Riassunto esame Embriologia, docente Papaccio, libri consigliati ''Embriologia umana essenziale'' ed ''Embriologia'', De Felici, Carinci

Introduzione: la fecondazione

La fecondazione è il processo di unione di gamete maschile e femminile. Fondamentale è il percorso degli spermatozoi, che consta di una parte percorsa nelle vie genitali maschili e, dopo l'eiaculazione, di una parte percorsa nelle vie genitali femminili. Durante il passaggio nelle vie genitali maschili, quindi prima dell'eiaculazione, avvengono due importanti modificazioni:

• Il fluido in cui sono immersi gli SPZ (spermatozoi), ovvero il fluido tubulare, diventa fluido seminale, decisamente più denso del precedente.
• Gli SPZ, al passaggio nell’epididimo, acquisiscono la motilità, e tale fenomeno è detto maturazione dello spermatozoo.

Dopo l’eiaculazione gli SPZ entrano nelle vie genitali femminili e le attraversano secondo un preciso ordine:

1. Vagina: dove l’eiaculato forma un coagulo, che sarà successivamente disciolto affinché gli SPZ possano avanzare;
2. Cervice: nel passaggio dalla vagina alla cervice si assiste alla perdita di buona parte degli SPZ;
3. Utero: anche durante questa fase si assiste alla morte di molti SPZ;
4. Ovidotto: precisamente nell’ampolla di uno di due ovidotti è contenuto l’ovocita, gli SPZ riconoscono l’ovidotto giusto in quanto l’ovocita in esso contenuto esercita chemiotassi e termotassi, ovvero attrae gli SPZ emettendo segnali chimici e calore.

Eventi chiave nelle vie genitali femminili

Durante il percorso nelle vie genitali femminili si assiste ad una serie di processi che risultano fondamentali affinché possa avvenire correttamente la fecondazione:

• La capacitazione spermatozoica: lo SPZ appena eiaculato non è capace di fecondare, ma lo diventa appena entra a contatto con le vie genitali femminili. Tale processo è dovuto a una rimozione di colesterolo dalla membrana plasmatica dello SPZ.
• L’attivazione spermatozoica: Lo spermatozoo eiaculato potrebbe sopravvivere “troppo a lungo” nei genitali interni femminili. Onde evitare ciò esso subisce un’ulteriore processo che viene detto appunto attivazione. Ciò che avviene è rappresentato fondamentalmente da:
  1. Rigonfiamento dell’acrosoma
  2. Accelerazione del movimento flagellare
  3. Modifiche a carico della membrana che ora è capace di fondersi con l’uovo.
  In seguito ad attivazione quindi gli SPZ o fecondano o muoiono.
• La fecondazione (penetrazione dell’uovo): come sappiamo l’ovocita, al momento della fecondazione, è ancora rinchiuso nel follicolo, ed è quindi circondato dalla zona pellucida e dalla corona radiata nello strato più esterno. Lo SPZ deve quindi oltrepassare tali rivestimenti al fine di incontrare la membrana plasmatica dell’ovocita.
• Il superamento della corona radiata è possibile grazie all’enzima ialuronidasi, che lo SPZ utilizza per digerire appunto la corona radiata che presenta grandi concentrazioni di acido ialuronico.
• Il superamento della zona pellucida avviene grazie al riconoscimento specifico, da parte dello SPZ, di 3 particolari proteine presenti su di essa: ZP1, ZP2 e ZP3. Nello specifico il riconoscimento avviene con ZP3, al contatto con la quale lo SPZ aumenta la sua velocità e riversa l’acrosina sulla zona pellucida digerendola. Tale processo prende il nome di “reazione acrosomiale”.
• Superata la zona pellucida, lo SPZ incontra la membrana plasmatica dell’ovocita, le due membrane si fondono grazie a comunicazione citoplasmatica specie-specifica (unica per ogni specie animale, quindi uomo con uomo, cane con cane ecc.) e lo SPZ riversa nell’ovocita nucleo e centrioli (che serviranno per formare il fuso mitotico nello zigote). Anche questa fase è mediata da specifiche proteine: le adesine mediano il riconoscimento specie-specifico, le fertiline mediano l’adesione fisica, le CD9 e le izumo mediano la fusione delle membrane.

La fecondazione (reazioni dell’uovo)

Una volta fecondato da uno SPZ l’ovocita deve “prendere precauzioni” al fine di evitare l’ingresso di altri SPZ ed evitare quindi la polispermia. L’inibizione della polispermia si manifesta anch’essa attraverso una serie di reazioni:

• Reazione corticale: attraverso la quale viene modificata la membrana plasmatica stessa dell’ovocita e non viene più riconosciuta dagli SPZ.
• Reazione zonale: attraverso la quale vengono modificate le proteine ZP1, ZP2 e ZP3 e quindi non è più possibile la reazione acrosomiale per altri SPZ.
• Completamento veloce della meiosi II: in quanto sappiamo che l’ovocita fecondabile è bloccato in metafase II, questo completa velocemente la meiosi II espellendo il globulo polare.
• Attivazione veloce della prima mitosi: Al momento della fecondazione quindi abbiamo detto che lo SPZ inietta il suo nucleo nell’ovocita. Diversamente da quanto si possa immaginare il nucleo dello SPZ non si fonde immediatamente con quello dell’ovocita, ma entrambi i pronuclei si trovano dislocati ai poli della cellula. Essi lentamente migrano verso il centro e durante tale migrazione duplicano il loro DNA diventando dicromatidici. Successivamente i pronuclei si fondono rendendo la cellula diploide e dicromatidica, pronta quindi per la prima mitosi.

Lo sviluppo embrionale: le 4 settimane

Sviluppo embrionale – la prima settimana

Avvenuta la fecondazione, come detto, ci troviamo di fronte a una struttura detta zigote. Questo va rapidamente incontro a divisioni mitotiche:

• Prime 24/30h: la prima divisione avviene entro le prime 24/30h e forma una struttura bicellulare formata da 2 blastomeri. I blastomeri vanno incontro a una serie di “divisioni non sincrone” (si dividono indipendentemente l’uno dall’altro), ciò comporta la formazione temporanea di strutture a 3/5 cellule. Durante questa fase avviene anche la perdita della corona radiata (struttura residua dell’ovocita).
• 3° giorno: dalle divisioni dei blastomeri si arriva a una struttura di 8/16 blastomeri detta morula (data la forma simile a quella di una mora). Le varie cellule sono compattate insieme grazie a una proteina di adesione detta e-caderina. Questa struttura si trova ancora al di fuori dell’utero, ma provvede a migrare verso esso.
• 4° giorno: le divisioni non si arrestano e la morula si vede formata da circa 32/64 cellule, avviene la migrazione nell’utero ed una successiva evoluzione vede la morula suddividersi in:
  • Trofoblasto (che darà origine ai tessuti fetali della placenta)
  • Massa cellulare interna o ICM (che darà origine ai 3 foglietti germinativi ed ai 2 annessi embrionali fondamentali, ovvero sacco vitellino e sacco amniotico trattati nel dettaglio in seguito)
• 5° giorno: L’insieme di trofoblasto ed ICM viene ora chiamato blastocisti e non più morula, questo aumenta notevolmente e velocemente le sue dimensioni, nella parte formata dal trofoblasto si sviluppano cavità che raccolgono i lipidi e nutrono l’ICM dette blastocele, e inoltre la blastocisti va incontro a un processo fondamentale che è l’impianto in utero. Tale processo è direttamente dipendente dal progesterone e prevede varie fasi:
  • Sgusciamento: la blastocisti esce dal rivestimento ovocitario detto zona pellucida digerendola.
  • Impianto vero e proprio: la blastocisti si inserisce nell’utero mediante apposizione (mediata da particolari strutture dette uterodomi) al tessuto, adesione e penetrazione in esso.

Sviluppo embrionale – la seconda settimana

Durante la seconda settimana assistiamo a uno sviluppo bilaterale di trofoblasto ed ICM.

1. Il trofoblasto endometriale si differenzia in cito-trofoblasto e sincizio-trofoblasto. Il cito-trofoblasto prolifera autonomamente e forma i villi primari (strutture deputate al nutrimento dell’embrione). Il sincizio-trofoblasto ha origine dal cito-trofoblasto e non prolifera in modo autonomo. Esso forma le lacune sanguigne che accolgono il sangue materno ed in particolare secerne HCG (human corionic gonadotropine/ gonadotropina corionica umana), un ormone fondamentale per il mantenimento della gravidanza.
2. L’ ICM si differenzia in due foglietti embrionali primitivi: l’ectoderma primitivo, che si sviluppa verso il cito-trofoblasto ed è detto epiblasto, e l’endoderma primitivo, che si sviluppa verso il blastocele ed è detto ipoblasto.
3. Si forma il “tappo di chiusura”, un coagulo di sangue a livello del sito d’impianto che copre l’embrione.
4. Si forma la cavità amniotica, essa origina da uno “spazio vuoto” generato dall’allontanamento di epiblasto e cito-trofoblasto. L’epiblasto si chiama ora amnioblasto e da esso avrà origine l’amnios o sacco amniotico, una struttura che ricoprirà totalmente l’embrione. Contemporaneamente a questi eventi si forma, a partire da cellule dell’ipoblasto, la membrana di Hauser, un epitelio che darà origine a un’ulteriore struttura detta sacco vitellino, che racchiude il blastocele.
5. Si forma, a partire da cellule dell’epiblasto, il mesoderma extraembrionale. La proliferazione delle cellule dell’epiblasto è indotta da una sostanza acellulare secreta dal cito-trofoblasto.
6. Il mesoderma extraembrionale si accresce e copre tutta la blastocisti e il sacco vitellino, compresi cito-trofoblasto e sincizio-trofoblasto. Tutto ciò che si troverà al suo interno sarà detto corion. Il celoma extraembrionale derivante dal mesoderma extraembrionale sarà invece chiamato cavità corionica.

Eventi critici della seconda settimana

La reazione deciduale: l’endometrio accoglie la blastocisti e le sue cellule si trasformano in modo da essere funzionali ad essa. Tali cellule saranno espulse con il parto e sono quindi decidue. Tale reazione è regolata a livello ormonale dal rilascio di istamina e prostaglandine.

Il mantenimento della gravidanza: affinché le cellule dell’endometrio continuino a divenire decidue c’è bisogno di una grande quantità di progesterone. Per impedire il mestruo serve anche l’ormone luteinizzante (LH) che però non viene più sintetizzato a livello ghiandolare data la gravidanza, esso è sostituito dall’ormone HCG, prodotto dal sincizio-trofoblasto, che come LH stimola la produzione di progesterone.

Protezione immunologica dell’embrione: l’embrione ha antigeni che il sistema immunitario materno potrebbe riconoscere come estranei ed attaccare. Ciò non avviene perché:

• La placenta funge da protezione fisica per l’embrione
• Il trofoblasto esprime un MHC particolare: Ib e C, che non attivano (inibiscono) la risposta immunitaria delle NK (cellule natural killer) e dei linfociti T, le quali riconoscono soltanto MHC di tipo A e B.
• Il trofoblasto secerne molecole repressive locali contro il sistema immunitario materno.

Sviluppo embrionale – la terza settimana

All’inizio della terza settimana ci troviamo di fronte a un embrione bilaminare formato da ipoblasto ed epiblasto. L’evento fondamentale della terza settimana è la trasformazione di questo embrione in una struttura trilaminare con conseguente formazione dei tre foglietti germinativi definitivi: endoderma, mesoderma ed ectoderma, tutti derivanti dall’epiblasto (l’ipoblasto degenera). Affinché avvenga ciò l’embrione attraversa una serie di processi:

1. L’ipoblasto produce molecole segnale che creano sull’epiblasto un’invaginazione centrale detta linea primitiva. Al centro di questa struttura vi è una struttura detta nodo primitivo che delimita un’invaginazione detta fossa primitiva. La linea primitiva diventa poi un solco che funge da passaggio per le cellule che devono migrare.
2. La migrazione attraverso il solco primitivo delle cellule dell’epiblasto porta alla scomparsa dell’ipoblasto, e queste cellule che lo sostituiscono formano l’endoderma.
3. Altre cellule dell’epiblasto continuano a migrare e costituiscono un nuovo foglietto intermedio tra endoderma ed epiblasto detto mesoderma embrionale.
4. All’estremità craniale dell’embrione si forma la regione cardiogenica e al di sotto di essa la membrana buccofaringea, al di sotto ancora la membrana cloacale.
5. Si forma l’allantoide, una struttura posta dietro al sacco vitellino che serve per la respirazione e l’espulsione dei rifiuti. Da questo origina il legamento ombelicale o uraco.
6. Formatesi l’endoderma ed il mesoderma embrionale ciò che resta dell’epiblasto si dice ectoderma (abbiamo quindi tre foglietti definitivi).
7. L’embrione si allunga in direzione rostrale (in direzione della testa) e la linea primitiva regredisce gradualmente fino a scomparire.

Eventi chiave della terza settimana

Formazione della notocorda: la notocorda è una struttura che si origina a livello della linea primitiva prima come tubo cavo, si trasforma poi in una placca della placca cordale, fino a ricompattarsi e formare la notocorda completa.

Induzione del sistema nervoso: il sistema nervoso ha origine dall’ectoderma al di sopra della notocorda, il quale, indotto dalla notocorda stessa, si differenzia in placca neurale. Ogni porzione della notocorda induce l’ectoderma sovrastante a differenziarsi in diverse parti del sistema nervoso. Successivamente la placca neurale dà origine a una cresta neurale e a delle pieghe neurali, che in seguito a ulteriore maturazione formeranno il tubo neurale definitivo, che si presenta come un tubo cavo. Il tubo neurale si differenzia nelle varie parti del sistema nervoso, come detto precedentemente, in base all’induzione notocordale. Le due estremità del tubo neurale restano però aperte e vengono dette neuroporo anteriore e posteriore.

Suddivisione mesodermica: il mesoderma embrionale si divide in varie tipologie di mesoderma e l’induzione a tale suddivisione è data da una sua porzione detta organizzatore primario, che fa parte del mesoderma dorsale. Tale suddivisione porta alla formazione di: mesoderma cordale, parassiale, intermedio, somatico e splancnico.

Induzione del sistema cardiovascolare: data la necessità di nutrienti l’embrione sviluppa varie strutture. I villi coriali primari per l’afflusso di sangue, stabilisce poi una circolazione utero-placentare primitiva per lo scambio di nutrienti e rifiuti e si forma un abbozzo del cuore sottoforma di 2 tubi endocardici derivanti dal mesoderma splancnico.

Formazione del celoma intraembrionale: il celoma intraembrionale è rappresentato da piccole cavità delimitate dal mesoderma intraembrionale. Da queste ultime deriveranno le cavità sierose del corpo quali: peritoneo, pericardio, pleure e rivestimenti testicolari.

È importante ricordare che nella terza settimana permangono gli annessi embrionali che si sono formati durante la seconda settimana, ovvero corion, allantoide, amnios e sacco vitellino.

Determinazione degli assi corporei

Durante la terza settimana, inoltre, si ha un processo fondamentale per il corretto sviluppo embrionale: la determinazione degli assi corporei antero-posteriore, dorso-ventrale, destro-sinistro.

• Antero-posteriore: l’asse antero-posteriore è determinato da un particolare foglietto chiamato AVE (endoderma viscerale anteriore) che induce le parti anteriori dell’epiblasto a specializzarsi nelle regioni anteriori del corpo (regioni della testa) e le parti posteriori dell’epiblasto delle regioni posteriori del corpo. AVE secerne una cascata di molecole quali fattori di trascrizione e fattori di crescita.
• Dorso-ventrale: l’asse dorso-ventrale è determinato prima dell’impianto già nella blastocisti, specialmente nella ICM, le cui cellule che entrano a contatto con l’ipoblasto daranno origine alla regione ventrale del corpo, mentre quelle che entrano a contatto con l’epiblasto daranno origine alla regione dorsale del corpo.
• Destro-sinistro: l’asse destro-sinistro è determinato sulla base degli altri due assi già formati. Probabilmente dipende dal moto rotazionale di un particolare monociglio mobile sulle cellule ventrali del nodo primitivo detto ciglio primario. Questo genera un flusso asimmetrico di Ca verso sinistra, che induce l’asimmetria nell’organogenesi dell’uomo. A sostegno di tale teoria vi è l’anomalia da inversione di flusso che determina un’organogenesi inversa.

Sviluppo embrionale – la quarta settimana

Durante la quarta settimana assistiamo a un’evoluzione dell’embrione dovuta all’espansione di amnios e tubo neurale e a varie “pieghe”, che conferiscono all’embrione lo stadio filotipico, ovvero una forma tipica degli embrioni di tutti i vertebrati. Si riconoscono quindi:

• Pieghe cefaliche: caratterizzate da crescita longitudinale dell’ectoderma rostrale (lato della testa) e dell’amnios della medesima zona. Tale crescita porta alla rotazione di 180° di zona cardiogenica e membrana buccofaringea che ora si troveranno nella giusta posizione: rispettivamente sotto e sopra.
• Pieghe caudali: caratterizzate da crescita longitudinale dell’ectoderma caudale (lato della membrana cloacale) e dell’amnios della medesima zona. Tale crescita porta alla rotazione di 180° di membrana cloacale e amnios che ora si troveranno nella giusta posizione: rispettivamente.