Gametogenesi e apparato maschile

SPERMATOGENESI

La spermatogenesi ha inizio quando delle cellule germinali primordiali (PGS), che si trovavano in

prossimità dell’allantoide del sacco vitellino, migrano lungo il mesentere dorsale e vanno a

colonizzare la gonade in formazione. Lì vengono circondate dalle cellule dell’epitelio celomatico e

si formano delle strutture iniziali che sono i cordoni seminiferi, che ancora hanno contatto con

l’epitelio celomatico. Queste cellule, una volta raggiunta la gonade, si trasformano in

prospermatogoni, che si pongono all’interno dei cordoni seminiferi (in posizione centrale) e

vengono poi circondati dalle cellule del Sertoli e così i prospermatgoni, da centrali quali erano,

migrano verso la base delle cellule del Sertoli trasformandosi in spermatogoni.

A partire dal periodo della pubertà questi spermatogoni si dividono, formando gli spermatociti

primari, i quali cominciano la meiosi e entrano nello stadio di pre-leptotene. Quando poi gli

spermatociti attraversano la barriera emato-testicolare entrano nello stadio successivo di

leptotene.

Alla base delle cellule del Sertoli si formano infatti complessi giunzionali, che costituiscono tale

barriera, e che impediscono che le sostanze possano passare dall’interstizio all’interno.

Le giunzioni possono essere:

- tight junctions (TJ)

- gap junctions (GJ)

- adherence junctions (AJ)

La barriera emato-testicolare è di fondamentale importanza per mantenere gli spermatogoni

confinati all’interno del compartimento basale. Va infatti premesso che l’epitelio seminifero può

essere suddiviso in due compartimenti:

Compartimento basale: contenente gli spermatogoni mitotici

1. Compartimento luminale: contenente spermatociti e spermatidi meiotici

2.

La meiosi inizia nel compartimento basale (con lo stadio di preleptotene) e si continua poi, una

volta che lo spermatocita ha attraversato la barriera emato-testicolare, all’interno del compartimento

luminale.

La barriera emato-testicolare è molto importante anche per garantire l’integrità immunologica del

testicolo, infatti a partire dalla pubertà la cellula entra in meiosi, e vengono quindi prodotte nuove

proteine (come ad esempio il complesso proteico sinaptinemale, tramite cui avviene appaiamento

cromosomi omologhi) che potrebbero essere rigettate dall'apparato immunitario. Tuttavia grazie alla

barriera di colare tutto ciò viene impedito; essa infatti fa sì che nel compartimento luminale non ci

siano mai cellule del sistema immunitario (che si trovano infatti solo nell'interstizio), le quali

potrebbero andare a distruggere cellule meiotiche. Il privilegio immunologico del testicolo è

garantito anche dalle cellule del Sertoli, le quali producono delle sostanze immunosoppressive che

sopprimono una eventuale risposta immunitaria. È anche vero però che lo spermatogonio, dopo

essersi diviso mitoticamente ed una volta giunto allo stadio di pre-leptotene, deve attraversare la

barriera, la quale tuttavia è chiusa. Deve esistere quindi un meccanismo di apertura / chiusura della

barriera, che garantisca comunque la persistenza di questo sistema immunologico.

Abbiamo detto anche nella barriera ci sono le giunzioni, soprattutto le TJ che presentano occludina

e claudina. Allora durante apertura/chiusura vengono prodotte delle molecole (come ad ex HGF)

che modulano la quantità di occludina e claudina presenti all'interno della barriera.

Ma per evitare che passino altre sostanze oltre agli spermatogoni ci sono due modelli diversi:

secondo il primo modello la barriera si apre, lo spermatocita primario allo stadio di

1. proleptotene passa, ma la barriera gli si richiude immediatamente alle spalle. Si forma

dunque una sorta di terzo compartimento nel mezzo (una specie di caramella). Questo è un

modello abbastanza accreditato di apertura e chiusura della barriera emato-testicolare.

secondo un altro modello invece la barriera emato testicolare, nel momento in cui lo

2. spermatocita primario allo stato di preleptotene sta per passare, viene endocitata nella sua

parte superiore. I componenti endocitati (occludina, claudina) subiscono poi un processo di

transcitosi attraverso il quale vengono riportati alla base e così la barriera si richiude dietro.

In questo modo verrebbe garantito il privilegio immunologico del testicolo.

Nell'uomo gli spermatogoni a seconda della loro morfologia e delle loro caratteristiche nucleari,

sono suddivisi in 2 tipologie:

A DARK: presentano una cromatina abbastanza elettrondensa e quindi con le comuni

4. colorazioni si notano nuclei abbastanza scuri

A PALE: con le comuni colorazioni appaiono più chiari

5.

Gli spermatogoni A DARK e A PALE sono considerati spermatogoni staminali, in quanto possono

sia dare origine a uno spermatogonio A DARK, sia andare incontro a una fase di differenziamento.

(C’è tuttavia un dibattito in quanto secondo alcuni sarebbero staminali solo gli A DARK, secondo

altri sia gli A DARK che gli A PALE).

Questi spermatogoni A DARK e A PALE generano spermatogoni di tipo B, i quali daranno origine a

loro volta a spermatociti primari che una volta, entrati nella fase di pre-leptotene, attraverseranno la

barriera emato-testicolare e inizieranno tutto il processo della prima divisione meiotica con cui

daranno origine agli spermatociti secondari.

Le successive divisioni cellulari non hanno una completa citodieresi: le cellule si duplicano, ma non

si dividono completamente, rimangono collegate tra loro da ponti citoplasmatici che permettono

scambi di sostanze nutritive e una sincronia nello sviluppo di questo clone. Quindi noi avremo un

insieme di cellule aventi tutte lo stesso materiale citoplasmatico e che tutte insieme, in maniera

sincrona, danno origine agli spermatozoi.

La fase della mitosi dura circa 20

giorni.

La fase della meiosi invece dura 24 giorni.

Partendo da una cellula germinale (dark o

pale) affinché io possa avere uno spermatozoo

maturo occorrono 74 giorni. Se invece considero

come punto di partenza uno spermatogonio di tipo B

occorrono 64 giorni per avere uno

spermatozoo maturo (infatti una pale/dark

impiega 10 giorni per diventare una cellula di

tipo B).

(Nel topo invece per passare da uno

spermatogonio a uno spermatozoo occorrono

35 giorni.)

Per calcolare questi tempi alcuni carcerati

vennero trattati con una sostanza

radioattiva, la quale era iniettata

nell'interstizio testicolare. Questa sostanza

era poi captata e incorporata dalle cellule

germinali in continua proliferazione e

seguendone l'andamento, dopo un tot di

giorni, si vide la comparsa di spermatozoi

radioattivi.

Le fasi della SPERMATOGENESI sono:

1. Fase moltiplicativa: Nella prima fase si assiste a svariate mitosi degli spermatogoni: gli

spermatogoni AD si dividono continuamente in spermatogoni AD o AP. Questi ultimi

procedono differenziandosi in spermatogoni B che si evolvono in spermatociti di primo

ordine, ultime cellule di questa fase.

2. Fase meiotica: Nella seconda fase gli spermatociti di primo ordine vanno incontro a meiosi.

Durante la fase di preleptotene si ha una duplicazione di DNA che rende queste cellule già

diploidi di fatto tetraploidi. Durante la prima divisione meiotica si assiste ad una profase

particolarmente lunga (circa 22-24 giorni) costituita da 5 stadi (leptotene, zigotene,

pachitene, diplotene, diacinesi). Al termine della prima divisione meiotica si ha la

formazione degli spermatociti secondari che, essendo il risultato della segregazione dei

cromosomi omologhi sono costituiti da un corredo aploide formato da una doppia copia di

DNA (ogni cromosoma è formato da due cromatidi fratelli). La fase meiotica si conclude

con la seconda divisione meiotica che parte dagli spermatociti secondari per andare a

formare gli spermatidi rotondi, cellule aploidi che non andranno più incontro a divisioni

cellulari.

3. Spermiogenesi: è il momento nel quale gli spermatidi rotondo, in luogo della loro cessata

divisione cellulare, cominciano a differenziarsi e a trasformarsi nei gameti attraversando 4

fasi:

• FASE DEL GOLGI: comincia con la formazione dell’acrosoma, una struttura

membranosa che deriva da delle vescicole dell’apparato di Golgi confluiscono e formano

un’unica struttura che si va a posizionare, nella fase successiva (quella del cappuccio) sopra

il nucleo.

• FASE DEL CAPPUCCIO: La fase del cappuccio si ha quando la vescicola, che si è

posizionata sopra il nucleo, circonda i due terzi di quest’ultimo. In questa fase nella cellula

ci sono due centrioli che migrano verso la base del nucleo, frontalmente alla vescicola

acrosomica. I centrioli sono chiamati prossimale e distale: quello prossimale si posiziona

trasversalmente quasi a 45° rispetto all’asse longitudinale dello spermatozoo; l’altro

degenera e forma la piastra basale, da cui si accrescono le strutture microtubulari che

andranno a costituire l’assonema della coda dello spermatozoo. Il nucleo, durante la fase

acrosomica e durante la formazione di questo cappuccio, subisce delle modifiche, cioè

comincia ad allungarsi verso il polo caudale e sopra accoglie l’acrosoma. Una struttura

microtubulare, che si chiama manchette, circonda il nucleo e, tramite le proteine LINK,

forma dei legami con delle proteine del nucleoscheletro determinando l’allungamento del

nucleo, che viene tirato verso la base. Il citoplasma inoltre si distribuisce intorno al nucleo:

una parte costituisce il corpo residuale, che dopo viene eliminato, e una piccola parte invece

va a circondare la struttura microtubulare e costituirà poi il flagello.

• FASE ACROSOMIALE: I mitocondri si avvolgono a spirale intorno alla regione della

coda chiamata parte intermedia che è la zona che durante i movimenti flagellari consumerà

più energia e che quindi avrà più bisogno di mitocondri. In questa fase avviene anche

l'allineamento dello spermatozoo con la testa rivolta verso la parete del tubulo e il flagello in

allungamento verso il lume. Il nucleo con l’acrosoma costituisce la testa dello spermatozoo

che è collegata al resto del corpo tramite un piccolo segmento, il collo. A seguire c’è un

segmento intermedio che è caratterizzato dalla presenza di una guaina mitocondriale, nella

quale i mitocondri assumono una caratteristica forma a spirale: sono circa un centinaio i

mitocondri che circondano l’assonema che presenta la dineina, perché la finalità ultima dello

spermatozoo è quella di muoversi e per questo ha bisogno della dineina assonemica e

dell’ATP, che viene prodotto dalla membrana mitocondriale. Il segmento principale, invece,

è separato da quello intermedio da un restringimento, da una struttura che

compartimentalizza i due estremi e che si chiama Annulus. Poi c’è il segmento terminale

che è circondato da alcune fibr