Genetica - gametogenesi e fecondazione

L'oocita che è stato rilasciato dall'ovaia inizia a muoversi all'interno della tuba ed è proprio all'interno della

tuba che avviene la fecondazione ad opera dello spermatozoo.

Una volta avvenuta la fecondazione comincia la formazione dello zigote, la prima cellula del nuovo individuo.

Lo zigote si muove lungo l'ovidotto ed entra nell'utero, dove avviene l'impianto nell'endometrio.

Questo percorso dello zigote fecondato dall'ovidotto all'utero impiega 5 giorni; in questi 5 giorni lo zigote

comincia a dividersi. Quindi all'utero arriva un embrione di 5 giorni, allo stadio di blastocisti (approfondiremo

questo concetto nella prossima lezione).La blastocisti quindi si impianta nell'endometrio e lì continua lo

sviluppo dell'embrione.

La blastocisti ha delle cellule che secernono un particolare ormone: la gonadotropina corionica (human

Chorionic Gonadotropin, hCG) Questa hCG è un ormone che permette il sostentamento del corpo luteo e

della sua produzione di progesterone.

Quindi l'embrione produce l’hCG, che serve a permettere la produzione di progesterone da parte del corpo

luteo, e il progesterone a sua volta serve a mantenere l'endometrio materno trofico e a supportare lo

sviluppo dell'embrione. Si crea quindi una stretta relazione ormonale fra l'embrione e l'endometrio, in cui

l'embrione sostiene lo sviluppo dell'endometrio, garantendo la produzione di progesterone da parte del corpo

luteo.

D: Ma è per questo che, se l'embrione non si impianta, le cellule luteiniche muoiono?

R: Esatto, proprio per questo: se non c'è la formazione dell'embrione, non c'è la produzione di hCG e il corpo

luteo, non essendo sostenuto da questo stimolo ormonale, degenera.

Nell’immagine (a sinistra, ndr) potete vedere lo

sviluppo del follicolo fino ad arrivare al follicolo

maturo. Potete vedere l’espulsione dell'oocita che

ha completato la prima fase meiotica e che entra

nella seconda fase, senza però completarla. Le

cellule che lo circondano sono cellule coronarie

piatte.

L’oocita in seconda divisione meiotica entra quindi

nell'ovidotto, che non è in contatto diretto con

l'ovaia, ma è circondato da una struttura che lo

tiene unito.

L’oocita entra all'interno della tuba uterina spinto

dal processo ampollare della tuba, che è costituito

da una sorta di tentacoli, processi.

All'interno della tuba l'oocita si muove perché nella

tuba sono presenti delle ciglia che si muovono e

che lo spingono, creando un flusso di liquido

mucoso. Anche lo spermatozoo si muove all'interno di questo fluido, grazie al suo flagello. Questo muco

all’interno della tuba è quindi fondamentale, in quanto

permette da una parte al flagello dello spermatozoo di

muoversi, e dall'altra all'ovocita di andare verso l'utero.

D: Dove si trova il corpo luteo?

R: Il corpo luteo rimane sempre all'interno dell'ovaio,

dove secerne nel sangue l’ormone hCG, che verrà poi

recepito dalle cellule dell'utero materno

Lo spermatozoo, una volta entrato nell’utero, deve

muoversi in modo attivo per raggiungere la tuba. Ma

perché avviene questo passaggio? La principale ipotesi è

che lo spermatozoo tenda a muoversi verso strutture che

presentano temperature più elevate, che vengono

percepite attraverso recettori termici (il meccanismo è

definito termotassi) 6

Il richiamo verso l'oocita avviene invece tramite una chemiotassi:

l’oocita cioè emette dei fattori di richiamo, che però sono a corto

raggio e che quindi possono essere recepiti dallo spermatozoo

soltanto quando è abbastanza vicino.

Lo spermatozoo quindi inizialmente si muove verso la tuba attraverso

la contrazione muscolare dell'utero e poi nella tuba, attraverso il

fenomeno di chemiotassi, viene attratto dall’oocita da fattori chemio-

attrattivi.

D: Ma l'oocita ha già completato la meiosi?

R: No, l’oocita è ancora all'inizio della seconda fase meiotica.

D: (non comprensibile, ndr)

R: Le fibre dell'ampolla servono a ricevere l'oocita e a spingerlo nella tuba, dove le ciglia, attraverso il

movimento del muco, consentono il passaggio nella parte più interna.

A questo punto lo spermatozoo arriva nelle vicinanze dell'oocita, per dar vita alla fecondazione.

Ci sono però tre ostacoli:

1- penetrazione delle cellule somatiche diploidi della corona radiata

2- penetrazione nella zona pellucida, che protegge l'embrione

3- fusione con le membrane cellulari dell’oocita..

Dei 200-300 milioni di spermatozoi depositati, solo 300-500 potranno raggiungere l'oocita nella tuba e, tra

questi, solo uno deve fecondare l'ovocita.

Ciò che avviene è che diversi spermatozoi contemporaneamente riescono a superare la barriera formata

dalle cellule della corona radiata, ma dopo entrano in contatto con la membrana pellucida.

La membrana pellucida è una struttura fondamentale nel processo di fecondazione. Essa è una struttura

proteica che presenta delle proteine che funzionano da recettori. La proteina recettoriale più importante si

chiama ZP3. Essa è una proteina particolare perchè è

specie- specifica: può essere cioè riconosciuta solamente da un ligando specifico, presente nello

spermatozoo della stessa specie. In questo modo l’oocita non può essere fecondato dallo

spermatozoo di un’altra specie. Questa è una sorta di protezione della specie.

Il legame di ZP3 col suo ligando presente sulla membrana dello spermatozoo fa sì che lo spermatozoo si

leghi alla membrana pellucida in maniera stabile.

Questo legame stabile induce lo spermatozoo a far sì che tutti gli enzimi contenuti nella sua vescicola

acrosomiale vengano rilasciati all'esterno (immagine a sinistra, ndr), cioè esattamente di fronte alla

membrana pellucida.

Questi enzimi servono a digerire le proteine della membrana pellucida, in modo tale da aprire un varco per

far entrare lo spermatozoo. È importante sottolineare che questo rilascio di enzimi avviene solamente

quando tra spermatozoo e la membrana pellucida avviene un legame diretto e stabile, mediato dalla proteina

specie-specifica ZP3 (è presente in tutte le specie, ma è altamente variabile nella sua composizione

proteica), che è disposta su tutta la membrana.

La corona radiata è un blocco, ma non è estremamente efficace, per cui diversi spermatozoi riescono ad

entrare e ad attaccarsi al recettore della membrana pellucida, secernendo proteasi che la digeriscono. Ciò

quindi avviene in diverse parti della membrana.

Lo spermatozoo riesce quindi a degradare la membrana pellucida e, sempre tramite il movimento del suo

flagello, riesce ad imporre una spinta per entrare dentro ad essa. Una volta entrato, la sua membrana entra

in contatto diretto con la membrana citoplasmatica dell'oocita e si

realizza così la fusione e, quindi, la fecondazione.

Quando avviene il contatto tra la membrana dello spermatozoo e

la membrana dell'oocita quest’ultimo viene indotto a completare

la seconda fase meiotica. Quindi la seconda fase meiotica viene

completata solo quando l'ovocita è stimolato dal contatto con lo

spermatozoo.

A questo punto, dopo la seconda fase meiotica, si formano due

cellule. Una però rimane molto piccola, priva, o quasi, di

citoplasma (è il globulo polare), mentre l'altra (l'oocita primario)

completa la sua maturazione. Il contenuto di DNA dell’oocita

primario è quindi pronto per essere mescolato con quello dello

spermatozoo che è entrato nel citoplasma.

Ovviamente questo avviene con un solo spermatozoo, ma ce ne

sono molti altri che vorrebbero far entrare il proprio DNA

all'interno della cellula uovo: ogni spermatozoo vuole far entrare il

7

proprio DNA nella cellula uovo, ma la

cellula uovo ne vuole uno solo.

La cellula uovo ha sviluppato due

meccanismi che consentono di evitare la

polispermia,cioè la fecondazione da parte di

più spermatozoi. I due meccanismi sono

uno veloce e uno lento.

Meccanismo veloce. Quando la membrana

del primo spermatozoo contatta la

membrana dell'oocita, la membrana

dell'oocita cambia il suo potenziale elettrico.

Lo zigote ha una concentrazione di ioni potassio all'interno del citoplasma più bassa rispetto a quella

esterna: ciò fa sì che la membrana sviluppi un potenziale elettrico di -70 mV (grafico a sinistra, ndr).

Quando avviene la fecondazione entrano ioni potassio all'interno del citoplasma e quindi questo potenziale

di membrana viene revertito; siccome l'entrata di ioni è velocissima, questo potenziale elettrico cambia in

maniera repentina e istantanea, passando da un valore negativo a uno positivo. Questo cambiamento di

potenziale fa sì che la membrana dell'oocita diventi più resistente alla fusione con altri spermatozoi.

Il primo spermatozoo che entra, quindi, trova una membrana dell'oocita “permissiva” alla fusione, mentre gli

altri, che magari entrano solo qualche millisecondo dopo, trovano invece una membrana resistente, perchè

ha cambiato il suo potenziale elettrico.

Ovviamente questo potenziale elettrico è solo uno dei due meccanismi che evitano una fecondazione

successiva.

Meccanismo lento (più efficace). All'interno del citoplasma dell'oocita sono presenti i cosiddetti granuli

corticali, cioè vescicole posizionate vicino alla membrana citoplasmatica (immagine nella pagina seguente,

ndr). Queste vescicole vengono indotte a fondersi con la membrana citoplasmatica quando essa cambia il

suo potenziale elettrico in seguito alla prima fusione fra la membrana dello spermatozoo e la membrana

dell'oocita.

Queste vescicole citoplasmatiche contengono molte proteasi, molti residui glicoproteici e molti zuccheri, che

vengono espulsi all’esterno della membrana in seguito alla fusione.

Le proteasi, una volta rilasciate, tagliano il recettore ZP3: in questo modo fanno sì che tale recettore non sia

più presente sulla zona pellucida e che quindi non ci sia più la possibilità di fare un legame stabile tra lo

spermatozoo e la zona pellucida. Da questo momento gli spermatozoi non potranno più legarsi alla zona

pellucida.

Gli zuccheri rilasciati invece creano un potenziale osmotico fra lo spazio che è all'interno della zona pellucida

e quello.

Questo salto di potenziale osmotico richiama liquido, acqua, sostanza fisiologica dall'esterno verso l'interno e

fa in modo che fra l'oocita e la zona pellucida si crei uno spazio molto ampio. Questo spazio molto ampio fa

sì che gli spermatozoi