Istologia e Embriologia - Appunti

Embriologia 17 maggio 2013

Gametogenesi e spermatogenesi

La cellula uovo umana è piccola rispetto alle specie (100 micron) in quanto la madre deve fornire il nutrimento per un piccolo lasso di tempo; lo spermatozoo invece è lungo circa 50 micron. Gli spermatozoi che partono dalle gonadi maschili sono milioni, ma solo poche centinaia raggiungono la cellula uovo, e solo uno la feconderà.

I gameti (spermatozoo e cellula uovo) si sviluppano nella rispettiva gonade attraverso un processo lungo e complesso che comincia nella vita embrionale e fetale, arriva "a regime" alla pubertà e termina alla menopausa (fine della fertilità della femmina – attorno ai 50 anni) e all'andropausa (variabile). Comincia da cellule germinali primordiali (con XX e XY), che sono l’oo-gonio e spermato-gonio. Sono cellule diploidi staminali committed che, prima di fare meiosi e dare per differenziazione finale i gameti, aumentano di numero proliferando per mitosi. I gameti (cellula uovo e spermatozoo) che da queste derivano alla fine della meiosi sono aploidi.

La sistemazione delle cellule staminali umane inizia circa alla 4^a settimana, nelle creste genitali (parete posteriore della cavità addominale, a livello della regione pelvica). La gonade femminile si sviluppa e rimane nelle creste genitali, anche alla fine dello sviluppo, mentre le gonadi maschili no. Le cellule germinali si differenzieranno in modo sesso specifico, a partire da tre staminali che diventeranno cellule di supporto e cellule ormonali; le cellule germinali primordiali, arrivate dall'esterno, si insediano nelle creste.

Il gene master più importante è Sry, situato solo sul cromosoma Y, che regola i geni che portano alla differenziazione delle cellule precedenti tipiche del testicolo, diventando cellule di Sertoli (nutrimento e produzione ormone Mulleriano per sviluppo caratteri sessuali), cellule di Leydig (secrezione testosterone) e spermatozoi (germinali). Nella cellula con cromosoma XX, il differenziamento darà origine alla cellula uovo (germinali), follicolari (nutrimento e secrezione ormoni) e cellule della teca (produzione ormoni).

In caso di ambiguità sessuale genetica, queste situazioni anomale possono essere determinate da alterazioni di proteine non codificate da X e Y. XX codifica per DAX1, un fattore trascrizionale che determina la differenziazione dell'ovaio, da cui dipendono due fattori di crescita solubili (WNT4 e RSPO1); nel maschio l'assetto XY determina due TF, ovvero SRY (codificato da Y) e SOX9, accompagnati da un fattore solubile FGF9, la cui produzione è necessaria per lo sviluppo della gonade maschile.

Nell'ovaio le cellule follicolari e della teca formeranno i follicoli, che produrranno estrogeni (caratteri sessuali primari e secondari), mentre nel testicolo le cellule di Sertoli e Leydig producono rispettivamente AMH (mulleriano) e testosterone. Se non è presente l'Y, la maggior parte dello sviluppo avviene in senso femminile; è quindi necessaria una regressione regolata dall'ormone mulleriano.

Le cellule germinali si collocano nelle creste genitali da cui derivano le gonadi (maschile o femminile); ogni gonade è non solo sede della produzione dei gameti ma anche ghiandola endocrina; la differenziazione delle gonadi e delle cellule è regolata da cromosomi, fattori trascrizionali e ormoni.

Sesso genetico

Combinazione XX oppure XY, alla fecondazione.

Sesso gonadico

Sviluppo di testicolo oppure ovaio, 7°-13^a settimana di vita fetale, e la produzione di ormoni dalle cellule non germinali (somatiche).

Sesso fenotipico

Altri organi dell’apparato genitale interno e caratteri sessuali secondari (vita fetale, infanzia, adolescenza pubertà).

Spermatogenesi

Il percorso che i milioni di spermatozoi deposti al fondo della vagina devono compiere è estremamente difficoltoso, e si è evoluto in modo da avere abbastanza energia data dai mitocondri (nel colletto) e un lisosoma che penetri la barriera della cellula uovo. Lo sperma è costituito da spermatozoi e liquido nutritivo. La produzione avviene nei testicoli, che originariamente si sviluppa nell'addome; lo sviluppo delle vie spermatiche avviene a livello della gonade, dell'addome e si conclude con l'uretra peniena. La produzione deve avvenire però lontano dall'addome, in quanto la temperatura favorevole deve essere più bassa; il testicolo scende nella borsa scrotale mediante il canale inguinale. In caso di mancata discesa della gonade nello scroto bisogna intervenire per impedire l'infertilità e la trasformazione neoplastica di cellule del testicolo.

Il testicolo (o didimo) è contenuto nello scroto, e si trova sotto l'epididimo, che si continua nel dotto deferente che, rientrando nell'addome, riceve i dotti escretori di due ghiandole esocrine (vescichette seminali e prostata); successivamente il dotto deferente confluisce con il dotto escretore della vescica, e insieme costituiscono l'uretra peniena che decorre nel pene e da cui fuoriesce l'urina o il liquido spermatico.

Il testicolo è costituito da concamerazioni di connettivo, contenente i tubuli seminiferi, molto avvolti su se stessi, in cui avviene la produzione degli spermatozoi; essi confluiscono in una rete testis, da cui confluiranno nel dotto dell'epididimo, in cui i tubi superavvolti terminano nel dotto deferente. La produzione degli spermatozoi avviene nei tubuli seminiferi, mentre la conservazione e una prima maturazione avviene nell'epididimo; nel dotto deferente troviamo una parte di conservazione, ma serve fondamentalmente per espellerli.

Gli spermatogoni per diventare attivi devono diventare spermatociti, spermatide e poi spermatozoi; man mano che si differenziano, gli spermatociti migrano al centro del testicolo maturando a spermatozoi. L'interstizio è abitato da connettivo e da cellule di Leydig, che danno origine a cellule endocrine che producono il testosterone. Il lume del tubulo è invece riempito dalle cellule del Sertoli, molto grandi che costituiscono uno strato di supporto che forniscono nutrimento agli spermatogoni nelle varie fasi maturative, accogliendo le cellule che stanno maturando.

Fasi maturative

• Mitosi: spermatogoni si duplicano ad A1, A2, A3, A4 che poi diventano spermatogoni intermedi, spermatogoni B fino ad originare (ognuno di essi) ad almeno quattro di spermatociti. Il loro comportamento è simile a quello di una staminale, in quanto una di queste non si differenzia, per mantenere la popolazione originaria.
• Meiosi I: che porta alla formazione di decine e decine di spermatogoni differenziati di tipo B. Gli spermatogoni si distinguono fra loro.
• Meiosi II: come tutti i tessuti avviene per rinnovamento e mantenimento; lo spermatogonio si comporta come una qualsiasi cellula staminale di cui una fa automantenimento e l’altra si differenzia. Una cellula mantiene la popolazione, mentre le altre originano cellule con capacità proliferative maggiori. Una cellula fa auto mantenimento, mentre le altre fanno mitosi; come tutte le staminali: le staminali hanno ritmo debole. Gli spermatogoni sono di transito, si producono enormemente, ma numericamente da uno spermatogonio originano centinaia di spermatozoi.

Ha un'importanza enorme per la fertilità e l'attività mitotica: qualsiasi insulto o farmaco che colpisca testicolo provoca alterazioni della duplicazione DNA e della corretta mitosi e meiosi; danni alla fertilità. Solo gli spermatogoni intermedi sono diversi. Ogni A4 genera un A4 e uno spermatogonio intermedio. Se le cellule diventano invece spermatociti primari, il processo non è reversibile. Il processo di meiosi porta a un diverso modo di proliferare delle cellule; avviene inoltre duplicazione DNA nella doppia divisione.

Alla fine si arriva alla cellula aploide; dopo la prima fase meiotica si originano due spermatociti secondari da ogni spermatocita primario. Originano così spermatidi che non si dividono più; avviene la differenziazione in spermatozoi, detta spermioistogenesi.

Istogenesi dello spermatozoo

Nelle duplicazioni meiotiche successive a quella degli spermatociti le cellule sono collegate con ponti citoplasmatici per fare unità funzionali. Nella differenziazione in spermatidi, le cellule devono avere loro completo corredo genetico. Il cromosoma Y è più piccolo.

La spermatogenesi comincia nella vita intrauterina del maschio; le cellule collocate in zona in cui si formano cordoni soliti che stanno fermi fino alla pubertà, quando inizia il funzionamento di ipotalamo e ipofisi che agiscono sulle cellule del Sertoli e Leydig, in modo da stimolare la spermatogenesi. A quel punto vengono prodotti spermatozoi maturi. La pubertà è processo che avviene continuamente; gli ormoni partono, viene prodotto il testosterone in modo costante.

La conseguenza principale della meiosi è costituita dai vantaggi biologici, poiché porta al massimo assortimento fenotipico sul quale l’evoluzione naturale agisce al meglio, fondendo patrimoni genetici diversi. Si originano nella meiosi patrimoni gametici; il crossing over aumenta quindi la variabilità, generando però dei geni diversi da quelli con cui l’individuo è nato.

Nel tubulo seminifero è presente la barriera ematotesticolare, in cui le cellule del Sertoli sono connesse da giunzioni strette che separano il compartimento basale da quello luminale. Gli spermatociti II che hanno già subito il crossing over sono separati da giunzioni strette, in modo da non arrivare al sangue e dare autoimmunità.

Finalmente sono prodotti spermatidi che possono andare incontro alla spermioistogenesi (ultima fase), che va poi incontro a modificazioni che portano allo spermatozoo; il materiale citoplasmatico gli viene eliminato formando il corpo residuo. Lo spermatozoo rimane quindi formato da una testa con il nucleo e un lisosoma (acrosoma) che perfora la membrana dell'oocita, e un flagello per il movimento.