Riassunto esame Biologia dello Sviluppo, prof. Moreno, libro consigliato Biologia dello Sviluppo di Gilbert

FECONDAZIONE INTERNA NEI MAMMIFERI

Nei mammiferi la fecondazione avviene nelle tube uterine della femmina.

Il viaggio dei gameti nell’ovidotto: traslocazione e capacitazione.

Il tratto riproduttivo femminile è un insieme di tessuti specializzati che regolano attivamente il trasporto e la maturità

di entrambi i gameti. I gameti usano una combinazione di interazioni biochimiche e propulsioni fisiche per raggiungere

l’ampolla cioè la regione dell’ovidotto dove ha luogo la fecondazione.

Traslocazione: Un oocita di mammifero appena rilasciato dall’ovaio è circondato da una matrice contenente le cellule

del cumulo ooforo cioè cellule del follicolo ovarico alle quali l’oocita che ha ovulato era attaccato. Le fimbrie

dell’ovidotto catturano il complesso cumulo-oocita, una volta catturato una combinazione di battito di ciglia cellulari e

contrazioni muscolari lo trasporta nella posizione più opportuna per la sua fecondazione nell’ovidotto. La motilità

spermatica è un fattore di minore importanza nel guidare lo spermatozoo all’ovidotto, sembra che gli spermatozoi

siano trasportati fino alla tuba uterina mediante l’attività muscolare contrattile dell’utero.

Conclusioni: Le concentrazioni muscolari dell’utero sono fondamentali nel trasportare lo spermatozoo sino

all’ovidotto, la regione dell’ovidotto prima dell’ampolla può trattenere lo sperma per poi rilasciarlo lentamente, la

motilità spermatica è importante una volta che lo spermatozoo arriva nell’ovidotto, lo spermatozoo diviene iperattivo

in vicinanza dell’oocita, lo spermatozoo può ricevere informazioni direzionali dai gradienti di temperatura esistenti tra

le regioni dell’ovidotto, durante il tragitto dalla vagina alla regione ampollare lo spermatozoo matura e diventa capace

di fecondare l’uovo.

Capacitazione: Insieme di modificazioni fisiologiche con cui lo spermatozoo diviene competente a fecondare l’uovo.

Gli spermatozoi appena eiaculati non sono in grado di effettuare la reazione acrosomale finché non sono rimasti per

un certo tempo nelle vie genitali della femmina. Gli spermatozoi non capacitati sono trattenuti nella matrice cumulo

ooforo e non sono in grado di giungere all’uovo.

Eisenbach: ipotesi che la capacità sia un evento transitorio e che gli spermatozoi abbiano una finestra breve nella

quale possono riuscire a fecondare l’uovo.

Quando gli spermatozoi raggiungono l’ampolla, acquisiscono la competenza ma la perdono se si fermano troppo a

lungo nelle vicinanze.

EVENTI MOLECOLARI:

- Rimozione del colesterolo dalla membrana dello spermatozoo da parte di albumine presenti nelle vie genitali

femminili che causa il cambiamento della localizzazione delle zattere lipidiche ovvero regioni isolate della

membrana cellulare che spesso contengono proteine recettrici che possono legarsi alla zona pellucida e

partecipare alla reazione acrosomale. Le zattere originariamente sono localizzate in tutta la membrana

spermatica e a questo punto si raggruppano sulla parte anteriore della testa dello spermatozoo.

- Perdita di proteine o carboidrati della superficie dello spermatozoo

- Il potenziale di membrana del plasmalemma dello spermatozoo diventa più negativo in quanto ioni potassio

fuoriescono dallo spermatozoo; questa variazione può consentire l’apertura di canali del calcio e l’ingresso di

calcio nello spermatozoo; gli ioni calcio e bicarbonato sono importanti per facilitare i fenomeni di fusione delle

membrane tipici della reazione acrosomale.

- Fosforilazione di proteine che possono svolgere un ruolo essenziale nella formazione del recettore che si lega

alla zona pellucida.

- La membrana acro somale esterna cambia e viene a contatto con la membrana cellulare spermatica in modo

tale da prepararla alla fusione.

Prima di entrare nell’ampolla dell’ovidotto, gli spermatozoi non capacitati si legano attivamente alla membrana

delle cellule della tuba nel suo tratto ristretto che precede l’ampolla. Questo legame è transitorio e sembra

interrompersi quando gli spermatozoi diventano capacitati e determina un significativo allungamento della durata

di vita dello spermatozoo e un rallentamento della sua capacitazione e può agire come blocco della polispermia.

IN PROSSIMITÀ DELL’OOCITA: IPERATTIVAZIONE, TERMO TASSI E CHEMIOTASSI.

Durante la capacitazione, gli spermatozoi diventano iperattivi, nuotano a più alta velocità e generano una forza

maggiore; questa iperattivazione è mediata dall’attivazione di un canale del calcio sperma-specifico localizzato

nella cosa dello spermatozoo. Solo gli spermatozoi iperattivi si distaccano dall’epitelio e continuano il loro viaggio

verso l’uovo. L’iperattivazione, insieme all’attività dell’enzima ialuronidasi che si trova sulla superficie esterna della

membrana cellulare dello spermatozoo, consente allo spermatozoo di aprirsi un varso attraverso la matrice

extracellulare del cumulo ooforo.

Un’informazione che può essere usata dallo spermatozoo capacitato per trovare l’uovo è il calore. Gli spermatozoi

dei mammiferi sono capaci di avvertire un gradiente termico tra l’istmo dell’ovidotto e la regione più calda

dell’ampolla. Una volta giunti nella regione ampollare, può entrare in gioco un secondo meccanismo di rilevazione

dell’ambiente circostante, la chemiotassi. L’oocita e le cellule del cumulo associate secernono molecole che

attirano gli spermatozoi verso l’uovo durante le ultime tappe della migrazione spermatica. Una di queste molecole

è l’ormone progesterone. Il progesterone secreto dalle cellule del cumulo che circondano l’oocita di coniglio viene

legato da spermatozoi capacitati e usato come informazione direzionale dallo spermatozoo. E’ quindi possibile che

l’oocita umano secerna un fattore chemiotattico soltanto quando è in grado di essere fecondato, e che gli

spermatozoi siano attratti da tale composto soltanto quando sono in grado di fecondare l’uovo.

RICONOSCIMENTO A LIVELLO DELLA ZONA PELLUCIDA.

Un’ uscita precoce dalla zona pellucida può causare gravidanza extrauterina.

Prima che lo spermatozoo di mammifero possa legarsi all’oocita, deve legarsi e penetrare nella zona pellucida

dell’uovo. La zona pellucida svolge nei mammiferi un ruolo analogo a quello della membrana vitellina negli

invertebrati con la differenza che è una struttura molto più spessa e densa.

La zona pellucida di topo è costituita da 3 glicoproteine principali: ZP1, ZP2, ZP3 insieme a proteine accessorie che

si legano alla struttura integrale della zona. La zona pellucida è una matrice glicoproteica sintetizzata e secreta

dall’oocita in accrescimento e ha due ruoli principali nella fecondazione: lega gli spermatozoi e dà inizio alla

reazione acro somale dopo che lo spermatozoo si è legato.

Nuovo modello di legame dello spermatozoo alla zona pellucida che mette in rilievo le interazioni sequenziali tra

numerose proteine spermatiche e i componenti della zona pellucida; la prima interazione è un legame

relativamente debole accompagnato dal riconoscimento della proteina spermatica da parte di una proteina

periferica che riveste la zona pellucida, la seconda è una proteina dello spermatozoo che forma legami forti con la

ZP3 della zona pellucida. Quest’ultimo legame farà si che lo spermatozoo di topo subisca la reazione acro somale

direttamente sulla zona pellucida.

Stadi iniziali dell’adesione dei gameti.

Prima del legame forte e specifico tra lo spermatozoo e la zona pellucida dell’uovo, viene portato a termine un

iniziale incatenamento tra le due cellule. Lo spermatozoo inizialmente lega una proteina che è associata alla zona

pellucida pur non essendone parte integrante. Il legame dello spermatozoo è favorito anche dalla proteina

spermatica di adesione SED1 che lega il complesso proteico della zona. SED1 si trova direttamente sopra

l’acrosoma e si lega unicamente alla zona di oociti non fecondati evitando quelli fecondati. Gli spermatozoi di

sesso maschile il cui gene SED1 è inattivato sono incapaci di legarsi alla zona pellucida.

Lo stadio finale del riconoscimento spermatozoo-zona pellucida: il legame alla zp3.

ZP3 è la glicoproteina più importante della zona pellucida del topo nel legare inizialmente lo spermatozoo. La

membrana cellulare che ricopre la testa dello spermatozoo può legare migliaia di glicoproteine ZP3 nella zona

pellucida. Sulla spermatozoo esistono numerose proteine differenti capaci di legare ZP3. Molte di queste proteine

dello spermatozoo si legano a catene carboidrati che associate a residui di serina e treonina di ZP3 e una delle

proteine che legano la zona riconosce i residui carboidratici presenti su ZP3. Le porzioni carboidratiche di ZP3 sono

determinanti per l’unione dello spermatozoo alla zona e ciò è confermato dal fatto che qualora tali residui

vengano rimossi da ZP3 questa non si legherà agli spermatozoi così come quando è intatta.

Induzione della reazione acrosomale nel topo da parte di zp3.

ZP3 è la glicoproteina specifica della zona pellucida alla quale, nel topo, si legano gli spermatozoi. ZP3 dà anche

inizio alla reazione acro somale, dopo che gli spermatozoi si sono legati ad essa. La zona pellucida del topo è una

struttura spessa. Andando incontro alla reazione acro somale quando si trova sulla zona pellucida, lo spermatozoo

di topo può concentrare i suoi enzimi proteolitici direttamente nel punto di attacco e aprirsi un varco attraverso

questo strato extracellulare. Infatti, gli spermatozoi di topo che vanno incontro alla reazione acro somale prima di

avere raggiunto la zona pellucida sono incapaci di penetrarla. ZP3 è in grado di causare l’esocitosi mediata dal

Ca2+ della vescicola acrosomale. In seguito al legame con ZP3 la fosfolipasi C (che sintetizza IP3) si attiva, la testa

dello spermatozoo diventa più alcalina, e i canali del Ca2+ di membrana si aprono.

L’ attraversamento della zona pellucida.

L’esocitosi della vescicola acrosomale rilascia varie proteasi che lisano la zona pellucida. Le proteasi creano un

varco attraverso il quale lo spermatozoo può muoversi verso l’uovo. Durante la reazione acrosomale, la parte

anteriore della membrana cellulare cioè quella che contiene i siti di legame di ZP3 viene persa dallo spermatozoo.

Nei mammiferi esistono numerosi sistemi di adesione che mantengono lo spermatozoo nel suo canale di

attraversamento della zona. La proteina zonadesina di origine acrosomale può fissare lo spermatozoo al punto di

attacco e fornire un punto di riferimento per il suo ingresso nella zona. In secondo luogo, alcune proteine più

interne alla membrana acrosomale legano specificamente la glicoproteina ZP2. Mentre gli spermatozoi con

acrosoma integro no