La Gametogenesi: processi di formazione dei gameti e sviluppo embrionale

Sbobinatura e Revisione

Sbobinatore: Laura Lugi Revisore: Angela Ferraro Materia: Embriologia umana Docente: Daniela Coltrini Data: 08.01.2025 Lezione n°: 1 Argomenti: Gametogenesi

Informazioni sul Corso e Materiale Didattico

La professoressa ricorda che l'esame si terrà insieme a quello di Istologia e Ciotologia e sarà necessario superare tutt'e tre i moduli per passarlo. Le slide su cui si basano le lezioni verranno caricate preventivamente su Moodle. Inoltre, sulla piattaforma è consultabile anche il Syllabus, in cui si trova un elenco di testi consigliati. Tuttavia, la professoressa non ne consiglia uno in particolare e afferma che l'acquisto non è necessario, in quanto le diapositive sono sufficienti, insieme alle lezioni, per preparare l'esame. I testi indicati riportano argomenti in più rispetto a quelli che verranno trattati a lezione. Il programma sarà, infatti, limitato alle prime tre settimane dello sviluppo embrionale. Sul sito si trova anche il materiale relativo alla valutazione della didattica. La professoressa si rende disponibile per qualunque chiarimento. Vengono consegnati i fogli per la firma della presenza. Non ci sarà una pausa fra le due ore, in modo da terminare prima la lezione.

Introduzione Generale allo Sviluppo Embrionale

Nelle lezioni si tratterà delle prime tre settimane dello sviluppo embrionale, la fase in cui si abbozzano tutti i tessuti e tutti gli organi dell'embrione, che poi dovranno essere accresciuti, raffinati e messi in collegamento.

La Gametogenesi

L'embrione deriva da un processo di fecondazione, quindi dall'unione di due cellule con la caratteristica principale di essere aploidi: i gameti. Aploidi significa che hanno un corredo genetico dimezzato, altrimenti ogni volta che due cellule si uniscono in un processo di fecondazione, avremmo un raddoppio e un aumento della quantità di DNA, cosa non possibile. I due gameti, gamete maschile che si chiama spermatozoo, e gamete femminile che si chiama cellula uovo o oocita, si fondono, rigenerano una cellula diploide che andrà incontro a una serie di mitosi e grazie a queste mitosi successive svilupperà un nuovo individuo. Come si sviluppano queste due cellule, gamete maschile e gamete femminile? Attraverso gametogenesi. Questo processo si realizza in due organi particolari: le gonadi. La gonade maschile è il testicolo, mentre la gonade femminile è l'ovaio. Al loro interno avviene il processo di formazione dei gameti che prende, appunto, il nome di gametogenesi. La gametogenesi avviene in tre fasi diverse, tutte molto importanti per garantire la formazione corretta dei gameti:

1. La prima è la fase di espansione, in cui aumenta il numero dei precursori dei gameti. È quindi una fase in cui le cellule vanno incontro a divisione mitotica e aumentano il loro numero.

2. La seconda è la fase di meiosi, quindi una divisione che porta ad acquisire l'aploidia, cioè a ridurre il contenuto di DNA.

3. E infine, si ha una fase di citodifferenziazione: il gamete acquisisce le caratteristiche morfologiche funzionali tipiche del gamete maturo. Il gamete maschile e il gamete femminile hanno forma e caratteristiche molto diverse dal punto di vista istologico.

Questi tre momenti avvengono in maniera diversa nel maschio e nella femmina. La gametogenesi è possibile perché già dai primissimi momenti di sviluppo di un embrione, al suo interno, si differenziano delle cellule che si chiamano cellule germinali primordiali, i precursori dei futuri gameti. Le cellule germinali primordiali sono quindi importantissime perché garantiscono la riproduzione dell'individuo e della specie, per questo si sviluppano molto precocemente all'interno dell'individuo. Le cellule germinali primordiali, infatti, si differenziano già nella seconda settimana di sviluppo embrionale, quando l'embrione non è altro che è una specie di "vermicello piatto" formato da due foglietti di cellule uno sopra l'altro. Questi due foglietti si chiamano epiblasto e ipoblasto e all'interno del primo, appunto già alla seconda settimana di sviluppo embrionale, si differenziano le cellule germinali primordiali. Sono un gruppetto di poche cellule che migrano da questo foglietto e raggiungono prima la parete di un piccolo sacchettino che si sta formando durante la seconda settimana: il sacco vitellino. Quindi, stazionano prima nella parete del sacco vitellino 1(che è uno degli annessi embrionali che studieremo) e poi continuano il loro viaggio e nell'arco di ulteriori settimane raggiungono, finalmente, intorno alla quinta settimana (3 settimane dopo,) il loro sito definitivo: le gonadi, che si stanno formando. Le gonadi si formano come delle creste, delle lamine di tessuto ai lati dell'asse centrale dell'embrione. Questi due tessuti laterali derivano da un foglietto che si chiama mesoderma e in particolare dal mesoderma di intermedio. Quindi queste cellule arrivano nelle gonadi e iniziano a colonizzarle e a disporsi all'interno di esse. Quando arrivano le cellule germinali primordiali, la gonade è ancora identica nei due sessi, sia nel maschio che nella femmina. Si parla di gonade indifferente o indifferenziata. Le cellule germinali primordiali che arrivano nella gonade si associano ad altre cellule che sono già presenti e formano l'epitelio di rivestimento della gonade in formazione. Insieme a queste cellule epiteliali di rivestimento, formano dei cordoni cellulari: i cordoni sessuali. Questi cordoni inizialmente, nella gonade indifferente, occupano tutto lo spazio, sia la parte più periferica (corticale), sia la parte più interna (midollare). A partire dalla settima settimana di sviluppo embrionale la gonade non è più indifferente ma comincia a differenziarsi e a cambiare aspetto a seconda che il sesso genetico dell'individuo sia XX (femmina) o XY (maschio).

Differenziazione della Gonade Femminile

Nella femmina i cordoni sessuali nella porzione midollare vanno in degenerazione e rimangono a occupare solo la parte più periferica, la corticale. Le cellule germinali primordiali nei cordoni diventano oogoni, i precursori dei gameti femminili, quelli che saranno poi gli oociti. E quindi questa gonade diventerà un ovaio.

regresses 5. empty follicle 4. ovulation 1. primary follicle protective cells egg 2. growing follicle follicular fluid egg cell follicular cells 3. mature follicle Figura 1

Nella figura 1 si vede un esempio molto schematico di un ovaio maturo, in cui si notano nella parete periferica strutture chiamate follicoli ovarici. Cioè delle strutture che hanno accolto al loro interno gli oogoni, i quali hanno cominciato a differenziarsi, a maturare e a diventare gameti femminili.

Differenziazione della Gonade Maschile

Sul cromosoma Y sono presenti il gene SRY e altri geni determinanti che codificano per fattori di trascrizione, tra cui il fattore SRY, che deriva proprio dal gene SRY. Tali fattori sono in grado di attivare una serie di processi che indirizzeranno la gonade indifferente a diventare testicolo, tra cui la produzione di ormoni maschili. E quindi, se è presente il cromosoma Y, la gonade diventa testicolo. Se il cromosoma Y non è presente, lo sviluppo avverrà spontaneamente nel sesso femminile. Sono stati svolti degli esperimenti sui topi in cui si è visto che, se c'è una mutazione che porta a un'assenza del gene SRY, pur avendo la presenza del cromosoma Y, si ha sviluppo di ovaio, non di testicolo. Così come in topi XX, quindi di sesso genetico femminile, se si inserisce, attraverso ingegneria genetica, il gene SRY, si ottiene lo sviluppo del testicolo, che però non è fertile. Nel caso del testicolo si ha uno sviluppo diverso dei cordoni sessuali: essi regrediscono nella porzione corticale, mentre rimangono e si sviluppano maggiormente nella porzione centrale; quindi, vanno ad occupare la midollare del futuro testicolo.

Dotto deferente Dotti efferenti Rete testis Epididimo Tonaca Tubuli seminiferi Lobuli Setto Testicolo Figura 2

2La figura 2 è un disegno schematico del testicolo. Al suo interno ci sono strutture filamentose, che rappresentano i tubuli seminiferi, che derivano proprio dai cordoni sessuali.

Parallelo tra Gametogenesi Femminile e Maschile

OOGENESI SPERMATOGENESI Maturazione dei gameti : Accumulo citoplasma Eliminazione di citoplasma Produzione di membrane accessorie Assenza di membrane accessorie Cooperazione da parte di molte Una singola cellula del Sertoli cellule follicolari per ogni oocita per molti spermatozoi Cellula immobile Cellule mobili

Oogenesi: Sviluppo dei Gameti Femminili

L'oogenesi è lo sviluppo dei gameti femminili. Le cellule germinali primordiali sono arrivate nella gonade (che diventerà ovaio), occupano la corticale e sono all'interno dei cordoni. Queste cellule germinali primordiali si sviluppano e diventano oogoni. Gli oogoni vanno subito incontro ad espansione, e quindi vanno subito incontro alla fase mitotica. Numerose mitosi portano all'aumento del numero di oogoni disponibili e presenti nella corticale dell'ovaio. E subito, ancora durante lo sviluppo embrionale, gli oogoni entrano in meiosi, e quindi diventano oociti primari ed entrano nella prima divisione meiotica. Essa però non si completa, ma si arresta e ha dei tempi molto dilatati: nella donna la meiosi può arrivare a durare anche 50 anni. La meiosi si svolge a tappe. Siccome gli oogoni sono entrati nella prima divisione meiotica, non proseguono nell'espansione; per questo motivo si ha un numero ben definito di gameti a disposizione per la fecondazione. Anzi, si avrà una notevole riduzione di questo numero. Infatti, la maggior parte degli oogoni entrati nella prima divisione meiotica, andrà a degenerare per atresia1 e morirà. Soltanto un numero limitato rimarrà a disposizione.

Spermatogenesi: Sviluppo dei Gameti Maschili

Per contro, nella spermatogenesi, le cellule germinali primordiali, che entreranno nella midollare insieme alle cellule dell'epitelio, che formano questi cordoncini, rimarranno in numero limitato. Il numero di queste cellule germinali rimarrà costante, in quanto esse non andranno incontro a mitosi fino al raggiungimento della pubertà. In quel momento le cellule inizieranno a diventare spermatogoni, precursori di futuri spermatozoi, e ad aumentare di numero per mitosi. Quindi, inizierà la fase mitotica e il risultato di questa espansione di cellule darà origine a cellule sempre più differenziate che saranno in grado di andare incontro al processo meiotico. Si ha quindi una potenzialità illimitata di formazione di gameti maschili per tutta la durata della vita dell'individuo, a partire dall'età pubere. Il processo di formazione di spermatozoi maturi dura circa 74 giorni e avviene all'interno dei tubuli seminiferi, in più aree del tubulo e in maniera asincrona. Atresia degli oociti si riferisce al processo di degenerazione e riassorbimento degli oociti (le cellule uovo) che non raggiungono la maturazione o che non vengono ovulati durante il ciclo mestruale. È un processo normale che avviene nelle ovaie e fa parte della dinamica fisiologica della gametogenesi femminile. 3