Embriologia: Mitosi e Meiosi (PDF)

Embriologia MITOSI E MEIOSI La mitosi e la meiosi sono due metodi di riproduzione cellulare con delle grandi differenze: la mitosi è un processo conservativo, mentre la meiosi genera diversità. Geni e cromosomi Ogni cromosoma è costituito da una molecola di DNA lungo la quale è posta una succession...

Embriologia MITOSI E MEIOSI La mitosi e la meiosi sono due metodi di riproduzione cellulare con delle grandi differenze: la mitosi è un processo conservativo, mentre la meiosi genera diversità. Geni e cromosomi Ogni cromosoma è costituito da una molecola di DNA lungo la quale è posta una successione lineare di geni, che rappresentano l’unità ereditaria fondamentale. Il locus è quella posizione occupata da un gene su un cromosoma. Il gene è l’unità ereditaria fondamentale. Ogni cellula somatica contiene due copie di ciascun cromosoma e ogni copia dello stesso cromosoma contiene gli stessi geni nello stesso ordine ma non necessariamente in forma identica, per questo si parla di alleli. Gli alleli sono quindi due forme diverse di uno stesso gene. IL CICLO CELLULARE - Prima di differenziarsi le cellule vanno in contro a ripetuti cicli di sintesi delle macromolecole (crescita) e di divisione (mitosi). La maggior parte delle cellule non si divide in quanto si trova in una situazione stabile, alcune cellule non si dividono proprio mentre altre lo fanno solamente temporaneamente. La regolare sequenza degli eventi che generano nuove cellule è definita ciclo cellulare. Le cellule attraversano una serie di stadi chiamati fasi G1, S, G2 e M. - Fase G1 La cellula diploide nella fase G1 ha due coppie di cromosomi, per un totale di 2n cromosomi, è la fase generalmente più lunga e variabile del ciclo cellulare, in cui ha luogo la sintesi dell’RNA e delle proteine, incluse quelle che controllano la progressione del ciclo cellulare, e si ripristina il volume cellulare ridotto a metà nel corso della precedente mitosi. - Fase S Durante la fase S i cromosomi si duplicano per dare 4n cromosomi, si formano i cromatidi fratelli e vengono sintetizzati gli istoni, inizia la replicazione dei centrosomi. - Fase G2 Nella fase G2, è relativamente breve ed è la seconda pausa, fase in cui si accumulano le proteine necessarie per la mitosi. Durante questa fase la cellula può entrare nella fase G0, cioé una fase eccezionale in cui ogni attività del ciclo cellulare viene sospesa e la cellula rimane in stato quiescente prima di effettuare la divisione. La riattivazione del ciclo avviene attraverso dei segnali proteici detti mitogeni. Al termine della mitosi (fase M) vi sono 2 cellule figlie, ciascuna delle quali contiene 2n cromosomi. MITOSI La divisione cellulare, o mitosi, é l’unica fase del ciclo cellulare visibile a microscopio ottico e viene denominata fase M. Durante questo processo la cellula si divide e ciascuna delle due cellule figlie riceve un cariotipo cromosomico identico a quello della cellula madre. I cromosomi duplicati durante la fase S precedente sono quindi distribuiti nelle cellule figlie. La lunga fase compresa fra le due mitosi (fasi G1, S, G2, G0) prendono il nome di interfase. Gli eventi che si verificano durante la mitosi vengono divisi in quattro fasi: - Profase: inizia quando il nucleo si dissolve e i lunghi filamenti di cromatina cominciano a condensarsi mediante processi di spiralizzazione nel quale i cromosomi diventano contemporaneamente più corti e più spessi. La profase può essere divisa in profase iniziale e profase tardiva. Ogni cromosoma é stato duplicato durante la precedente fase S e consiste di una coppia di unità identiche dette cromatidi fratelli. Durante la profase iniziale l’involucro nucleare e il nucleolo scompaiono, divengono evidenti lunghi filamenti di cromatina che cominciano a condensarsi per formare i cromosomi. Ogni cromatide contiene una regione chiamata centromero. Durante la profase tardiva i cromosomi continuano ad accorciarsi e ad ispessirsi, mentre i due centrosomi contenenti le coppie di centrioli duplicate si separano e migrano ai poli opposti della cellula, organizzando i microtubuli in un fuso mitotico. Nella profase tardiva le lamine e la membrana nucleare vengono fosforilate, determinando il disassemblaggio della lamina nucleare e dei complessi del poro, che si riorganizzano in vescicole rivestite da membrana disperse nel citoplasma. L’involucro nucleare non è altro che una componente specializzata del RE, viene per cui rimodellata e si confonde con il resto del reticolo. - Metafase: in questa fase i cromosomi si allineano lungo il piano equatoriale della cellula (piastra metafasica) e prendono contatto con i microtubuli. I cromosomi si condensano ulteriormente e i complessi proteici chiamati cinetocori (un insieme di proteine che aderisce al centromero) situati in corrispondenza del DNA del centromero di ogni cromosoma si attaccano ai microtubuli del fuso mitotico. La cellula si presenta più marcamente sferica e i microtubuli spostano i cromosomi allineandoli sul piano equatoriale detto piastra metafisica. - Anafase: ha inizio quando le forze che tengono uniti i cromatidi fratelli in corrispondenza dei loro centromeri si allentano. Ogni cromatide è ora considerato come un cromosoma indipendente. I cromosomi disgiunti migrano lentamente ai poli opposti grazie ai cinetocori, ancora uniti ai microtubuli del fuso, che ne guidano il cammino. L’anafase termina quando tutti i cromosomi hanno raggiunto i poli. - Telofase: i due set di cromosomi ai poli opposti del fuso ritornano allo stato depolarizzato. I microtubuli del fuso si depolimerizzano e l’involucro nucleare inizia a riassemblarsi intorno ad ogni set di cromosomi nelle cellule figlie. A livello del piano equatoriale della cellula madre compare un anello contrattile costituito da filamenti di actina associati alla miosina che si dispone similmente ad una cintura nel citoplasma corticale. Al termine della telofase avviene la citochinesi, cioè un solco di clivaggio che si approfonda sempre più divide il citoplasma e i suoi organuli nelle due cellule figlie, ciascuna con il proprio nucleo. Durante la mitosi sono presenti una serie di check point (punti di controllo) che monitorano il corretto funzionamento del processo, evitando errori di divisione e quindi problemi nella cellula futura. MEIOSI È il processo che sta alla base della riproduzione sessuale, dato dall’unione dei gameti, specializzati dal punto di vista cromatidico ma anche morfologico, morfologicamente e strutturalmente diversi ma complementari. Gli organismi superiori si riproducono mediante l’unione di due cellule sessuali specializzate, i gameti (aploidi) che si uniscono a formare un’unica cellula chiamata zigote (diploide). Il mantenimento di un numero costante di cromosomi è assicurato mediante un tipo particolare di divisione cellulare “riduzionale” chiamato meiosi. Se i gameti (cellule uovo e spermatozoi) avessero lo stesso numero di cromosomi delle cellule del genitore che lo produce, allora lo zigote avrebbe un n° doppio di cromosomi e questo raddoppiamento si verificherebbe ad ogni generazione. I gameti vengono formati nelle gonadi (testicolo e ovaio) a partire dalle cellule germinali. Il termine meiosi significa infatti “rendere più piccolo”, in riferimento al fatto che il numero dei cromosomi viene dimezzato. Durante la meiosi una cellula diploide va incontro a 2 divisioni cellulari, producendo potenzialmente 4 cellule aploidi. La meiosi consiste in una sola duplicazione dei cromosomi seguita da due divisioni nucleari e citoplasmatiche denominate prima e seconda divisione meiotica. Possiamo distinguere nella meiosi: - Meiosi 1: i membri di ogni coppia di cromosomi omologhi prima si uniscono, poi si separano e vengono distribuiti in nuclei distinti. Qui si genera la variabilità genetica, si generano sempre due cellule diploidi in quanto all’inizio viene duplicato il dna. Durante questa duplicazione, non si limitano solo a questo ma i due cromosomi si mescolano dei tratti mediante il processo di crossing over. - Meiosi 2: i cromatidi che costituiscono ciascun cromosoma omologo si separano e vengono distribuiti ai nuclei delle cellule figlie, in questo caso non avviene la duplicazione del DNA e quindi si ottengono delle cellule aploidi. Alla fine le due cellule si dividono ottenendo due cellule gametiche. Prima divisione meiotica Possiamo distinguere: Profase I: in questa possiamo distinguere delle fasi particolari: 1. leptotene: i cromosomi dicromatidici divengono visibili e si dispongono a bouquet 2. zigotene: i cromosomi omologhi si appaiano (complesso sinaptinemico) 3. pachitene: i cromosomi si contraggono e avviene il crossing-over, avviene l’interscambio 4. diplotene: i cromosomi tendono ad allontanarsi, ma rimangono uniti in uno o più punti (chiasmi) dove è avvenuto il crossing-over, sono punti che restano ancora uniti, punti in cui è avvenuto il rimescolamento 5. diacinesi: i cromosomi continuano a condensarsi e diventano evidenti le due coppie di cromatidi (bivalenti o tetradi) con un centromero per ogni coppia Il crossing over è lo scambio di porzioni di DNA tra cromatidi paterni e materni, si ottiene un rimescolamento dei vari alleli, si scambiano i cromatidi materni e paterni. I due alleli che abbiamo uno è materno e uno è paterno, si mescolano per la formazione dei nostri gameti: la combinazione dei gameti è un mescolamento della madre e quella del padre. Alla fine alleli materni e alleli paterni si mescolano in qualsiasi modo possibile, ottenendo una enorme variabilità genetica. Tetrade o bivalente: i cromatidi fratelli di cromosomi omologhi (materno e paterno) che si appaiano e sono costituiti da 4 copie dello stesso cromosoma. Metafase, anafase, telofase I: come nella mitosi, si dissolve la membrana nucleare e i cromosomi si separano, qui però le quattro copie dello stesso cromosoma sono unite nelle tetradi. La separazione genera cromosomi formati da due cromatidi come all’inizio della mitosi e quindi al termine della citodieresi il numero dei cromosomi è aploide. Le fasi della meiosi 2 sono identiche a quelle di una meiosi, ma senza la duplicazione del DNA in quanto ciascun cromosoma è già formato da due cromatidi. - Profase 2: condensazione - Metafase 2: allineamento - Anafase 2: divisione dei cromatidi di ciascun cromosoma - Telofase 2: citodieresi da cui si formano due cellule con un numero aploide di cromosomi formato ciascuno da un cromatide x2. Alla fine si formano due cellule diploidi, ogni cromosoma presente in un gamete è diverso da quelli che sono entrati nel processo iniziale, ci sarà un mix tra alleli maschili e alleli femminili, questo porta a diversità che da Variazione genetica. All’interno dei vari gameti ci sono tutte le diverse combinazioni. 4 gameti che si formano da qualsiasi combinazione, le combinazioni nei diversi gameti possono essere molto diversi. Ricombinazione varia tra alleli dominanti e alleli recessivi. Quali sono quindi, riassumendo, i punti importanti della meiosi? 1. Produzione di cellule aploidi 2. Crossing over: nella profase 1 durante l’appaiamento tra i cromosomi omologhi (tetradi) può avvenire uno scambio reciproco di parti tra cromosomi omologhi. 3. Assortmento casuale dei cromosomi omologhi (prima divisione) e dei cromatidi fratelli (seconda divisione) con formazione di nuove combinazioni. All’anafase 1 gli omologhi si disgiungono e migrano ai due poli della cellula in modo indipendente per ogni paio, allo stesso modo si comportano i cromatidi fratelli all’anafase 2. La seconda e la terza motivazione insieme sono la ragione del rimescolamento del patrimonio genetico. Meiosi nella femmina e nel maschio La differenza fondamentale tra le meiosi dei due sessi è che da uno spermatogonio al termine della meiosi ottengo 4 spermatozoi, mentre nella femmina da un ovogonio al termine della meiosi ottengo 1 cellula uovo. La variazione femminile è molto più complessa, considerando anche le tempistiche di una gravidanza etc. Nella pratica questo riduce molto il numero di gameti che vanno a produrre le femmine rispetto ai maschi.. Un’altra differenza fondamentale tra le due meiosi è che nel maschio la meiosi inizia dopo la pubertà e va avanti per tutta la vita, dura solitamente qualche settimana a seconda della specie. Nella femmina invece la meiosi inizia durante lo sviluppo fetale, in cui avviene il differenziamento delle cellule germinali in ovogoni, qui vanno incontro a un processo di proliferazione nel quale si formano gli ovogoni che ad una certa smettono di proliferare e iniziano la divisione meiotica per poi bloccarsi nella profase I della meiosi, stando fermo fino alla pubertà. Il numero di ovociti primari è fisso e raggiunge il massimo durante l’ultimo periodo dello sviluppo fetale. Durante la pubertà gli ovociti riprendono la meiosi e la terminano. I gameti maschili e femminili hanno strutture diverse poiché si originano da cellule germinali differenti. Il processo di produzione degli spermatozoi é detto spermatogenesi e dura in media 74 giorni, avviene nei testicoli. Gli spermatozoi si originano da uno spermatocita (cellula diploide in grado di compiere mitosi) ad un certo punto va incontro a meiosi e genera 4 spermatidi aploidi di uguale dimensione. Successivamente ogni spermatide compie un processo di maturazione che porta alla formazione degli spermatozoi: costituiti da una testa contenente il genoma aploide, da un assonema e da una coda che consente il movimento. - Il processo di produzione delle cellule uovo si dice ovogenesi, avviene nelle ovaie e converte un oocita diploide in quattro cellule aploidi, di cui una sola sopravvive e da origine a una cellula uovo funzionale. Questa viene detta cellula uovo, mentre le altre costituiscono i globuli polari. L’ovocita si forma di fatto tra il 5^ e il 6^ mese di gravidanza nel feto e dura fino a quando l’oocita non é fecondato. Nell'ovogenesi, infatti, una cellula chiamata ovogonio, va incontro a divisione mitotica tra il secondo e il quinto mese di vita intrauterina fetale, proliferando. Tra il quinto e il settimo mese gli ovogoni entrano nella Profase I meiotica dando origine a un ovocita primario. Gli Ovociti primari rimarranno in Profase I, non completando la loro prima divisione meiotica, fino a quando la donna non raggiunge la fase di pubertà/sessuale, momento in cui si procede con il resto della meiosi e la produzione della cellula uovo. Nell’uomo gli oociti primari aumentano la loro dimensione quasi di 100 volte. Il ciclo di meiosi si completa ogni 28 giorni circa. Le meiosi nella produzione delle cellule uovo sono divisioni asimmetriche: c’è una distribuzione ineguale del citoplasma che viene principalmente donato a una cellula in particolare. Il risultato della meiosi, in questo caso, é la formazione di quattro cellule aploidi di cui solo una risulta funzionale: la cellula uovo, ovvero quella maggiore per la grande quantità di citoplasma, mentre le altre sono dette globuli polari. In totale in una donna ci sono circa 400/500 oociti maturi nella sua vita La meiosi femminile termina solo dopo la fecondazione, per cui nella femmina la meiosi dura mesi o addirittura anni. In base all’ertà dell’animale possono passare anche a anni e anni. I cicli cessano quando il numero di ovociti primari vanno al di sotto di una certa soglia, si entra cosi in menopausa. GAMETOGENESI MASCHILE La spermatogenesi inizia durante la pubertà con la proliferazione delle cellule progenitrici e staminali chiamate spermatogoni. Le cellule staminali in generale tendono a dividersi il meno possibile, questo perchè l’organismo cerca di ridurre la probabilità che avvenga un errore genetico. La cellula originale, cioé lo spermatogone, per questo motivo deve essere mantenuta nella miglior situazione possibile per evitare danneggiamenti. Dall’immagine possiamo analizzare le varie fasi divisive dello spermatogone che danno origine agli spermatozoi effettivi: la prima cellula è lo spermatogone di tipo Ad (A dark), cioé la vera e propria cellula staminale, che si divide mitoticamente nello spermatogone di tipo Ap (A pale) che corrisponde alla cellula progenitrice. Questa si divide in due spermatogoni di tipo B che sono la popolazione di amplificazione che da origine mitoticamente agli spermatociti primari. Quest’ultimi sono i primi a compiere delle divisioni meiotiche che danno origine agli spermatociti secondari i quali, a loro volta, attraverso la seconda divisione meiotica diventano spermatidi. Tutti i vari processi successivi che porteranno alla maturazione degli spermatidi in spermatozoi veri e propri vengono detti processi di spermiogenesi. Le cellule staminali prodotte dalle divisioni mitotiche degli spermatogoni rimangono cellule separate; questo non avviene però con le successive divisioni delle cellule figlie che diventano cellule progenitrici, poiché presentano una citochinesi incompleta durante la telofase che fa si che si crei una connessione intercellulare tramite dei ponti cellulari di citoplasma, per consentire una libera comunicazione citoplasmatica tra le cellule durante tutte le rimanenti divisioni mitotiche e meiotiche e quindi permettere un sostegno reciproco, creandosi un vero e proprio sincizio spermatogenico. Il processo di spermatogenesi dura 74 giorni circa. Struttura istologica dei testicoli L’interno dei testicoli è composto principalmente da due strutture: tubuli seminiferi (dove avviene la produzione di spermatozoi) circondati da un tessuto di sostegno detto tessuto interstiziale. Tessuto interstiziale Il tessuto interstiziale tra i tubuli seminiferi del testicolo è costituito da uno scarso tessuto connettivo che contiene fibroblasti, vasi linfatici e vasi sanguigni, tra cui capillari finestrati. Durante la pubertà, le cellule interstiziali, chiamate cellule di Leydig, si sviluppano diventando grandi cellule tondeggianti o poligonali, con nuclei centrali e citoplasma ricco di gocce lipidiche. Queste cellule producono l’ormone steroideo testosterone, che è responsabile dello sviluppo dei caratteri secondari maschili. La produzione di tale ormone è promossa da un ormone ipofisario detto ormone luteinizzante LH. Tubulo seminifero È la sede di maturazione degli spermatozoi. Ogni tubulo è un’ansa convoluta collegata tramite un corto e stretto segmento, il tubulo retto alla rete testis (labirinto di canali rivestiti di epitelio immersi nel mediastino testicolare), la quale è a sua volta collegata all’epididimo attraverso i duttuli efferenti. Ogni tubulo seminifero è circondato da un complesso epitelio stratificato specializzato denominato epitelio germinativo o seminifero. La membrana basale di questo epitelio è coperta da un tessuto connettivo fibroso, il cui strato più interno contiene le cellule mioidi, appiattite e simili a cellule muscolari lisce, che permettono una debole contrazione dei tubuli. L’epitelio germinativo è composto da due tipi di cellule: le cellule del Sertoli che sono non proliferanti e che sostengono fisicamente e metabolicamente lo sviluppo dei precursori cellulari degli spermatozoi, e le cellule proliferanti della linea spermatogenica. Come avviene la spermatogenesi nei tubuli seminiferi? Il differenziamento delle cellule germinali maschili in spermatozoi procede dalla periferia del tubulo = (in basso in figura) verso il lume (in alto). La barriera emato- tubulare (indicata in figura come complesso giunzionale che possiamo trovare anche a sx) contribuisce, insieme alle cellule del Sertoli, a prevenire reazioni immunitarie verso gli spermatozoi che si formano per la prima volta dopo la pubertà quando il riconoscimento degli antigeni ‘self’ è già completato da tempo (spermatozoi nuovi all’organismo, potrebbero riconoscerli come agenti estranei). Il sistema immunitario distingue cio che fa parte dell’organismo da ciò che non ne fa parte fin dalla nascita, essendo gli spermatozoi e fili spermatociti non presenti dalla nascita il sistema immunitario potrebbe riconoscerli come estranei e attaccarli, ma questo non avviene grazie alla presenza della barriera. Spermiogenesi La spermiogenesi comprende tutti quei processi di specializzazione cellulari che rendono lo spermatide pronto e maturo alla fecondazione nella forma di spermatozoo. I passaggi sono i seguenti: 1. Formazione dell’acrosoma: durante la fase di Golgi, piccole vescicole proacrosomiali provenienti dall’apparato di Golgi si fondono formando un singolo cappuccio acrosomiale delimitato da membrana in corrispondenza di un polo nucleare. I centrioli migrano in una sede più lontana possibile dal cappuccio acrosomiale e agiscono come corpuscolo basale, iniziando ad organizzare l’assonema del flagello, strutturalmente e funzionalmente simile ad un ciglio. 2. Modificazione del nucleo e della forma della cellula: durante la fase del cappuccio, il cappuccio acrosomiale si espande per circa la metà del nucleo che si sta condensando. L’acrosoma è un tipo di lisosoma specializzato nella secrezione di un enzima idrolitico detto acrosina, il quale viene rilasciato quando uno spermatozoo incontra un ovocita per far dissolvere la corona radiata e la zona pellucida dell’ovocita (reazione acrosomiale è il primo processo di fecondazione). 3. Formazione del flagello: durante la fase acrosomiale, la testa dello spermatozoo in via di sviluppo, dopoche contiene l’acrosoma e il nucleo in condensazione, rimane immersa nella cellula del Sertoli, mentre l’assonema cresce e si indirizza verso il lume del tubulo seminifero. I nuclei simodificano perché diventano più allungati e la cromatina si condensa (gli istoni vengono sostituiti da dei piccoli peptidi basici detti protammine). Il flagello continua a crescere mentre i mitocondri si organizzano nella porzione prossimale di ogni flagello forando una regione ispessita detta tratto intermedio (dove è prodotto ATP per movimenti del flagello stesso). 4. Riduzione del citoplasma, condensazione della cromatina (sostituzione degli istoni con le protammine) e distacco degli spermatozoi dalle cellule di Sertoli: nella fase di maturazione della spermiogenesi il citoplasma non necessario viene eliminato come corpo residuo da ciascun spermatozoo ed i rimanenti ponti intercellulari vengono rimossi. Spermatozoi maturi ma non ancora funzionali o mobili vengono così rilasciati nel lume del tubulo e si distaccano dalle cellule del Sertoli (fase chiamata spermiazione). Al posto degli istoni vengono inserite le protammine: proteine ancora  più basiche che permettono agli acidi nucleici di compattarsi ancora di più, permettendo alla cromatina di non essere alterata durante la fecondazione. La struttura dello spermatozoo maturo è composta quindi da tali elementi: Modificazioni dopo l’uscita dal testicolo Al termine della spermatogenesi lo spermatozoo non è ancora in grado di fecondare poiché durante il passaggio lungo l’epididimo acquisisce motilità e capacità di riconoscere l’ovocita. Durante il tragitto lungo le vie genitali femminili va in contro alla capacitazione: sono una serie di modificazioni della membrana acrosomiale indispensabili per completare la penetrazione dell’oocita (le vedremo successivamente). GAMETOGENESI FEMMINILE Struttura istologica delle ovaie Le ovaie sono organi pari di forma ovale o a mandorla, con una struttura istologica ben definita: 1. Epitelio superficiale: l’ovaio è rivestito da un epitelio cubico semplice, noto come epitelio superficiale o germinativo, che si continua con il mesotelio. Questo epitelio è erroneamente chiamato “germinativo” poiché non contribuisce direttamente alla formazione dei gameti. 2. Tonaca albuginea: subito sotto l’epitelio superficiale si trova uno strato di tessuto connettivo denso, chiamato tonaca albuginea. Questo strato è più sottile ma simile a quello del testicolo e ha una funzione protettiva. 3. Corticale: la corticale è la regione più esterna del parenchima ovarico. È costituita da uno stroma connettivale ricco di cellule e fibre, in cui sono immersi i follicoli ovarici. I follicoli, in vari stadi di sviluppo, contengono gli ovociti e rappresentano la componente funzionale dell’ovaio. La dimensione e il numero dei follicoli variano durante la vita della donna, in particolare variano in modo considerevole dopo il menarca. 4. Midollare: La porzione più interna dell’ovaio, detta midollare, è composta da tessuto connettivo lasso e include una rete di vasi sanguigni, vasi linfatici e nervi. Questi si estendono nel legamento sospensore dell’ovaio e penetrano nell’organo attraverso l’ilo. Non esiste una netta separazione tra la corticale e la midollare; la transizione tra queste due regioni è graduale. Fasi della gametogenesi femminile La gametogenesi femminile (o ovogonia) è il processo che porta alla formazione e maturazione dei gameti femminili (ovociti). Le sue fasi principali sono le seguenti: A differenza degli spermatozoi che sono inesistenti fino alla pubertà gli ovogoni proliferano dividendosi mitoticamente fin dalla nascita. A partire dall’11ª-12ª settimana di vita fetale, le cellule germinali primordiali migrano dal sacco vitellino verso gli abbozzi delle gonadi, dove si differenziano in ovogoni. Gli ovogoni proliferano rapidamente attraverso mitosi, ma con citochinesi incompleta, rimanendo collegati tra loro in gruppi. Durante questa fase, si formano milioni di ovogoni collegati tra di loro; tuttavia, la maggior parte va incontro a apoptosi (morte cellulare programmata), riducendo significativamente il loro numero. Gli ovogoni sopravvissuti iniziano la meiosi durante la vita fetale, completano la fase di sinapsi e ricombinazione genetica (profase I), ma si arrestano nello stadio di diplotene della profase I. A questo stadio, gli ovogoni diventano ovociti primari, che rimangono quiescenti fino alla pubertà. Questo blocco è mantenuto grazie a segnali inibitori prodotti dalle cellule follicolari. Gli ovociti primari vengono circondati da un singolo strato di cellule follicolari appiattite, formando i follicoli primordiali. Questi follicoli si localizzano nelle regioni superficiali della corticale ovarica e non aumentano di dimensione durante la vita fetale. Alla nascita, tutti gli ovogoni sono già stati trasformati in ovociti primari, e nell’ovaio non sono più presenti cellule germinali in grado di replicarsi per mitosi. Dopo la nascita, gli ovociti continuano a ridursi numericamente per apoptosi. Al momento della pubertà, la donna possiede una riserva di circa 200.000-400.000 ovociti primari, pronti per entrare in cicli di maturazione follicolare. A partire dalla pubertà, in ogni ciclo ovarico alcuni follicoli primordiali iniziano a crescere e si sviluppano in follicoli primari, secondari e terziari. Tra questi, di solito uno solo completa la maturazione, diventando un follicolo dominante che porta l’ovocita primario a completare la prima divisione meiotica e formare un ovocita secondario e un globulo polare. L’ovocita secondario inizia la seconda divisione meiotica, ma si arresta in metafase II, pronto per essere fecondato. Se avviene la fecondazione, completa la meiosi. Maturazione del follicolo A cominciare dalla pubertà, con il rilascio dell’ormone follicolo-stimolante FSH da parte dell’ipofisi, ogni mese un piccolo gruppo di follicoli primordiali inizia un processo di crescita follicolare. Questo prevede l’aumento delle dimensioni dell’ovocita, la proliferazione e le modificazioni delle cellule follicolari, la proliferazione dei fibroblasti dello stroma che circonda ogni follicolo. In ordine abbiamo: - Follicolo primordiale: come abbiamo già detto, consiste in un ovocito circondato da un singolo strato di cellule follicolari appiattite. - Follicolo primario o preantrale: la cellula cresce e si aumentano soprattutto le dimensioni del nucleo, si formano dei granuli specializzati chiamati granuli corticali contenenti diverse proteasi. L’epitelio che circonda l’ovocita è ora un epitelio cubico semplice allungato in crescita, che diventerà anche di strati multipli. Le cellule follicolari continuano a proliferare formando un epitelio follicolare definito come granulosa e facendo chiamare il follicolo momentaneamente follicolo primario multilaminare. - Follicolo secondario o antrale: si forma quando, tra l’ovocita e il primo strato della granulosa del follicolo primario in crescita, si accumula il materiale extracellulare che costituisce la zona pellucida. Questa è una membrana basale glicoproteica prodotta dall’ovocita, che persiste anche dopo la fecondazione. Con la crescita del follicolo, questo si sposta più in profondità nella corticale ovarica. All’interno del follicolo, le cellule della granulosa iniziano a secernere liquido follicolare, ricco di acido ialuronico e fattori di crescita. Questo liquido si accumula tra gli strati della granulosa, formando cavità dette antri, che caratterizzano questa fase dello sviluppo follicolare. - Follicolo terziario o maturo (detto anche preovulatorio o di Graaf) rappresenta la fase finale dello sviluppo follicolare. In questa fase, l’antro follicolare si sviluppa completamente e le cellule della granulosa che circondano l’ovocita si raggruppano, formando una struttura chiamata cumulo ooforo, che sporge all’interno dell’antro. L’ovocita resta nella periferia. Le cellule della granulosa che aderiscono direttamente alla zona pellucida costituiscono la corona radiata, la quale accompagnerà l’ovocita al momento dell’ovulazione, per cui quando questo abbandona l’ovaio. Durante questa fase, il follicolo subisce un rapido incremento di dimensioni, raggiungendo un diametro di 15-20 mm, preparandosi per il rilascio dell’ovocita. Nelle ultime fasi della maturazione follicolare, l’attività mitotica delle cellule follicolari si arresta e il cumulo ooforo si espande significativamente. Le cellule del cumulo iniziano a produrre una matrice extracellulare mucillaginosa, che ne aumenta il volume e dissocia le cellule. Il picco di ormone luteinizzante (LH) induce la ripresa della meiosi nell’ovocita. In questa fase, l’ovocita completa la prima divisione meiotica, producendo un ovocita secondario e un globulo polare. Subito dopo, l’ovocita inizia la seconda divisione meiotica, ma si arresta nuovamente in metafase II, pronto per essere fecondato. Maturazione preovulatoria dell’ovocita La maturazione preovulatoria dell’ovocita comprende una serie di eventi che riattivano il ciclo meiotico, portando all’arresto in metafase II, pronto per la fecondazione. Inizialmente, l’ovocita si trova nello stadio di Vescicola Germinale (GV), ovvero bloccato nel diplotene della profase I. Questo è lo stato di quiescenza che persiste fino al rilascio di un picco di ormone luteinizzante (LH), che segnala la ripresa della meiosi. Dopo la ripresa del ciclo meiotico, l’ovocita completa la prima divisione meiotica durante la telofase I, emettendo il primo globulo polare, che successivamente degenera. Al termine della meiosi, in totale si produrranno tre globuli polari non funzionali e un ovulo che sarà l’unica cellula fecondabile. Successivamente, l’ovocita entra nella metafase II, dove si arresta nuovamente. A questo punto, l’ovulazione ha inizio e l’ovocita, ora chiamato ovocita secondario, sarà rilasciato dall’ovaio e rimarrà bloccato in metafase II fino a che non avviene la fecondazione. Ovulazione L’ovulazione è il processo tramite cui l’ovocita viene rilasciato dall’ovaio, ed è sotto il controllo di ormoni come l’ormone luteinizzante (LH). Prima dell’ovulazione, il follicolo maturo sviluppa un’area traslucida chiamata stigma, che appare come una piccola vescichetta sulla superficie dell’ovaio. All’interno dello stigma, la compressione del tessuto blocca il flusso ematico. Le cellule della granulosa nel cumulo ooforo iniziano a produrre liquido follicolare sotto forma di matrice mucillaginosa, che contiene prostaglandine e acido ialuronico. Questa produzione aumenta la viscosità del liquido, causando la perdita delle cellule superficiali e il distacco del cumulo ooforo dalla parete del follicolo. Con la formazione dello stigma, la parete ovarica si indebolisce e si verifica una contrazione del muscolo liscio. L’aumento della pressione all’interno del follicolo e il suo indebolimento portano alla rottura della superficie ovarica, in corrispondenza dello stigma, consentendo la fuoriuscita del cumulo ooforo, che contiene l’ovocita. La maggior parte delle cellule del cumulo si stacca, ma quelle più vicine all’ovocita, chiamate corona radiata, rimangono attaccate all’ovocita. L’ovocita, insieme alla corona radiata, viene espulso nell’addome e raggiunge in circa dieci minuti l’ampolla tubarica. Il follicolo che rimane nell’ovaio si trasforma in una nuova ghiandola endocrina chiamata corpo luteo, una struttura sferica senza liquido che secernerebbe progesterone per sostenere una possibile gravidanza, stimola tutte le funzioni non stimolate direttamente dall’ovaio. Differenze tra i due sessi Spermatozoo: - presenta motilità progressiva - genoma aploide - centriolo - acrosoma - fattori maschili non ben determinati Oocita: - genoma aploide - porta tutto il necessario per le prime fasi dello sviluppo embrionale (mRNA, proteine, mitocondri, vitello etc.). I mitocondri sono solo di derivazione materna, quelli presenti nello spermatozoo vengono distrutti insieme al flagello in cui risiedono. La meiosi nei due sessi: Nella femmina: - Le cellule staminali (ovogoni) proliferano per un periodo limitato prima della nascita - La meiosi inizia in tutte le cellule germinali durante la fase fetale e si arresta prima della nascita - Il numero degli ovociti è massimo all nascita e non se ne formano di nuovi durante la vita - La meiosi riprende con la pubertà interessando un solo ovocito per ogni ciclo estrale Nel maschio: - La proliferazione delle cellule staminali (spermatogoni) inizia dopo la pubertà e dura tutta la vita - Non si verifica meiosi né durante lo sviluppo prenatale né prima della pubertà - La formazione di spermatozoi avviene continuamente dopo la pubertà - Con la pubertà inizia la meiosi che rimane simultaneamente attiva in molte cellule germinali per tutta la vita