Linea germinale e gametogenesi

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1 Linea germinale e gametogenesi

2 Riproduzione sessuata vs. riproduzione asessuata: una prospettiva evoluzionistica

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4 Riproduzione sessuata Gametogenesi Spermatogenesi Oogenesi Fecondazione

5 Il concetto di linea germinale

6 GAMETOGENESI Gameti e Linea Germinale GAMETI Appartengono alla linea germinale Derivano dalle cellule primordiali germinali (PGC) Maturano nelle gonadi, dove si differenziano in cellule maschili o femminili Sono aploidi

7 Sviluppo delle gonadi nei mammiferi L organo si abbozza senza una connotazione maschile/femminile (gonade indifferente) Le PGC migrano verso le gonadi in formazione e colonizzano sia lo strato periferico (cortex) che quello interno (medulla)

8 Il differenziamento sessuale dipende dal gene sry L espressione del gene sry, presente sul cromosoma Y è sufficiente a specificare la mascolinità: La sua mutazione in individui XY inibisce la mascolinizzazione La sua espressione in individui XX provoca mascolinizzazione TESTICOLO Le cellule del cortex muoiono Le cellule della medulla si differenziano in spermatogoni OVAIO Le cellule del cortex si differenziano in oogoni Le cellule della medulla muoiono

9 Sequenziali o concomitanti Mitosi e Meiosi nella Gametogenesi La gametogenesi comprende: Fase mitotica (proliferazione cellulare) Fase meiotica (riduzione genomica) Fase differenziativa (maturazione dei gameti)

10 Spermatogenesi vs. Oogenesi

11 Apparato riproduttore maschile umano

12 Il testicolo

13 Spermatogenesi Processo continuo: Fase moltiplicativa Fase meiotica Fase differenziativa Avviene nei tubuli seminiferi sfocianti in dotti comuni, che comunicano con l esterno Richiede la presenza di cellule di sostegno (Sertoli)

14 Spermatogenesi Spermatogoni mitosi Spermatociti primari meiosi I Spermatociti secondari Spermatidi meiosi II Spermatozoi differenziamento

15 Tubuli seminiferi La maturazione dei gameti avviene in senso centripeto (verso il lume del tubulo)

16 Fasi della spermatogenesi

17 Spermatociti primari

18 Modificazioni nucleari nella spermatogenesi Riduzione del volume: spiralizzazione della cromatina grazie alla sostituzione di istoni con varianti particolari perdita d acqua Cambiamento di forma (idrodinamica)

19 Modificazioni citoplasmatiche nella spermatogenesi Acrosoma Centrosoma Assonema Mitocondri Manicotto

20 Spermiogenesi o Spermioistogenesi

21 Lo spermatozoo maturo

22 Le cellule di Sertoli Nutrono le cellule germinali accogliendole in profonde invaginazioni della membrana Fagocitano i corpi citoplasmatici residuali Sintetizzano inibina e attivina Sono connesse da giunzioni strette, formando la barriera emato-testicolare (protezione da fenomeni autoimmuni): Compartimento basale (spermatogoni) Compartimento adluminale (spermatociti primari, spermatociti secondari, spermatidi, spermatozoi)

23 Spermatozoi di diverse specie di Vertebrati ed invertebrati

24 Morfologia di spermatozoi umani In un eiaculato umano normale vi sono da 60 a 300 milioni di spermatozoi per millilitro. Il 90% di questi è mobilissimo solo appena dopo l'emissione. Nelle vie genitali femminili gli spermatozoi possono sopravvivere da 2 a 4 giorni. Campioni di sperma con meno di 40 milioni/ml di spermatozoi sono classificati come poco fertili.

25 Controllo ormonale della spermatogenesi Hormonal Control of Male Reproductive System Copyright 2014 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.

26 Controllo ormonale della spermatogenesi Alti livelli di GDNF secreto dalle cellule di Sertoli favoriscono la proliferazione, bassi livelli il differenziamento L espressione di GDNF è regolata dal FSH

27 Controllo ormonale della spermatogenesi

28 SPERMATOGENESI E OOGENESI

29 Spermatogenesi vs. Oogenesi Meiosi lenta e a tappe Dalla meiosi deriva 1 solo oocita Accumulo citoplasma Molte cellule follicolari per oocita Sono prodotte membrane accessorie Meiosi rapida e continua Dalla meiosi derivano 4 spermatozoi Eliminazione citoplasma Molti spermatozoi per ogni Sertoli Mancano membrane accessorie

30 Anatomia dell ovario umano

31 Oogenesi nei mammiferi Oogoni mitosi Oogoni mitosi Oocita primario Meiosi I Arresto in diplotene Accrescimento

32 Dogma denied

33 Thus, ovaries of reproductive-age women, similar to adult mice, possess rare mitotically active germ cells that can be propagated in vitro as well as generate oocytes in vitro and in vivo.

34 OOGENESI ovario e follicoli

35 OOGENESI sviluppo del follicolo Accrescimento dell oocita (il volume aumenta di circa 500 volte, diametro da 10mm a 80mm) Accrescimento contemporaneo del follicolo

36 Completamento della prima divisione meiotica e ovulazione Oocita primario Segnale ormonale Completamento meiosi I (emissione I polocita) Oocita secondario Ovulazione N.B. In alcune specie di mammifero (per es. nei conigli) l ovulazione è innescata dall accoppiamento, anziché essere regolata da stimoli ormonali periodici

37 Arresto/ripresa della meiosi e cellule follicolari Il blocco meiotico è dovuto alla presenza intorno all oocita delle cellule della granulosa (giunzioni comunicanti) Le gonadotropine causano perdita di comunicazione tra oocita e cellule follicolari (camp acido ialuronico distacco fisico)

38 Seconda divisione meiotica e fecondazione Oocita secondario Inizio meiosi II ed arresto in metafase II Cellula uovo matura Fecondazione Completamento meiosi (emissione II polocita) Il completamento della meiosi da parte dell oocita nelle diverse specie può: Precedere la fecondazione Essere innescato dalla fecondazione

39 Controllo ormonale dell oogenesi

40 Controllo ormonale dell oogenesi LH cellule teca interna androgeni cellule della granulosa estrogeni (aromatasi) FSH cellule follicolari proliferazione, inibina, aromatasi, recettori per LH Attivina FSH

41 Hormonal Regulation of the Female Reproductive Cycle Interactions Animation Hormonal Regulation of the Female Reproductive Cycle Copyright 2014 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.

42 Il controllo ormonale nell oogenesi Ipotalamo Ipofisi Follicoli GnRH FSH LH Estrogeni Estrogeno Proliferazione e vascolarizzazione mucosa uterina Fluidità muco cervicale Inibizione sintesi FSH Aumento recettori FSH Inibizione rilascio di LH (basse concentrazioni)/stimolazione (alte concentrazioni, ovulazione) Solo il follicolo che produce più estrogeno può sopravvivere e maturare, mentre gli altri degenerano

43 Follicolo aperto Human chorionic gonadotropin (hcg) Corpo luteo Sopravvive Degenera (corpus albicans) Progesterone Progesterone Sintesi FSH Ispessimento mucosa uterina Sintesi FSH Maturazione follicoli

44 Ciclo riproduttivo femminile umano

45 Meccanismi di accrescimento dell oocita Oogenesi solitaria (organismi pluricellulari primitivi) Oogenesi nutrimentale (invertebrati) Oogenesi follicolare (Vertebrati)

46 Vitellogenesi nei Vertebrati Pre-vitellogenesi: fase lenta Vitellogenesi: fase rapida (diplotene) placchette vitelline Fegato vitellogenina cellule follicolari oocita (micropinocitosi ) fosvitina + lipovitellina Ulteriore accrescimento pochi gg. prima della deposizione (Sauropsidi) Placchetta vitellina al microscopio elettronico

47 Accrescimento dell oocita Mitocondri Ribosomi, mrna, trna Lipidi, glicogeno, istoni, proteine di riserva (fonti di amminoacidi e di energia) RNA- e DNA-polimerasi ed enzimi di riparazione del DNA Determinanti citoplasmatici (RNA, proteine) Sostanze protettive (per es. anticorpi) Cromosomi a spazzola Amplificazione degli rdna nucleoli multipli

48 Determinanti citoplasmatici mrna e proteine con funzione regolatoria dell espressione genica Specificano il destino cellulare Disposti secondo una schema nella cellula uovo o riorganizzati in seguito alla fecondazione Ripartiti in maniera diseguale tra le cellule

49 Struttura dell uovo Polarità e regioni citoplasmatiche Tuorlo accumulato nell emisfero vegetativo Citoplasma attivo concentrato nell emisfero opposto (animale) Citoplasma interno Citoplasma corticale (ricco di actina, granuli corticali) Citoplasmi colorati e morfogeni localizzati in regioni specifiche dell uovo

50 Involucri dell oocita Primari: membrana vitellina (Anfibi, Uccelli), zona pellucida (Mammiferi), guscio gelatinoso (Echinodermi, Anfibi) Secondari: albume, guscio (Sauropsidi), ecc. Uovo di anfibio Uovo di mammifero L uovo dei mammiferi è avvolto anche dalla corona radiata e dal cumulo ooforo, formati da cellule follicolari

51 Gametogenesi mammiferi (riepilogo)