Riassunto esame Biologia dello sviluppo, prof. Moreno, libro consigliato Biologia dello sviluppo

Capitolo 2 – spermatogenesi

La spermatogenesi è stata studiata per la prima volta da Hertwing (1880) nel testicolo

del verme parassita ascaris. I testicoli sono filiformi e le differenti fasi della

spermatogenesi sono lineari per questo facili da studiare.

Struttura del testicolo dei mammiferi

Nei vertebrati amniotici, le cellule germinali sono organizzate all’interno di tubuli o tubi

seminiferi. Nei mammiferi i tubuli vengono verso l’ilo del testicolo dove assumono un

andamento rettilineo per cui sono detti tubi retti. Questi si continuano poi con la rete

testis, una sorta di inizio delle vie spermatiche. Ad essi seguono i canali efferenti,

l’epididimo e il canale deferente o dotto di Wolff che si continua con l’uretra. Tra i

tubuli seminiferi è localizzato del tessuto connettivo, il cosiddetto tessuto interstiziale.

Un tessuto connettivo di tipo fibroso, la tonaca albuginea o albuginea, forma inoltre

una guaina di protezione disposta intorno al testicolo, la quale è rinforzata

internamente da una tunica molto vascolarizzata ricca di fibre muscolari lisce. Dalla

tonaca albuginea so possono originare dei setti che, in alcune specie come l’uomo,

dividono testicoli in lobuli. Ogni testicoli, infine, è circoscritto più esternamente dalla

tonaca vaginale di derivazione peritoneale.

in specifico le parti dei testicoli sono:

- Tessuto interstizialeè un tessuto connettivale molto vascolarizzato. È

caratterizzato da gruppi di cellule, le cellule di Leyding, a cui si deve il 95% della

sintesi del testosterone presente nel sangue. Queste cellule hanno forma

poligonale e sono ricche di reticolo endoplasmatico liscio e di liposomi, strutture

tipiche delle cellule che producono ormoni steroidei. La loro attività secretoria è

sincronizzata e può, in alcune specie, essere stagionale.

- Tubulo seminifero

derivano dai cordoni seminiferi compatti presenti nel testicolo durante la vita fetale. I

tubuli seminiferi continuano nei tubuli retti, che sono delimitati da un epitelio mono

stratificato. La parete dei tubuli è costituita da un epitelio pluristratificato.

Caratterizzato dalla presenza di due tipi di cellule: le cellule germinali o della

linea spermatica e le cellule somatiche o cellule di sertoli. Nei tubuli seminiferi

visti al microscopio le palline nere sono i nuclei delle cellule germinali. Nella

parte centrale di ogni tubulo vi è parte bianca in cui vi sono gli spermatozoi. Le

cellule geminali sono quelle che si rinnovano continuamente e portano alla

formazione degli spermatozoi. Esternamente i tubuli sono circondati da una

lamina basale, da uno più starti di cellule mio epiteliali (cellule mioidi) che si

contraggono ritmicamente e da un tessuto fibroso ricco di collagene, che le

separa dal tessuto interstiziale.

- Le cellule di sertoliè sono cellule di forma colonnare, con la parte basale rivolta

verso la lamina basale, che circonda il tubulo seminifero. La forma e la funzione

di queste cellule cambia considerevolmente durante la vita dell’individuo.

Durante il periodo embrionale e fino alla pubertà, esse si dividono per mitosi,

che cessano nell’individuo adulto, dove il numero delle cellule di sertoli rimane

fisso. Nei testicoli di individui adulti esse presentano abbondante citoplasma e

sono caratterizzate dalla presenza di ramificazioni che circondano le cellule

germinali. Le cellule di sertoli sono unite strettamente tra loro alle mediane

giunzioni strette e occludenti che formano la barriera emato-testicolare che

separa l’ambiente esterno da quello interno dove avviene la spermatogenesi. La

funzione di tale barriera è quella di impedire agli antigeni di membrana delle

cellule germinali non diploidi di passare nel torrente circolatorio, evitando cosi il

rischio di una reazione autoimmune. Ossia impedire che il corpo rigetti i gameti.

I tubuli seminiferi producono corpi estranei (spermatozoi) per questo

l’organismo in risposta produce anticorpi che dovrebbero attaccare gli

spermatozoi, ma le cellule di sertoli impediscono l’aggressione grazie alle loro

giunzioni che non sono fisse ma plastiche in questo modo i spermatociti I

possono passare dall’altra parte. Il citoplasma ha abbondante reticolo liscio,

inclusioni lipidiche, glicogeno e ribosomi: il reticolo rugoso e il golgi sono

scarsamente rappresentati perché inutili. Il nucleo è localizzato nella parte

basale. La loro funzione principale è quella di nutrire le cellule germinali, come

dimostrano gli stretti contatti con queste ultime, dovuti principalmente alle

N-caderine. La produzione di queste cellule è stimolata dal testosterone. Dopo il

differenziamento dei spermatozoi, essi fagocitano sia i corpi citoplasmatici

residui sia le cellule germinali in degenerazione.

- Le cellule germinaliè esse sono costantemente presenti nei tubuli seminiferi a

tutti gli stadi del differenziamento. Esse sono costituite secondo un gradiente

che procede dalla membrana basale verso il lume del tubulo, per cui le cellule

germinali risultano cosi distribuite: spermatogoni, spermatociti I, spermatociti II,

spermatidi e infine gli spermatozoi. Una generazione si comincia a formare

ancor prima che la precedente abbia finito. Un ciclo spermatico è l’intervallo che

impiega uno spermatogonio a divenire spermatozoo.

Fasi della spermatogenesi

Le fasi che si susseguono nella spermatogenesi sono 3 anche se il processo è

continuo:

1 fase moltiplicativaè lo spermatogonio si dividono per mitosi per tutto il pweriodo

riproduttivo e derivano direttamente dalle PGC. Fra le cellule figlie alcune si

differenziano in spermatozoi e altre andranno a contribuire alla formazione delle

cellule staminali. Cosi alla base del tubulo si possono distinguere, in base ai

differenti stadi di condensazione della cromatina, differenti tipi di spermatogoni:

gli spermatogoni staminali hanno un’elevata percentuale di etero cromatina

(cromatina condensata), quelli invece impegnati nella spermatogenesi sono

caratterizzati da una maggiore quantità di eucromatina (cromatina non

condensata). Il secondo tipo di spermatogonio deriva dalla proliferazione dei

primi, secondo un tipo di programmazione che è tipico di ciascuna specie. Tali

cellule, dopo la meiosi, sono collegate tra loro mediante ponti intercellulari

come un sincizio, quindi condividono lo stesso citoplasma per questo

rispondono tutte insieme, sono sincronizzate. Hanno nuclei ricchi in

eucromatina, citoplasma carico di ribosomi e sintetizzano attivamente RNA.

2 fase di accrescimentoè il passaggio spermatogonio/spermatocita è attribuito a

variazioni degli ormoni. Dopo l’ultima divisione mitotica e la duplicazione del

DNA in preleptotene, le cellule germinali si trasformano in spermatociti I ed

entrano nella profase della I divisione meiotica. A seguito della temporanea

dissociazione dei ponti delle cellule di sertoli i spermatociti I passano dal

compartimento basale, più esterno, al compartimento abluminare. Durante il

diplotene la cromatina dei spermatociti I appare despiralizzata, i nucleoli sono

voluminosi e le dimensioni delle cellule aumentano.

3 fase differenziativaè Dopo la prima divisione meiotica i spermatociti II, aploidi

come numero cromosomico e 2 volte più piccoli come taglia, si dividono

rapidamente (II divisione meiotica) dando origine a 4 spermatidi. Gli

spermatociti e gli spermatidi sono derivanti dalla stessa cellula spermatogonica

per questo le cellule sono ancora collegate da ponti citoplasmatici. Le cellule

germinali sono collegate alle cellule di sertoli con delle giunzioni di GAP. Gli

spermatidi sono in stretto contatto con le cellule di sertoli ma si orientano in

modo che la testa del gamete sia inserita nel citoplasma apicale di una di tali

cellule. Poi esse subiscono delle modificazioni che portano al differenziamento

in spermatozoi. L’insieme di tali trasformazioni è detto spermio genesi o

spermio istogenesi e si realizza in prossimità del lume dei tubuli seminiferi, dove

vengono rilasciati i spermatozoi. Gli spermatidi nell’uomo impiegano circa 3

settimane a trasformarsi in spermatozoi.

La spermio genesi

Dopo la seconda divisione meiotica si formano 4 cellule aploidi, gli spermatidi, che si

differenziano in spermatozoi. Questi ultimi, una volta differenziati, si distaccano dalle

cellule di Sertoli e vengono rilasciati all’interno del lume dei tubuli seminiferi; da qui

poi sono indirizzati verso le vie efferenti grazie alla contrazione delle cellule mioidi

presenti lungo la parete dei tubuli. 4 eventi caratterizzano la spermio genesi:

1. condensazione del nucleo (o spermatidio iniziale)lo spermatidio presenta una

forma arrotondata al pari degli spermatociti. Esso contiene un nucleo che è

caratterizzato dalla presenza di eucromatina e di più nucleoli ed è circondato

esternamente dalle cisterne del reticolo endoplasmatico liscio. L’apparato del

Golgi migra verso la futura regione apicale dello spermatozoo e una vescicola

proacrosomica comincia a formarsi a seguito dell’unione di più vescicole di

origine golgiana. La vescicola proacrosomica si dispone a ridosso dell’involucro

nucleare, dove provoca una sorta di invaginazione. I ponti sono ancora presenti

tra spermatidi fratelli.

2. formazione dell’acrosoma (o acquisizione della polarità)la vescicola

proacrosomica (o lisosomi) si appiattisce lungo la futura superficie anteriore del

nucleo e va a costituire progressivamente l’acrosoma o cappuccio cefalico. Il

complesso centriolare e l’abbozzo di flagello migrano nella direzione opposta. Il

centriolo prossimale, in particolare, si avvicina progressivamente al nucleo a

livello del quale si viene a formare una sorta di invaginazione dove va a

posizionarsi il centriolo. Al termine di questo processo di migrazione il nucleo

risulta ovoidale, privo di nucleoli e caratterizzato dall’eterocromatina. Lo

spermatidio presenta una netta polarità lungo l’asse che passa per l’acrosoma

ed i centrioli.

3. sviluppo del flagello e del segmento intermedioil nucleo presenta una forma

diversa a seconda della specie (fusiforme, uomo e falciforme, roditore).

L’acrosoma ricopre come una calotta quasi tutto il nucleo. La membrana

plasmatica che ricopre la parte apicale, è divisa da quella dell’acrosoma da una

strato di citoplasma. Tutto il citoplasma si porta nella parte posteriore della

cellula, dove forma una specie di estroflessione disposta attorno al flagello e

all’abbozzo del segmento intermedio. Tale estroflessione viene detta goccia

citoplasmatica e contiene tutti quegli organelli citoplasmatici che non sono più

funzionali (apparato del Golgi, reticolo endoplasmatico, mitocondri

soprannumerari). Questa goccia viene fagocitata dalle cellule di sertoli. Dei 2

centrioli presenti quello distale si prolunga verso