Embriologia

Embriologia

Oogenesi e follicologenesi

Il processo di formazione dei gameti viene definito meiosi ed è molto diverso nei due sessi. Si definisce oogenesi la maturazione degli oociti nell’ovaio nel sesso femminile, mentre si definisce follicologenesi lo sviluppo del follicolo ooforo, cioè quella struttura che accoglie l’oocita.

Nel maschio gli spermatozoi si sviluppano in età puberale, invece nella femmina gli oociti si sviluppano già a livello dello sviluppo embrionale. In particolare, già alla terza settimana sono presenti delle cellule destinate a diventare oociti, ossia cellule diploidi chiamate oogoni che compaiono in un annesso embrionale chiamato sacco vitellino. Gli oogoni devono migrare e stabilirsi nell’ovaio alla nona settimana di sviluppo circa. Lo sviluppo embrionale quindi, oltre a prevedere una proliferazione cellulare, vede una migrazione cellulare.

Gli oogoni sono accolti in una struttura epiteliale e connettivale che svilupperà anch’essa fino a diventare un follicolo di Graaf. Questa struttura viene chiamata follicolo ooforo ed è una formazione rotondeggiante la cui maturazione avviene assieme a quella degli oociti. Gli oogoni vanno incontro a meiosi per diventare oociti di primo ordine, o oociti primari. Gli oogoni si arrestano per molto tempo, perfino per decenni, nella profase della meiosi I, in particolare nel diplotene.

Nel periodo del blocco in diplotene si ha una grande trascrizione, quindi un accumulo di mRNA, utile perché in caso di fecondazione l’oocita, prima di essere nutrito dalla madre, rimarrà per un periodo isolato e dovrà provvedere da solo alla sintesi di certe proteine. Dei 7 milioni di oogoni iniziali, alla nascita rimangono circa 1 – 2 milioni oociti primari contenuti nei follicoli primordiali; successivamente c’è un’ulteriore regressione in quanto alla pubertà ne rimangono solo circa 300.000 – 400.000, dei quali solo 400 – 500 giungeranno a maturazione.

Il follicolo ooforo primordiale si forma attorno ad un oocita di primo ordine, quindi ancora una cellula diploide. Questo follicolo è composto da cellule appiattite in un unico strato che circondano l’oocita e sono circondate da tessuto connettivo. Tra il tessuto connettivo e le cellule appiattite è presente una membrana basale. Questi follicoli primordiali sono presenti in un numero notevole nell’ovaio però potranno regredire oppure giungere a maturazione, diventando follicoli primari, secondari, terziari e maturi dalla pubertà in poi.

L’oocita è una cellula di grosse dimensioni, circa 100 – 150 μm. Gli organelli citoplasmatici all’interno di un oocita primario sono raggruppati all’interno del cosiddetto corpo del Balbiani. Il follicolo primario prevede come differenza un ingrossamento delle cellule follicolari che non sono più appiattite ma sono cubiche. L’oocita all’interno è sempre un oocita primario. Si formerà una struttura importante per la fecondazione nel caso in cui questa dovesse avvenire. In particolare nella fase avanzata del follicolo primario si formerà infatti la cosiddetta zona pellucida, ossia una zona extracellulare, ma attaccata all’oocita, costituita da un reticolo di glicoproteine.

Le cellule follicolari che componevano un unico strato di cellule proliferano e formano un rivestimento di più strati di cellule che a questo punto vengono chiamate cellule della granulosa. Questa struttura compone il follicolo secondario, o preantrale. A questo livello interviene una modificazione del tessuto connettivo circostante che si trasforma internamente nella teca interna del follicolo ooforo e esternamente nella teca esterna. La teca interna si trasforma in ghiandola endocrina secernente ormoni estrogeni, quindi ormoni steroidei derivanti dal colesterolo; invece, la teca esterna resta di tipo connettivale.

La fase successiva vede la formazione di un antro, cioè una cavità, che si forma per distacco delle cellule e che si riempie di un liquido chiamato liquor folliculi. Questo antro è destinato ad espandersi andando ad aumentare le dimensioni del follicolo stesso. In questo stadio inizia a formarsi il cumulo ooforo, cioè resta l’oocita circondato da qualche strato di cellule della granulosa, chiamate cellule del cumulo ooforo. Le cellule del cumulo ooforo hanno funzioni metaboliche importanti per l’oocita, anche quando l’oocita fuoriesce dal follicolo.

Inoltre, si completa la meiosi I, quindi sono presenti due cellule figlie. Nel caso della meiosi femminile, una di queste è ben conformata e destinata a svilupparsi ulteriormente, mentre l’altra regredisce. In particolare, la cellula ben conformata si chiama oocita secondario, aploide, mentre l’altra cellula si chiama primo globulo polare. Il follicolo giunto a questo punto della maturazione viene chiamato follicolo terziario, o follicolo antrale o vescicoloso.

Successivamente, il follicolo secondario matura nella fase finale in cui viene chiamato follicolo maturo o follicolo di Graaf. Questo follicolo ha completato la prima divisione meiotica e contiene sia l’oocita secondario che il primo globulo polare. A questo punto il follicolo ooforo ha una dimensione di circa 2,5 cm. La funzione del follicolo ooforo a questo punto è quella di rompersi per rilasciare l’oocita contenuto all’interno. Infatti, nella fase prima della rottura il follicolo di Graaf sporge fuori dalla superficie dell’ovaio. Una volta che il follicolo scoppiato diventerà una ghiandola endocrina.

A questo punto, il follicolo ooforo migra nella tuba uterina dove verrà fecondato in caso di arrivo di spermatozoi oppure degenererà. Successivamente si avrà un’evoluzione della struttura in corpo luteo, ossia una ghiandola endocrina che secerne progesterone.

Finita la meiosi I manca una vera e propria interfase e inizia subito la meiosi II. Tuttavia, questa seconda divisione viene bloccata nella metafase a meno che non intervenga la fecondazione. Infatti, se avviene la fecondazione, il completamento della meiosi dà origine all’ovulo maturo e al secondo globulo polare. Invece, quando non avviene la fecondazione l’oocita degenera, quindi prende la strada della tuba uterina e i detriti cellulari verranno fagocitati da macrofagi presenti nei genitali femminili.

Ogni follicolo scoppiato dà origine a un corpo luteo, ossia una ghiandola endocrina che produce l’ormone progesterone fondamentale per la fase iniziale della gravidanza. In particolare, il corpo luteo si originerà dalle cellule della granulosa rimaste e dalle cellule della teca interna, quindi i tipi cellulari che lo compongono sono due tipi diversi. Le cellule della granulosa diventano cellule luteiniche della granulosa, mentre le cellule della teca interna diventano cellule luteiniche tecali.

Il processo in cui gli oociti non giungono a maturazione viene chiamato fenomeno dell’atresia follicolare. Questa non è una semplice involuzione, infatti quelli che degenerano trasformano la teca interna in una ghiandola endocrina che dura per tutta la vita feconda della donna. Questa ghiandola viene chiamata ghiandola tecale, o ghiandola interstiziale, e produce ormoni estrogeni durante tutto il ciclo. La degenerazione dei follicoli primari non lascia traccia, invece i follicoli in stadi di maturazione più avanzati presentano la degenerazione dell’oocita e la trasformazione della teca interna che continua a funzionare anche se l’oocita non c’è più.

All’interno dell’ovulazione l’oocita deve arrivare nella tuba uterina. In particolare, l’oocita durante l’ovulazione è bloccato nella metafase della meiosi II, è circondato dalle cellule del cumulo ooforo e presenterà la zona pellucida. Inoltre, è circondato dallo spazio perivitellino, ossia uno spazio virtuale, cioè uno spazio in cui le due componenti che lo costituiscono sono accollate, e da strati di cellule della corona radiata, ossia lo strato più interno delle cellule del cumulo ooforo che penetra lo strato della zona pellucida. Lo spazio perivitellino sta tra la zona pellucida e l’oolemma.

L’oocita contiene granuli corticali nel citoplasma che contengono glicoproteine ed enzimi litici, inoltre non sono presenti centrioli all’interno dell’oocita, infatti questi sono forniti dallo spermatozoo. L’ultrastruttura presente nell’oocita presenta mitocondri, lisosomi, reticolo endoplasmatico liscio, lipofuscine, in quanto l’oocita ha una durata nel tempo molto grande, un apparato di Golgi e un reticolo endoplasmatico rugoso di piccole dimensioni. Queste cellule presentano un fuso mitotico privo di centrioli e perpendicolare al plasmalemma perché si trovano in metafase della meiosi II. Quindi il materiale genetico aploide con due cromatidi fratelli non presenta un involucro nucleare.

Lo spazio perivitellino contiene il globulo polare (il secondo globulo polare sarà presente al suo interno solo dopo la fecondazione). La regolazione ormonale delle attività ovariche è regolata dal sistema ipotalamo – ipofisario. In particolare, la ghiandola anteriore è costituita da una ghiandola anteriore, o adenoipofisi, controllata dall’ipotalamo attraverso il sistema circolatorio attraverso il quale l’ipotalamo invia segnali attivatori o inibitori riguardo all’attività delle cellule dell’adenoipofisi.

Per quanto riguarda la gametogenesi, giocano un ruolo importante l’ormone follicolo stimolante (FSH) e l’ormone luteinizzante (LH). L’ipotalamo rilascia le gonadotropine le quali stimolano la sintesi e il rilascio di FSH e/o di LH. In corrispondenza quasi dell’ovulazione, corrispondente di solito al 14° giorno, c’è un picco degli estrogeni, secreti dalla teca interna del follicolo, e successivamente nella seconda parte del ciclo ovarico c’è un picco del progesterone, secreto dal corpo luteo.

L’ormone ipofisario (GNRH), stimolando la produzione di FSH, stimola a sua volta la produzione di estrogeni; questi stimolano lo sviluppo dei follicoli ovarici secondari. Invece, l’LH promuove l’ovulazione e la formazione del corpo luteo, con la produzione di progesterone; in realtà, dal momento che il corpo luteo è composto anche da cellule della teca interna, c’è anche una piccola produzione di estrogeni. In particolare, gli ormoni estrogeni, prodotti dalle cellule della teca interna e dalla placenta:

• Inibiscono il rilascio di GNRH e di FSH.
• Inducono la proliferazione e l’ipertrofia del miometrio, ossia la tonaca muscolare dell’utero.
• Inducono lo sviluppo dei caratteri sessuali femminili, cioè del seno e della distribuzione del grasso corporeo.

Il progesterone, prodotto sia dal corpo luteo che dalla placenta, ha le seguenti funzioni:

• Inibisce il rilascio di GNRH e LH.
• Stimola lo sviluppo dell’endometrio, ovvero della mucosa uterina la quale è costituita dall’epitelio di rivestimento e da del connettivo sottostante in cui sono presenti anche le ghiandole tubulari semplici e secrezione mucosa.
• Induce lo sviluppo dei caratteri sessuali femminili, cioè del seno e della distribuzione del grasso corporeo.

Spermatogenesi e spermioistogenesi

La spermatogenesi prevede i passaggi che hanno a che fare con la meiosi; la spermioistogenesi invece prevede i passaggi che hanno a che fare con il differenziamento. Entrambi i processi prevedono un certo tempo e i processi insieme durano circa un mese.

Il luogo dove avviene la meiosi maschile è il testicolo, o didimo; questo è sovrastato da un organo chiamato epididimo il quale si continua con un canale molto lungo, circa 40 cm, che è il dotto deferente. Quest’ultimo si porta posteriormente alla vescica urinaria dove accoglie il secreto delle vescichette seminali e poi si continua con i dotti eiaculatori. Il percorso che fa il liquido seminale sarà attraverso l’uretra maschile. Questo liquido è composto sia da spermatozoi che dai secreti delle ghiandole che sono interposte lungo il percorso delle vie spermatiche.

Gli spermatozoi sono le cellule differenziate che si specializzano a partire dagli spermatogoni, ossia le cellule diploidi destinate a diventare gameti. Il testicolo è un organo che al suo interno è suddiviso in logge testicolari, ossia degli spazi separati da setti di tessuto connettivo e ripieni dei cosiddetti tubuli seminiferi contorti. Tra i tessuti seminiferi contorti c’è del tessuto connettivo, chiamato interstizio, al cui interno sono presenti le cellule che producono il testosterone, il quale guiderà la differenziazione degli spermatozoi.

Infatti, nel testicolo sono presenti sia le cellule germinali che maturano all’interno del tubulo, sia le cellule di Leydig che stanno all’esterno del tubulo nell’interstizio e nel loro complesso vengono chiamate ghiandola interstiziale, ossia una ghiandola endocrina.

Il tessuto all’interno del testicolo viene chiamato epitelio seminifero ed è presente all’interno del tubulo, all’interno del quale sono presenti anche delle cellule di sostegno e delle cellule induttrici che danno un contributo fondamentale alla spermatogenesi. Il tessuto seminifero poggia sulla membrana basale. Le cellule staminali che stanno negli strati più profondi dell’epitelio seminifero risaliranno verso la superficie e una parte di esse andrà in mitosi mentre un’altra parte andrà in differenziamento. In questo modo si formeranno gli spermatozoi maturi che si staccano e vanno a finire nella cavità. Intorno al tubulo seminifero contorto sono presenti delle cellule peritubulari.

Gli spermatozoi sono cellule che hanno bisogno della sua cromatina e poi di lisosomi. Infatti, nella zona della testa dello spermatozoo è presente un grosso lisosoma che sta sopra il nucleo ripieno di quegli enzimi utili per arrivare all’oocita. In realtà, lo spermatozoo ha una struttura complessa perché ha bisogno di microtubuli per il movimento, quindi devono esserci anche dei centrioli per la sintesi dei microtubuli; inoltre, nel tratto intermedio sono presenti molti mitocondri che provvedono a fornire l’ATP necessario.

All’interno delle cellule proprie del tubulo seminifero distinguiamo due linee cellulari:

• Cellule germinali che, a partire dagli spermatogoni, si differenzieranno in spermatozoi.
• Cellule del Sertoli, ossia delle grosse cellule dello stesso spessore dell’epitelio. Queste cellule emettono dei prolungamenti che si toccano fra loro a formare un reticolo, infatti i prolungamenti sono dotati di dispositivi di giunzione. Queste cellule presentano anche delle invaginazioni del citoplasma che favoriscono degli scambi metabolici; inoltre, queste invaginazioni favoriscono l’eliminazione di citoplasma in quanto a partire da cellule piene di citoplasma si arriva a cellule specializzate con poco citoplasma. Inoltre, queste cellule svolgono anche una mediazione dell’attività del testosterone attraverso una proteina legante il testosterone che fissa proprio quest’ultimo e lo cede alle cellule vicine. Inoltre, le cellule del Sertoli fungono da barriera ematotesticolare, ossia una barriera la cui funzione è quella di evitare reazioni immunitarie, dovute a malattie autoimmuni che colpiscono gli spermatozoi in maturazione.

Le cellule di Leydig sono cellule a secrezione steroidea, quindi contengono un reticolo endoplasmatico liscio molto sviluppato e mitocondri che mediano la sintesi del testosterone, anche attraverso la fornitura di enzimi. Queste cellule hanno una forma poligonale, sono dotate di un nucleo ovale e una cromatina vescicolare. Contengono i cristalli di Reinke, visibili anche al microscopio ottico, contenenti delle proteine che aumentano con l’età e il cui ruolo è abbastanza sconosciuto. Le cellule di Leydig producono il testosterone sotto stimolo dell’ormone LH secreto dall’adenoipofisi.

Il testosterone sostiene e mantiene la spermatogenesi; inoltre, ha funzione trofica nei confronti delle ghiandole annesse alle vie spermatiche, soprattutto vescichette seminali, prostata e ghiandole bulbouretrali. Regola anche lo sviluppo dei caratteri sessuali secondari maschili. Complessivamente, la spermatogenesi viene controllata da ipotalamo e adenoipofisi. In particolare, oltre alle gonadotropine (GNRH), la quale stimola la produzione di LH, agisce anche una regolazione a feedback negativo quando il testosterone aumenta la sua concentrazione.

Esiste anche un’altra sostanza che può influenzare la produzione di testosterone. L’ormone follicolostimolante agisce a livello delle cellule del Sertoli. In particolare, l’ormone FSH:

• Stimola la proliferazione delle cellule del Sertoli.
• Stimola le cellule del Sertoli a sintetizzare la proteina legante gli androgeni.
• Mantiene attiva la spermatogenesi in sinergia con il testosterone.

Le cellule del Sertoli possono sintetizzare anche l’inibina la quale agisce a livello dell’adenoipofisi per impedire la produzione di FSH.

In generale, ci saranno molte mitosi a livello delle cellule staminali, chiamate in questo caso spermatogoni, e solo poche di esse si specializzano. Solo a questo punto inizierà la meiosi che terminerà con la produzione di una cellula di morfologia tradizionale e a questo punto non ci saranno più divisioni. Gli spermatogoni si dividono in spermatogoni di tipo A e spermatogoni di tipo B. Dagli spermatogoni B originano le cellule che iniziano la meiosi I, ossia gli spermatociti di primo ordine; questi sono cellule diploidi che in seguito alla meiosi I danno origine a spermatociti di secondo ordine che invece sono aploidi. Immediatamente dopo avviene la meiosi II che produce gli spermatidi, ossia cellule che hanno materiale genetico aploide con un solo cromatidio fratello. A partire da queste cellule inizia la spermioistogenesi che porta alla formazione degli spermatozoi.