Riassunto embriologia, prof. De Felici, libro consigliato Embriologia Umana, De Felici et al, Piccin

MEIOSI

La meiosi è un processo di divisione cellulare che riguarda le cellule germinali. Avviene dopo

un’unica divisione del DNA (fase S) e consiste in due divisioni che producono quattro cellule

aploidi, dette gameti con contenuto n=23 cromosomi e 1c di DNA. Essi sono lo spermatozoo e

l’ovocita, che devono essere aploidi, perché la loro unione darà un nuovo individuo diploide con

46 cromosomi.

Importante ricordare dopo duplicazione del DNA la cellula è 4c perché contiene due cromosomi

omologhi, ognuno composto da due cromatidi. Questa struttura è detta tetrade.

La meiosi consiste in due divisioni, ciascuna divisa in profase, metafase, anafase, telofase I e II:

1. Si dimezza il numero di cromosomi, che però sono ancora bicromatidici e si formano 2

cellule con n=23 e 2c DNA.

2. Si separano i cromatidi fratelli in ciascuna delle due cellule aploidi, e risultano quattro

cellule con n=23 e 1c DNA.

1.Prima divisione meiotica: la profase I è la più lunga e complessa e si divide in:

-leptotene: cromosomi formati da due cromatidi

-zigotene: ciascun cromosoma si appaia con l’omologo formando la sinapsi e la struttura

complessiva è detta tetrade

-pachitene: crossing over tra i 4 cromatidi che cromosomi omologhi mediante chiasmi

-diplotene: cromosomi omologhi cominciano a separarsi

Al termine gli omologhi paterni e materni si distribuiscono in modo casuale (2^n combinazioni)

2. Seconda divisione meiotica: stesse modalità di una mitosi.

Complesso sinaptinemale

Struttura proteica che si forma tra omologhi all’inizio della profase I e scompare alla fine di essa. E’

formato da regioni laterali SPC2 e SPC3 e una regione che li unisce formata da filamenti trasversali

SPC1. Al centro c’è il nodulo di ricombinazione formato da SYCE 1, 2, 3 che media crossing over e

sinapsi.

Altre proteine che mediano l’adesione tra cromosomi sono le coesine che tengono uniti i

cromatidi fratelli (coesine del centromero) o gli omologhi (coesine delle braccia).

La separazione è mediata da separasi che dividono le coesine delle braccia dopo l’anafase I e

quelle del centromero dopo l’anafase II.

Crossing over

-tagli sul doppio filamento grazie a topoisomerasi SPO 11 prima del leptotene

-questi tagli attivano complessi enzimatici che riparano le rotture del DNA mediante scambi di

materiale genetico tra cromatidi non fratelli di cromosomi omologhi. Ricombinasi RAD51 e DMC1

-estremità 3’ con le ricombinasi si appaia con il complementare del cromatide non fratello che si

sposta formando un’ansa. Si forma un chiasma tra i due detto giunzione di Holliday.

-sintesi di DNA che allunga l’appaiamento verso l’altra estremità del taglio

-formazione seconda giunzione di Holliday

-estremità del filamento che non si è incrociato si uniscono grazie sintesi di DNA

-giunzioni di Holliday vengono risolte o da un’endonucleasi GEN-1 che taglia in modo simmetrico a

livello delle giunzioni: crossing over incompleto perché coinvolge solo due cromosomi, oppure

l’enzima taglia anche gli altri due filamenti complementari in modo assimetrico: crossing over

completo.

Meiosi nella spermatogenesi e ovogenesi

F: ovogenesi inizia al 4° mese e gli ovogoni duplicano il DNA e si divisono in ovociti primari 2n e 4c

fermi in profase I, dopo la maturità sessuale si ha l’ovulazione a cui precede la ripresa della meiosi

e il secondo blocco in metafase II con citodieresi asimmetrica ed espulsione del primo globulo

polare. La meiosi si completa solo se c’è fecondazione a cui consegue espulsione del secondo

globulo polare.

M: inizia dopo la pubertà: spermatogoni A e B si dividono senza citodieresi, segue la meiosi con

formazione di spermatociti I 2n e 4c e II n e 2c a cui seguono gli spermatidi 1n e 1c e infine gli

spermatozoi.

Aneuploidie cromosomiche

A causa della complessità del processo possono esserci errori come difetti nella separazione degli

omologhi o nella separazione dei cromatidi fratelli.

Solitamente la presenza di autosomi soprannumerari sono fatali, ad eccezione delle:

-trisomia 13: sindrome di Patau

-trisomia 18: sindrome di Edwards

-trisomia 21: sindrome di Down

Mentre le anomalie dei cromosomi sessuali sono più compatibili con la vita:

-X0: Turner

-XXY: Kinefelter

-XYY: Jacobs

-XXX: triplo X

OVOGENESI

L’ovogenesi ha inizio prima della nascita e gli ovogoni proliferano per mitosi e iniziano la meiosi

fermandosi in profase I (stadio di diplotene) e diventando ovociti primari, circondati da uno strato

di cellule somatiche dette cellule follicolari, che formeranno i follicoli primordiali. Successivamente

dalla nascita fino alla pubertà si ha una follicologenesi parziale, ciò significa che alcuni follicoli

primordiali iniziano a crescere arrivando fino allo stadio di follicolo 1° o 2° preantrale, ma a causa

dell’insufficienza di ormoni degenerano per atresia. Con la pubertà l’ipofisi matura e produce FSH

e LH che stimolano l’ovaio e inizia il ciclo estrale ogni 28 giorni, durante il quale si ha l’ovulazione

di un follicolo e la contemporanea degenerazione di altri follicoli. Infatti alla nascita una donna ha

circa un milione di follicoli primordiali che si riducono a 400mila alla pubertà, ma solo 300-400

vengono ovulati. Inoltre tale processo ha una fine, che corrisponde all’esaurimento dei follicolo,

chiamato menopausa.

Follicologenesi

-Fase preantrale: follicoli primordiali possono rimanere quiescenti per anni o differenziarsi con

timoli intraovarici poco conosciuti in follicoli primari. Esso presenta cellule cubiche e membrana

basale e contemporaneamente aumenta di volume l’ovocita che accumula materiali necessari per

gli stadi successivi. Esso inoltre secerne glicoproteine per formare la zona pellucida, attraversata

da prolungamenti delle cellule follicolari che arrivano fino all’ovolemma con cui formano giunzioni

gap (presenti anche tra cellule follicolari), l’insieme delle giunzioni garantisce comunicazione tra i

due tipi cellulari. Infatti è proprio l’ovocita a stimolare (con GDF9 e BMP15) i follicoli a proliferare

in più lamine che formano il follicolo secondario e allo stesso tempo le cellule follicolari stimolano

l’ovocita a crescere secernendo SCF.

Durante la crescita dell’ovocita vengono disattivati specifici geni con modificazioni epigenetiche:

metilazioni del DNA a livello di CpG su sequenze regolatrici (di solito) grazie alla DNA metil

transferasi=imprinting genomico.

Il follicolo secondario induce il connettivo circostante a disporsi in più strati concentrici formano la

teca suddivisa in esterna e interna, le quali hanno rispettivamente recettori per FSH e LH.

-Fase antrale: quando le cellule follicolari sono in 6-10 strati si formano degli spazi che

confluiscono in un’unica cavità detta antro piena di liquido follicolare, a questo stadio si parla di

follicolo antrale. L’ovocita a questo livello ha terminato il suo accrescimento e si dispone ad un

polo del follicolo sporgendo, circondato da cellule del cumulo ooforo, il cui strato più interno è

detto corona radiata, mentre il resto delle cellule follicolari sono dette cellule della granulosa per

la presenza di granuli lipidici.

Nel complesso il follicolo impiega 4 mesi per diventare pre antrale e 2 per diventare antrale. E’

solo dopo questo lungo processo che è pronto ad accrescersi ancora, sotto stimolo dell’FSH, in 14

giorni (I parte del ciclo). L’FSH aumenta l’attività proliferativa delle cellule e la secrezione di liquido

follicolare, solitamente ad ogni ciclo vengono stimolati 3-10 follicoli ma solo uno sarà dominante e

completerà la crescita. Gli altri andranno incontro ad atresia grazie agli estrogeni rilasciati dal

follicolo dominante e all’inibina prodotta dalle cellule della granulosa, vengono rimossi da

macrofagi e leucociti e al loro posto rimane il corpo atresico costituito da tessuto fibroso

cicatriziale. La produzione di estrogeni è permessa dalle cellule della teca interna (sotto stimolo

LH) che producono androgeni che vengono convertiti in estrogeni dalle cellule della granulosa che

producono aromatasi (stimolo FSH). Gli estrogeni hanno anche un ruolo di feedback positivo

sull’ipofisi stimolandola a produrre LH per l’ovulazione e promuovono la comparsa di recettori per

l’LH sulle cellule della granulosa.

-Fase ovulatoria: l’aumento di LH provoca una propagazione di segnali da parte delle cellule della

granulosa: le cellule del cumulo ooforo retraggono i prolungamenti e secernono acido ialuronico

che aumenta le dimensioni del cumulo stesso, provocando il distacco del cumulo con l’ovocita dal

follicolo. Nello stesso tempo l’ovocita riprende la meiosi grazie alla chiusura delle giunzioni gap

che permettono il passaggio di molecole che inibiscono la meiosi. Si attiva così il complesso CDC2

con la ciclina B che induce la mitosi in tute le cellule, detto anche MPF. Gli omologhi si dispongono

sul fuso che ruota di 90° (perpendicolare alla membrana) e termina la meiosi in modo asimmetrico

dando l’ovocito secondario e il primo globulo polare, la seconda meiosi continua fino allo stadio di

metafase II. Nel citoplasma si depositano granuli corticali che contengono enzimi e l’LH induce

modificazioni della parete del follicoli a cui consegue la sua rottura presso lo stigma e la fuoriuscita

dell’ovocita=deiescenza, grazie anche al flusso del liquido follicolare sulle cellule del cumulo.

L’ovocito viene spinto nell’ampolla tubarica dalle fimbrie e rimane vitale per 24h. In assenza di

fecondazione degenera insieme alle cellule del cumolo.

Corpo luteo

Dopo l’ovulazione il follicolo diventa corpo luteo e le cellule della teca e della granulosa diventano

luteiniche e secernono progesterone ed estrogeni (quantità minore). Il corpo luteo viene stimolato

dall’LH e produce ormoni per circa 10 giorni, se non c’è fecondazione inizia regredire e diventa

corpo albicante, simile ad una cicatrice. Di conseguenza diminuiscono i livello di progesterone e

estrogeni ed inizia la mestruazione.

Se invece c’è fecondazione l’embrione si impianta nell’utero e inizia secernere hCG che stimola il

corpo luteo a non regredire e diventa corpo luteo gravidico. Esso ha il compito di continuare a

secernere progesterone per evitare la mestruazione e verrà sostituito in questa funzione solo al

terzo mese dalla placenta. Inoltre il corpo luteo inibisce con gli ormoni da lui prodotti l’ipofisi.

Meccanismi molecolari

Cellule follicolari rilasciano SCF il cui recettore è detto Kit e si trova sull’ovolemma, non appena si

legano il recettore lega anche la fosfoinositide 3 chinasi PK3, la quale fosforila il fosfatidil inositolo

bisfosfato a IP3, il quale a sua volta recluta la chinasi Akt che si attiva e aumenta la sintesi di mRNA

e proteine.

Gli ovociti controllano la follicologenesi con fattori di crescita GDF9 e BMP 15.

Per quanto riguarda la ripresa della meiosi è necessario il complesso CDC2 con la ciclina B che

formano MPF, un enzima in grado di fosforilare una serie di proteine che rompono l’involucro

nucleare, formano il fuso e condensano i cromosomi. MPF è sempre presente nell’ovocita ma

inibito da fosforilazioni di CDC2 mediante cAMP. Le cellule delle granulosa trasferiscono mediante

le giunzioni gap il cGMP che inibisce la fosfodiesterasi 3 PDE2 e impedisce la degradazione del

cAMP e quindi l’attivazione dell’MPF. Quando aumenta l’LH, le giunzioni gap si chiudono e quindi

diminuiscono sia il cGMP sia il cAMP e ciò provoca l’attivazione di CDC25B che defosforila MPF,

attivandolo.

Per la formazione del fuso, non essendo presenti centrioli, ci sono centri di organizzazione

microtubulare MTOC da cui iniziano ad allungarsi i microtubuli.

MISURE FOLLICOLI

Primordiali: 30 micron. 7 milioni

Preantrali: 60 1 milione

Antrali: 200 fino a 2 mm 300-400mila

e poi sotto stimolo dell’FSH arrivano a 1.5-2cm 300-400

L’ovocita dopo l’ovulazione è grande 120 micron.

SPERMATOGENESI

Processo durante il quale gli spermatogoni si differenziano in spermatozoi, è continuo: inizia dalla

pubertà e dura per tutta la vita. In età infantile sono presenti prospermatogoni quiescenti in G0 a

causa dell’assenza di stimoli ormonali.

Dura 74 giorni e si divide in:

1.Fase mitotica: dura 20 giorni, si svolge nel compartimento basale e prevede la proliferazione e il

differenziamento degli spermatogoni.

Gli spermatogoni si dividono in indifferenziati che comprendono le cellule staminali

spermatogoniali SSC che a loro volta hanno 2 morfologie: Ad ossia dark a causa della cromatina

omogenea e intensa e Ap ossia pale con cromatina dispersa. Entrambe hanno basso indice

mitotico e mantengono l’integrità genomica della linea germinale. Danno origine agli

spermatogoni differenzianti detti B, i quali proliferano con due mitosi formando B2 e B3 che si

dividono ancora dando gli spermatociti primari, che duplicano il DNA ed entrano in meiosi I.

N.B. gli spermatogoni differenzianti non completano la citodieresi e rimangono uniti con ponti

citoplasmatici che permangono per tutta la spermatogenesi e si dividono solo alla spermiazione,

ossia quando lo spermatozoo si distacca dall’epitelio seminifero e viene rilasciato nel lume.

1/3 delle cellule germinali degenerano per apoptosi grazie a check points di qualità.

2.Fase meiotica: dura 24 giorni, si svolge nel compartimento basale e poi in quello adluminale e

consiste nelle due divisioni meiotiche al termine della prima si hanno gli spermatociti secondari e

al termine della seconda gli spermatidi. Per ogni spermatogonio Ad o Ap si formano 32 spermatidi.

3.Spermiogenesi: dura 30 giorni, si svolge nel compartimento adluminale e comprende la

maturazione dello spermatide che da cellula rotonda diventa polarizzata. Si divide in:

-fase del Golgi: granuli originano dal Golgi e convergono a formare un’unica vescicola acrosomica.

-fase del cappuccio: la vescicola si ingrandisce e i due centrioli si dispongono al polo del nucelo

opposto al granulo acrosomico.

-fase dell’acrosoma: modificazioni acrosoma, nucleo e flagello (si forma dal centriolo prossimale, i

mitocondri si dispongono intorno e si forma un fascio di microtubuli detti manchette che si

estendono dalla vescicola al flagello.

-fase di maturazione: completa il differenziamento, si condensa la cromatina, proteine istoniche

sostituite con protamine (basiche, proteggono il DNA) e il citoplasma con gli organelli viene quasi

del tutto eliminato formando corpi residuali.

Alla fine del processo lo spermatozoo viene rilasciato nel lume del tubulo, spermiazione.

Struttura dello spermatozoo

Lunghezza 60-70 micron, formato da testa (nucleo + acrosoma) e coda (flagello).

Il nucleo contiene cromatina compatta e inattiva e la testa ha una forma a pera, l’acrosoma è una

vescicola che ricopre per 2/3 il nucleo e ha una membrana esterna e una interna, contiene enzimi

litici che vengono liberati durante la reazione acrosomiale.

Il flagello si divide in:

-collo con centriolo trasversale (prossimale, quello distale viene eliminato) e un placca basale da

cui originano 9 colonne longitudinali fibrose dette fibre dense esterne e circondano l’assonema,

che si estende fino all’estremità del flagello stesso. Garantiscono motilità

-segmento intermedio con 100 mitocondri ad andamento elicoidale intorno alle fibre dense

esterne. Alla fine presenta un restringimento detto annulus.

-segmento principale che presenta le due colonne longitudinali (fibre dense 3 e 8) collegate da

fibre circonferenziali.

-segmento terminale: assonema + membrana plasmatica.

Ciclo dell’epitelio seminifero

Il ciclo dell’epitelio seminifero è l’arco temporale che trascorre tra due successive comparse della

medesima associazione cellulare in una specifica area del tubulo seminifero.

La spermatogenesi inizia in modo asincrono in diverse aree dell’epitelio seminifero di forma

spirale, distribuite lungo il tubulo. In ogni area si avrà un intervallo tra un ciclo e l’altro di 16 giorni.

Poiché tutta la spermatogenesi dura 74 giorni, avremo in ogni area contemporaneamente cellule

germinali appartenenti a 4-5 cicli, sfalsati di 16 giorni=stadio dell’epitelio seminifero.

6 differenti associazioni cellulari che definiscono gli stadi del ciclo dell’epitelio seminifero, a cui

corrispondono 16 diverse morfologie degli spermatozoi su cui si basa questa classificazione.

Recentemente si è scoperto che esistono 12 differenti associazioni cellulari con 3 tipi di

spermatogoni B: B1, B2, B3. In ogni momento in ognuna delle regioni del tubulo seminifero, dove

è iniziata la spermatogenesi, è possibile identificare un’associazione cellulare e ciò conferma che la

produzione è continua e asincrona.

Controllo ormonale

GnRH da ipotalamo stimola ipofisi a produrre:

-FSH che agisce sulle cellule del Sertoli stimolandone la proliferazione durante il primo periodo

post natale, stimola anche la produzione di GDNF fattore di crescita degli spermatogoni e di SCF, il

cui recettore Kit è espresso su vari tipi cellulari, che agisce su vari tipi cellulari del testicolo.

Le cellule del Sertoli sotto stimolo dell’FSH producono transferrina, lattato (usato come

metabolita), ABP (concentra gli adrogeni), acido Retinoico (regola il differenziamento e l’ingresso

in meiosi), inibina B (feedback negativo su ipofisi e inibizione secrezione FSH), Attivina (ruolo

opposto), AMH (secreto nel periodo pre natale per regressione dotti di Muller), GOF 9 e SGF 2

(proliferazione e differenziamento dei prospermatogoni).

-LH agisce sulle cellule del Leydig che producono il testosterone T che influenza vari tipi cellulari

tramite il recettore AR e favorisce il differenziamento degli spermatociti primari e la spermiazione

e se necessario inibisce la produzione di FSH e LH.

La sua produzione inizia all’8° settimana sotto il controllo dell’hCG e durante la vita adulta viene

convertito a diidrossisterone, 10 volt