquidi nella

cavità interna arricchendola di ioni sodio che

richiamano acqua per osmosi: si determina un

ingrandimento della cavità interna e il posizionamento della ICM su un lato dell’anello di cellule del

trofoblasto. L’embrione così strutturato prende il nome di blastocisti, ancora rinchiusa nella zona pellucida.

Nel momento in cui la blastocisti giunge nella cavità uterina, le cellule del trofoblasto secernono una

proteasi che lisa la membrana pellucida e permette alla blastocisti di fuoriuscire, così arriva all’utero e si

impianta. SEGMENTAZIONE MEROBLASTICA

Segmentazione degli uccelli (pag 215):

L’uovo di pollo è telolecitico, ha tanto tuorlo. La segmentazione avviene in un piccolo dischetto di

citoplasma al polo animale della cellula uovo, chiamato disco germinativo o blastodisco, nella zona

discoidale. Questo disco fluttua su una grandissima quantità di vitello.

Avvenuta la fecondazione il blastodisco va incontro a segmentazione parziale discoidale che ha origine nel

blastoderma, in cui si originano dei solchi che formeranno dapprima dei merociti, ovvero dei blastomeri

incompleti che solo successivamente saranno separati dal sottostante tuorlo.

Il blastoderma è inizialmente monostratificato e si chiama epiblasto. Alla fine della segmentazione nel

blastoderma riconosciamo due zone: l’area pellucida e l’area opaca. Questa distinzione è dovuta

52

principalmente alla formazione di

una cavità al di sotto dell’epiblasto,

causata dal recupero di acqua

dall’albume e dalla secrezione di

liquido. Tale spazio è chiamato

subgerminale.

Le cellule del blastoderma

monostratificato al di sopra di tale

cavità formano allora la zona

pellucida. L’anello periferico che

rimane attaccato al vitello

costituisce l’area opaca.

Tra le due zone viene a crearsi un

sottile strato detto strato

marginale. Nello spazio subgerminale si verifica un importante fenomeno: la delaminazione dell’epiblasto

che porta alla migrazione delle cellule dell’epiblasto. Queste cellule formano degli isolotti che costituiscono

l’ipoblasto primario. Successivamente anche le cellule marginali si staccano e migrano in direzione

anteriore incorporando le isole cellulari già presenti dando così luogo alla formazione dell’ipoblasto

secondario. Lo spazio tra epi- ed ipoblasto è chiamato blastocele.

Segmentazione dell’uovo di insetto (pag. 96):

L’uovo di Drosophila è centrolecitico di forma ellittica con un polo anteriore appuntito e uno posteriore

arrotondato. All’esterno è circondato da un guscio, il corion, e tra questo e la membrana plasmatica è posto

l’involucro vitellino. La maggior parte del citoplasma è occupata da tuorlo e ne sono prive due zone: una

piccola area che circonda il nucleo ed un sottile strato posto sotto alla membrana plasmatica. Al momento

della fecondazione, che è interna, lo spermatozoo raggiunge l’uovo attraverso il micropilo situato

all’estremità anteriore dell’uovo, e poco dopo, non avendo ancora completato la prima divisione meiotica

(oocito primario) ha luogo l’espulsione dei globuli polari. Nell’uovo di insetto vediamo del citoplasma ad un

polo dell’embrione chiamato citoplasma polare e contiene i determinanti citoplasmatici per le cellule

germinali dell’adulto e saranno le prime cellule che si formano. 53

Che tipo di segmentazione c’è?

La segmentazione è di tipo meroblastico superficiale, con formazione di una periblastula. È di tipo

superficiale perchè tutta la massa centrale dell’uovo non si segmenta, ma si segmenta solo l’area del

citoplasma.

Dopo la fusione dei pronuclei il nucleo zigotico, immerso nel tuorlo, va incontro a 14 divisioni

estremamente rapide, della durata di circa 10 minuti, senza che vi sia citodieresi. Le prime 7 divisioni sono

sincrone e i 128 nuclei che ne risultano restano al centro dell’uovo.

Durante le tre divisioni successive inizia la loro grande migrazione verso la zona di citoplasma periferico,

che avviene ance grazie alle proteine citoscheletriche presenti nell’esiguo citoplasma che circonda i nuclei.

Si spostano per primi pochi nuclei in corrispondenza del polo posteriore dove è presente il plasma polare e

dove si formeranno le cellule polari, i precursori della linea germinale. Anche gli altri nuclei migrano alla

periferia (stadio di blastoderma sinciziale) dove si dividono altre tre volte prima che si delimitino le cellule.

I nuclei si trovano in posizione superficiale che condividono lo stesso citoplasma: possono quindi muoversi

dei determinanti importanti per lo sviluppo successivo.

Alcuni nuclei restano nella regione centrale dell’embrione, ove si moltiplicano in sincronia con quelli

periferici ed insieme al citoplasma che li circonda

costituiscono i vitellofagi, che consentono

l’utilizzo del tuorlo da parte dell’embrione.

La cellularizzazione del blastoderma (blastoderma

cellulare) ha inizio con la formazione di

membrane che delimitano i nuclei circondati da

una porzione di citoplasma. Nella parte periferica

dell’embrione si formano delle vere cellule, non

abbiamo più solo nuclei. La membrana si invagina

per andare ad avvolgere tutti i nuclei, quindi si

forma uno strato di cellule con al centro i nuclei

che non sono migrati.

Le cellule polari si formano prima delle altre e si

separano dal resto del blastoderma.

Al termine della segmentazione la periblastula è costituita da un singolo strato periferico di circa 6000

cellule colonnari di eguali dimensioni (stadio di blastoderma cellulare) che circondano la massa centrale di

tuorlo nella quale sono sparsi i vitellofagi.

Al polo del blastoderma sporgono lateralmente circa 35 cellule polari rotondeggianti.

GASTRULAZIONE

Fase in cui le cellule non si limitano a dividersi, ma è una riorganizzazione delle cellule embrionali.

L’embrione deve posizionare le cellule al posto giusto, quindi formare i tre foglietti embrionali che sono

chiamati ancheterritori embrionali transitori, perché sono destinati a diventare i vari organi

dell’organismo.

Stadio di estesi movimenti cellulari per portare le cellule della blastula al posto giusto per iniziare

l’organogenesi.

La gastrulazione è una fase di intensi movimenti morfogenetici, mediante i quali le cellule dell’embrione,

singolarmente o a gruppi, cambiano forma e/o posizione facendo gradualmente acquistare all’embrione

54

stesso, detto ora gastrula, l’appropriata struttura tridimensionale. Perché le cellule possano realizzare

quanto processo, è evidente che in esse si devono modificare l’organizzazione del citoscheletro e il tipo di

molecole di membrana implicate nell’adesione cellula-cellula e cellula-matrice extracellulare.

LE CELLULE DELLA BLASTULA

Durante la segmentazione abbiamo parlato di cellule più grandi e più piccole, ma non abbiamo parlato di

aree a destino diverso; le cellule nel corso della segmentazione non sono ancora differenziate.

Verso la fine della segmentazione, però, vanno a costituire i territori presuntivi: sono delle aree cellulari

con gruppi di cellule già predestinate a fare l’uno o l’altro foglietto.

Come si identificano questi territori presuntivi?

Si sono sviluppate diverse tecniche:

1. Andando a colorare diverse parti dell’embrione con coloranti vitali, ovvero coloranti che colorano

le cellule senza ucciderle, nel corso della segmentazione si va a vedere come si muovono e dove

vanno a finire

2. Marcatori specifici di cellule dei tre foglietti. Con questi marcatori si possono costituire delle

mappe delle aree dei territori presuntivi, ovvero della mappe che mi indicano dove e con quali

cellule si formeranno gli organi.

Una parte delle cellule che si è formata nel corso

della segmentazione si spostano all’interno

dell’embrione. In questa fase di gastrulazione si

evidenzia una differenza sostanziale di

compartimento tra tre territori principali

dell’embrionie, i cosiddetti foglietti embrionali,

costituiti da gruppi di cellule con caratteristiche

omogenee. I foglietti sono:

- Endoderma forma l’intestino primitivo o archenteron

- Mesoderma occupa porzioni intermedie tra i due

- Ectoderma rivestimento esterno dell’individuo e il SN

Da questi tre territori embrionali inizierà la gastrulazione. Ci saranno delle aree che verranno portare

all’interno e costituiscono

Come sono i movimenti morfogenetici?

Sono movimenti coordinati di cellule che possono essere divisi in due gruppi:

- Movimenti di singole cellule

- Movimenti di interi foglietti cellulari

Per muoversi cambiano forma e adesione con le cellule vicine. Durante questa fase i nuclei delle cellule

sono attivi; erano già attivi al termine della segmentazione (l’attivazione cambia da specie a specie), ma

dalla gastrulazione in poi sono di sicuro attivi.

Generalmente, dopo la gastrulazione, iniziano anche a manifestarsi degli eventi di differenziamento

cellulare: processo attraverso il quale le cellule acquisiscono specifiche caratteristiche e proprietà

funzionali, quindi la capacità di svolgere un compito ben preciso. In genere una cellula che intrapreso un

particolare percorso di differenziamento cellulare (es. cellula muscolare) perde la capacità di differenziarsi

55

in qualunque altro tipo cellulare e/o di generare cellule capaci di farlo. Si dice quindi che una cellula nel

differenziarsi subisce una restrizione di potenzialità.

Corda dorsale:

Nei vertebrati nel mesoderma, durante la gastrulazione, viene portata all’interno anche una struttura

transitoria dell’embrionale, chiamata corda dorsale, che ha il compito di sostenere l’embrione prima che si

formi la colonna vertebrale. L’embrione inizia ad allungarsi, quindi ha bisogno di un sostegno dato dalla

corda dorsale che non è altro che un cordone di cellule.

Le diverse modalità di gastrulazione dipendono:

- Dal tipo di blastula che dipende dal tipo di uovo

- Dai movimenti cellulari, ce c’è più di uno coordinati.

MOVIMENTI GASTRULARI

1. Delaminazione:

Un foglietto di cellule si ritrova all’interno per divisione delle cellule dello strato da cui partono; questa

disposizione deriva dall’orientamento dei fusi di segmentazione il cui asse è perpendicolare all’embrione

stesso.

Il risultato sono due lamine: una all’interno una all’esterno.

2. Immigrazione o ingressione:

La blastula ha delle cellule che vanno all’interno dell’embrione, migrano come cellule singole. Con questa

modalità di movimento, cambiano forma e migrano in forma indipendente.

Le cellule della parete della blastula ricordano cellule epiteliali (sono cellule polarizzate che poggiano su una

membrana basale).

Le cellule assumono una forma irregolare, perdono adesione con le cellule vicine, si staccano ed entrano

all’interno.

3. Invaginazione:

Movimento di un foglietto di cellule: una parte del foglietto periferico si invagina verso l’interno ed entra.

Questo movimento è possibile solo quando la blastula ha un blastocele, cioè una cavità interna che

consente il ripiegamento delle cellule all’interno.

Inoltre, una condizione necessaria perché avvenga

l’invaginazione è che la parte che si ripiega deve essere

monostratificata (negli anfibi ad esempio non riesce a

ripiegarsi).

4. Estensione convergente:

Interessa un gruppo di cellule che si estende in una direzione

e converge in una direzione perpendicolare a quella di

estensione.

Le cellule si riorganizzano, si muovono e il risultato è che un

foglietto da largo ed esteso diventa lungo e stretto. 56

5. Involuzione o embolia:

Movimento che interessa un foglietto di cellule. Un movimento di questo tipo è quando un foglietto

esterno si espande e si riprega su se stesso verso l’interno, estendendosi sulla superficie basale delle cellule

esterne.

Il risultato è che un foglietto ruota su se stesso e scorre all’interno sulla superficie basale delle cellule che

rimangono all’esterno.

6. Epibolia o scorrimento:

Un foglietto che si trova all’esterno, prolifera e si sovrappone sopra ad altre cellule che si ritroveranno

all’interno. Cellule che si trovano ad un polo dell’embrione scorrono finché non vanno a ricoprire l’esterno

di tutto l’embrione. FINE GASTRULAZIONE

L’embrione inizia ad abbozzare la sua forma, non è più rotondo e si sono formati i primi territori embrionali.

Subito dopo la gastrulazione c’è l’organogenesi: si formano gli organi, non a caso, ma da un determinato

foglietto embrionale (esempio: SNC da ectoderma, ecc.). L’organogenesi è un processo graduale, all’interno

dei foglietti ci sono aree organogenetiche: aree con cellule già programmate nel loro destino per formare

un determinato organo.

All’interno di questi campi viaggiano dei segnali in modo tale che le cellule, in modo coordinato, formino un

organo. GASTRULAZIONE NEL RICCIO DI MARE

Uovo oligolecitico, gastrulazione più semplice.

Ciclo vitale:

- Uovo piccolo rotondo e oligolecitico

- Segmentazione totale con simmetria radiale

- Blastula piccola, monostratificata, formata da uno strato di cellule epiteliali alla periferia con

blastocele

- Sviluppo indiretto, al termine dello sviluppo si forma una larva chiamata pluteo 57

Si inizia dalla blastula monostratificata. Le cellule sono

polarizzate, nella superficie esterna hanno le ciglia che

servono per il nuoto. Al termine della gastrulazione,

alcune cellule della blastula, in particolare cellule del

polo animale, producono un enzima chiamatoenzima

della schiusa, grazie al quale esce la larva che è libera di

nuotare nell’acqua.

Mappa dei territori presuntivi:

I territori che daranno origine a ectoderma, endoderma

e mesoderma sono disposti in sequenza dal polo

animale a quello vegetativo. Il problema è che i tre

territori presuntivi sono organizzati in modo diverso da

quello finale, quindi le cellule devono muoversi.

Uno degli strati esterni della blastula è lostrato ialino

posizionato dalla reazione dei granuli corticali (la ialina formava lo strato ialino che è servito alla coesione

dei blastomeri mentre si dividevano).

Primo segnale della gastrulazione visibile al microscopio: un polo dell’embrione si appiattisce e si

inspessisce per formarne la piastra vegetativa.

Primo movimento della gastrulazione: alcune cellule del mesoderma presuntivo della blastula si muovono

per ingressione all’interno del blastocele migrando singolarmente (non tutte, solo alcune). Queste sono

chiamate cellule del mesenchima primario. Le cellule formano poi delle strutture scheletriche della larva:

strutture calcaree.

Secondo movimento della gastrulazione: è chiamato invaginazione della regione della piastra vegetativa

dopo l’ingressione del mesenchima primario: la piastra vegetativa si ripiega verso l’interno. Le piastre

dell’endoderma presuntivo devono andare all’interno, si forma una specie di tubo che è l’intestino

primitivo chiamato archenteron; quest’ultimo comunica con l’esterno tramute il blastoporo, una sola

apertura.

Il blastoporo a seconda degli organismi (protostomi o deuterostomi) darà o ano o bocca. Nel caso del riccio

di mare formerà l’ano e la bocca si formerà ex novo. 58

In cima all’archenteron sono rimaste le cellule del mesoderma, portate all’interno dal secondo movimento,

che si staccheranno poi in seguito.

Questo “tubo” all’inizio è largo e corto, si deve allungare all’interno dell’embrione: questo avviene per

estensione convergente dell’endoderma. L’endoderma si allunga in una direzione e questo foglietto

diventa più lungo e più stretto. L’allungamento dell’intestino avviene anche grazie all’attività di alcune

cellule che si trovano sulla cima dell’archenteron che formano filopodi in modo tale che vadano ad

attaccarsi all’ectoderma e tirino l’intestino primitivo.

Queste cellule che hanno emesso i filopodi, si staccano

come cellule singole e vanno a costituire il mesenchima

secondario. Le cellule del mesenchima secondario

andranno a formare le strutture mesodermiche.

Prima che si formi la bocca, quindi prima che l’intestino

raggiunga la parete della blastula, si formano le cavità

celomatiche da vescicole formate da tessuto

mesodermico che si staccano dalla sommità dell’intestino.

Questa modalità di formazione del celoma è detta per enterocelia.

L’endoderma e il mesoderma vengono portati all’interno per ingressione (mesoderma) e invaginazione

(endoderma) per formare l’archenteron che si allungherà per estensione convergente aiutata da filopodi.

GASTRULAZIONE DEGLI ANFIBI

Facciamo la gastrulazione dello Xenopus.

Il tuorlo è un impedimento per la segmentazione, ma questo uovo si segmenta in toto, anche se la velocità

di segmentazione diminuisce dall’alto al basso.

Anche in questo caso la gastrulazione inizia dalla blastula, che è diversa dal riccio di mare: pluristratificata

con blastocele non al centro a causa di macromeri che lo hanno spostato, infatti negli anfibi non si può

formare l’invaginazione dell’intestino primitivo come nel riccio di mare.

Le dimensioni dei blastomeri diminuiscono dal polo vegetativo al polo animale: i macromeri più grossi, i più

vegetativi, sono i più inerti dal punto di vista del movimenti, saranno i micromeri che si muovono in modo

attivo e veloce che faranno si che i macromeri si muovano in modo passivo ed entrino.

Anche in questo caso alla fine della gastrulazione si formano i tre foglietti embrionali. 59

MAPPA DEI TERRITORI PRESUNTIVI

Foto della blastula:

1. Fascia di cellule equatoriale chiamata zona marginale: fascia di cellule che gira attorno al

blastocele. Zona di confine tra i micromeri animali e i macromeri vegetativi.

2. Al centro spostato verso l’alto troviamo il blastocele

3. Calotta animale: porzione dell’emisfero animale sopra al blastocele, chiamato anche tetto del

blastocele Cellule blu ectoderma

presuntivo

Cellule rossemesoderma

presuntivo ricoperto da

micromeri endodermici (gialle

sopra alle rosse)

Cellule gialle endoderma

presuntivo

Questi tre gruppi di cellule non

sono al posto giusto, ad esempio

le cellule dell’ectoderma non

circondano tutta la blastula

quando dovrebbero, quindi in un

secondo momento dovranno poi

spostarsi e riposizionarsi al posto giusto.

Dove inizia la gastrulazione dello Xenopus?

Nel riccio di mare nella regione vegetativa, nello Xenopus non può succedere perché non possono iniziare a

muoversi le cellule più grandi. Le cellule che iniziano a muoversi per prime sono i micromeri, per questo

sono le cellule più attive e più mobili.

La gastrulazione inizia sul lato dorsale della blastula, nella zona marginale, sotto l’equatore, verso il polo

vegetativo, nella zona di transizione tra macromeri e micromeri.

Il lato dorsale è già determinato: dove entra lo spermatozoo sarà la regione ventrale, l’altra quella dorsale

(rotazione corticale).

Come inizia la gastrulazione? Primo segnale visibile

dall’esterno dell’inizio

della gastrulazione:

alcune cellule della zona

dell’endoderma

presuntivo (zona

marginale dorsale), cambiano forma e diventano quelle che sono

chiamate cellule a bottiglia, perché hanno una forma simile a quella

delle bottiglie.

La parte apicale di questo gruppo di cellule, restringendosi, fa si che sulla superficie della blastula si formi

un solco, questo è chiamato labbro dorsale del blastoporo: negli anfibi il blastoporo non si forma subito,

ma gradualmente a causa dei macromeri (sono troppo grossi). 60

Movimenti pre-gastrulari:

Sono stati evidenziati dei movimenti pre-gastrulari prima cioè che si

formino le cellule a bottiglia; questi movimenti sono dovuti a rotazione

dorsale vegetativa: le cellule endodermiche della regione dorsale

(emisfero vegetativo) dell’embrione, si muovono, iniziano a ruotare.

Le cellule endodermiche vegetative del lato dorsale del pavimento del

blastocele iniziano a spostarsi attivamente verso la calotta animale

(vengono a contatto con il tetto del blastocele).

Queste cellule poi cambiano forma e diventano cellule a bottiglia.

Il blastocele è la cavità primaria dell’embrione ed è una cavità che dovrà

poi scomparire, serve per consentire il movimento della gastrulazione e

per mantenere la struttura della blastula.

Questi movimenti iniziali fanno si che la regione marginale dorsale inizi

ad involversi, ovvero quando un foglietto pluristratificato si ripiega su se stesso, si porta all’interno e va a

scorrere sotto alla superfice basale del foglietto che rimane sopra (in questo caso è quello azzurro).

Le cellule a bottiglia quindi sono il motore iniziale che va a tirare le altre

cellule della zona marginale, le portano ad internalizzarsi mediante

involuzione all’interno dell’embrione. Sono invece più importanti le

cellule interne della zona marginale che con i loro movimenti (soprattutto

estensione convergente) generano le forze che tirano all’indietro

l’archenteron.

Il labbro dorsale consente quindi alle cellule della zona marginale di

involversi, di andare all’interno. L’involuzione interessa tutte le cellule della

zona marginale dorsale, solo pochissime della zona dell’endoderma.

Dall’involuzione delle cellule della zona marginale dorsale si inizia a

formare una fessura che è un intestino primitivo, è l’archenteron. Non è completo e c’è solo una piccola

fessura all’inizio.

Cosa succede al foglietto di cellule che entra nell’embrione mediante involuzione?

Col procedere della gastrulazione la rotazione vegetativa si estende

lateralmente e ventralmente. Tutti i movimenti che vediamo dorsalmente si

estendono poi lateralmente per arrivare anche ventralmente.

I movimenti che fanno convergere le cellule del labbro dorsale causando il

restringimento della zona marginale, ed al tempo stesso fanno estendere lo

strato nella direzione dell’asse animale-vegetativo sono chiamati movimenti

di estensione convergente. Le cellule devono arrivare dalla parte opposta

dalla zona da cui sono partite, si definisce quindi l’asse antero-posteriore (dove c’è il blastoporo si formerà

l’ano, quindi dalla parte opposta si formerà la bocca). 61


PAGINE

117

PESO

5.32 MB

AUTORE

Bea_B

PUBBLICATO

5 mesi fa


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze biologiche
SSD:
A.A.: 2018-2019

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Bea_B di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biologia dello sviluppo e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Modena e Reggio Emilia - Unimore o del prof Franchini Antonella.

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