Biologia dello sviluppo (segmentazione e gastrulazione)

REAZIONE ACROSOMICA

Esocitosi della vescicola acrosomica con rilascio degli enzimi

 proteolitici (che scavano un

percorso attraverso lo strato gelatinoso fino alla superficie dell’uovo).

Formazione processo acrosomale che aderisce alla membrana

 vitellina e attacca lo spermatozoo all’uovo

Nel riccio di mare la reazione acrosomale è attivata dalle interazioni della

membrana cellulare dello spermatozoo con specifici zuccheri complessi

(polisaccaridi solfatati) presenti nell’involucro gelatinoso dell’uovo.

Induzione specie-specifica della reazione acrosomiale da parte di

polimeri solforati del fucosio dello strato gelatinoso in tre specie di riccio di

mare

I Carboidrati dello strato gelatinoso di una specie non sono in grado di indurre

la reazione acrosomiale in specie vicine

specie-specifica e’ importante quando numerose specie

L’induzione

condividono lo stesso habitat e quando le loro stagioni riproduttive si

sovrappongono

Stronglycentrotus purpuratus, la reazione acrosomale è attivata da un

In

polimero ripetuto di fucosio solfato.

Quando questo carboidrato solfatato si lega al proprio recettore sullo

spermatozoo, il recettore attiva un canale di trasporto del calcio, localizzato

sulla membrana dello spermatozoo, che consente allo ione Ca2+ di entrare

nella testa dello spermatozoo.

L’elevata concentrazione di calcio porta alla fusione della membrana

dell’acrosoma con la membrana plasmatica dello spermatozoo

questo provoca il rilascio degli enzimi proteolitici che consentono così di

attraversare l’involucro gelatinoso e di raggiungere la membrana vitellina

dell’uovo.

seguito dell’esocitosi della vescicola acrosomica,si forma il processo

A

acrosomico, che si allunga mediante polimerizzazione di molecole di actina

La bindina (proteina non solubile di 30500 Dalton, isolata in

Strongylocentrotus purpuratus) viene riconosciuta da un complesso proteico

presente sulla membrana vitellina dell’uovo (riconoscimento specie-specifico)

glicoproteina di 350 kDa, EBR1, isolata da uova di riccio di mare

Una

è un potenziale recettore della bindina, in quanto sembra riconoscere

alcune sue porzioni in modo specie specifico.

Si ritiene che i recettori della bindina siano aggregati in complessi alla

superficie dell’uovo; sono richiesti centinaia di questi complessi per il

legame con gli spermatozoi (1500 a saturazione).

bindina lega e agglutina solo uova della stessa specie

Ciascuna

Il riconoscimento specie-specifico dei gameti di riccio di mare avviene a livello

dell’attrazione degli spermatozoi (resact)

 della loro attivazione (resact)

 della loro reazione acrosomale (polisaccaridi solforati)

 della loro adesione alla superficie dell’uovo (bindina)



FUSIONE DEI GAMETI DI RICCIO DI MARE

Si ritiene che la bindina degli spermatozoi del riccio di mare svolga un secondo

ruolo come proteina di fusione.

Diversi aa idrofobici presenti nell’estremo ammino-terminale della bindina,

sono capaci di mediare la fusione di vescicole fosfolipidiche in vitro.

La fusione dello spermatozoo con l’uovo provoca nell’uovo la

polimerizzazione dell’actina per formare, mediante estensione di microvilli,

un cono di fecondazione.

Riassumendo…

Nel contatto e riconoscimento tra spermatozoo e uovo nel riccio di mare

avviene:

Chemiotassi

 Reazione acrosomica e digestione dell’involucro gelatinoso

 Legame con membrana vitellina (bindina)

 Passaggio dello spermatozoo

 Fusione delle membrane (bindina)



FECONDAZIONE INTERNA NEI MAMMIFERI

La Fecondazione interna si può considerare un meccanismo che limita la

dispersione degli

spermatozoi.

Il loro trasporto verso il luogo della fecondazione è facilitato dal movimento

del fluido all’interno

delle vie genitali femminili:

- Minori problemi nell’incontro dei gameti

- Maggiori difficoltà di studio

VIE GENITALI FEMMINILI E FECONDAZIONE

Un ovocita di mammifero appena rilasciato dall’ovaio è circondato dalle cellule

del cumulo ooforo.

Tali cellule permettono all’oocita di essere catturato dalle fimbrie

dell’ovidotto e di raggiungere l’ampolla, sede della fecondazione.

Cosa rende possibile il trasporto degli spermatozoi nell’ovidotto?

Contrazioni muscolari dell’utero

 La regione dell’ovidotto immediatamente prima dell’ampolla trattiene gli

 spermatozoi

Capacitazione

 Motilità spermatica (lo spermatozoo diventa iperattivo in vicinanza

 dell’oocita)

Informazioni direzionali da parte dell’oocita, dell’ovidotto e del cumulo

 ooforo (termotassi e chemiotassi)

Gli spermatozoi non possono fecondare l’ovocita se prima non hanno subito un

processo di maturazione detto “capacitazione” a carico di secrezioni presenti

nell’apparato genitale femminile.

Aumento della motilita’ dello spermatozoo

Acquisizione della capacita’ di riconoscere l’uovo e di

effettuare la reazione

Acrosomiale

Per poter essere capacitati gli spermatozoi devono permanere per un certo

periodo di tempo nelle vie genitali femminili.

Gli eventi molecolari che determinano la capacitazione degli spermatozoi non

sono stati ancora pienamente compresi.

CHE COSA INDICA ALLO SPERMATOZOO LA GIUSTA DIREZIONE?

TERMOTASSI E CHEMIOTASSI

Gli spermatozoi sono capaci di avvertire gradienti di temperatura tra l’istmo

dell’ovidotto e l’ampolla, più calda.

Soltanto gli spermatozoi capacitati sono in grado di sentire tale gradiente

termico.

Una volta raggiunta l’ampolla, entra in gioco il fenomeno delle chemiotassi:

l’oocita e il cumulo ooforo secernono molecole che attirano gli

spermatozoi verso l’uovo (vengono attratti solo gli spermatozoi capacitati).

L’identità di queste molecole è ancora oggetto di studio ma sembra che una di

queste possa essere il progesterone.

L’iperattivazione spermatica, determinata dalla capacitazione, permette poi

allo spermatozoo di aprirsi un varco attraverso il cumulo ooforo.

LEGAME E RICONOSCIMENTO DEI GAMETI NEI MAMMIFERI

Lo spermatozoo si lega alla zona pellucida prima di andare incontro alla

reazione acrosomiale.

Il legame dello spermatozoo alla zona pellucida è relativamente, ma non

assolutamente, specie-specifico (il riconoscimento specie-specifico dei

gameti non è tra i problemi più importanti quando la fecondazione è interna).

ibridi interspecifici sono sterili.

Gli topo questo legame è mediato dalla proteina 3 della zona pellucida (ZP3).

Nel

La zona pellucida di topo è costituita da tre glicoproteine principali:

ZP1, ZP2 e ZP3 e presenta

una struttura fibrillare.

I filamenti principali della zona sono costituiti da dimeri ripetuti delle

proteine ZP3 e ZP2 tenuti insieme in alcuni punti dalla proteina ZP1.

è la proteina di legame degli spermatozoi nella zona pellucida di topo.

ZP3

Questa proteina dà inoltre inizio alla reazione acrosomiale dopo che lo

spermatozoo è stato legato.

Nell topo è stato evidenziato che la reazione acrosomiale si ha quando ZP3

forma legami crociati con recettori presenti sulla membrana

plasmatica dello spermatozoo.

Un probabile recettore è la N-acetilglucosamina-galattosiltransferasi (GalT), un

enzima contenuto

nella membrana plasmatica dello spermatozoo subito sopra l’acrosoma, con il

sito attivo rivolto verso l’esterno.

Esso forma legami crociati stretti e specifici con i residui carboidrati della

ZP3 (Nacetilglucosaminici).

REAZIONE ACROSOMIALE

I legami delle GalT con le ZP3 attiva proteine G specifiche sulla membrana

cellulare spermatica,

dando inizio ad una cascata di eventi biochimici che portano

all’apertura dei canali del calcio di membrana e provocando l’esocitosi della

vescicola acrosomale.

La fonte di Ca2+ è ancora sconosciuta

ATTRAVERSAMENTO DELLA ZONA PELLUCIDA

La zona pellucida nei mammiferi, a differenza della membrana vitellina del

riccio di mare, è una struttura spessa.

La reazione acrosomale consente di aprirsi un varco attraverso questo

strato extracellulare.

Gli enzimi proteolitici producono un foro attraverso il quale lo spermatozoo

avanza per arrivare all’uovo.

Durante la reazione acrosomiale la parte anteriore della membrana cellulare

dello spermatozoo contenente i siti di legame per ZP3 viene perduta.

Gli spermatozoi, durante l’attraversamento, aderiranno alla zona pellucida

mediante altri siti di legame (zonadesina, ZP2, proacrosina)

FUSIONE DEI GAMETI NEI MAMMIFERI

Nel criceto dorato la presa di contatto tra i gameti e’ tangenziale

E’ stato dimostrato l’importanza dell’interazione di una proteina dello

spermatozoo con una proteina CD9 localizzata sulle membrane dei microvilli

delle uova.

Un’altra proteina dello spermatozoo, IZUMO, identificata nel topo e in altri

mammiferi, è coinvolta nel processo di fusione dei due gameti

Spermatozoi di topo portatori di una mutazione del gene Izumo

non sono in grado di fondersi con la membrana cellulare dell’uovo, ma sono in

grado di legare e attraversare la zona pellucida)

è stato isolato il recettore (JUNO) di IZUMO sulla membrana

Recentemente

plasmatica dell’ovocita.

Riassumendo…

Nel contatto e riconoscimento tra spermatozoo e uovo nei mammiferi

Capacitazione, termotassi e chemiotassi

 Legame con zona pellucida (ZP3-GaIT)

 Reazione acrosomica (ZP3)

 Passaggio dello spermatozoo

 Fusione delle membrane (CD9-Izumo)



2)REGOLAZIONE DELLA PENETRAZIONE DELLO SPERMATOZOO NELL’UOVO

(BLOCCO DELLA POLISPERMIA)

BLOCCO DELLA POLISPERMIA

Si verifica quando un uovo è fecondato da due o più spermatozoi.

Di solito è letale poiché dà origine a blastomeri con numero e tipi differenti di

cromosomi.

Il riccio di mare presenta due tipi di blocco della polispermia:

- Il blocco rapido: una reazione rapida dovuta a variazine dle

potenziale della membrana dell’uovo

- Il blocco lento: una reazione lenta dovura all’esocitosi dei granuli

corticali

1. IL BLOCCO RAPIDO è un’onda elettrica ed è mediato da ioni sodio.

Il potenziale di riposo della membrana dell’uovo (-70mV) diventa

positivo (+20mV) entro

1-3 secondi dal legame del primo spermatozoo impedendo agli

spermatozoi di fondersi con

l’uovo

Se si inserisce un elettrodo all'interno della cellula uovo e si colloca

 un secondo elettrodo al di fuori di esso si può misurare la

differenza di potenziale tra i due lati che in genere ha un potenziale