TAPPE DELLA GAMETOGENESI 1. Formazione del plasma germinale e determinazione delle PGC; 2. Migrazione delle PGC nelle gonadi; 3. Meiosi; 4. Differenziamento in spermatozoi ed oociti; 5. Controllo ormonale sulla maturazione dei gameti.
Arrivo delle cellule germinali nella gonade Divisione per mitosi fino a creare milioni di precursori dei gameti Necessità di ridurre il corredo cromosomico: MEIOSI
Necessità di ridurre il corredo cromosomico: MEIOSI Cellula diploide : 2 copie di ogni cromosoma Cellula aploide : 1 copia di ogni cromosoma
MEIOSI
Differenze tra mitosi e meiosi 1. Le cellule in meiosi attuano due divisioni cellulari non intervallate da una fase di replicazione del DNA; 2. I cromosomi omologhi, paterno e materno, si appaiano ed attuano la ricombinazione di materiale genico.
Mitosi e Meiosi a confronto
Partenogenesi In alcune specie la meiosi è modificata ed il gamete risultante è diploide e non necessita di fecondazione. Si tratta di specie interamente costituite da femmine Imenotteri: le uova non fecondate si sviluppano in maschi (aploidi), mentre le fecondate in femmine (diploidi)
I PROFASE MEIOTICA 1. LEPTOTENE: cromatina distesa e cromosomi indistinguibili; 2. ZIGOTENE: appaiamento dei cromosomi omologhi (sinapsi);
LA SINAPSI RICHIEDE IL COMPLESSO SINAPTONEMALE
COMPLESSO CENTRALE DI RICOMBINAZIONE MEIOTICA È utilizzato da piante, funghi ed animali e comprende il complesso della coesina ed altri complessi proteici che promuovono appaiamento e ricombinazione
I PROFASE MEIOTICA 3. PACHITENE : ispessimento ed accorciamento cromatidi e CROSSING OVER; 4. DIPLOTENE : inizio della separazione dei cromosomi omologhi, elevati livelli di trascrizione;
CHIASMI FRA I CROMOSOMI DI UN BIVALENTE DIPLOTENICO chiasmi cinetocoro
Verde: proteina del complesso sinaptinemale Blu: DNA Ematossilina/eosina
I PROFASE MEIOTICA 5. DIACINESI : disgregazione involucro nucleare e migrazione dei cromosomi sulla piastra metafasica;
RISULTATI DELLA MEIOSI 4 cellule aploidi con assortimento diverso dei cromosomi; nell uomo: 2 23 tipi di corredi diversi + eventi di crossing over = numero incalcolabile di gameti diversi
RISULTATI DELLA MEIOSI Le cellule che hanno ultimato la meiosi non si separano completamente, ma rimangono unite da ponti citoplasmatici in tutto il regno animale!
Mitosi o Meiosi?
Mitosi o Meiosi?
Mitosi o Meiosi?
MASCHIO O FEMMINA? In molte specie le cellule che giungono nella gonade sono bipotenti ed il differenziamento dipende dall ambiente gonadico.
Maschio o Femmina? Modello possibile di determinazione sessuale nella larva di C. elegans ermafrodita Finchè vengono prodotte proteine FEM si formano spermatozoi (cellule prossimali) Quando l attività di FEM è repressa possono formarsi oociti
SPERMATOGENESI PRODUZIONE DI SPERMATOZOI A PARTIRE DALLE CELLULE GERMINALI PRIMORDIALI
MAMMIFERI Una volta arrivate nella gonade maschile, le PGC vengono incorporate nei cordoni sessuali; Alla maturità sessuale, i cordoni si cavitano e formano i tubuli seminiferi; Quando la proteina BMP8b, raggiunge una concentrazione critica (alla pubertà), le PGC iniziano il differenziamento = spermatogenesi gli spermatogoni sono strettamente connessi con le cellule del Sertoli che le nutrono e proteggono.
Formazione degli spermatozoi È possibile che ogni tipo di spermatogonio A sia una cellula staminale, capace di autorinnovarsi; Solo gli spermatociti primari entrano in meiosi.
Alta [GDNF]: autorinnovamento Bassa [GDNF]: differenziamento
ponti citoplasmatici per citodieresi incompleta = maturazione sincrona di ogni coorte
Sezione di un tubulo seminifero Ogni tipo cellulare si trova in un particolare strato del tubulo seminifero
Spermiogenesi
Durata e numeri della spermatogenesi Nel topo, un ciclo di spermatogenesi dura 34,5 giorni; Essendo gli spermatogoni cellule staminali, il processo può avvenire in maniera continua Nell uomo, ogni ciclo di spermatogenesi dura 65 giorni; ogni giorno si producono circa 100 mln di spermatozoi in ogni testicolo; nell arco della propria vita, un uomo può produrre da 10 12 a 10 13 spermatozoi.
OOGENESI PRODUZIONE DI OOCITI A PARTIRE DALLE CELLULE GERMINALI PRIMORDIALI
Gamete maschile e gamete femminile a confronto Lo spermatozoo è essenzialmente un nucleo dotato di mobilità L uovo sviluppa un citoplasma molto complesso, che costituirà una riserva di enzimi, organelli, mrna dopo la fecondazione
differenze inter-specie Nel riccio di mare e nelle rane, vengono prodotte centinaia e migliaia di uova alla volta; Nei mammiferi, nell arco di tutta la vita, si producono un numero molto limitato di uova; In queste specie, gli oogoni sono staminali che si autorinnovano tutta la vita. Dei milioni di oociti presenti alla nascita, soltanto 400 circa matureranno nel corso della vita di una donna.
Variazioni nel numero delle cellule germinali nella donna Apoptosi o meiosi
Caratteristiche della oogenesi L oocita primario inizia la I divisione meiotica prima della nascita e si arresta allo stadio di diplotene in cui rimane fino alla pubertà; Alla pubertà, gruppi di oociti riprendono peiodicamente la meiosi
Oocita primario
Durante la metafase, il fuso mitotico migra in periferia e questo fenomeno dà origine a citodieresi diseguale I globulo polare Oocita secondario Stadio di maturazione dell uovo al momento della fecondazione in diverse specie
Meiosi nell oocita di topo Verde: tubulina Blu: DNA
DIMORFISMO SESSUALE NELLA MEIOSI DEI MAMMIFERI OOGENESI si produce un solo gamete la meiosi inizia una sola volta in una popolazione finita di cellule il completamento è sospeso anche per anni il gamete si differenzia nella prima profase meiotica tutti i cromosomi mostrano un'equivalente trascrizione e ricombinazione durante la prima profase meiotica SPERMATOGENESI la meiosi inizia in modo continuo in una popolazione di cellule staminali ogni meios produce quattro gameti la meiosi ed il differenziamento procedono in modo continuo il gamete si differenzia a meiosi completata i cromosomi sessuali sono esclusi da ricombinazione e trascrizione durante la I profase meiotica
TAPPE DELLA GAMETOGENESI 1. Formazione del plasma germinale e determinazione delle PGC; 2. Migrazione delle PGC nelle gonadi; 3. Meiosi; 4. Differenziamento in spermatozoi ed oociti; 5. Maturazione dei gameti.
Gamete maschile e gamete femminile a confronto Lo spermatozoo è essenzialmente un nucleo dotato di mobilità L uovo sviluppa un citoplasma molto complesso, che costituirà una riserva di enzimi, organelli, mrna dopo la fecondazione
La Vitellogenesi: crescita dell oocita negli anfibi Maturazione dell oocita in Rana pipiens
La maggior parte dell accumulo citoplasmatico avviene durante la I divisione meiotica e può essere suddivisa in Previtellogenesi Vitellogenesi
La Vitellogenesi Il vitello è una miscela di materiali necessari a nutrire l embrione; Il componente principale negli anfibi è la VITELLOGENINA proteina di 470 kda prodotta nel fegato e trasportata mediante il circolo; Mentre si deposita il vitello, cominciano a differenziarsi anche gli organelli specifici: granuli corticali, la nube mitocondriale etc.
Risultato della Vitellogenesi Al termine della vitellogenesi, il citoplasma dell oocita appare stratificato: In periferia ci saranno granuli corticali, mitocondri, granuli di pigmento ed actina; Internamente, si distinguerà un polo vitellino ricco in vitello ed un polo animale contenente glicogeno, ribosomi, vescicole lipidiche e reticolo endoplasmatico.
Schema della maturazione dell oocita di Xenopus Ormone di rilascio delle gonadotropine (ipotalamo) Ormone gonadotropico (ipofisi) I blocco ovulazione
Il progesterone consente la poliadenilazione e quindi la traduzione dell mrna di c-mos. c-mos, che si accumula solo durante la maturazione dell oocita, avvia una cascata di fosforilazioni che attivano MPF
L ingresso nella fase mitotica del ciclo cellulare, sia in mitosi che in meiosi, è regolata dal fattore di promozione della mitosi MPF, costituito da ciclina B e p34 (cdk1)
Il II blocco, che avviene alla seconda metafase, è dovuto al fattore citostatico (CSF) formato da c-mos e cdk2 I blocco II blocco
Trascrizione genica negli oociti Nella maggior parte degli animali, l oocita trascrive attivamente i geni necessari per il metabolismo e per le fasi iniziali dello sviluppo, quando gli mrna zigotici sono ancora silenti Gli oociti producono 2 gruppi di RNA: per uso immediato da immagazzinare
Trascrizione genica nei cromosomi a spazzola negli oociti di anfibi Sonda per un gene istonico
La produzione di RNA ribosomale in oociti di Xenopus Trascrizione del grande RNA precursore degli RNA ribosomali, uniti in tandem BioSvi FC6.20 03
Oogenesi meroistica in Drosophila
OOGENESI MEROISTICA Nell oocita di tali insetti, non aviene trascrizione e la sintesi di RNA è confinata alle cellule nutrici, da cui i prodotti vegono trasportati all oocita; L oogenesi dura 12 giorni, durante cui le cellule nutrici sono molto attive; Le cellule nutrici diventano politeniche, replicando i cromosomi fino a 512 copie; Se l organizzazione del citoscheletro è alterata a seguito di mutazioni,i messaggi sono trasportati a caso e tutte e 16 le cellule diventano nutrici
Maturazione dell oocita nei mammiferi due modelli di ovulazione: 1. Ovulazione stimolata dall accoppiamento, che scatena la liberazione di gonadotropine ipofisarie: animali ad alto successo riproduttivo; 1. Ovulazione periodica (estro) in cui gli stimoli ambientali inducono il rilascio di gonadotropine. Gli estrogeni prodotti dall ovaio stimolano i neuroni a modelli comportamentali caratteristici Nell uomo, l ovulazione è ciclica pur non essendoci un estro annuale, la periodicità di maturazione e liberazione degli oociti è detta ciclo mestruale.
IPOTALAMO: ormone di rilascio delle gonadotropine IPOFISI: gonadotropine FSH ed LH OVAIO: estrogeni e progesterone
Il follicolo ovarico nei mammiferi
Il ciclo mestruale umano
L ovulazione nei mammiferi