RIPRODUZIONE RIPRODUZIONE ASESSUATA

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1 RIPRODUZIONE RIPRODUZIONE ASESSUATA: un frammento dell organismo genitore si stacca e dà luogo alla nascita di un nuovo essere. (Es. riproduzione per talea nelle piante, gemmazione o scissione nei Metazoi ). RIPRODUZIONE SESSUATA: la formazione del nuovo individuo avviene mediante un processo che richiede la presenza dei due sessi, e, e la produzione da parte di essi di cellule sessuali specializzate (gameti). Incrementa la variabilità genetica.

2 GAMETI Appartengono ad una linea cellulare particolare (linea germinale), che si può riscontrare precocemente all inizio dell ontogenesi. Hanno un differenziamento proprio che li porterà alla forma aploide in seguito alla meiosi. Subiscono una citodifferenziazione speciale in cellule o la cui taglia e le cui strutture differiscono profondamente secondo il sesso. Il loro destino finale è la fecondazione che realizza la fusione di due gameti differenti, ristabilendo così la condizione diploide.

3 TIPI DI GAMETOGENESI CONTINUA o COSTANTE Senza sosta, dopo la maturità sessuale. Es. uomo, gallo. CONTINUO - CICLICA Alternanza di attività maggiore e minore. PERIODICA Periodi di stasi gametogenetica e di attività gametica. Es. le di molti mammiferi, quasi tutti gli uccelli, i rettili, molti anfibi e pesci. Esistono cicli stagionali regolari controllati dagli ormoni ipofisari e dall ipotalamo.

4 GAMETOGENESI SPERMATOGENESI OVOGENESI Processi che portano alla maturazione dei gameti e In ambedue i casi il numero diploide (2n) dei cromosomi dei gonociti viene ridotto al numero aploide (n) proprio dei gameti per meiosi. Nel caso della linea maschile avviene anche una citodifferenziazione (spermiogenesi), che manca nella linea femminile. La spermatogenesi si svolge rapidamente e senza interruzioni; l ovogenesi avviene piu lentamente, con periodi di arresto piuttosto lunghi

5 DIFFERENZE TRA OVOGENESI E SPERMATOGENESI La meiosi termina nei gameti prima della spermiogenesi; l ovocita I inizia la meiosi che però resta in genere bloccata sino alla fecondazione. Lo spermatide elimina gran parte del citoplasma e si trasforma nello spermatozoo, altamente differenziato; l uovo conserva il citoplasma e si arricchisce di tuorlo. Più di un elemento maschile si sviluppa su di una sola cellula nutrice (cellula del Sertoli); il gamete è in relazione con più cellule (cellule follicolari), che derivano dall epitelio germinativo dell ovario e che giocano un ruolo importante nell accrescimento dell ovocita, secernendo sostanze che vengono assunte dall ovocita stesso. Attorno all uovo si formano membrane accessorie mentre lo spermatozoo ne è sprovvisto.

6 Formazione delle cellule germinali primordiali La formazione dei gameti sia femminili (ovogenesi) che maschili (spermatogenesi) inizia nell embrione con la formazione delle cellule germinali primordiali (primordial germ cells, PGCs), i precursori dei gameti, nel periodo immediatamente precedente alla gastrulazione, al di fuori delle gonadi, quando queste non si sono ancora abbozzate. intestino posteriore dotto vitellino arteria vitellina PGC creste gonadiche o genitali mesentere abbozzo gonade somiti Lucia Rocco Ovogenesi

7 Sebbene l origine embrionale extragonadica dei gameti fosse stata descritta in embrioni umani già nei primi anni del 900, solo negli ultimi quindici anni sono stati chiariti alcuni fondamentali aspetti della loro formazione principalmente nel topo. Oggi sappiamo che i precursori delle PGC murine originano, a seguito di un processo d induzione da parte di fattori di crescita, dall epiblasto, che è in grado di generare, oltre ai precursori delle PGC, i tre foglietti embrionali elementari, ectoderma, mesoderma e endoderma. Le PGC di topo si originano dall epiblasto intestino posteriore dotto vitellino arteria vitellina PGC creste gonadiche o genitali mesentere abbozzo gonade somiti Lucia Rocco Ovogenesi

8 Nell embrione di topo, i precursori delle PGC (cinque-sei cellule), sono specificati (ovvero indotti a diventare PGC, ma ancora in maniera modificabile), nella regione posteriore dell epiblasto a forma di coppa, intorno al 6 giorno di sviluppo, da una combinazioni di fattori di crescita, tra cui fondamentale il BMP4 (bone morphogenic protein 4), secreti da tessuti vicini. La determinazione dei precursori (ovvero la loro induzione irreversibile) in PGC avviene circa ventiquattro ore dopo nel mesoderma extraembrionale formatesi all angolo tra l allantoide e il sacco vitellino intestino posteriore dotto vitellino arteria vitellina PGC creste gonadiche o genitali mesentere abbozzo gonade somiti Lucia Rocco Ovogenesi

9 Tra l 8 e il 9 giorno, le PGC (circa cinquanta), si spostano all interno dell embrione nell endoderma dell intestino posteriore all altezza delle creste gonadiche in formazione nella parete della cavità celomatica (la cavità del corpo dell embrione). Le PGC quindi migrano nelle creste e ne completano la colonizzazione (10-11 giorno). Le prime descrizioni della presenza di PGC nella parete del sacco vitellino e della loro migrazione negli abbozzi delle gonadi in embrioni umani tra la IV e la VI settimana di sviluppo, risalgono ai primi anni del 900. intestino posteriore dotto vitellino arteria vitellina PGC creste gonadiche o genitali mesentere abbozzo gonade somiti Lucia Rocco Ovogenesi

10 In entrambi i sessi, verso la fine della III settimana di sviluppo, in una regione al di fuori del corpo dell embrione sita nell angolo tra l allantoide e il sacco vitellino, è possibile riconoscere per alcune caratteristiche morfologiche (dimensioni maggiori delle cellule circostanti, presenza di numerose granulazioni nel citoplasma), citochimiche (positività alla colorazione PAS per i glucidi e a quella per l enzima fosfatasi acida) e molecolari rilevabili con specifici anticorpi l espressione di alcune catene oligosaccaridiche sul plasmalemma e di specifici fattori di trascrizione nel nucleo, ad esempio OCT4), un piccolo gruppo di PGC. intestino posteriore dotto vitellino arteria vitellina PGC mesentere abbozzo gonade somiti Lucia Rocco Ovogenesi

11 Tuttavia, per ovvie ragioni, si conosce ancora poco sui meccanismi che presiedono alla loro specificazione/determinazione. Solo recentemente, a seguito di esperimenti volti alla produzione di PGC da cellule staminali in coltura, alcuni meccanismi che presiedono alla loro formazione cominciano a essere svelati, palesando importanti analogie, ma anche alcune differenze con le PGC murine. Ad esempio il fatto che PGC umane non esprimano o esprimano a livelli molto bassi due geni quali SOX2 e PRMD12, che svolgono un ruolo importante nella formazione delle PGC murine. Al contrario, l espressione del gene SOX17, non rilevabile nelle PGC murine, è necessaria per lo sviluppo delle PGC umane. intestino posteriore dotto vitellino arteria vitellina PGC mesentere abbozzo gonade somiti Lucia Rocco Ovogenesi

12 Conclusione: Le PGC sono specificate a seguito di induzione da parte di BMP, presumibilmente nell epiblasto di forma discoidale, prima dell inizio della gastrulazione, verso la fine della II e l inizio della III settimana, e determinate nella parete del sacco vitellino intorno alla fine della III settimana. Durante le due-tre settimane seguenti, esse proliferano spostandosi nelle gonadi in via di formazione (abbozzi gonadici) nella parete del celoma nella regione posteriore dell embrione. intestino posteriore dotto vitellino arteria vitellina PGC mesentere abbozzo gonade somiti Lucia Rocco Ovogenesi

13 SPERMATOGENESI 1. APPARATO GENITALE MASCHILE DEI VERTEBRATI GONADI (TESTICOLI ) 2. ORGANI ACCESSORI DOTTI ESCRETORI GHIANDOLE ANNESSE ALLE VIE SPERMATICHE EPIDIDIMO CONDOTTI (EFFERENTE E DEFERENTE) VESCICHETTE SEMINALI PROSTATA

14 ORGANIZZAZIONE TESTICOLARE Nei Vertebrati troviamo tre diversi tipi di organizzazione testicolare: AMPOLLARE TUBULARE CISTICA

15 AMPOLLARE Il testicolo presenta diverse ampolle all interno delle quali le cellule germinali sono sincronizzate allo stesso stadio della spermatogenesi. Caratteristica di alcuni pesci Teleostei e di tutti gli Anfibi Urodeli

16 TUBULARE All interno dello stesso tubulo si trovano tutti gli stadi della spermatogenesi, da spermatogoni a spermi. Caratteristica degli Amnioti

17 a b Fig. 10

18 CISTICO Si confonde spesso con quello tubulare, ma differisce da questo per la presenza, all interno dei tubuli, di cisti a diverso stadio della spermatogenesi. Tuttavia all interno della stessa cisti le cellule germinali sono sincronizzate allo stesso stadio. Caratteristica di Anfibi Anuri e di qualche Teleosteo

19 TESTICOLO (MAMMIFERI) ghiandola tubulare fibrosa suddivisa in lobuli (DOTTI CONVOLUTI) TUBULI SEMINIFERI EPITELIO SEMINIFERO (CELLULE GERMINALI E CELLULE DEL SERTOLI) TONACA CONNETTIVALE

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21 Tra i tubuli seminiferi c è un tessuto connettivo lasso contenente le cellule interstiziali endocrine (CELLULE DI LEYDIG) che secernono l ormone sessuale maschile (TESTOSTERONE), responsabile dei caratteri sessuali secondari.

22 CELLULE DEL SERTOLI GRANDI CELLULE DI FORMA TRIANGOLARE BASE POSTA SULLA MEMBRANA BASALE APICE VERSO IL LUME DEL TUBULO NON SI DIVIDONO NELL ADULTO FUNZIONI 1) Sostegno meccanico alle cellule germinali in sviluppo. 2) Implicate nella liberazione degli spermatozoi maturi nel lume del tubulo. 3) Regolano la spermatogenesi influendo sulle varie fasi.

23 CELLULE DEL SERTOLI Sono in comunicazione con gli spermatociti attraverso parziali e temporanee fusioni delle membrane plasmatiche (passaggio di RNA o di ribosomi gli spermatociti non sintetizzano RNA ribosomale).

24 NELLA SPERMATOGENESI DISTINGUIAMO 3 FASI : FASE MITOTICA: moltiplicazione per mitosi e maturazione degli spermatogoni FASE MEIOTICA: interessa gli spermatociti e comprende le due divisioni meiotiche che terminano con la produzione di spermatidi. FASE SPERMIOGENETICA: trasformazione degli spermatidi in spermatozoi.

25 SPERMATOGONI - Presenti nella vita fetale - Ogni spermatogonio subisce mediamente sei divisioni mitotiche. - Le cellule figlie mostrano differenze nella struttura nucleare, oggi facilmente distinguibili con tecniche di biologia molecolare. 4 generazioni di tipo A (A 1, A 2, A 3, A 4) 1 di tipo intermedio 1 di tipo B - Una delle cellule figlie del clone (tipo A 4 ) non prosegue nello sviluppo e mantiene le caratteristiche di spermatogonio in fase di quiescenza. In questo modo è assicurato un numero costante di cellule staminali di riserva e con esso la continuità dell epitelio germinale

26 SPERMATOCITI e SPERMATIDI SPERMATOGONI MATURI MITOSI SPERMATOCITI I MEIOSI (I DIVISIONE) SPERMATOCITI II MEIOSI (II DIVISIONE) SPERMATIDI

27 SPERMATOGONI, SPERMATOCITI e SPERMATIDI stabiliscono tra loro una continuità mediante ponti citoplasmatici. Si ritiene che questi ponti abbiano un significato funzionale e che attraverso questi avvenga il passaggio di macromolecole, assicurando contemporaneamente la sincronia dello sviluppo.

28 STRUTTURA DELLO SPERMATOZOO o RIVESTITO DALLA MEMBRANA PLASMATICA o GLICOCALICE: I GLUCIDI POSSEGGONO I RECETTORI RESPONSABILI DELLE INTERAZIONI TRA GAMETI TESTA NUCLEO ACROSOMA CODA FLAGELLO

29 ACROSOMA CONTIENE VARI ENZIMI IDROLITICI (LISOSOMI). COOPERA ALLA PENETRAZIONE NELL UOVO ATTRAVERSO LE SUE MEMBRANE ACCESSORIE. NUCLEO CROMATINA ALTAMENTE CONDENSATA FLAGELLO COSTITUITO DA DUE MICROTUBULI CENTRALI CIRCONDATI DA NOVE COPPIE DI MICROTUBULI PERIFERICI (ASSONEMA). STRUTTURA 9+2 I tubuli sono costituiti da PROTOFILAMENTI di TUBULINA. Le coppie periferiche sono collegate da bracci di DINEINA, proteina con attività ATPasica responsabile della conversione dell energia chimica in movimento meccanico.

30 SPERMIOGENESI Al completamento della meiosi gli spermatidi si differenziano in spermatozoi. Gli eventi principali di questo processo sono: 1) MODIFICAZIONE DEL NUCLEO CONDENSAZIONE DELLA CROMATINA ACQUISIZIONE DELLA MORFOLOGIA NUCLEARE CARATTERISTICA DELLA SPECIE 2) FORMAZIONE DI ORGANI SPECIALIZZATI CHE DEBBONO FUNZIONARE DURANTE IL TRASFERIMENTO DELLO SPERMATOZOO E LA FECONDAZIONE

31 MODIFICAZIONI NUCLEARI: CONDENSAZIONE DELLA CROMATINA permette una notevole riduzione del volume nucleare aiuta a dare una forma affusolata alla cellula e a rendere più facile la locomozione Il DNA risulta meno soggetto a danni fisici e a mutazioni La condensazione può derivare: 1) DALLA RIMOZIONE DELLE PROTEINE ASSOCIATE ALLA CROMATINA 2) DALLA FORMAZIONE DI COMPLESSI SPECIALI DI DNA-PROTEINA

32 RIMOZIONE DELLE PROTEINE ASSOCIATE ALLA CROMATINA VENGONO SOSTITUITI GLI ISTONI SOMATICI PREESISTENTI CON FORMAZIONE DI CROMATINA + PROTEINE SPECIALIZZATE Le proteine che formano la cromatina altamente condensata dello spermatozoo rientrano in 3 categorie: 1. PROTAMMINE (salmoni, trote, pollo) COMPLESSO DNA-PROTAMMINA: CONFIGURAZIONE DIVERSA DA QUELLA A NUCLEOSOMI DELLA CROMATINA SOMATICA GLI ISTONI VENGONO MODIFICATI ENZIMATICAMENTE. QUESTO CAMBIAMENTO DESTABILIZZA IL COMPLESSO DNA-ISTONE E PERMETTE CHE LE PROTAMMINE SOSTITUISCANO GLI ISTONI 2. ISTONI (carpe, rane) 3. ALTRE PROTEINE BASICHE SPECIFICHE (molti mammiferi, Anfibi, pesci)

33 Il DNA risulta: SOLIDAMENTE IMPACCHETTATO GENETICAMENTE INATTIVO Da questo momento in poi, poiché il DNA non trascrive, la sintesi delle proteine, essenziale per il completamento della spermiogenesi, usa molecole di mrna accumulato (Es. di regolazione genica posttrascrizionale). MODIFICAZIONE NUCLEARI: ACQUISIZIONE DELLA MORFOLOGIA NUCLEARE CARATTERISTICA DELLA SPECIE I cambiamenti morfologici avvengono in contemporanea alla condensazione della cromatina. TEORIE DIVERSE: A) Le forme nucleari particolari derivano dal tipo di interazione DNAproteina durante la condensazione B) La forma del nucleo è prodotta dalla pressione esercitata da microtubuli all esterno del nucleo (dimostrato in Drosophila; non c è una prova simile per altre specie)

34 FORMAZIONE DEGLI ORGANULI DELLO SPERMATOZOO La presenza quasi universale dell ACROSOMA sulla testa dello spermatozoo è un esempio notevole di conservazione evolutiva ACROSOMA = LISOSOMA MODIFICATO (per la presenza di enzimi litici) GRANULI PROACROSOMICI (APP. DEL GOLGI) UNIONE DI PIU GRANULI VESCICOLA ACROSOMICA CHE CONTIENE UNO SPESSO GRANULO ACROSOMICO

35 REGOLAZIONE ORMONALE DELLA SPERMATOGENESI La differenziazione della cellule germinali avviene sotto lo stimolo dell ormone steroideo TESTOSTERONE prodotto dalle cellule del Leydig. Produzione di TESTOSTERONE regolata da un ormone gonadotropo prodotto dall ipofisi, l ormone LUTEINIZZANTE (LH) o ICSH (Interstitial Cell Stimulating Hormon) L altro ormone gonadotropo, l FSH (ORMONE FOLLICOLO STIMOLANTE) ha come cellule bersaglio le CELLULE DEL SERTOLI EFFETTO: nei Mammiferi stimola il rilascio di una proteina (ABP) che lega gli androgeni. Questa proteina ha un alta affinità per il testosterone ed ha la funzione di trattenere lo steroide all interno dei tubuli seminiferi e rafforzare i suoi effetti sulla spermatogenesi.

36 MOLECOLE IMPLICATE NELLA REGOLAZIONE DELLA SPERMATOGENESI (MAMMIFERI) ANDROGENI: (TESTOSTERONE) secreto dalle cellule del LEYDIG LH o ICSH, FSH secreti dall adenoipofisi sotto il controllo di GnRH di provenienza ipotalamica ABP (Androgen Binding Protein) secreta dalle cellule del Sertoli. Lega il testosterone e lo trattiene nei tubuli seminiferi FATTORI DI CRESCITA (Growth Factor) proteine che si legano ai recettori di superficie delle cellule bersaglio e possono: 1) STIMOLARE LA DIVISIONE CELLULARE 2) ALTERARE IL DESTINO CELLULARE

37 FATTORI DI CRESCITA SGF (SEMINIFEROUS GROWTH FACTOR) Stimola la proliferazione della cellule somatiche e la produzione di vasi sanguigni nel testicolo durante lo sviluppo fetale e post-natale Nell adulto le cellule del Sertoli producono la SGP-2 (SULFATED GLYCOPROTEIN- 2) nota come CLASTERINA o APOLIPOPROTEINA J in risposta alla propria produzione di SGF (Es. di INTERAZIONE AUTOCRINA) SGP-2 è il prodotto maggiore di secrezione delle cellule del Sertoli adulte. E comunque anche un esempio di INTERAZIONE PARACRINA perché si lega alle membrane degli spermatozoi. Sembra coinvolta nel proteggere le cellule dalla morte cellulare (apoptosi). INTERAZIONI PARACRINE = Segnali che provengono da cellule vicine. INTERAZIONI ENDOCRINE = Segnali che si originano a distanza e sono distribuiti via ematica (ormoni). INTERAZIONI AUTOCRINE = Segnali che provengono dalla cellula stessa.

38 INIBINA = fattore di crescita rilasciato dalle cellule del Sertoli che inibisce la secrezione di FSH adenoipofisario. Fa parte della superfamiglia delle TGF-B. E composta da due differenti polipeptidi (una catena α e una β). Stimola la produzione di testosterone. ATTIVINA = fattore di crescita rilasciato anch esso dalle cellule del Sertoli. Attiva la secrezione di ormoni adenoipofisari. Formata da due catene β. Inibisce la secrezione di testosterone. BMP-8b (Bone Morphogenetic Protein) = agisce sulla spermatogenesi. La sua presenza è stata dimostrata con la tecnica del knock-out genico. Su topi mutanti ha dimostrato due effetti distinti: 1) Durante l età puberale le cellule germinali mostrano una perdita o una ridotta capacità di proliferare e perdono la capacità di differenziarsi. 2) Nell adulto gli spermatociti hanno un elevata incidenza di apoptosi che conduce alla sterilità. BMP-8 è quindi indispensabile per la proliferazione delle cellule germinali nella pubertà e per il mantenimento delle cellule germinali nell adulto.

39 STH (ORMONE SOMATOTROPO) CELLULE DEL SERTOLI Promuovono ed assistono il processo di differenziamento e maturazione dello spermatozoo rilasciando: 1) SOMATOMEDINE (GF) 2) SUBSTRATI ENERGETICI 3) FATTORI NUTRITIVI e sintetizzando: 4) PROTEINE DI TRASPORTO PER IONI RAMEICI O FERRICI

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41 OVOGENESI L OVOGENESI è un processo che si svolge lentamente, con periodi di arresto a volte lunghi. L attività mitotica degli ovogoni nei Vertebrati superiori è in genere limitata al periodo iniziale dello sviluppo (nel pulcino termina 4 gg. prima della schiusa, nel coniglio non supera il decimo giorno dello sviluppo embrionale, nell uomo termina verso la 15 a settimana di vita fetale)

42 STRUTTURA DELL OVARIO Varietà di struttura e di organizzazione in relazione al tipo di uovo maturato ed alla fisiologia della riproduzione. Nei Vertebrati troviamo ovari CAVI (Anfibi) e ovari PIENI (Mammiferi) ANFIBI -OVARI POSTI AL RIDOSSO DEL MESONEFRO -EMETTONO LE UOVA NEL CELOMA -DA QUI RAGGIUNGONO GLI OVIDUTTI -VENGONO TRASPORTATE SINO ALLA CLOACA

43 Gli OVOCITI I si circondano di cellule nutrici somatiche con funzione di cellule follicolari e costituiscono il FOLLICOLO OVARICO Intorno all ovario l epitelio peritoneale costituisce la TECA ESTERNA, al di sotto del quale vi è un altro strato cellulare, la TECA INTERNA. Le CELLULE FOLLICOLARI, poste su uno o più strati, restano a contatto diretto con l ovocita per tutto lo sviluppo elaborando attorno ad esso un sottile strato che contribuisce alla formazione della membrana vitellina. Durante l accrescimento dell ovocita, le cellule nutritive follicolari proliferano formando uno strato più o meno spesso, la GRANULOSA.

44 MAMMIFERI L ovario è ricoperto da una capsula fibrosa a sua volta ricoperto da un epitelio con la funzione di trasporto di fluidi, lipidi ed altre sostanze. Distinguiamo due parti: - CORTICALE (più esterna): contiene le cellule germinali, racchiuse dentro i follicoli. - MIDOLLARE (più interna): tessuto connettivo riccamente vascolarizzato.

45 IL FOLLICOLO OVARICO FOLLICOLO PRIMORDIALE l ovocita è circondato da un singolo strato di cellule follicolari appiattite FOLLICOLO PRIMARIO l epitelio follicolare diventa cilindrico e tra esso e l ovocita si comincia a formare la ZONA PELLUCIDA FOLLICOLO SECONDARIO completamento della zona pellucida. L epitelio follicolare diventa pluristratificato (M. GRANULOSA)

46 FOLLICOLO TERZIARIO o DI GRAAF Fra le cellule della granulosa compaiono spazi contenenti liquido che confluiscono in un unica cavità (ANTRO FOLLICOLARE). A questo punto l ovocita è in posizione eccentrica, inglobato da un cumulo di cellule follicolari (CUMULO OOFORO) ed è circondato da due membrane: MEMBRANA PELLUCIDA (si forma tra ovocita e cellule follicolari) e CORONA RADIATA (cellule più interne del cumulo ooforo a disposizione radiata). Le cellule connettivali che delimitano il follicolo costituiscono la TECA INTERNA, strato di cellule ghiandolari da cui verranno prodotti gli estrogeni.

47 INVOLUCRI OVULARI Due funzioni principali: Nutritiva Protettiva Si distinguono a seconda della LORO ORIGINE in: 1) INVOLUCRI PRIMARI MEMBRANA VITELLINA prodotti dall uovo stesso 2) INVOLUCRI SECONDARI CORION prodotti dalle cellule follicolari 3) INVOLUCRI TERZIARI ALBUME, MEMBRANA TESTACEA, GUSCIO CALCAREO prodotti dalle vie genitali femminili durante il passaggio delle uova attraverso esse.

48 MEMBRANA VITELLINA Subito al di sopra della membrana plasmatica. Nei Mammiferi prende il nome di ZONA PELLUCIDA. Avvenuta la fecondazione si trasforma in MEMBRANA DI FECONDAZIONE grazie all espulsione di materiale contenuto nei GRANULI CORTICALI situati nel cortex dell uovo. CORION Studiato con la microscopia elettronica. Nella formazione del corion si osserva il sollevamento della superficie dell ovocita in tanti microvilli rivolti verso l epitelio follicolare e il deposito di una sostanza omogenea elettrondensa nello spazio situato tra la superficie dell ovocita e l epitelio follicolare (ZONA RADIATA).

49 OVOGONI OVOCITA I MITOSI, ACCRESCIMENTO con cellule follicolari appiattite FOLLICOLO PRIMORDIALE Gli ovogoni, a differenza di quanto accade nella linea germinale maschile, completano la loro divisione mitotica prima della nascita Alla pubertà nella donna sopravvivono ovociti primari

50 ACCRESCIMENTO E MATURAZIONE DELL UOVO -MODIFICAZIONI A CARICO DEL NUCLEO (riduzione meiotica e intensi fenomeni di sintesi di materiale che passa nell ovoplasma) -MODIFICAZIONI A CARICO DELL OVOPLASMA STESSO (accumulo di nuovo citoplasma e di tuorlo, acquisizione dell assetto specifico per lo sviluppo del nuovo essere)

51 ACCRESCIMENTO E MATURAZIONE DELL UOVO: MODIFICAZIONI A CARICO DEL NUCLEO CROMOSOMI A SPAZZOLA Durante l AUXOCITOSI II aumenta il volume del nucleo e i cromosomi si modificano profondamente (CROMOSOMI A SPAZZOLA). Costituiti da un filamento centrale dal quale si dipartono numerose anse a coppie simmetriche che sono dei ripiegamenti dei filamenti cromatinici ATTIVA SINTESI DI RNA

52 RNA ribosomico Durante tutta l ovogenesi il nucleolo svolge intensa sintesi di ribosomi necessari per le continue sintesi proteiche. All inizio dello sviluppo dell ovocita vi sono 2-4 nucleoli; successivamente possono diventare più numerosi. L RNA ribosomico maggiore (cioè RNA 18S, 28S e 5,8S) è il maggior componente dell RNA dell ovocita. La sintesi di grandi quantità di RNA ribosomico è facilitata, in molti organismi (Anfibi, Pesci, Insetti) da un meccanismo presente solo negli ovociti: l AMPLIFICAZIONE DEI GENI DELL RNA RIBOSOMICO.

53 Il nucleo dell ovocita di Xenopus contiene centinaia di piccoli nucleoli che si staccano dai cromosomi e vanno a localizzarsi principalmente alla periferia a rivestire la superficie interna dell involucro nucleare. Il processo di amplificazione può essere facilmente rivelato mediante l incorporazione di timidina marcata con 3 H nel DNA dell ovocita; TUTTA L INCORPORAZIONE DELLA TIMIDINA E DOVUTA ALLA DUPLICAZIONE DEL DNA NUCLEOLARE (negli ovociti non avviene alcuna altra sintesi di DNA).

54 RNA 5S - Sintesi molto rapida durante i primi stadi dell ovogenesi, prima del periodo della maggior sintesi di RNA 18S e 28S e delle proteine ribosomiche - Viene incorporato nei ribosomi dopo essere immagazzinato nelle particelle di RNP - Rappresenta il 45% dell RNA totale di questi ovociti. - Il genoma aploide di Xenopus contiene geni per l RNA 5S divisi in GENI SOMATICI e GENI DELL OVOCITA, che differiscono nella sequenza nucleotidica. - L RNA 5S prodotto dai geni somatici si degrada dopo la sintesi, mentre quello prodotto dall ovocita si accumula nelle particelle RNP dove viene trattenuto per poter essere assemblato nei ribosomi.

55 MODALITA DEL TIPO CERCHIO ROTANTE (ROLLING CIRCLE) NELL AMPLIFICAZIONE DEGLI rdna IN XENOPUS DALLE COPIE DI NUCLEOLO ESISTENTI VENGONO PRODOTTE CIRCA 250 COPIE (per 4 nucleoli = 1000 segmenti) Ciascuna di queste copie di rdna si stacca dal filamento di DNA che le ha codificate, si avvolge a cerchio e si aggrega a proteine. Si originano così 1000 nucleoli che contengono a loro volta 450 copie dei tre geni ribosomici maggiori. In assenza di amplificazione genica a Xenopus sarebbero necessari 500 anni invece di pochi mesi.

56 mrna: sintesi e accumulo - LA PRODUZIONE DI mrna DURANTE L OVOGENESI AUMENTA CONSIDEREVOLMENTE. - LA MAGGIOR PARTE DI QUESTI RNA VIENE IMMAGAZZINATA NELLE RNP CITOPLASMATICHE. - COSTITUISCE PARTE DEL POOL DI INFORMAZIONI CON CUI LO ZIGOTE COMINCIA IL SUO SVILUPPO. RNA transfer Produzione parallela a quella dell RNA 5S e, come questo, viene accumulato nella stessa RNP in cui si trova l RNA 5S.

57 ACCRESCIMENTO E MATURAZIONE DELL UOVO:MODIFICAZIONI A CARICO DELL OVOPLASMA a) L ovogonio diventa ovocita I, inizia il periodo di piccolo accrescimento (AUXOCITOSI I) con l aumento della massa citoplasmatica b)l ovocita I svolge la profase meiotica che resta bloccata in diplotene; continua il lento accrescimento dell ovocita. Segue il periodo di accrescimento medio (AUXOCITOSI II) che coincide con la fase di PREVITELLOGENESI. Inizia il grande accrescimento (AUXOCITOSI III) durante il quale si svolge la VITELLOGENESI Inizia la MATURAZIONE (completamento della I divisione meiotica OVOCITA I OVOCITA II + il primo globulo polare o polocita) c) L ovocita II effettua la seconda divisione meiotica e diviene uovo maturo. Viene espulso il secondo globulo polare

58 PREVITELLOGENESI SINTESI DI CITOPLASMA INCREMENTO DI ORGANELLI CITOPLASMATICI SCARSA O NULLA SINTESI DI TUORLO VITELLOGENESI VITELLO: sostanza nutritiva per l embrione (TUORLO) Quasi tutte le proteine del tuorlo derivano dal fegato, il quale sintetizza un complesso di lipidi e fosfoprotidi, il VITELLOGENO, che tramite la via ematica, viene assunto dall ovocita. MODALITA DI FORMAZIONE DEL VITELLO A) le sostanze penetrate nell uovo sono chimicamente semplici (glucidi, aa.) e il tuorlo viene sintetizzato dalla cellula stessa (ovogenesi solitaria) INVERTEBRATI B) le sostanze, piu o meno elaborate, vengono fornite dalle cellule follicolari (ovogenesi follicolare) VERTEBRATI

59 CONTROLLO ORMONALE DELL OVOGENESI CICLO OVARICO 1. Accrescimento follicolare obbligato A partire dalla pubertà si verifica costantemente che alcuni follicoli primordiali intraprendano la maturazione senza stimolazione ormonale. La cellula uovo aumenta di dimensioni, l epitelio follicolare si fa prima cubico, mantenendosi comunque semplice (follicolo primario), poi diventa pluristratificato (follicolo secondario) Le cellule epiteliali follicolari poggiano su una membrana basale periferica mentre in posizione apicale si forma la zona pellucida. All interno di questo nido epiteliale si formano degli spazi intercellulari che confluiscono tra loro per dare l antro follicolare (follicolo terziario o di Graaf)

60 CONTROLLO ORMONALE DELL OVOGENESI CICLO OVARICO 2. La sintesi degli ormoni Sulla superficie delle cellule follicolari compaiono recettori per l ormone FSH (ormone follicolo- stimolante), mentre sulle cellule interstiziali limitrofe (le cellule della teca interna) si rendono disponibili i recettori per l ormone LH (ormone luteinizzante). Il 7 o giorno del ciclo mestruale, il livello degli ormoni gonadotropi rilasciati dall ipofisi risulta incrementato. Sotto l effetto dell FSH le cellule follicolari (cellule della granulosa) iniziano a produrre PROGESTERONE (Pr) ed ESTRADIOLO (E 2 ), mentre l LH stimola la teca interna a sintetizzare E 2 (che deriva dall aromatizzazione di androgeni da parte delle cellule della teca).

61 FSH CELLULE FOLLICOLARI DELLA GRANULOSA LH CELLULE DELLA TECA INTERNA Pr E 2 E 2

62 CONTROLLO ORMONALE DELL OVOGENESI CICLO OVARICO Inizialmente tutti i follicoli terziari vengono stimolati e contribuiscono quindi alla sintesi ormonale. Tutti, tranne il follicolo principale sono comunque destinati a degenerare (atresia follicolare) fra il 7 e il 14 giorno del ciclo. Sulle cellule della granulosa del follicolo sopravvissuto compaiono altri recettori per l E 2. L E 2 rilasciato dalle cellule della teca provoca un ulteriore onda di proliferazione delle cellule della granulosa e quindi un aumento della produzione di E 2 da parte del follicolo principale (si tratta di un tipico esempio di autostimolazione)

63 CONTROLLO ORMONALE DELL OVOGENESI CICLO OVARICO 3. L ovulazione L aumento del livello di E 2 provoca un picco nella concentrazione di LH in circolo (14 o giorno del ciclo). OVULAZIONE SCOPPIO DEL FOLLICOLO Dopo l ovulazione il follicolo scoppiato si trasforma in CORPO LUTEO, che è esso stesso una struttura endocrina: produce infatti Pr e piccole quantità di E 2. Il tessuto connettivo vascolarizzato della teca interna attraversa la membrana basale della granulosa e penetra tra le cellule che la compongono. Con l ingresso dei vasi sanguigni si verifica un aumento improvviso di Pr ed E 2. Se l uovo non è fecondato, il corpo luteo degenera da 8 a 10 giorni dopo l ovulazione (LUTEOLISI).

64 CICLO MESTRUALE Sovrapposizione di ciclo ovarico e ciclo uterino L OVULAZIONE (14 o giorno) RAPPRESENTA L EVENTO CENTRALE DEL CICLO MESTRUALE (28 gg.) 1 14 (circa) FASE FOLLICOLARE (preparazione all ovulazione) FASE PROLIFERATIVA (rigenerazione della mucosa uterina) FASE DEL CORPO LUTEO FASE SECRETIVA (preparazione della mucosa uterina all impianto dell uovo fecondato)

65 CICLO OVARICO: fase follicolare Le cellule della granulosa del follicolo producono Pr che rimane all interno dell antro follicolare e favorisce la maturazione della cellula uovo. La teca interna sintetizza E 2 che viene immesso nel ciclo sanguigno. L E 2 ha inizialmente un effetto inibitorio sul sistema ipotalamo-ipofisario in modo tale da mantenere costanti i livelli di FSH e LH e la sua stessa concentrazione. L E 2 stesso prodotto dalle cellule della teca interna del follicolo stimola le cellule della propria granulosa a produrre estrogeni, indipendentemente dall ipofisi. La quantita di E 2 nel sangue aumenta improvvisamente causando un picco di E 2, il quale, dopo 14 ore innesca nell ipofisi un rilascio di grandi quantita di LH. IL PICCO DI LH CHE IN TAL MODO SI DETERMINA PORTA ALL OVULAZIONE DOPO 10 ORE 14

66 CICLO OVARICO: fase del corpo luteo Il follicolo scoppiato si trasforma in corpo luteo e produce elevate quantità di E 2 e di Pr, il quale ultimo induce il differenziamento della mucosa uterina. Se non si verifica l impianto dell uovo fecondato nella mucosa uterina, non si ha formazione di HCG (Human Chorionic Gonadotrophin) e nel corpo luteo si forma l ormone OSSITOCINA, il quale porta alla degenerazione il suo stesso organo produttore (luteolisi). La mestruazione (emorragia da soppressione) è causata dalla degenerazione del corpo luteo e quindi dal calo di E 2 e di Pr

67 CICLO UTERINO FASE PROLIFERATIVA Rigenerazione della mucosa uterina (attività proliferativa dei residui delle ghiandole uterine con il contributo di vene e arterie) (sotto l influsso dell E 2 )

68 FASE SECRETIVA CICLO UTERINO dal 14 o giorno inizia il differenziamento nei dotti ghiandolari (sotto l effetto del Pr). Nella fase avanzata i tre strati della mucosa appaiono completamente sviluppati. Procedendo verso il lume uterino si distinguono tre zone distinte: ZONA BASALE: ricca di cellule, contiene le porzioni basali delle ghiandole indifferenziate; da questa zona si rigenera, dopo la mestruazione, l intera mucosa. ZONA SPUGNOSA: caratterizzata da tessuto connettivo lasso e dai dotti ghiandolari a percorso tortuoso e spesso allargato. ZONA COMPATTA: cellule connettivali stipate, dotti ghiandolari rettilinei delimitati da un epitelio cubico.

69 Nell endometrio compaiono le CELLULE GRANULOSE che producono PROLATTINA e RELASSINA, ormoni ad azione locale che favoriscono la disgregazione della mucosa uterina (se non c è gravidanza) o la trasformazione della decidua uterina (in caso di impianto dell uovo fecondato) NO impianto dello zigote nella mucosa 1.l altezza della mucosa decresce 2.il corpo luteo degenera 3.la caduta di E 2 e Pr dà avvio al flusso mestruale SI impianto dello zigote nella mucosa Il trofoblasto (strato epiteliale che circonda la blastocisti) penetra nella parete uterina, lisando e fagocitando le cellule della decidua basale.

70 LA REAZIONE DECIDUALE DECIDUA Trasformazione della mucosa uterina dopo l impianto della blastocisti sotto l influsso del Pr Accumulo di glicogeno e lipidi da parte delle cellule connettivali che diventano poliedriche e si rigonfiano

71 CELLULE FOLLICOLARI (GRANULOSA) Pr PREPARAZIONE DELLA MUCOSA UTERINA ALL IMPIANTO DELL UOVO FECONDATO RIGENERAZIONE DELLA MUCOSA UTERINA IPOTALAMO GnRH ADENOIPOFISI FSH LH FOLLICOLO OVARICO TECA INTERNA picco di E 2 picco di LH 14 ore 10 ore OVULAZIONE SCOPPIO DEL FOLLICOLO FORMAZIONE DEL CORPO LUTEO Pr

72 LA CONTRACCEZIONE ORMONALE FEMMINILE Introdotta da G. Pincus nel 1956 Prevede l assunzione orale di estro-progestinici (PILLOLA ANTICONCEZIONALE) La distruzione operata dal fegato degli steroidi naturali assunti per via orale ha determinato l utilizzazione di ormoni artificiali (Es. etinilestradiolo) e di progestativi di sintesi (derivati dal norgestrel) Il blocco della secrezione gonadotropinica ipofisaria è determinato principalmente dal progestinico. L estrogeno viene somministrato perché la sua produzione è conseguentemente bloccata a livello ovarico I due ormoni vengono somministrati ciclicamente per simulare i cicli fisiologici. Il ciclo ovarico viene soppresso, mentre quello uterino avviene regolarmente. Il rischio di gravidanza è attualmente 1% Il rischio di cancerogenesi indotta dalla pillola anticoncezionale sembra essere molto basso, ma il rischio di malattie cardiovascolari è abbastanza elevato

73 LA PILLOLA DEL GIORNO DOPO Prevede l assunzione orale all indomani di un rapporto sessuale, del quale si temono le conseguenze, di forti dosi di estrogeni (etinil-estradiolo 100 g) e di un progestinico (500 g) nel breve periodo di 12 ore L azione di questo mix di steroidi determina modificazioni della secrezione e della motilità tubarica e comporta alterazioni endometriali che impediscono l annidamento della blastocisti. Il rischio di gravidanza sarebbe di circa 3% Da qualche anno è stata proposta allo stesso scopo la somministrazione orale di un farmaco antiprogesterone, il mifepristone in dose unica. Il rischio di gravidanza sarebbe prossimo allo 0% se associato alla somministrazione locale di prostaglandine (CONTRACCEZIONE LUTEALE TARDIVA OCCASIONALE)