Appunti di Embriologia

Embriologia e gametogenesi

I gameti sono cellule aploidi altamente differenziate derivanti da cellule germinali primordiali (protogoni). Dallo zigote si formano numerose cellule somatiche e un numero limitato di cellule germinali primordiali in cui viene segregato il plasma germinale. I protogoni formati si avvicinano alla linea primitiva e migrano attraverso il mesentere dorsale per colonizzare i territori gonadici in sviluppo. Durante tale migrazione, queste cellule vanno incontro a mitosi producendo le cellule germinali.

Le cellule germinali (spermatogoni e ovogoni) vanno incontro a una sequenza di sviluppo chiamata gametogenesi, durante la quale avvengono tre tipi di eventi:

• Proliferazione mitotica dei goni (fino alla nascita nella femmina in cui tutti gli ovogoni entrano in profase I, nel maschio durante tutta la vita dalla maturità sessuale in poi);
• Divisione meiotica (discontinua e completa solo in seguito a fecondazione nella femmina, continua e completa nel maschio);
• Trasformazioni morfo-fisiologiche dei futuri gameti (auxocitosi nella femmina, spermioistogenesi nel maschio).

Tali eventi sono finalizzati a: 1) la sopravvivenza in ambienti diversi da quelli delle gonadi; 2) il riconoscimento delle cellule omologhe dell’altro sesso e cooperare in eventi legati alla fecondazione; 3) fornire adeguate quantità di materiale nucleare e citoplasmatico per lo sviluppo del nuovo organismo.

Nella gonade maschile, le cellule somatiche sono chiamate cellule del Sertoli, mentre nelle gonadi femminili sono le cellule follicolari.

Spermatogenesi

Le cellule germinali si sviluppano nei tubuli seminiferi contorti, in stretta associazione con le cellule di Sertoli. In questa situazione, le cellule germinali, spermatogoni di tipo A1, restano quiescenti fino alla maturità sessuale. Quindi vengono attivate e attraverso una serie di divisioni mitotiche producono cloni denominati spermatogoni di tipo A1, A2, A3 e A4. Gli spermatogoni intermedi derivanti dagli spermatogoni di tipo A4, dividendosi formano gli spermatogoni di tipo B, che sono in grado di iniziare la meiosi evolvendo in spermatociti primari.

Lo spermatogone di tipo A4 ha tre opzioni: autorinnovamento (ritornare spermatogone A1), morte per apoptosi e differenziamento in spermatogone intermedio. Gli spermatogoni, essendo gli elementi più immaturi, occupano la zona più vicina alla membrana basale. Alla fine della fase moltiplicativa, ogni spermatocita primario duplica il proprio DNA e inizia la prima divisione meiotica, producendo due spermatociti secondari, aploidi per numero di cromosomi, ma con quantità 2c di DNA (ogni cromosoma è ancora composto da due cromatidi). Con la seconda divisione meiotica si originano due spermatidi, cellule aploidi ma ancora indifferenziate.

Spermioistogenesi

La spermioistogenesi è il processo di modificazioni morfologiche che porta uno spermatide a diventare uno spermatozoo. Questo processo prevede la modificazione del nucleo (condensazione della cromatina) e l'elaborazione di organuli specifici (acrosoma e coda). Dall’apparato di Golgi compaiono piccole vescicole circondate da membrana (granuli preacrosomici) che progressivamente si fondono tra loro in un’unica vescicola acrosomica, la quale aderisce alla parte apicale della membrana nucleare, trasformandosi poi nell’acrosoma maturo.

L’assonema, struttura che permette il sostegno e il movimento della coda, si origina dal centriolo distale, il quale si prolunga in tutto il flagello per l’aggiunta di subunità alfa e beta alle estremità distali delle 9+2 coppie di microtubuli. I mitocondri si spostano alla base del flagello. Pertanto, nella spermioistogenesi si riconoscono 4 fasi:

• Fase del Golgi, dove si forma un granulo acrosomico avvolto da membrana;
• Fase del cappuccio, dove la vescicola acrosomica va a rivestire i 2/3 anteriori del nucleo mentre dal centriolo inizia a formarsi il flagello;
• Fase dell’acrosoma, dove il nucleo si sposta alla periferia e la cromatina si addensa e i mitocondri si organizzano intorno alla parte prossimale del flagello;
• Fase della maturazione, dove nucleo ed acrosoma assumono la forma tipica della specie e la maggior parte del citoplasma è fagocitata dalle cellule del Sertoli, che era stato precedentemente concentrato nella regione del collo in corpi residui.

Una caratteristica unica della spermatogenesi è rappresentata dal fatto che le divisioni citoplasmatiche sono incomplete, per cui gli spermatociti restano in comunicazione attraverso ponti citoplasmatici, consentendo la sincronia tra le diverse fasi delle meiosi a partire da uno spermatogonio di tipo B.

Alla conclusione della spermioistogenesi, gli spermatozoi ancora immaturi vengono espulsi nel lume dei tubuli seminiferi (spermiazione). All’interno dei tubuli seminiferi sono immobili e vengono trasportati passivamente dal fluido tubulare. Durante il passaggio attraverso l’epididimo, essi subiscono un processo di maturazione che conferisce loro la motilità necessaria per muoversi in un mezzo liquido. Gli spermatozoi maturi vengono stoccati nella coda dell’epididimo prima di essere eiaculati. Dopo questo passaggio attraverso l’epididimo, gli spermatozoi si arricchiscono del liquido secreto dalle ghiandole annesse alle vie genitali maschili, andando a costituire il liquido seminale o sperma. Tuttavia, gli spermatozoi dei mammiferi acquistano la capacità di fecondare solo nel loro percorso lungo le vie genitali femminili.

Struttura dello spermatozoo

Per quanto riguarda gli organuli, in uno spermatozoo possiamo distinguere:

• Testa: contiene il nucleo aploide e la vescicola dell’acrosoma. Questa deriva direttamente dal Golgi ed è ricca di enzimi litici necessari a penetrare la membrana dell’oocita.
• Collo: contiene moltissimi mitocondri.
• Flagello: costituito dall’assonema centrale, da proteine e dalla membrana che lo riveste. Permette il movimento dello spermatozoo.

Ovogenesi e follicologenesi

Col differenziamento della gonade femminile (ovaio), i protogoni si differenziano in ovogoni, i quali andranno incontro a ripetute divisioni mitotiche (fase di moltiplicazione cellulare). Nei vertebrati, l’ovogenesi è di tipo follicolare in quanto terminata la fase di moltiplicazione, ogni ovogonio si associa alle cellule follicolari di forma appiattita per formare il follicolo ovarico primordiale.

Gli ovogoni si differenziano poi in ovociti primari che si circondano di cellule nutrici costituendo così il follicolo ovarico. Le cellule nutrici proliferano formando la granulosa, che contribuisce alla formazione della membrana vitellina attorno all’ovocita. Nei mammiferi, le divisioni mitotiche si arrestano poco prima della nascita, dove si differenziano in ovociti primari duplicando i loro DNA ed entrando in profase I, rimanendo in uno stato di riposo fino alla maturità sessuale. Nei mammiferi, ovogenesi e follicologenesi procedono in parallelo: a intervalli regolari di tempo, avviene la maturazione di uno o più follicoli e dei relativi ovociti.

Il completamento della prima divisione meiotica avviene in seguito a stimolazione ormonale e le cellule follicolari da piatte diventano cubiche. Il follicolo contenente un ovocita viene chiamato follicolo primario. Le cellule follicolari si dividono andando a costituire più strati cellulari (cellule della granulosa). Tra lo strato interno delle cellule della granulosa e la membrana ooplasmatica si forma uno strato traslucido costituito da glicoproteine e proteoglicani, questo strato rappresenta la zona pellucida. Intanto il connettivo dell’ovaio si organizza intorno alle cellule follicolari in due strati: una teca interna e una teca esterna. Il follicolo così modificato prende il nome di follicolo secondario. Ora le cellule follicolari iniziano a secernere liquido follicolare, il quale confluisce nell’antro follicolare. A questo stato di maturazione, il follicolo prende il nome di follicolo terziario. Nella maggior parte dei mammiferi, ora l’ovocita si arresta in metafase II. L’ovulazione, che consiste nella rottura del follicolo e nel rilascio dell’ovulo, avviene per costrizione dei vasi sanguigni. Nella maggior parte delle specie, l’ovulazione avviene spontaneamente, ma in alcuni casi è indotta dal coito. La completa maturazione degli ovociti avviene solo in seguito alla fecondazione.

Una volta avvenuta l’ovulazione, il follicolo viene invaso dalle cellule della teca diventando corpo luteo. Se l’ovocita non viene fecondato, il corpo luteo produce ormoni solo per un breve periodo e si parla di corpo luteo ciclico, il quale degenera, mentre in caso di fecondazione si forma il corpo luteo gravido.