Medicina della Riproduzione

Corso di Laurea Magistrale

in Biotecnologie Mediche e

Farmaceutiche

Medicina

della

Riproduzione

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Medicina della Riproduzione

Apparato genito-urinario maschile (cenni)

Il testicolo e l’epididimo stanno nello scroto; il vaso deferente entra nel canale

urinale: ci sono due ghiandole accessorie (le due vescichette seminali e la prostata)

che immetteranno le loro secrezioni nel momento dell’eiaculazione nel dotto

eiaculatore. L’uretra porta fuori sia le urine che il liquido seminale.

Sezione di testicolo adulto

normale

I tubuli seminiferi compongono circa l’80 % del

volume testicolo; vi troviamo le cellule germinali.

Il 15-20% contiene le cellule interstiziali.

Determinazione e differenziazione sessuale

Il sesso genetico è fondamentale per definire il sesso gonadico e il momento tra

sesso genetico e sesso gonadico è la determinazione. Dopo la differenziazione

dell’apparato genitale seguirà la produzione di ormoni che serviranno per dare un

sesso fenotipico adeguato al sesso genetico: momento della differenziazione

sessuale.

Il cromosoma Y

È stato identificato nel 1929, ma riconosciuta la sua importanza per la

determinazione del sesso nel 1959. La sua presenza determina il fenotipo maschile:

il cromosoma Y porta il gene dominante che controlla lo sviluppo testicolare. Dove

era localizzato? 2 Quando c’era un isocromosoma del

braccio corto, il fenotipo era maschile,

mentre l’isocromosoma del braccio

lungo determinava un fenotipo

femminile; era chiaro che il fattore che

determina il sesso

maschile fosse sul

braccio corto (Yp).

Nel braccio corto c’è

il gene dominante

che controlla lo

sviluppo testicolare. Andrew Sinclair scopre che la proteina

conteneva un dominio conservato di DNA binding.

Il gene (SRY) si trova quindi nel braccio corto, sotto la regione

pseudo-autosomiale (PAR). Le regioni PAR sono le due uniche

regioni che scambiano materiale genetico con il cromosoma X.

Gene SRY

1. È un gene molto piccolo, composto da un singolo esone.

La proteina si compone di 204 AA ed è in grado di regolare l’espressione

genica.

2. Ha il ruolo di indurre la differenziazione delle cellule di Sertoli e la

formazione della rete testis. Le cellule del Sertoli agirebbero come un centro

organizzativo capace di dirigere la differenziazione delle altre linee cellulari.

3. Il 15% circa dei soggetti con disgenesia gonadica pura e cariotipo 46,XY (è

femmina) presenta mutazioni puntiformi di SRY, localizzate quasi

esclusivamente nell’HMG box, parte più importante, dove si lega il DNA.

Esempio di paziente di 17 anni con amenorrea primaria (non ha mai

mestruato): si fa il cariotipo= 46, XY; segue individuazione gene SRY= c’era;

sequenziamento= c’era una mutazione sull’HMG box C-->T che comportava

il cambio della Serina con la Fenilalanina. Il cambio dell’AA ha provocato

un cambio importante della struttura terziaria, impendo alla proteina di

legarsi al DNA. 3

Ma cosa succede nel rimanente 85% dei casi di donne 46,XY con gene SRY intatto?

SOX9

1. C’è un esecutore dei messaggi dell’SRY: SOX9 è un fattore di trascrizione

che si attiva a valle di SRY nella cascata di attivazione genica per la

determinazione del sesso. È espresso nella cresta urogenitale e nelle cellule

del Sertoli. Quindi SOX9 è altrettanto fondamentale.

2. Ha una struttura simile all’SRY, presenta infatti un HMG box che lo rende

capace di legare il DNA.

3. Questa proteina è espressa anche nelle cartilagini, per cui una mutazione

inattivante provoca una displasia campomelica e il sex reversal.

4. 60% degli individui 46,XY con mutazioni SOX9 ha sex reversal (femmine XY

che non potranno avere il ciclo).

Gli altri players?

È un continuo gioco delle parti, una continua lotta tra i fattori che spingerebbero

la gonade bipotente verso la formazione dell’ovaio contro quelli che spingono verso

la formazione del testicolo. Accenneremo ad alcuni (es. DAX1)

DAX1 (Dosage-sensitive sex-reversal adrenal hypoplasia congenita critical region

on the X chromosome, gene 1). Ha un ruolo critico nello sviluppo del surrene e del

sistema riproduttivo (ruolo nel sex reversal). È espresso anche in ipotalamo, ipofisi

anteriore e placenta. È un fattore di trascrizione, come gli altri fattori di

determinazione del sesso, perché essa si basa essenzialmente sulla proteina che va

sui responsive element di determinati geni che servono per far partire un

programma che porta alla determinazione del sesso.

- Una delezione del DAX-1 porta ad un’ipoplasia congenita del surrene, ad un

ipogonadismo ipogonadotropo, ma ad una normale determinazione del sesso.

- Se c’è una duplicazione si verifica il sex-reversal (46, XY, female). DAX-1 ha la

funzione di antagonizzare gli effetti di SRY, inoltre è un repressore di trascrizione

per proteine ed enzimi che servono per la steroidogenesi.

Geni e mutazioni in DSD (disturbi della differenziazione cellulare)

46,XY female

• 15% mutazioni (o assenza) in SRY

o 15% mutazioni in NR5A1 (SF1)

o Rarissime duplicazioni DAX1, WNT4 (aumento del dosaggio)

o Rarissima aploinsufficienza SOX9, WT1

o 70% dei casi sconosciuta

o

46,XX male

• 90% traslocazione SRY:

o

Durante la meiosi, crossing-over tra le due regioni pseudoautosomiche X e Y.

L’SRY durante questo crossing-over, essendo subito dopo la regione PAR, può venir

traslocato sull’X. 4 Il futuro spermatozoo con X ha

acquisito l’SRY, lo spermatozoo

con Y ha perso SRY. Quando lo

spermatozoo X va a fecondare

l’oocita, ci sarà SRY e avremo

un maschio 46,XX. Quando lo

spermatozoo Y va a fecondare

l’oocita, non ci sarà SRY e

avremo un 46,XY femmina.

Rare duplicazione SOX9 (aumentato dosaggio porta ad un fenotipo

o maschile anche in assenza di SRY), FGF9.

Rare mutazioni RSPO1, WNT4 (geni importanti per la via

o femminile)

10% dei casi eziologia sconosciuta.

o

Differenziazione

Fino al 42° giorno (7a settimana) la gonade è indifferenziata (12 mm) e contiene 5-

600.000 cellule germinali che possono dare origine ad oogoni o spermatogoni, in

base a come va la determinazione del sesso.

Le cellule germinali non si originano nelle gonadi. I loro precursori, le cellule

germinali primordiali (PGC, primordial germ cells) hanno origine altrove

(nell’allantoide) e scendendo per la linea mediana migrano nelle gonadi quando

queste si sviluppano. Il primo passo della gametogenesi allora comporta la

formazione delle PGC e il loro ingresso nella cresta genitale allorché si forma la

gonade.

I genitali interni sono indifferenziati,

quando ancora non sono prodotti gli

differenziazione

ormoni per la (finora

determinazione

vista la da parte di

quei fattori di trascrizione che

determinano la struttura o del testicolo

o dell’ovaio, che una volta determinate

cominceranno a produrre gli ormoni),

abbiamo sia i dotti di Wolff che i dotti

di Muller. I dotti di Wolff nel maschio

devo sviluppare originando poi

epididimo, deferente e vescichette

seminali, mentre quelli di Muller

sparire. Nella femmina, i dotti di Wolff

devono regredire e i dotti di Muller

sviluppare bene per originare utero,

tube e parte superiore vagina. 5

Regolazione e funzione endocrina del testicolo

Asse ipotalamo-ipofisi-testicolo

[L’ipofisi si compone di due parti, la

parte anteriore, o adenoipofisi, e

posteriore, neuroipofisi.]

endocrina,

Si parla di regolazione perché

gli ormoni entrano nel circolo sanguigno

e la periferia comunica con il centro

(ipotalamo-ipofisi) e il centro produce

ormoni che comunicano con la periferia

(crosstalk tra queste strutture).

L’ipotalamo produce GnRH (ormone di rilascio delle gonadotropine) che fa

produrre LH e FSH a livello ipofisario. LH agisce sul testicolo stimolando le cellule

di Leydig (LC) a produrre testosterone che a sua volta agirà attraverso un feedback

negativo sull’ipofisi; l’FSH invece agisce sulle cellule del Sertoli, le quali producono

inibina, che ha azione di feedback negativo sulla produzione di FSH.

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Funzioni del testicolo

• Nella vita fetale deve produrre l’ormone anti-mulleriano per far regredire i

dotti di Muller, produrre il testosterone per sviluppare le strutture

Wolffiane… quindi serve per la differenziazione sessuale.

• Nella vita adulta serve per la produzione di spermatozoi (fertilità) e di

testosterone (caratteri sessuali secondari e funzione sessuale). Lo

spermatozoo è il prodotto finale della spermatogenesi ed è la cellula più

specializzata mai descritta nell’organismo.

Testosterone Attraverso l’asse ipotalamo-ipofisi-

testicolo avviene la regolazione

endocrina, ma all’interno del

testicolo stesso ci sono fattori

paracrini autocrini

ed che vengono

prodotti/agiscono sulle componenti

del testicolo.

LH induce la proliferazione delle

cellule di Leydig e la sintesi di

testosterone (T). Le concentrazioni

intratesticolari di T sono 100 volte

superiori a quelle nel plasma. FSH

agisce sulle cellule di Sertoli. Sono

necessari tutti e tre gli ormoni per

una corretta spermatogenesi

(quantitativa e qualitativa).

Il testosterone durante la vita fetale serve per la differenziazione sessuale e

individua un picco simile a quello che si riscontra nella vita adulta.

Successivamente si verifica una “mini pubertà”: i bambini al sesto mese hanno un

picco di testosterone, ma ancora non si è capito a cosa possa servire. Segue

quiescienza fino alla pubertà, quando il sistema riparte e si ha una crescita dei

livelli plasmatici di testosterone, che servirà per funzione varie (non solo

riproduttive e sessuali). Nell’invecchiamento si osserva una riduzione del

testosterone in modo diverso tra i vari individui, in dipendenza dallo stile di vita:

obesità, poca attività fisica portano ad un calo precoce del testosterone.

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Vita fetale: differenziazione sessuale

• Pubertà: differenziazione caratteri sessuali secondari

• Vita adulta: mantenimento caratteri sessuali secondari, libido e fertilità;

• eritropoesi, muscolatura, densità minerale ossea.

Il testosterone serve per i muscoli, aumenta la produzione di globuli rossi (agendo

sull’ematopoietina che stimola il midollo osseo), aumentando così l’apporto di

ossigeno, è importante per l’osso (la carenza provoca osteopenia/osteoporosi), è

importante per la libido, per la laringe (cambiamento della voce nei maschi, dovuto

ispessimento delle corde vocali), per la distribuzione pilifera maschile, per la

spermatogenesi e per la formazione di pene, prostata e vescichette seminali.

La prostata e il pene non sono organi direttamente sensibili al testosterone, ma ad

un suo metabolita, il diidrotestosterone (DHT) che si forma dopo la 5αriduzione da

parte della 5αreduttasi di tipo 2.

La quota libera di testosterone è quella funzionalmente importante, la maggior

parte è legata all’albumina o al SHBG (Sex Hormone Binding Globulin),

importante perché sapere quanto ce n’è serve per calcolare la quota libera di

testosterone (SHBG aumenta durante l’invecchiamento).

Il testosterone (o DHT) agisce attraverso il recettore androgenico, il cui gene si

trova sul braccio lungo del cromosoma X. C’è un polimorfismo CAG nel primo

esone, esone responsabile per la trans-attivazione del recettore: secondo il numero

di triplette cambia l’efficacia trascrizionale del recettore. Ci sono un dominio DNA

binding (entra nel nucleo) e uno ligand binding. Nel nucleo permette la trascrizione

di geni che codificano per proteine che servono per una serie di funzioni legate

all’effetto del testosterone. Androgen insensitivity

syndrome

Androgen Causata quando il recettore per gli androgeni

insensitivity (AR) non funziona appropriatamente.

syndrome (AIS) Il gene contiene 8 esoni e si sono molte

mutazioni che cadono in quelle regioni che

codificano per il DNA binding domain o per il

Complete androgen ligand binding domain.

insensitivity, CAIS. Secondo il tipo di mutazione si può verificare

Incidence about 1 in 20,000 una Partial Androgen Resistance oppure una

births Complete Androgen Resistance. Il fenotipo

Used to be called “testicular associato a queste mutazioni è vario e dipende

feminization”. 46,XY with da quale mutazione si verifica. Si può

normal (undescended) testes. diagnosticare una completa femminizzazione

The testes secrete testosterone, testicolare, un’incompleta femminizzazione

but the cells lack a receptor for testicolare, la sindrome di Reifenstein,

it. No receptor = no response to un’infertilità oppure semplicemente un bassa

the hormone. virilizzazione (fertile con pochi peli).

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CAIS

As a result, the male ducts (vas

deferens, epididymus, seminal Resistenza androgenica completa (CAIS),

vesicles) are not present. Sindrome di Morris o femminizzazione

However, the testes secrete MIS, testicolare: donna 46,XY, priva di peli pubici.

which causes the female ducts Ha i testicoli, SRY e avuto determinazione, ma

(uterus, fallopian tubes, upper il testosterone che doveva differenziare feto ed

vagina) to degenerate. individuo non può esercitare la sua funzione.

External genitalia develop as I testicoli non scendono (ernie inguinali), c’è la

male if DHT is present, but vagina, ma non c’è l’utero, amenorrea

testosterone and DHT use the primaria. Il seno è presente ma dopo il

same receptor. So, female trattamento con gli estroprogestinici che

external genitalia, including the conferiscono loro un fenotipo pienamente

lower 2/3 of the vagina. femminile.

At puberty, the testes again NB: quando c’è una resistenza ormonale, il

secrete testosterone. The enzyme

aromatase converts it into testosterone è prodotto a livello testicolare,

estradiol. ma il recettore non funziona a livello

dell’ipofisi, che aumenta l’LH, dato che non si

Thus, female secondary sexual

characteristics develop. Often verifica il feedback negativo. Quindi queste

“voluptuously feminine”. donne hanno un livello molto alto di

testosterone.

No menstruation of course: no

ovaries and no uterus. Pubic and

armpit hair is usually scant or

absent. Occasionally, the

undescended testes can become

cancerous, so they are often

surgically removed after puberty

is complete (so as to get normal

female development). 9

PAIS

Sometimes, the testosterone

receptors work inefficiently, due PAIS (Partial Androgen Insensitivity) o

to less drastic mutations than in Reifenstein Syndrome: ambiguità dei genitali,

CAIS. In these cases, the body si confonde con la clitoromegalia, associata

cells respond in a variable con ginecomastia, criptorchidismo e a

manner to testosterone, leading problemi di ipospadia, ovvero il meato

a wide variety of ambiguous uretrale non si trova nel centro del glande, ma

genitalia. a livello dorsale.

PAIS = partial androgen La prostata e il pene rispondono al DHT che

insensitivity. Also called comunica sempre con il AR (recettore

Reifenstein syndrome. androgenico).

Variable symptoms: can be

predominantly male (with Los Guevodoces

hypospadia, abnormal scrotum,

small penis), predominantly Esiste una situazione in cui

female (with enlarged clitoris, dei soggetti nascono come

fused labia, separate vaginal femmine, ma durante la

and urethral openings), or pubertà diventano maschi e

ambiguous genitalia hanno il cariotipo 46,XY.

(microphallus--less than 1 cm Sono stati chiamati “Los

long), labia-like scrotum, Guevodoces” cioè “huevos a

hypospadia, gynecomastia. uova all’età di 12

los doce”:

Similar variability in male anni

.

internal ducts; females ducts are

usually absent due to MIS Questi soggetti nascono

secretion. come femmine, hanno un deficit della

5αreduttasi, il DHT non viene formato. All’età

Sometimes people with PAIS

change gender identity after di 12-13 anni comincia una trasformazione: il

puberty, in either direction. T viene prodotto in abbondanza, il recettore

funziona e diventano dei veri maschi, eccetto

che il pene sarà appena più grande di una

There is also mild androgen clitoromegalia, perché comunque un po’ di

insensitivity (MAIS), which DHT verrà prodotto. È una sindrome

leads to completely male

appearance internally and recessiva, sviluppata specialmente in isole

externally, but with some dove la consanguineità è alta.

impairment of masculinization

at puberty. 10

Apparato genito-urinario femminile (cenni)

Si compone di vagina e vulva, organi

della sessualità e della deposizione

del seme, utero, fondamentale per

l’annidamento e la gravidanza, tube (o

tube di Falloppio), in continuità con

l’utero e in continuità con le ovaie

tramite le fimbrie che catturano

l’ovocita durante l’ovulazione (se le

fimbrie sono adese e non sono

funzionalmente attive, per esempio

nel caso di infezione silente da

clamidia, si ha infertilità), ovaie,

importanti per la follicologenesi e la

steroidogenesi (//testicoli). Ipotalamo

e ipofisi controllano l’attività delle

ovaie.

Fisiologia della gonade femminile

Follicologenesi

Dalla settima settimana l’ovaio ha degli oogoni in mitosi. Dal quinto mese di vita

fetale la crescita degli oogoni arriva al plateau, gli oogoni diventano ovociti che si

arrestano in meiosi I. Al sesto mese della vita fetale i 7 milioni di ovociti arrestati

in meiosi vanno incontro ad apoptosi e alla nascita ci saranno solo 1 milione di

cellule germinali, mentre al menarca 400.000. In menopausa ci sarà l&