Riassunto esame Istologia, prof. Canipari, libro consigliato Embriologia Umana, De Felici

Meiosi

La meiosi è una modalità di divisione cellulare che porta alla formazione di cellule aploidi, i gameti, a partire da cellule diploidi, le cellule germinali. La meiosi si compone di due fasi:

Meiosi I – divisione riduzionale

La cellula germinale diploide si divide in due cellule diploidi.

Interfase I

Duplicazione del materiale genetico (la cellula contiene 4 copie di ciascun gene).

Profase I

• Leptotene: condensazione della cromatina a formare i cromosomi, ciascuno costituito da due cromatidi fratelli identici.
• Zigotene: appaiamento dei cromosomi omologhi, detto sinapsi, con cui si forma la tetrade. Il contatto avviene inizialmente in un determinato punto e poi prosegue come una chiusura a cerniera. Sono responsabili di questo appaiamento e del successivo crossing over molte proteine, tra cui le coesine che tengono uniti sia i cromosomi omologhi che i cromatidi fratelli e il complesso sinaptinemale.
• Pachitene: i cromosomi omologhi completamente appaiati fanno crossing-over in corrispondenza dei chiasmi.
• Diplotene: i cromosomi omologhi si iniziano a separare, tranne a livello dei chiasmi, punti di unione lungo le lunghezze dei cromosomi dove è avvenuto crossing-over. Le cellule germinali che producono gli ovociti si fermano qui nella prima maturazione.
• Diacinesi: rottura dell’involucro nucleare e legame dei centromeri alle fibre del fuso.

Metafase I

I cromosomi omologhi si allineano sulla piastra equatoriale.

Anafase I

Ciascun cromosoma della coppia di omologhi viene tirato verso una delle estremità. Al contrario della mitosi, non c’è separazione tra cromatidi.

Telofase I

Inizia la formazione delle cellule figlie, entrambe diploidi.

Il complesso sinaptinemale è una struttura proteica che si forma tra due cromosomi omologhi all’inizio della profase I e scompare alla fine di questo stadio. È formato da tre regioni: una centrale costituita dalla proteina SCP1 e SYCE 1,2 e due laterali costituite dalle SCP2 e SCP3. (SCP=proteina del complesso sinaptinemale; SYCE=elemento del complesso sinaptinemale.)

Il crossing over è un processo di ricombinazione omologa derivante dalla rottura a doppio filamento di una molecola di DNA, che grazie all’azione di apposite proteine viene riparata con frammenti del cromosoma omologo, formando chiasmi grazie alle giunzioni di Holliday.

Meiosi II – divisione equazionale

Due cellule diploidi si dividono in quattro cellule aploidi (gameti). È uguale a una mitosi:

Profase II

Condensazione dei cromosomi, dissoluzione dell’involucro nucleare, legame tra i centromeri e le fibre del fuso.

Metafase II

Allineamento dei cromosomi sulla piastra equatoriale.

Anafase II

Disgiunzione dei cromatidi fratelli, che vengono tirati verso i poli opposti.

Telofase II

Decondensazione del DNA e citocinesi.

Meiosi nell’ovogenesi e nella spermatogenesi

Ovogenesi

Inizia intorno al 4° mese nelle ovaie fetali e si arresta al termine della profase I, allo stadio di diplotene. A partire dalla pubertà, ogni 28 giorni un ovocito primario termina la meiosi I e va incontro a una citodieresi diseguale, da cui si forma un ovocito secondario e un globulo polare I. Alla metafase II si verifica un secondo arresto della maturazione ed avviene l’ovulazione. La meiosi II terminerà solo se l’ovocito sarà fecondato: in questo caso avverrà una seconda citodieresi diseguale, da cui si formerà il globulo polare II. Il prodotto della meiosi completa (con fecondazione) sarà di un ovocito fecondato, un globulo polare I (raramente questo si divide e dà origine a due globuli polari I) e un globulo polare II.

Spermatogenesi

Inizia con la pubertà, a partire da uno spermatogonio A. Questo si divide per mitosi alcune volte dando origine a spermatogoni B, che si dividono ancora fino ad andare incontro a meiosi. Diventano quindi spermatociti I e poi spermatociti II, di cui ciascuno dà origine a due spermatidi. La durata della meiosi è di circa 24 giorni ed avviene in modo continuo.

Apparato genitale maschile

Struttura del testicolo

Gonade: organo ghiandolare di forma ovoidale avvolto dalla tonaca albuginea (tessuto connettivo fibroso), che si ispessisce posteriormente formando il mediastino. Da questo si propagano sottili fogli di connettivo che suddividono il testicolo in 250 lobuli (o logge). Ogni lobulo contiene da 1 a 4 tubuli seminiferi, sede della produzione di spermatozoi, tra le cui anse è presente connettivo lasso interstiziale, che contiene vasi sanguigni, vasi linfatici, cellule del Leydig (ghiandole endocrine secernenti testosterone), macrofagi, fibroblasti, linfociti, mastociti. Le estremità dei tubuli si uniscono a formare il tubulo retto, che li mette in comunicazione con la rete testis.

Rete testis

Rete di canalicoli intercomunicanti che riceve lo sbocco dei tubuli seminiferi e da cui dipartono 10-12 condottini efferenti, che costituiscono il tratto iniziale delle vie genitali (o spermatiche esterne) e veicolano gli spermatozoi all’epididimo.

Epididimo

Dotto che mette in comunicazione la rete testis ed il dotto deferente, è il luogo in cui gli spermatozoi si accumulano (tempo medio di transito di una settimana) e sono sottoposti a una maturazione funzionale che li rende mobili. L’epididimo è avvolto su se stesso a formare una struttura di circa 5 cm sul margine posteriore del testicolo. È formato da una testa, situata superiormente ed in rapporto con i condottini efferenti, un corpo e una coda, situata all’estremità inferiore, che continua con il dotto deferente.

Dotto deferente

Mette in comunicazione l’epididimo con il dotto eiaculatore ed è lungo circa 30 cm. La sua parte terminale è dilatata ed è detta ampolla.

Dotto eiaculatore

Breve dotto di 1-2 cm, che accoglie gli sbocchi del dotto deferente e della vescichetta seminale. Questo attraversa la prostata e termina nell’uretra prostatica insieme al controlaterale.

Movimenti

Il movimento lungo le vie genitali è dovuto a contrazione peristaltica (cioè tramite “strozzature” della parete muscolare) dei dotti ed è impedita l’eiaculazione retrograda dal muscolo sfintere interno della vescica. Durante il percorso, l’aggiunta dei prodotti di secrezione delle ghiandole esocrine accessorie annesse (vescichette seminali, prostata, ghiandole bulbo-uretrali) forma il liquido seminale.

Irrorazione

Il testicolo riceve il rifornimento di sangue dall’arteria testicolare, che ha origine dall’aorta addominale. Il testicolo presenta una rete capillare che converge nel mediastino e forma il plesso pampiniforme, che converge nella vena testicolare. Questo contiene sangue con una temperatura più bassa (è sangue venoso) e contribuisce a mantenere la temperatura del sangue che arriva al testicolo più bassa circondando l’arteria testicolare. Il mantenimento della temperatura differenziale tra scroto e cavità addominale è essenziale per la produzione di spermatozoi: nel caso di criptorchidismo (mancata discesa delle gonadi nello scroto durante lo sviluppo fetale) si blocca la spermatogenesi.

Sviluppo del testicolo

Prima della pubertà nei testicoli sono presenti i cordoni testicolari primitivi, precursori privi di lume dei tubuli seminiferi. Questi sono costituiti da:

• Cellule germinali (prospermatogoni o gonociti).
• Precursori delle cellule di sostegno (cellule del Sertoli e cellule mioidi).
• Precursori delle cellule interstiziali (cellule del Leydig).

Durante la vita fetale, a 14-18 settimane, le cellule del Leydig fetali iniziano a produrre testosterone, responsabile della mascolinizzazione del feto, e Insl-3 (Insuline-like growth factor), responsabile della discesa dei testicoli nello scroto. Queste cellule degenerano durante gli ultimi 3 mesi di gravidanza.

Nel periodo dalla nascita alla pubertà, le cellule del Leydig hanno un picco di proliferazione nel primo trimestre dopo la nascita, quando producono testosterone e LH, e poi si fermano fino alla pubertà. Nel frattempo, durante l’infanzia, la proliferazione delle cellule del Sertoli è responsabile della crescita di volume e di lunghezza dei testicoli e dei dotti. Le cellule germinali aumentano il loro numero, ma non vanno incontro a maturazione.

La pubertà determina la fine della proliferazione delle cellule del Sertoli, che vengono modificate strutturalmente dalla formazione di giunzioni occludenti, che le rendono cellule allungate polarizzate. Queste iniziano a produrre un secreto fluido che provoca la formazione del lume all’interno dei cordoni testicolari, che si trasformano in tubuli seminiferi. Il lume dei tubuli si connette alla rete testis. Inizia la spermatogenesi con un picco di proliferazione degli spermatogoni, che si localizzano intorno alla base delle cellule del Sertoli (NB: l’efficienza della spermatogenesi è determinata dall’efficienza delle cellule del Sertoli). Contemporaneamente, le cellule del Leydig proliferano, formando una popolazione di cellule adulte.

Epitelio seminifero

I tubuli seminiferi sono costituiti da un complesso epitelio stratificato. Esternamente sono delimitati da una tonaca costituita da diversi strati di cellule mioidi (cellule muscolari lisce peritubulari) e da una membrana basale. A contatto con la membrana basale c’è la base delle cellule del Sertoli. Queste hanno una forma allungata e ramificata; le cellule adiacenti sono unite da giunzioni occludenti e tra queste passano le cellule germinali nelle varie fasi dello sviluppo.

Funzioni delle cellule del Sertoli

• Sostegno strutturale e nutritivo alle cellule germinali.
• Fagocitosi di cellule germinali in degenerazione e dei corpi residuali (citoplasma eliminato dallo spermatozoo nell’ultima fase della maturazione).
• Regolazione del rilascio degli spermatozoi.
• Secrezione di molecole che mediano l’azione dell’FSH, regolando il differenziamento delle cellule germinali.
• Formazione della barriera emato-testicolare.

La barriera emato-testicolare è formata dalle giunzioni occludenti tra cellule del Sertoli. Queste provocano la formazione di due diversi microambienti per le diverse fasi dello sviluppo della cellula germinale. L’epitelio seminifero è quindi diviso in:

• Compartimento basale: contiene gli spermatogoni e gli spermatociti primari in preleptotene; è accessibile al fluido interstiziale, per cui interagisce con il fluido proveniente dai vasi sanguigni.
• Compartimento adluminale: contiene gli spermatociti in meiosi dopo lo stadio di leptotene, in fase post-meiotica, gli spermatidi e gli spermatozoi; è inaccessibile al fluido interstiziale ed è invece pervaso dal fluido tubulare secreto dalle stesse cellule del Sertoli, che ha una composizione nettamente differente rispetto a quello interstiziale.

La presenza della barriera permette, oltre alla formazione di due microambienti chimicamente distinti, un controllo dello sviluppo grazie a meccanismi di regolazione della permeabilità che devono attuare gli spermatociti per poter attraversare la barriera e l’isolamento delle cellule germinali dal sistema immunitario.

Privilegio immunitario del testicolo

Nei mammiferi la competenza immunologica, cioè la capacità di riconoscere gli antigeni presenti fino a quel momento come self e quelli mai incontrati come non-self, è acquisita nel periodo perinatale. Poiché durante la pubertà, con lo sviluppo a spermatozoi, le cellule germinali subiscono modificazioni che le portano ad esprimere antigeni diversi, questi sono riconosciuti come non-self e devono essere protetti dal sistema immunitario. L’orchite autoimmune è una reazione immunitaria caratterizzata dall’infiltrazione di linfociti e macrofagi all’interno dei microtubuli, che attaccano gli spermatozoi causando uno stato infiammatorio. In condizioni fisiologiche questa reazione è impedita da una serie di controlli sia a livello fisico (le cellule del Sertoli formano la barriera emato-testicolare che isola l’interno del microtubulo dal liquido interstiziale) sia a livello molecolare (sono coinvolti diversi elementi, tra cui i linfociti T e le cellule del Sertoli; queste producono fattori solubili che interferiscono con la risposta immunitaria dei linfociti).

Struttura degli spermatozoi

Attraverso la fissazione e colorazione degli spermatozoi può essere eseguito lo spermiogramma o spermiocitogramma, un’analisi in cui vengono valutate la morfologia e la motilità degli spermatozoi e la composizione chimica del liquido seminale.

Testa

Lunga 3 micrometri, ha forma a pera. È costituita dal nucleo e dall’acrosoma. Il nucleo contiene un assetto cromosomico aploide organizzato in cromatina estremamente condensata e trascrizionalmente inattiva. L’acrosoma ricopre i 2/3 caudali della superficie nucleare e la sua membrana è detta esterna nella parte ad intimo contatto con la membrana plasmatica ed interna nella parte a contatto con la membrana nucleare. Nell’acrosoma sono contenuti enzimi lisosomiali litici che sono liberati durante la fecondazione nel corso della reazione acrosomale, per permettere il passaggio attraverso la zona pellucida.

Coda

È lunga 60-70 micrometri, suddivisa in quattro regioni con struttura diversa.

• Collo: un breve tratto che presenta un centriolo (l’altro è stato degradato) in posizione trasversale ed una placca di materiale denso da cui originano 9 fibre dense esterne, che ricoprono l’assonema lungo tutta la sua lunghezza e sono coinvolte nel ripiegamento del flagello.
• Tratto intermedio: l’assonema è circondato, oltre che dalle fibre dense esterne, da una guaina di circa 100 mitocondri allungati, posizionati con andamento elicoidale.
• Tratto principale: è caratterizzato da un deciso restringimento del diametro e dalla presenza dell’annulus, una struttura anulare di materiale denso che provoca un ispessimento della membrana plasmatica. In questo segmento è presente una guaina fibrosa a circondare le fibre dense esterne. Questa è formata da una colonna ventrale ed una dorsale, collegate da coste circonferenziali.
• Tratto terminale: l’assonema, sempre circondato da fibre dense esterne, è rivestito esclusivamente dalla membrana plasmatica.

Spermatogenesi

Processo di sviluppo con il quale gli spermatogoni (cellule germinali) diventano spermatozoi (cellule altamente specializzate). Ha una durata totale di circa 74 giorni ed avviene in modo continuo nell’epitelio seminifero. Poiché in diverse aree dell’epitelio sono presenti stadi (associazioni cellulari) diversi, la produzione globale di spermatozoi avviene in modo continuo, nonostante il processo in sé sia relativamente lungo. Gli stadi o associazioni cellulari sono quadri di associazione dei diversi livelli di sviluppo all’interno di un’area di epitelio seminifero. Esistono 6 diversi stadi, che si succedono a formare il ciclo dell’epitelio seminifero. Questo è definito come il tempo che passa tra due successive comparse della medesima associazione ed ha una durata di 16 giorni.

Fase mitotica

Durata di circa 20 giorni. Fase di proliferazione degli spermatogoni, che si differenziano nei tipi Ad (A dark: colorazione della cromatina omogenea e intensa) e Ap (A pale: colorazione della cromatina pallida, in quanto finemente dispersa). Le A dark funzionano da cellule staminali di riserva e presentano un basso indice mitotico, volto a salvaguardare l’integrità del genoma. Le A pale sono le cellule progenitrici, dalla cui divisione si formano spermatogoni B, che andranno incontro a differenziamento. Questi dopo una serie di divisioni mitotiche vanno incontro a meiosi, fermandosi allo stadio di spermatocita primario in preleptotene. Gli spermatogoni che si differenziano hanno la caratteristica di non terminare la divisione non andando incontro a citodieresi, per cui fino all’ultimo stadio dello sviluppo, la spermiogenesi, le cellule continuano a rimanere unite tramite ponti citoplasmatici.

Fase meiotica

Durata di circa 24 giorni. La fase meiotica ha inizio a partire dagli spermatociti primari in preleptotene. Questi attraversano le divisioni meiotiche con una distanza di circa 6 ore l’una dall’altra. Durante lo stadio di pachitene della meiosi I, i cromosomi X e Y sono temporaneamente inattivati e sono solo parzialmente adesi; si localizzano in una regione chiamata vescicola sessuale. Gli spermatociti sono detti primari durante la meiosi I e secondari durante la meiosi II. Alla fine della fase meiotica da ciascuno spermatogone si formano 16 spermatidi, tutti interconnessi tramite ponti citoplasmatici.

Spermiogenesi

Durata di circa 30 giorni. Durante la spermiogenesi non avvengono ulteriori divisioni, ma solo la maturazione dello spermatida a spermatozoo. Questo deve essere trasformato da cellula rotonda a cellula polarizzata e deve formare strutture specifiche. La spermiogenesi è suddivisa in quattro fasi:

• Fase del Golgi: il complesso di Golgi dà origine a granuli proacrosomici, che fa confluire in un’unica vescicola acrosomica.
• Fase del cappuccio: la vescicola acrosomica va a formare il cappuccio, rivestendo i 2/3 anteriori della superficie nucleare. I centrioli si dispongono sul lato del nucleo opposto al cappuccio ed iniziano la formazione dell’assonema.
• Fase acrosomica: la membrana cellulare si avvicina al nucleo in corrispondenza del cappuccio acrosomico.