Tappe della fecondazione

FECONDAZIONE

La fecondazione è un complesso processo di interazione tra il gamete maschile, lo spermatozoo, e

quello femminile, l’ovocito, che è alla base della riproduzione sessuale. Quando gli spermatozoi

vengono rilasciati nel lume dei tubuli seminiferi del testicolo, non sono ancora in grado di fecondare

l’ovocito. Essi lo diventano durante il passaggio lungo le vie genitali maschili (rete testis, condotti

efferenti, epididimo e dotto deferente) e femminili (vagina, utero e ovidutti) a seguito dei processi

di: • Maturazione epididimale : nell’epididimo il flagello acquisisce motilità (2 giorni/1

settimana). Questo perché l’epididimo riassorbe grazie al suo epitelio con sterociglia, ioni e

acqua dal fluido testicolare, in cui sono immersi gli spermatozoi, concentrandoli; inoltre

esso produce un lipide (la glicerofosfocolina) e altre molecole non ancora identificate

necessarie alla maturazione e sopravvivenza degli spermatozoi, che si accumulano poi nel

tratto finale dell’epididimo chiamato coda, nel deferente e in particolare nella regione

terminale rigonfia del dotto detta ampolla. Gli spermatozoi si trovano così immersi in un

liquido viscoso detto liquido seminale prodotto dalle cellule epiteliali delle vie genitali e

delle ghiandole annesse (vescichette seminali, prostata, ghiandole bulbo uretrali) ed è ricco

di molecole come lipidi, zuccheri, proteine, ormoni e ioni che nutrono e proteggono i gameti

maschili. Al momento dell’eiaculazione le ghiandole delle vie genitali si contraggono ed

espellono una notevole quantità di secreto.

• Capacitazione : una volta deposti nella vagina della donna, gli spermatozoi risalgono le vie

genitali femminili tramite i movimenti del flagello e la contrazione della muscolatura liscia

delle pareti delle vie genitali, sino a raggiungere l’ovocito, che è collocato in una regione

delle tube di Falloppio detta ampolla tubarica. Da diversi milioni di spermatozoi deposti

nella vagina solo poche centinaia riescono a raggiungere vivi l’ampolla, mentre la maggior

parte perisce nel tragitto e si perde nella cavità peritoneale. Alcuni spermatozoi possono

sopravvivere e fecondare l’ovocito fino a cinque giorni rimanendo nelle pieghe della mucosa

dell’istmo tubarico. Tuttavia subito dopo l’emissione, gli spermatozoi hanno una bassa

capacità di fecondazione, che è acquisita tramite la permanenza nelle vie genitali femminili,

superando diversi rivestimenti, in un processo detto capacitazione. Il primo rivestimento

che gli spermatozoi devono attraversare sono le cellule del cumulo ooforo che sono cellule

follicolari immerse in una matrice gelatinosa formata prevalentemente da acido ialuronico, e

che circondano l’ovocita ovulato. Lo spermatozoo attraversa il cumulo ooforo perché

possiede una proteina, la ph20, ancorata alla membrana plasmatica della sua testa, che è una

ialuronidasi di membrana: scinde l’acido ialuronico e consente allo spermatozoo di farsi

spazio tra le cellule del cumulo ooforo.

Attraversate le cellule del cumulo ooforo lo spermatozoo si trova davanti alle glicoproteine

della zona pellucida che è composta da 4 glicoproteine: ZP1, ZP2, ZP3 e ZP4:

ZP2, ZP3 e ZP4 si associano a formare dei lunghi filamenti, mentre la ZP1 funge da ponte.

Lo spermatozoo, sulla sua membrana, ha recettori per la zona pellucida specie-specifici.

L’interazione dei recettori presenti sulla membrana con le proteine della zona pellucida

determina la reazione acrosomiale. Questa consiste nella fusione della membrana

acrosomiale esterna con la membrana plasmatica; il contenuto presente nella vescicola

acrosomica che contiene gli enzimi acrosomiali viene liberato all’esterno. Resta solo la

membrana acrosomiale interna che circonda il nucleo che è attaccata alla base con la

membrana plasmatica. A seguito di questa fusione, la struttura della testa dello spermatozoo

si modifica notevolmente: si ha una fluidificazione della membrana plasmatica tramite la

rimozione del colesterolo e la fosforilazione di alcuni substrati da parte della chinasi PKA;

aumento di ioni Ca 2+ nel citoplasma dello spermatozoo; gli ioni bicarbonato (HCO3-)

attivano una adenilato ciclasi solubile che induce la produzione di cAMP e l’attivazione

della PKA con un aumento della fosforilazione delle proteine di membrana. Dopo la

capacitazione la membrana acrosomiale esterna e l’acrosoma vengono persi, per cui la testa

dello spermatozoo è ora delimitata anteriormente dalla membrana acrosomiale interna che si

continua con la membrana plasmatica, al di sotto della quale si organizzano filamenti di

citoscheletro (lamina postacrosomiale).

Lo spermatozoo una volta che ha attraversato il cumulo ooforo, la zona pellucida, e si è liberato

della sua membrana acrosomiale esterna, deve penetrare nel citoplasma della cellula uovo e quindi

attraversare la sua membrana (oolemma). L’oolemma presenta numerose espansioni plasmatiche

sulla sua membrana: i microvilli. La prima fase dell’adesione dello spermatozoo all’oolemma

consiste in un avvicinamento; successivamente avviene la fusione della membrana della cellula

uovo con la membrana esterna acrosomiale dello spermatozoo. Infine, lo spermatozoo viene

abbracciato dai microvilli e incorporato quasi interamente. La fusione è regolata da interazioni tra

recettori e molecole presenti, rispettivamente, sulle due membrane:

• Fertilina: è una proteina trans membrana, presente sulla membrana dello spermatozoo, che

lega un’integrina, presente sulla membrana dell’oolemma (interazione tra il ligando presente

sullo spermatozoo e il recettore presente sulla membrana dell’oolemma).

• Izumo: è presente sulla membrana acrosomiale interna dello spermatozoo (la membrana

esterna è stata eliminata). La reazione acrosomiale è necessaria, non solo per liberare gli

enzimi acrosomiali, ma anche per esporre dei ligandi presenti sulla membrana acrosomiale

interna. Il recettore di Izumo è Juno, situato sulla membrana della cellula uovo.

Sulla membrana della cellula uovo è presente la proteina CD9: appartiene alla famiglia delle

tetraspanine, proteine che possiedono 4 domini transmembrana. È indispensabile per la fusione: le

cellule uovo che non hanno CD9 sulla membrana non si fondono più con gli spermatozoi sebbene

questi presentino il recettore.

Insieme al nucleo dello spermatozoo sono incorporati nel citoplasma dell’ovocito alcune

componenti del flagello, quali mitocondri e centriolo prossimale, importante nell’organizzazione

del fuso della prima divisione mitotica dello zigote. A questo stadio si ha il processo chiamato

attivazione dell’ovocito, durante il quale si verificano due eventi che sono: l’iperpolarizzazione

dell’ovolemma, che diminuisce la capacità dell’ovolemma di legare e fondersi con altri

spermatozoi; e aumento della concentrazione di Ca2+ nel citoplasma. Entro pochi minuti si

verifica l’esocitosi dei granuli corticali derivati dall’apparato di Golgi durante la follicologenesi

(reazione corticale), che a sua volta provoca modificazioni della zona pellucida (reazione zonale),

che rendono la zona in questione impenetrabile dagli spermatozoi. Questi processi impediscono la

polispermia, ovvero la possibilità che più di uno spermatozoo possa penetrare nell’ovocito,

provocando così la degenerazione dell’embrione. Entro 2-4 ore dalla fecondazione:

• nel citoplasma dell’ovocita vengono disattivati i meccanismi molecolari enzimatici che lo

tenevano bloccato in metafase II quali MPF e MAPK, e ciò porta all’emissione del secondo

globulo polare.

• La cromatina dello spermatozoo viene decondensata da fattori presenti nel citoplasma

dell’ovocito

Dopo 4-7 ore intorno a ciascun corredo aploide di cromatina, si organizza un involucro nucleare, e

si formano così due nuclei chiamati pronuclei e l’ovocito prende il nome di ootide.

Successivamente i pronuclei si avvicinano e ciascun corredo aploide duplica il DNA, la cromatina

poi si condensa in 23 cromosomi materni e 23 cromosomi paterni, gli involucri nucleari si

dissolvono, si forma il fuso mitotico e i cromosomi si portano all’equatore. Esistono 2 tipi di

fecondazione:

• omologa: quando il seme e l’ovulo utilizzati appartengono alla coppia di genitori del

nascituro.

• eterologa: il seme o l’ovulo provengono da un soggetto esterno alla coppia.

Biologicamente il neonato è figlio del donatore; per l’aspetto giuridico si fa riferimento alla

legislazione dei vari Stati. Esistono 2 tipi di fecondazione assistita.

Fivet (Fertilizzazione In Vitro con Embryo Transfer) Si tratta di una fecondazione in vitro

1. dell’ovulo. Questo si lascia sviluppare fino alla formazione dell’embrione che viene

impiantato nell’utero della donna. La percentuale di successo di questo impianto è variabile

perché influenzata da diversi fattori: a volte l’embrione non progredisce fino allo stadio di

sviluppo che consente di impiantarlo, a volte i follicoli non sono sufficienti… Vi sono poi

altre problematiche legate all’impianto. Quest’ultimo avviene al 6°-7° giorno, quando le

condizioni della parete uterina dell’endometrio presentano delle caratteristiche molecolari

tali da permettere che questo corpo, tramite interazioni tra le cellule dell’endometrio e quelle

dello zigote e grazie all’esposizione di proteine, possa impiantarsi. A volte l’impianto non

avviene perché non c’è quella finestra temporale giusta che lo consente.

Icsi (Intracytoplasmatic Sperm Injection) Per risolvere il problema dell’infertilità dell’uomo,

2. si ricorre ad un’iniezione intracitoplasmatica dello spermatozoo. Questa tecnica ha eliminato

la necessità di numerosi spermatozoi mobili. L’ICSI consiste nel prelevare con una pipetta

uno spermatozoo per poi iniettarlo nella cellula uovo direttamente. Si evitano così i problemi

legati alla fusione.

La FIBROSI CISTICA è una patologia che porta a sterilità. È determinata dalla mutazione del

canale CTFR (originariamente chiamato canale del cloro) attraverso cui passano ioni H+ e ioni

bicarbonato dall’interno all’esterno attraverso la membrana. I pazienti affetti da questa patologia

hanno delle mutazioni nella genesi della proteina che forma il canale e le proteine, anziché essere

portate sulla membrana plasmatica, restano nel reticolo endoplasmatico dove sono state prodotte

(manca la sequenza segnale di destinazione alla membrana). Lo spermatozoo ha un’adenilato ciclasi

‘atipica’ (poiché viene attivata dagli ioni bicarbonato presenti nell’ambiente vaginale secreti dalle

cellule dell’endometrio) che serve per produrre AMP ciclico; quest’ultimo attiva la protein chinasi A

(PKA) che fosforila delle proteine.