3^ sett. SPERMATOGENESI. Cellule germinali primordiali (PGC)

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2 Cellule germinali primordiali (PGC) Migrazione dalla 4^ alla 6^ settimana 3^ sett. Le PGC compaiono alla fine della 3^ settimana e migrano verso le creste genitali dalla 4^ alla 6^.

3 Eventi differenziativi nei testicoli: Creste genitali: sono ispessimenti sul mesonefro 1) All arrivo delle PGC nelle creste genitali, si formano i cordoni sessuali primitivi che circondano le cellule germinali. 2) dalle PGC si differenziano spermatogoni che non proliferano e non entrano in meiosi* fino alla pubertà (blocco mitotico e meiotico ad opera delle cellule pre-sertoli); *RA prodotto dal mesonefro viene degradato dall enzima citoplasm. sertoliano CYP26B1 (è un citocromo P450) che, perciò, è il fattore di inibizione della meiosi nelle gonadi embrionali maschili (cfr. OMI delle cellule follicolari)

4 Eventi differenziativi nei testicoli: 3) nei cordoni sessuali primitivi differenziano cellule pre-sertoli 4) nello stroma differenziano cellule interstiziali (precursori delle cell. del Leydig) e producono testosterone

5 Gli ormoni testicolari sono secreti anche nel feto (picco massimo al 4 mese) per poi diminuire fino alla nascita. Nel neonato, la steroidogenesi testicolare raggiunge livelli elevati a 2-3 mesi dopo il parto e poi diminuisce. Alla pubertà la secrezione aumenta in modo massiccio con crescita dei testicoli e sviluppo dei caratteri sessuali secondari. Cambiamenti puberali dei testicoli Si formano tubuli seminiferi dai cordoni solidi Dalle cellule interstiziali si formano le cellule di Leydig Le cellule pre-sertoli si differenziano in cellule di Sertoli Gli spermatogoni ricominciano a dividersi e diventano spermatogoni di tipo A (scuri o Ad) Il testicolo è suddiviso in lobuli ad opera di setti connettivali della tunica albuginea

6 Struttura del testicolo La spermatogenesi avviene normalmente solo intorno a C epididimo testicolo dotto deferente

7 Struttura del testicolo Ant. Post. Per testicolo ci sono lobuli Ogni lobulo contiene 1-4 tubuli seminiferi Ogni tubulo seminifero è lungo 80 cm 1. Tubulo retto; 2. rete testis; 3. condottini efferenti; 4. epididimo; 5. dotto deferente

8 Tubuli seminiferi in sezione trasversale. Ogni tubulo seminifero è spesso 150 µm e lungo 80 cm

9 Cellule di Leydig: le cellule produttrici di androgeni nel testicolo REL Gocce lipidiche Mitocondri con creste tubulari

10 Ruolo delle cellule di Leydig -Esprimono recettori per LH dopo stimolazione da parte dell ipofisi (prolattina). - Sintetizzano testosterone e altri ormoni androgeni sotto il controllo dell ipofisi (LH). Il testosterone mantiene la spermatogenesi, la libido maschile, la funzione delle ghiandole accessorie maschili come la prostata e le vescichette seminali.

11 L epitelio della parete contiene 2 distinte popolazioni: 1-cellule somatiche (Sertoli); cellule mioidi Dette anche peritubulari: sono responsabili dell attività contrattile che spinge gli spermatozoi verso la rete testis Sezione schematica di alcuni tubuli seminiferi. Nel testicolo, i 3 compartimenti (basale, adluminale e interstiziale) sono separati dalla barriera emato-testicolare e dalla parete del tubulo. 2-cellule spermatogeniche (spermatogoni, spermatociti, spermatidi, spermatozoi) Nell interstizio ci sono le cellule di Leydig

12 Cellule con caratteristiche morfo-funzionali simili a quelle delle cellule muscolari lisce: Miofibroblasti (nei TCPD: sono fibroblasti che hanno molti microfilamenti; nelle ferite durante la cicatrizzazione; non hanno lamina basale) Cellule mioidi o peritubulari attorno ai tubuli seminiferi (vedi oltre) Cellule mioepiteliali

13 Sono cellule interposte tra le c. di Sertoli e di Leydig. Sono in grado di contrarsi se stimolate dalla endotelina (21 aa) prodotta dalle c. di Sertoli, facilitando il transito del fluido tubulare e degli spermatozoi verso la rete testis. Inoltre, sembrano modulare l attività sertoliana regolando la risposta delle Sertoli al FSH. Cellule mioidi o peritubulari

14 Myo Ley Leydig cells (Ley) which secrete testosterone can be found outside the tubules with the round nuclei. The contractile nature of myoid cells (Myo), with spindle-shaped nuclei, help propel spermatozoa along the tubules. Note that the interstitial space also contains blood vessels and lymphatics.

15 Cellule di Sertoli Formano la barriera ematotesticolare che Sp.zoi G. occl. Sp.tidi Sert. Sp.citi 3. Sp.goni Lamina basale separa i 2 ambienti in cui avvengono mitosi e meiosi.e impedisce che l organismo scateni una risposta immunitaria contro le proteine prodotte dagli spermatociti, spermatidi e spermatozoi che hanno subìto il crossing-over (proteine nonself). Se la barriera si interrompe, le risposta immunitaria produce sterilità autoimmunitaria. Gli spermatogoni poggiano sulla lamina basale, gli spermatociti no.

16 Epitelio seminifero nell uomo L epitelio seminifero Cellule di Sertoli: sono cilindriche e poggiano sulla m. basale. Il nucleo ha forma irregolare e nucleolo prominente. Gocciole lipidiche sono visibili nel citoplasma.

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18 I molteplici ruoli delle cellule di Sertoli (esprimono recettori per FSH) contributo determinante al differenziamento della gonade repressione pre-puberale della meiosi (cfr. le cell. follicolari ed OMI) nutrizione/protezione delle cellule germinali (gap junctions- giunz. occludenti) regolazione della proliferazione e del differenziamento delle cellule germinali (azione paracrina, giunzioni aderenti e comunicanti) regolazione dell apoptosi degli spermatogoni produzione di inibina ed attivina (membri della famiglia di TGFβ; la prima inibisce la seconda stimola sintesi e secrezione ipofisaria di FSH). concentrazione degli androgeni (Androgen Binding Protein e Steroid Hormone Binding Globulin) nel compartimento basale e nell epididimo. trasformazione del testosterone in diidro-testosterone separazione del compartimento basale da quello luminale (barriera ematotesticolare) e spostamento delle cellule germinali differenzianti verso il lume fagocitosi di corpi estranei/batteri e della goccia citoplasmatica secrezione del fluido tubolare

19 Schematic drawing illustrating the relative locations of the different types of junctions found in the testis. Shown are tight, anchoring, and gap junctions. Also depicted are two testisspecific anchoring junction types: the ectoplasmic specialization and tubulobulbar complex. Tight junctions, basal ectoplasmic specializations, and tubulobulbar complexes that constitute the blood-testis barrier divide the seminiferous epithelium into a basal and adluminal compartment. Also notice the proximity of the blood-testis barrier to the basement membrane. This figure was prepared based on the following original research articles and reviews: (Refs.4, 6, 16, 18, 49, 112,113 and 115 ). From: Sertoli-Sertoli and Sertoli-Germ Cell Interactions and Their Significance in Germ Cell Movement in the Seminiferous Epithelium during Spermatogenesis Endocr Rev. 2004;25(5): doi: /er Endocr Rev Copyright 2004 by the Endocrine Society

20 Electron micrograph of a cross-section of a seminiferous tubule from an adult rat testis morphologically divided into the seminiferous epithelium and tunica propria. This figure illustrates the intimate morphological relationship between a Sertoli and germ cell, and the tunica propria. The tunica propria is composed of an acellular zone and a cellular zone. The acellular zone is composed of the basement membrane (a specialized form of the extracellular matrix in the testis appearing as a homogenous electron-dense layer, which is largely constituted by type IV collagen laminin, heparan sulfate, proteoglycans, and entactin; see asterisks) and type I collagen (see arrowheads); whereas the cellular zone is composed of peritubular myoid cells, lymph, and the lymphatic endothelium. On the other hand, the seminiferous epithelium is composed of Sertoli cells and developing germ cells. Shown here are Sertoli (SC) and germ (GC) cell nuclei in the seminiferous epithelium. L, Lipid droplet; M, mitochondrion. From: Sertoli-Sertoli and Sertoli-Germ Cell Interactions and Their Significance in Germ Cell Movement in the Seminiferous Epithelium during Spermatogenesis Endocr Rev. 2004;25(5): doi: /er Endocr Rev Copyright 2004 by the Endocrine Society

21 Le PGC si trasformano in spermatogoni che restano bloccati in interfase (ad opera delle c. di Sertoli) fino alla pubertà. Alla pubertà, gli spermatogoni primitivi si risvegliano trasformandosi in spermatogoni di tipo A con capacità proliferativa. Sono cellule staminali di aspetto scuro (spermatogoni scuri o Ad, dove d=dark). La spermatogenesi inizia quando dagli spermatogoni scuri originano per mitosi spermatogoni chiari (spermatogoni di tipo Ap, dove p=pale), stadio intermedio tra le vere staminali e le successive generazioni in via di differenziamento. Dallo sp.gonio Ap deriva lo sp.gonio B, diretto precursore dello spermatocito. Nel tubulo seminifero coesistono quindi spermatogoni A e B

22 Spermatogenesi (durata: 74 ±5 gg) in 3 fasi FASE 1: la proliferazione (dura 18 gg) Le divisioni mitotiche degli spermatogoni consentono sia l automantenimento della popolazione staminale, sia l avvio verso un programma di differenziamento. entra in meiosi Esse avvengono tutte nel compartimento basale del tubulo seminifero e si concludono con la produzione di spermatociti primari e di nuovi spermatogoni di tipo Ad.

23 Spermatogenesi (74 ±5 gg) FASE 1: la proliferazio. ne compartimento adluminale Da spermatogonio Ap a B sono necessari 18 gg (forse 6 mitosi) Lo spermatocita I inizia la meiosi nel compartimento basale e la prosegue in quello adluminale. Notare i ponti citoplasmatici tra spermatogoni, spermatociti e oltre.

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25 Spermatogenesi (74 ±5 gg) FASE 2: la meiosi (durata: gg) Gli spermatociti primari si spostano dal compartimento basale a quello adluminale (turnover delle giunzioni occludenti SertoliSertoli) allo stadio di leptotène -Profase I con crossing over in pachitene =9 gg; -Completamento meiosi I= 23gg -Completamento meiosi II=1 giorno

26 FASE 3 (durata gg) la spermioistogenesi, dallo spermatide allo spermatozoo primitivo Formazione del flagello Formazione dell acrosoma Localizzazione dei mitocondri Assunzione di una forma idrodinamica alleggerimento, con eliminazione di acqua, citoplasma e molecole non strettamente indispensabili Spermatogenesi (74 ±5 gg)

27 Spermatogenesi (74 ±5 gg) FASE 3: la spermioistogenesi (23-24 gg) Nucleo via via eterocromatico che si arricchisce di proteine basiche e poi di protammine (proteine contenenti circa il 50% di Arg); Citoplasma: comparsa di acrosoma, coda, corpo residuo

28 Spermatogenesi (74 ±5 gg) FASE 3: la spermioistogenesi (23-24 gg) Durante la spermioistogenesi si distinguono 4 fasi: Fase del Golgi Fase del cappuccio Fase acrosomiale Fase di maturazione

29 FASE 3: la spermiogenesi (23-24 gg) 1. Fase del Golgi: Compaiono granuli golgiani (granuli proacrosomici) PASpositivi che poi confluiscono in un unico granulo delimitato da una membrana derivante dal Golgi. La coppia di centrioli migra al polo opposto rispetto a quello della vescicola acrosomiale.

30 Spermatide di uomo 2. Fase del cappuccio: Il granulo acrosomiale si ingrandisce e copre i due terzi anteriori del nucleo. Si forma così il cappuccio acrosomiale.

31 3. Fase acrosomiale * Acrosoma, nucleo e flagello si modificano. Il nucleo si allunga e si sposta alla periferia, diventando eterocromatico. L acrosoma copre gran parte della superficie del nucleo e assume una forma tipica. Il citoplasma si allunga al polo caudale del nucleo e avvolge la parte prossimale del flagello * *Membrane del Sertoli e dello spermatide Spermatide di uomo

32 L acrosoma si forma dall apparato del Golgi Assume una forma a berretto da sci, calato sul nucleo; resta circondato dalla sua membrana. Contiene enzimi di tipo lisosomiale (è di fatto un mega-lisosoma): tra di essi, ialuronidasi, esterasi, neuraminidasi, acrosina (una proteasi simile alla tripsina). L acrosoma serve per penetrare nella zona pellucida che circonda l ovocita Spermioistogenesi l acrosoma

33 4. Fase di maturazione Lo spermatide completa la maturazione e diventa spermatozoo. Spermatidi di uomo

34 Acrosoma Perinuclear ring Nucleus Microtubules of the manchette FASE 3: la spermiogenesi (dura gg) Fasi finali della spermiogenesi

35 Schema di spermatozoo umano (lungo circa mm) e delle sue parti principali: la testa (5-6 mm), il collo, il segmento intermedio, il segmento principale, il segmento terminale. Ci sono circa 100 mln di spermatozoi per cm3 di sperma (conc. minima fecondante=1520 mln/ml).

36 A Spermatozoo in sezione longitudinale (A) e trasversale, a vari livelli (B) Segmento intermedio AXNM B

37 Lo spermatozoo umano

38 Il movimento dello spermatozoo

39 Interazioni tra ipotalamo, ipofisi e testicolo (4-10 mg/die)