Documento completo con immagini per esame embriologia corso MED 3-4 Unipd

Embriologia e gametogenesi

Introduzione ai gameti

I gameti sono le cellule del nostro organismo specializzate nella riproduzione, sono diversi fra maschio (spermatozoi) e femmina (cellule uovo). Queste cellule discendono durante lo sviluppo dalla linea germinale. Questa linea cellulare comprende le cellule che sono specifiche per la riproduzione e le cellule da cui derivano, tutto il resto delle cellule del nostro organismo deriva dalla linea somatica e non è mai destinato alla riproduzione.

Linea germinale

La linea germinale porta alla formazione delle cellule sessuali maschili e femminili che hanno metà del corredo cromosomico (una singola copia dei cromosomi). Ciò comporta che nel momento della loro fusione esse diano origine a uno zigote con un corredo cromosomico completo di 46 cromosomi. Questo zigote darà origine a tutti i tipi cellulari del nostro organismo, dando vita alla linea germinale e a quella somatica. Le cellule della linea germinale hanno anch'esse 46 cromosomi ed esiste un processo chiamato meiosi che porta alla formazione di un corredo aploide e quindi degli spermatozoi e le cellule uovo.

Meiosi

La meiosi contempla due divisioni cellulari diverse. La prima divisione meiotica è preceduta da una fase S e quindi da una duplicazione del DNA e dopo il processo di crossing over fra cromosomi omologhi questi vengono separati in due cellule distinte. Nella seconda parte della meiosi non avviene la duplicazione del DNA e procede come una mitosi, partendo da una cellula ottenuta dalla meiosi I si separano i due cromatidi di ogni cromosoma e si formano due cellule aploidi. Se si considera anche l’altra cellula che va incontro a meiosi II, le cellule aploidi totali sono 4.

Gametogenesi maschile

Questo processo comincia con le cellule germinali primordiali da cui nell’uomo derivano gli spermatogoni che aumentano il loro numero per mitosi. A un certo punto procede il loro stadio differenziativo e diventano cellule che prendono il nome di spermatociti primari che entrano in meiosi I, fanno la prima divisione meiotica e formano due cellule che prendono il nome di spermatociti secondari che compiono la seconda divisione meiotica generando per ogni spermatocito primario due spermatidi (cellule rotondeggianti) che vanno incontro a un processo differenziativo che porta alla formazione degli spermatozoi. Questo processo è continuo nel maschio a partire dalla pubertà e può durare anche fino alla fine della vita dell’individuo.

Gametogenesi femminile

La cellula germinale primordiale in questo caso dà origine agli oogoni, questo processo avviene solo nel periodo fetale della vita di una donna. Gli oogoni in questo periodo fetale vanno incontro a mitosi e aumentano il loro numero, un numero limitato di essi diventa oociti primari, questi entrano nella prima fase della mitosi nella vita fetale e si bloccano in questa condizione (gli oogoni dopo la nascita non sono più presenti). La stragrande maggioranza di questi non la completerà mai. Nel periodo della pubertà della donna alcuni di questi cambiano di forma, da piccole cellule diventano molto grandi perché accumulano nel citoplasma tutte le sostanze necessarie alla vita dello zigote. Circa una volta al mese un oocita va incontro alla prima divisione meiotica generando due cellule: una cellula grande come quella di partenza e prende il nome di oocita secondario e l’altra cellula molto più piccola contiene solo il nucleo e poco citoplasma e prende il nome di primo corpuscolo polare. L’oocita secondario viene espulso dall'ovario e comincia un viaggio in cui potrebbe incontrare lo spermatozoo per la fecondazione, solo in questa situazione (con già il genoma maschile al suo interno) avviene la seconda divisione meiotica da cui originano altre due cellule: la cellula uovo vera e propria delle dimensioni dell’oocita secondario e il secondo corpuscolo polare di piccole dimensioni. Qualche volta può accadere che anche il primo corpuscolo polare vada incontro a divisione formando nel complesso quindi tre corpuscoli polari. Questo processo si ferma nel momento in cui una donna entra in menopausa fra i 40 e i 50 anni.

La gametogenesi avviene nelle gonadi che negli uomini sono i testicoli mentre nelle donne sono le ovaie (o ovari).

Gametogenesi maschile

I testicoli sono contenuti nella tasca scrotale e devono essere tenuti a una temperatura di circa un grado inferiore a quella corporea. Dal testicolo partono le vie spermatiche che porteranno gli spermatozoi all’esterno del corpo in seguito a eiaculazione. Queste cominciano con una struttura chiamata epididimo, proseguono con dei dotti deferenti che fanno un percorso complesso formando un arco e confluiscono al loro termine con l’uretra che origina dalla vescica (si parla per questo di apparato urogenitale). Nel percorso agli spermatozoi vengono aggiunte delle sostanze secrete da diverse ghiandole:

• Le vescichette seminali;
• La prostata che si trova subito sotto la vescica;
• Altre piccole ghiandole bulborettali che hanno un contributo minoritario.

Testicoli

Il testicolo è rivestito nella sua parte esterna da un connettivo fibroso chiamato tonaca albuginea che lo divide in lobuli che contengono tubuli molto raggomitolati e sono i tubuli seminiferi contorti, da questi tubuli originano gli spermatozoi. Vari tubuli contorti confluiscono fra loro e formano brevi tubuli detti retti, a loro volta tutti i tubuli retti confluiscono in un lato del testicolo (mediastino del testicolo) dove di forma la rete testis. Da questa rete si originano i vari dottini efferenti che escono dal testicolo e confluiscono in un’unica struttura tubulare che è l'epididimo che all’inizio ha una struttura molto aggrovigliata e si srotola andando a confluire nel dotto efferente.

All’interno dei diversi lobuli i tubuli seminiferi sono separati da un connettivo lasso, questo connettivo contiene i vasi che sono fondamentali in quanto le cellule del testicolo hanno un elevato bisogno di nutrienti, inoltre essendo il testicolo un produttore di ormoni è necessaria la presenza di vasi in modo da rilasciarli in circolo. All’interno del connettivo sono anche presenti delle cellule con funzione ghiandolare endocrina chiamate cellule del Leydig.

I tubuli seminiferi sono dei dotti e sono composti da due popolazioni cellulari:

• Dalle cellule del Sertoli che hanno caratteristiche epiteliali e fungono da sostegno per le cellule della linea germinale. Sono cellule cilindriche con una polarità apico-basale e avvolgono in parte le cellule germinali, una delle loro funzioni è proprio quella di supporto fisico. Hanno molte altre funzioni che comprendono: la funzione trofica perché forniscono il nutrimento alle cellule germinali. Hanno anche funzione ormonale e sono bersaglio dell’ormone follicolostimolante (FSH) e in virtù di questo producono la proteine legante gli androgeni (ABP) che è in grado di legare gli ormoni sessuali maschili (testosterone e suoi derivati) e serve ad aumentarne la solubilità in soluzione acquosa e quindi accompagnare l’ormone nel lume dei tubuli. Queste cellule formano delle giunzioni occludenti molto forti in una posizione molto particolare ossia vicino alla membrana basale formando la barriera emato-testicolare e permette la formazione di due comparti: il comparto luminale e il comparto basale. Nel comparto basale i fluidi contengono sostanze simili ai fluidi del resto dell’organismo mentre nel comparto luminale i fluidi sono molto diversi grazie alle giunzioni occludenti e quindi tutte le sostanze nutritizie devono passare attraverso le cellule del Sertoli.
• Dalle cellule della linea germinale:
  • Gli spermatogoni si situano solo nel comparto basale a diretto contatto con la lamina basale;
  • Gli spermatociti primari che derivano da alcuni spermatogoni compiono la prima divisione meiotica e nel farlo si spostano nel comparto luminale. Questo avviene perché nel momento in cui si formano al di sotto della loro zona basale si forma una nuova serie di giunzioni occludenti formando una nuova barriera al di sotto delle cellule neoformate, la barriera che li circonda apicalmente (quella vecchia) si dissolve e rimane solo quella nuova. Quindi in realtà non avviene lo spostamento delle cellule ma è la barriera emato-testicolare a cambiare in modo che sia sempre presente.
  • Le altre cellule della linea germinale sono già quindi nello strato luminale.

All’esterno dell’epitelio è presente una lamina basale e dei miofibroblasti con capacità contrattili. L’insieme di questi miofibroblasti, del connettivo che li circonda e della lamina basale viene chiamato lamina propria.

Spermatogoni

Esistono diversi tipi di spermatogoni:

• Gli spermatogoni fetali primitivi;
• Gli spermatogoni Ad che si formano a partire dalla pubertà e hanno proprietà staminali, sono cellule che si dividono molto poco;
• Gli spermatogoni Ap che derivano dai precedenti e proliferano molto grazie al processo di mitosi;
• Gli spermatogoni B che solitamente fanno un’altra mitosi e poi possono maturare in spermatociti primari senza un’ulteriore divisione.

Questo processo di maturazione degli spermatogoni è influenzato da un fattore di crescita secreto dalle cellule del Sertoli SCF che è di origine proteica che si lega al suo recettore c-kit che è presente solitamente nelle cellule germinali influenzando sia la maturazione degli spermatogoni che la prima divisione meiotica degli spermatociti primari.

Una particolarità del processo di gametogenesi maschile sta nel fatto che la citochinesi a partire dallo spermatogonio B non avviene in modo perfetto e ciò comporta che le cellule che ne derivano restano collegate da un piccolo ponte citoplasmatico che ha il compito di permettere il passaggio di nutrienti e prodotti genetici (mRNA). Questo ha il compito di evitare errori genetici e perché lo spermatocita primario contenente il cromosoma Y (ha pochissimi geni) necessita i prodotti genici del cromosoma X (che sono fondamentali per la vita) che vengono portati attraverso questi ponti citoplasmatici.

Spermatozoo

Sono cellule estremamente specializzate che possiedono pochissimo citoplasma e si possono dividere in diverse parti:

• La testa contiene il nucleo;
• Il collo dove sono situati i centrioli di cui quello madre è la parte basale dell’assonema del flagello;
• La zona intermedia contiene già l’assonema ed è la zona della cellula dove sono presenti i mitocondri;
• La coda è il flagello che permette il movimento di questa cellula.

Testa

La testa vista in sezione al microscopio elettronico ha una forma triangolare, anche il nucleo è triangolare e contiene i 23 cromosomi condensati in eterocromatina grazie a degli istoni particolari e protamine (specifiche degli spermatozoi) che legano il DNA e lo portano a una fortissima aggregazione. Nella testa è presente anche la vescicola acrosomiale che è rivestita da una singola membrana che avvolge la porzione anteriore del nucleo con una sorta di cappuccio, in sezione appare a forma di V. Essa contiene enzimi litici fondamentali per il processo di fecondazione. Infine la testa contiene pochissimo citoplasma.

Collo

Nel collo sono contenuti i due centrioli di cui quello madre funge da base per i microtubuli acrosomiali.

Zona intermedia

In questa zona i microtubuli dell’assonema posti nella conformazione 9+2 sono avvolti da delle fibre chiamate fibre esterne che originano in questa zona, hanno la funzione di rendere più rigido il flagello in modo da renderlo più forte. In questa zona sono presenti inoltre i mitocondri che hanno la funzione di produrre energia fondamentale per il movimento.

Coda

Per 2/3 della coda oltre all’assonema e alle fibre esterne è presente un’altra struttura chiamata guaina fibrosa esterna. La parte finale della coda invece assomiglia a un ciglio ed infatti è composta solamente dalla membrana plasmatica con all’interno l’assonema.

Spermiogenesi

La spermiogenesi è il processo che porta alla maturazione dello spermatide in spermatozoo maturo, fa quindi parte della spermatogenesi. Il processo si può dividere in quattro fasi:

• Una prima fase definita fase di Golgi. In questa fase si forma la vescicola acrosomica che si origina da una vescicola del Golgi in cui cominciano ad accumularsi enzimi acrosomiali. Alla fine di questa fase la vescicola si sposta molto vicina al nucleo in uno dei suoi lati. Dal lato opposto si posizionano i centrioli.
• La seconda è la fase del cappuccio che consiste nel processo di espansione della vescicola acrosomica fino a coprire quasi la metà della superficie esterna del nucleo. Nel contempo nel centriolo madre origina l’assonema che cresce formando una protrusione che sarà destinata a formare la coda.
• La terza è la fase acrosomica in cui il prolungamento diventa la vera e propria coda raggiungendo la lunghezza finale. In questa fase inoltre il citoplasma si ristruttura. Inizialmente il citoplasma era distribuito in modo uniforme attorno al nucleo ma in questa fase si accumula alla base dell’acrosoma trasportando tutti gli organelli tranne la vescicola acrosomica. In questa fase inoltre i mitocondri si dispongono nella zona intermedia e si formano le fibre esterne.
• Infine c’è la fase maturativa in cui si formano completamente le fibre e la guaina esterna, i mitocondri si avvolgono all’assonema. In questa fase inoltre la cromatina si condensa fortemente e significa che la trascrizione è completamente spenta. Gran parte del citoplasma viene quasi espulso formando una struttura che si chiama residuo citoplasmatico che rimane attaccata allo spermatozoo con un piccolo ponte, in questo citoplasma sono rimasti tutti gli organelli che non hanno una funzione nello spermatozoo maturo e inoltre è rimasto il ponte citoplasmatico che collegava gli spermatidi. Quindi gli spermatozoi sono separati fra loro. Infine avviene la rottura del ponte fra lo spermatozoo e il residuo citoplasmatico, ciò avviene quando lo spermatozoo si trova rivolto verso il lume del tubulo seminifero dove viaggerà fino all’esterno. I residui citoplasmici rimangono legati alle cellule del Sertoli che li fagocitano e ridistribuiscono i componenti cellulari.

La spermiogenesi impiega un tempo di 40 giorni. La spermatogenesi è un processo continuo però e lo è grazie al fatto che il tubulo seminifero è composto da settori che contengono cellule germinali a diversi stadi differenziativi. Gli spermatozoi neoformati non sono in grado di muoversi e vengono spostati all’interno del tubulo dai suoi movimenti generati dai miofibroblasti. Questi spermatozoi non si muoveranno finché non raggiungeranno la cervice uterina. Inoltre a livello dell’epididimo vengono decapacitati legando delle proteine che bloccano dei recettori transmembrana presenti solo sulla testa e ciò impedisce l’attivazione degli spermatozoi in modo da evitare che cerchino di fondersi con una cellula sbagliata.

Funzione ormonale

Le cellule di Leydig sono presenti nel tessuto connettivo fra i diversi tubuli seminiferi. Sono cellule endocrine, hanno un aspetto triangolare con molto citoplasma e un nucleo centrale. Hanno un citoplasma simile a quello delle cellule della corticale del surrene perché producono ormoni steroidei ossia utilizzano il colesterolo o il DHEA (ormone prodotto dalla zona reticolare del surrene) per produrre il testosterone che è un ormone sessuale maschile. Per compiere ciò sono attivate dall’ormone luteinizzante (LH) prodotto dall’ipofisi. Il testosterone è necessario per la spermiogenesi, perciò è accumulato nei tubuli spermatici grazie alla proteine prodotta dalle cellule del Sertoli ABP. Senza questa elevata concentrazione di testosterone gli spermatidi vanno incontro a morte. Il testosterone in parte viene captato dalle cellule del Sertoli e convertito in diidrotestosterone e avviene quando queste sono stimolate dall’FSH e anche questa forma molto attiva di ormone grazie alle proteine ABP si accumula nei tubuli. Tutto questo sistema ormonale è in feedback negativo con l’adenoipofisi. In parte il testosterone agisce direttamente sull’adenoipofisi inibendo la produzione di LH e FSH e in parte l’FSH stimola le cellule del Sertoli a produrre un ormone chiamato inibina che agisce a livello dell’ipotalamo dove viene bloccata la produzione dell’ormone di rilascio delle gonadotropine e anche a livello dell’adenoipofisi bloccando la produzione di gonadotropine.

Gametogenesi femminile

La gametogenesi femminile avviene nelle ovaie, queste sono due e si trovano all’interno dell’addome in prossimità delle tube uterine con cui non sono però in continuità. Le tube sono in continuità invece con l’utero che è la struttura centrale. A differenza dell’uomo l’apparato genitale femminile è separato dall’apparato genitale (non si può parlare di apparato uro-genitale).

Ovaie

Sono composte da una zona corticale all’esterno e da una midollare più interna. La zona midollare contiene un connettivo lasso in cui penetrano i vasi sanguigni che portano nutrimento e ossigeno alle cellule germinali, anche in questo caso come nei testicoli i vasi servono anche a raccogliere gli ormoni prodotti dalle gonadi femminili; penetrano anche i nervi. L’ovario è connesso alla parete addominale con una zona chiamata ilo da cui penetrano inoltre i vasi.