Embriologia

La fecondazione

 Generalità

La fecondazione è il momento in cui gamete maschile e gamete femminile si fondono per dare una nuova

cellula: lo zigote. La fusione implica che il patrimonio genetico aploide delle due cellule germinali formi il

corredo diploide di una cellula somatica umana, cioè 46 cromosomi.

La fecondazione è un evento fortemente regolato, che non dipende solo dalle caratteristiche intrinseche del

gamete maschile e del gamete femminile ma sono necessari anche una serie di processi che rendano i gameti

idonei alla fecondazione, dopo che sono stati prodotti in modo corretto durante la gametogenesi.

La fusione dei gameti avviene a livello della tuba uterina, che diventa la sede della fecondazione. In particolare

la fecondazione avviene nel terzo più distale della tuba uterina, quindi lo spermatozoo per poter fecondare

l’ovulo deve risalire tutte le vie genitali femminili; pertanto la strada che deve compiere il gamete maschile

per arrivare alla sede della fecondazione è sicuramente maggiore di quella che deve percorrere il gamete

all’interno

femminile. Ma gli spermatozoi hanno una vita più lunga della cellula uovo delle vie genitali

l’ovocita dall’ovulazione

femminili: mentre dopo 24 ore innesca il suo processo di apoptosi, gli spermatozoi

permangono fino a 48 ore, vitali e capaci di fecondare. dell’ovocita

Il processo di fecondazione sarà seguito da modifiche a carico che diventerà embrione. Lo zigote,

infatti, è la cellula unica che origina dalla fusione dei due gameti, ma poi questa subirà una serie di divisioni

l’embrione

successive (2, 4, 8 cellule e così via); e man mano che si succedono tutte queste modificazioni,

all’interno nell’utero,

avanzerà della tuba per giungere grazie al movimento vibratile delle ciglia e alla

peristalsi muscolare della tuba. Questo processo viene fatto in circa 5 giorni, quindi intorno al 5°-6° giorno,

dall’ovocita

la blastocisti, cioè la struttura morfologicamente nuova che si è sviluppata fecondato, entrerà

nell’utero e sarà in grado di impiantarsi in esso.

l’ovocita

Nella prima settimana di sviluppo che si era caricato di tutti quei nutrienti che non erano andati ai

globuli polari, li distribuirà tra le cellule figlie che si formano nei successivi stadi di divisione; così si ripristina

l’ovocita

anche il corretto setting dimensionale tipico delle cellule somatiche, dato che è una cellula che fa

eccezione dal punto di vista delle dimensioni. l’annidamento

Alla fine della prima settimana di sviluppo avviene che permette alla blastocisti, figura

embrionaria propria di questo stadio, di prendere contatto con la mucosa uterina. Tale contatto implica che la

dell’utero,

blastocisti penetri nella mucosa si avvicini alle strutture vascolari materne e così si possa nutrire

direttamente dal sangue materno in maniera tale che si instauri un processo di impianto che poi porterà alla

formazione della placenta, una struttura che rimarrà per tutta la gravidanza.

Quindi abbiamo: l’ovocita

1. Fecondazione nel terzo più distale della tuba uterina: diventa embrione e prosegue verso

l’utero. nell’utero,

2. Impianto al 5°/6° giorno la blastocisti si impianta durante questa prima settimana si

ripristina il corretto setting dimensionale.

3. Annidamento alla fine della prima settimana, in cui la blastocisti prende contatto con la mucosa

uterina. 1

 Il cammino degli spermatozoi

Il trasporto degli spermatozoi nelle vie genitali maschili e nelle vie genitali femminili avviene in maniera

diversa:

Il primo tratto che devono percorrere gli spermatozoi sono le vie spermatiche: vie genitali maschili. Gli

nell’epididimo,

spermatozoi vengono prodotti nei tubuli seminiferi, poi accumulati e da qui, al momento

dell’eiaculazione, gli spermatozoi entrano nel dotto deferente. La muscolatura liscia del dotto deferente si

dell’ossitocina

contrae sotto lo stimolo e favorisce la progressione degli spermatozoi verso la cavità

all’apparato

pelvica, qui gli spermatozoi incontreranno le ghiandole annesse riproduttivo maschile, ovvero

le vescichette seminali, la prostata, e le ghiandole bulbo-uretrali, ognuna delle quali darà il suo contributo

all’interno

alla formazione del liquido seminale, in cui sono immersi gli spermatozoi. Gli spermatozoi del

all’esterno l’uretra

liquido seminale verranno emessi attraverso cavernosa.

Nelle vie genitali femminili occorrerà un altro sistema di trasporto che inizia da dove vengono deposti gli

nell’utero,

spermatozoi, cioè nel canale vaginale. Dalla vagina poi, dovranno passare e da qui nella tuba

‘scegliendo’ l’ovulazione

uterina, se andare nella tuba destra o in quella sinistra; infatti, avviene

all’interno

alternativamente in una delle due tube. Infine, gli spermatozoi dovranno risalire della tuba, fino

a giungere nel terzo più distale, dove eventualmente avverrà la fecondazione. A livello del canale vaginale

dell’utero,

e gli spermatozoi si muovono grazie al loro flagello e spinti dal segnale chemiotattico, ma nella

tuba vengono aiutati anche dalle contrazioni peristaltiche della muscolatura tubarica e dal movimento delle

ciglia, in modo da arrivare al terzo più distale della tuba in tempo utile per la fecondazione.

Gli spermatozoi, una volta deposti nella vagina, formano una massa coagulata gelatinosa dovuta allo

squilibrio di pH che subiscono. Il pH nelle vie genitali femminili è più acido che in quelle maschili, e questo

sbalzo provoca una modifica del liquido seminale che porta alla formazione del coagulo. Questo coagulo

gelatinoso viene sciolto lentamente ad opera di un enzima della prostata, che si mantiene inattivo se il pH è

quello delle vie genitali maschili, e si attiva al pH acido delle vie genitali femminili. Quindi il coagulo si va

‘a pacchetti’

sciogliendo e gli spermatozoi procedono nelle vie genitali femminili.

Oltre il 99% degli spermatozoi, però, non giunge nemmeno nella tuba uterina, e ciò spiega perché devono

essere prodotti milioni di spermatozoi per far sì che ci sia un processo di fecondazione.

Uno dei processi fondamentali che si devono verificare a livello delle vie genitali femminili è il processo di

capacitazione: rimozione del rivestimento glicoproteico (glicerofosfocolina), che era stato posto sulla

dell’epididimo

membrana degli spermatozoi dalle cellule (rivestimento protettivo, ma anche un ostacolo alla

fecondazione). Nelle vie genitali femminili il rivestimento viene rimosso nel giro di alcune ore grazie

all’azione del pH diverso, della forza ionica, e di alcuni enzimi. Grazie alla capacitazione, la membrana degli

spermatozoi torna ad essere libera, quindi i domini extracellulari delle loro proteine transmembrana possono

all’esterno.

interagire con le molecole che trovano In questo modo gli spermatozoi sono in grado di rispondere

l’ovocita. l’ovocita

agli stimoli chemiotattici, e quindi di avvicinarsi alla regione dove si trova Infatti è

rivestito anche da una massa gelatinosa di liquido follicolare che si va sciogliendo, generando una scia

‘alla cieca’,

chemiotattica che permette agli spermatozoi di muoversi seguendo una direzione, e non come si

all’inizio.

pensava Gli spermatozoi infatti seguono stimoli di diversa natura:

 stimoli chemiotattici: ovvero le sostanze rilasciate dal liquido follicolare che vengono recepite dai

recettori di superficie degli spermatozoi;

 l’ovocita

stimoli termotattici: in quanto la temperatura della tuba che contiene è maggiore, anche di

un paio di gradi, rispetto alla tuba controlaterale. Tale differenza di temperatura viene avvertita dagli

2

spermatozoi, in modo che essi scelgano preferenzialmente la via che li porta alla tuba dove è già

l’ovocita.

presente

Gli spermatozoi sopravvivono a lungo nelle vie genitali femminili e rimangono capaci di fecondare per 48

ore. È stato dimostrato che alcuni spermatozoi vengono accolti in delle tasche che si formano nella mucosa

uterina, rimangono lì per alcune ore, per poi uscire e progredire nel loro cammino verso la tuba. Ciò permette

di allungare il tempo di permanenza degli spermatozoi nelle vie genitali femminili, e quindi garantisce

l’allungamento della finestra di fecondabilità.

 La penetrazione

L’ovocita (dall’esterno l’interno):

è rivestito da diversi strati verso

 le cellule della corona radiata;

 la zona pellucida;

 dell’ovolemma;

lo spazio perivitellino, che si trova subito prima

 dell’ovocita.

la membrana plasmatica

Quindi la finalità dello spermatozoo è quella di penetrare le cellule della corona radiata, attraversare

correttamente la zona pellucida, portarsi nello spazio perivitellino, per poi poter fare la fusione con la

dell’ovocita. dell’ovocita

membrana Lo spermatozoo è in grado di superare tutti questi rivestimenti perché

possiede una serie di enzimi utili per questo attraversamento. Quindi è necessario che lo spermatozoo cominci

a modificare le caratteristiche della sua membrana plasmatica per rendere possibile la fecondazione. Come?

Attivazione acrosomale. Comprende una serie di fenomeni

 rigonfiamento della parte apicale della membrana dello spermatozoo, che rappresenta una

preparazione alla successiva fusione della vescicola acrosomiale con la sua membrana stessa;

 cambiamento della motilità dello spermatozoo: infatti lo spermatozoo, una volta che arriva nei

dell’ovocita,

pressi fa dei movimenti col flagello che sono più irregolari e molto più forti, denominati

movimenti a colpo di frusta;

 il cambiamento della parte postero-laterale del plasmalemma dello spermatozoo, che comincia ad

essere competente per la fusione: esprime una serie di molecole che saranno necessarie per il

dell’ovocita

riconoscimento con i recettori presenti sulla membrana e quindi indispensabili per la

all’interno

fusione delle due membrane, che permetterà allo spermatozoo di inserire il proprio genoma

dell’ovocita per farlo diventare zigote. Quindi la membrana dello spermatozoo comincia a

specializzarsi: la parte anteriore diventerà competente alla fusione interna, ovvero alla fusione con la

vescicola acrosomiale; la parte che non è interessata dalla reazione acrosomiale si prepara, invece, a

fondersi con la membrana ovocitaria. 3

La zona pellucida. La zona pellucida è una rete glicoproteica a maglie molto strette formata da diverse

glicoproteine che sono state individuate, classificate e numerate, e quindi in genere vengono indicate come

zp1, zp2, zp3. Le maglie strette fanno in modo che lo spermatozoo non possa passare attraverso queste maglie,

e quindi deve necessariamente degradarla per poterla attraversare. Se si osserva lo spermatozoo mentre

all’aggancio l’erosione

degrada la zona pellucida, si può notare come iniziale segue della zona pellucida,

creando un canale attraverso cui lo spermatozoo può poi portarsi a livello dello spazio perivitellino.

Enzimi per superare le barriere. Uno dei più importanti tra questi enzimi è la ialuronidasi (CPE), che è

contenuto sicuramente nella vescicola acrosomiale, ma secondo alcuni studi lo spermatozoo porterebbe questo

enzima anche sulla sua membrana anteriore. Ciò significa che lo spermatozoo già prima di effettuare la

reazione acrosomiale sarebbe in grado di penetrare tra le cellule della corona radiata, perché la ialuronidasi ha

l’acido

il compito di degradare ialuronico che è il collante delle cellule della corona radiata. Così lo

spermatozoo si può portare più vicino alla zona pellucida. Gli enzimi responsabili della proteolisi della zona

l’

pellucida, prima tra tutti acrosina, che è un enzima tripsino-simile, permettono di erodere il rivestimento

glicoproteico e in questo modo lo spermatozoo può addentrarsi nello spazio perivitellino.

L’aggancio

Fasi della penetrazione. dello spermatozoo prima alle cellule della corona radiata e poi alla zona

pellucida deve essere specifico: la zp3, una proteina della zona pellucida, è importante perché lo spermatozoo

ha dei recettori per questa proteina e riconosce la zona pellucida solo della stessa specie. Per questo la zona

un’importante

pellucida rappresenta anche barriera di specie, in quanto gli spermatozoi di una specie non sono

un’altra

in grado di riconoscere la zona pellucida di specie. Solo specie molto vicine possono ibridare. Quindi

se la zona pellucida e lo spermatozoo portano i corretti ligando e recettore, ovvero la zp3 nella zona

pellucida e il recettore per la zp3 sulla membrana dello spermatozoo, in quel caso si potrà innescare il processo

l’acrosoma

di fecondazione, ovvero si potrà verificare la reazione acrosomiale: rilascerà i propri enzimi e

questi andranno a degradare la zona pellucida, permettendo allo spermatozoo di penetrare (la testa) nello

spazio perivitellino.

Nel momento in cui il primo spermatozoo arriva nei pressi della

membrana ovocitaria, si verifica un cambiamento sulla superficie

dell’ovocita, questo cambiamento è dato da quello che si chiama

l’avvicinarsi

cono di fertilizzazione. Infatti della membrana

un’estroflessione

plasmatica dello spermatozoo causa della

dell’ovocita

membrana solo nel punto in cui lo spermatozoo andrà a

fondersi, e questa estroflessione viene chiamata cono di

dell’ovocita,

fertilizzazione. Quindi è come se la membrana una

volta che si è avvicinata la membrana dello spermatozoo, tentasse di

avvicinarsi ulteriormente per favorire la fusione delle due membrane.

Tutto questo processo di attraversamento della zona pellucida,

formazione del cono di fertilizzazione e fusione delle due membrane

è un processo abbastanza veloce e nel giro di 15-20 minuti tutto il

processo si è concluso, in modo che poi si possa procedere ai

meccanismi successivi per la formazione dello zigote.

c’è

Anche a livello dello spazio perivitellino, però, una barriera di specie; quindi, anche se lo spermatozoo è

c’è

stato in grado di superare la prima barriera di specie perché le due specie erano simili, una seconda barriera.

C’è una molecola che si chiama bindina che si trova sulla superficie dello spermatozoo e che trova i suoi

dell’ovocita.

recettori sulla membrana Solo dopo il legame tra la bindina e il suo recettore si potrà avere la

corretta fusione delle due membrane, e quindi potrà avvenire la fecondazione. 4

c’è

Blocco della polispermia. Uno dei primi eventi che avviene nel momento in cui stata la fecondazione è il

all’interno

blocco della polispermia: fatto per evitare che più spermatozoi possano entrare di un ovocita,

c’è

perché se più il materiale genetico di più spermatozoi si fonde il fenomeno della poliploidia, che non

dell’organismo.

consente il corretto sviluppo Quindi la natura ha dovuto escogitare una serie di mezzi per far

l’ovocita,

sì che un solo spermatozoo si fonda con impedendo agli spermatozoi che arrivano successivamente

di fondersi:

1. Uno dei meccanismo per il blocco della polispermia è quello che utilizza i granuli corticali: vescicole

dell’ovocita

che si trovano subito al di sotto della membrana plasmatica (guarda immagine sopra).

l’ovocita

Fino a quando non è fecondato, i granuli corticali rimangono nella zona corticale della

cellula; al momento della fecondazione, cioè quando la membrana dello spermatozoo si fonde con

l’ovolemma, i granuli corticali subiscono un processo di esocitosi e il contenuto dei granuli corticali

viene rilasciato nello spazio perivitellino. Ma questo processo richiede del tempo (circa 5 min.), per

c’è

questo bisogno di un altro blocco.

2. Il blocco rapido che nella maggior parte degli animali da esperimento, consiste in una depolarizzazione

dell’ovocita

della membrana perché questo cambiamento delle cariche superficiali evidentemente

Nell’uomo

rende la membrana non più prona alla fusione. è difficile dimostrare la depolarizzazione,

ma si vede che gli spermatozoi ad un certo punto si fermano improvvisamente, prima che vengano

esocitati i granuli corticali, quindi ci sarà un meccanismo di blocco rapido della polispermia, anche se

nell’uomo.

ancora non si conosce come avviene

Può avvenire una doppia ovulazione nel caso dei gemelli eterozigoti, in cui ci sono due ovociti che vengono

fecondati da due spermatozoi diversi, quindi nascono due individui che sono stati concepiti nello stesso

momento, ma sono geneticamente diversi, quindi si somigliano come due fratelli nati in due momenti diversi.

 sull’ovocita

Effetti della fecondazione

sull’ovocita,

La fecondazione ha diversi effetti infatti lo salva dal suo destino di apoptosi che avverrebbe

normalmente entro le 24 ore. I cambiamenti che la fecondazione provoca nella cellula uovo sono:

dell’attività dell’ovocita:

1. risveglio metabolica uno dei primi eventi che avviene dopo la fecondazione.

L’ovocita riprende la sua attività metabolica solo dopo che è avvenuta la fusione tra la sua membrana e

L’ovocita

quella dello spermatozoo. quindi, comincia a fare una serie di processi metabolici importanti

dell’embrione

per il successivo sviluppo e le progressive divisioni cellulari cui andrà incontro.

2. reazione corticale (o blocco della polispermia lento): i granuli corticali nel momento in cui uno

spermatozoo si fonde con la membrana plasmatica vengono esocitati nello spazio perivitellino. La reazione

corticale causa una modificazione nella zona pellucida; infatti, i granuli corticali contengono proteasi che

l’interazione