Embriologia

La fecondazione

Nel corso dei secoli sono state formulate numerose teorie sull'origine dell'individuo umano, ad esempio in un trattato sanscrito del 1400 a.C. si credeva che l'embrione avesse origine dalla fusione di sangue e seme, mentre nel 1759 Gaspare Federico Wolff ipotizzò che potesse derivare dalla crescita e differenziazione di cellule specializzate, ma solo nel 1839 gli scienziati Schleiden e Schwann ipotizzarono che l'embrione originasse da una singola cellula detta zigote e che attraverso una serie di divisioni portasse alla formazione dei tessuti.

Gli spermatozoi convogliati nell'epididimo (che è un tubo convoluto lungo circa 6-7 metri) subiscono un processo noto come decapacitazione, cioè vengono resi non fertili grazie alla presenza di glicoproteine sulla superficie esterna ma acquisiscono la mobilità che permetterà loro di passare attraverso il dotto deferente e l'uretra maschile e, dopo essere stati depositati nel

canale vaginale, dovranno attraversare l'utero e le tube di Falloppio per raggiungere l'ampolla tubarica in cui si localizza l'ovulo (con un percorso complessivo di circa 20 cm). Lungo il percorso, i punti più ostici da superare sono la cervice uterina e l'istmo delle tube ma gli spermatozoi sono aiutati nel loro spostamento dal movimento ondulatorio del flagello e dalle contrazioni toniche della muscolatura liscia dell'utero e della vagina, inoltre l'oocita produce alcuni ormoni fra cui il progesterone che permettono un richiamo chemiotattico degli spermatozoi e la tuba di Falloppio presenta una differenza di temperatura fra l'istmo e l'ampolla che permette un meccanismo di termotassi (circa 34.7°C nell'istmo e circa 36.3°C nell'ampolla) in modo che circa 200 spermatozoi possano raggiungere l'ampolla tubarica. Quando lo spermatozoo e l'oocita si incontrano, il gamete maschile riesce a farsi strada frale

Le cellule della granulosa rimaste attorno all'oocita formano la corona radiata grazie alla produzione dell'enzima ialuronidasi. Questo permette l'innesco di alcuni meccanismi che porteranno alla fecondazione dell'oocita da parte di un unico spermatozoo:

1. Capacitazione: è il processo che permette allo spermatozoo di rendersi nuovamente fertile. Esso inizia nelle vie femminili, in particolare all'interno dell'utero. L'albumina presente nel fluido uterino si lega al colesterolo della membrana spermatica, determinandone l'eliminazione e aumentandone la fluidità. Questo permette di esporre specifici recettori sulla testa dello spermatozoo che permettono l'entrata degli ioni bicarbonato (HCO₃^-) e calcio (Ca²⁺). Questi si legano all'enzima adenilato ciclasi di membrana, promuovendo un aumento della concentrazione citoplasmatica di cAMP e l'attivazione della PKA che, tramite fosforilazione di alcuni residui tirosinici...

1) Capacitazione è il processo che permette allo spermatozoo di acquisire la capacità di fecondare l'ovocita. Durante la capacitazione, si verifica l'esposizione di recettori capaci di legare le molecole della membrana oocitaria. Inoltre, si verifica una ridistribuzione dei fosfolipidi della membrana dello spermatozoo, una stimolazione dell'attività del flagello che assume un movimento a frusta che facilita il passaggio attraverso le cellule della granulosa ed una perdita di affinità per le cellule epiteliali dell'istmo.

2) Attivazione è il processo che permette allo spermatozoo di attraversare la zona pellucida; esso avviene grazie alla presenza dei recettori per la glicoproteina ZP3 presenti sulla testa dello spermatozoo che, legandosi alle proteine esposte sull'oolemma, sono in grado di indurre una modifica delle altre ZP che a sua volta scatena la reazione acrosomiale che è il processo di liberazione degli enzimi contenuti all'interno dell'acrosoma. Tale evento inizia con la fusione parziale e casuale della membrana acrosomiale esterna con il plasmalemma dello spermatozoo.

con conseguente fuoriuscita del materiale enzimatico necessario per la penetrazione.

3) Penetrazione è il processo che permette l'entrata dello spermatozoo all'interno della cellula uovo, in particolare, dopo l'espulsione del materiale acrosomiale, la membrana acrosomiale interna è disposta intorno al nucleo e presenta un segmento equatoriale detto lamina post-acrosomiale che prende contatto con le strutture microvillari dell'oocita, il quale emette uno pseudopodo verso la porzione anteriore dello spermatozoo accogliendone la testa, mentre la regione posteriore della testa e la coda sono inglobate per fusione diretta delle membrane. [L'evento di penetrazione della corona radiata, della zona pellucida e della membrana dell'oocita dura circa 15-20 minuti]

N.B. Il tempo 0 della fecondazione corrisponde alla liberazione degli enzimi lisosomiali dell'acrosoma e la fecondazione deve avvenire entro 24 ore dall'ovulazione poiché

L'oocita degenera, mentre gli spermatozoi possono sopravvivere nelle vie genitali femminili fino a 48 ore.

4) Attivazione dell'oocita è il processo che porta alla completa maturazione dell'oocita secondario in seguito al contatto con lo spermatozoo per la formazione di uno zigote; questa fase inizia grazie alla presenza dell'enzima fosfolipasi C-ζ dello spermatozoo che scinde il fosfatidilinositolo-4,5-difosfato (PIP2) in diacilglicerolo (DAG) e fosfatidilinositolo-1,4,5-trifosfato (IP3), in particolare IP3 si lega ed attiva un canale per il Ca2+ ligando-dipendente del reticolo endoplasmatico liscio dell'oocita fecondato, mentre DAG attiva la PKC che permette l'apertura dei canali del Ca2+ dell'oolemma provocando quindi un aumento citoplasmatico della concentrazione di Ca2+, le cui successive ondate permettono la reazione corticale, cioè l'esocitosi di granuli corticali presenti sulla superficie interna della membrana.

dell'oocita chesi uniscono a formare una barriera proteica impenetrabile per gli altri spermatozoi(localizzata esternamente all'oolemma ed internamente alla zona pellucida). Nelfrattempo, si verifica anche la ripresa ed il completamento della meiosi II che portaalla liberazione del secondo ed ultimo globulo polare e alla formazione del pronucleofemminile e l'attivazione di alcuni mRNA materni utili allo sviluppo dello zigote.

5) Formazione dello zigote è il processo di fusione dei pronuclei in un unico nucleo; inquesta fase, la cellula uovo fecondata presenta un pronucleo femminile di piccoledimensioni ed un pronucleo maschile, portato dallo spermatozoo, di dimensionimaggiori (in questa fase si parla di ootide) che subisce alcune modifiche quali laperdita della membrana nucleare, la sostituzione delle protamine e degli istonipaterni con istoni di origine materna permettendo una decondensazione dellacromatina e l'acquisizione di un nuovo involucro nucleare.

esegue una seconda divisione mitotica lungo il piano trasversale formano un totale di quattro blastomeri ed infine la terza divisione mitotica avviene lungo il piano equatoriale portando alla formazione di otto blastomeri totipotenti che nel loro insieme formano la blastula, che successivamente, in seguito ad un ulteriore aumento del numero delle cellule presenti all'interno della zona pellucida, sarà nominata morula (precoce o tardiva a seconda del numero di cellule).

N.B. La segmentazione è un processo totale in quanto coinvolge tutti i blastomeri, disuguale in quanto le cellule possono essere diverse fra loro e asincrono in quanto esiste la possibilità che il numero di cellule sia dispari a causa della diversa velocità di divisione.

Le cellule della morula, ottenute con le successive divisioni mitotiche, presentano già un parziale differenziamento fra quelle interne e quelle esterne ed intorno al 3°-4° giorno si assiste alla compattazione della

morula in cui le cellule si incuneano le une verso le altre formando un’unica superficie esterna liscia rivolta verso la zona pellucida formando:

• Una struttura esterna con la porzione basale rivolta verso la zona pellucida e provvista di giunzioni occludenti e di ancoraggio che darà origine ai tessuti extraembrionali.
• Una struttura interna provvista di giunzioni comunicanti che darà origine ai tessuti embrionali e ai circa 250 tipi cellulari dell’organismo adulto.

N.B. In questa fase di compattazione della morula si assiste alla perdita della totipotenza a favore della pluripotenza.

Intorno al 4°-5° giorno, la morula tardiva, costituita solitamente da 64 o più cellule, entra in utero ed avvengono due eventi quasi contemporaneamente:

1. La morula si trasforma in blastocisti quando la porzione basale delle cellule della struttura esterna attiva delle pompe Na /K che permettono il richiamo di acqua.