Embriologia e Morfogenesi - PDF

EMBRIOLOGIA In embriologia e morfogenesi vedremo quali sono i meccanismi che si trovano alla base dei processi che portano allo sviluppo dell'embrione. Partiamo dallo zigote ovvero da una cellula uovo fecondata. Lo zigote è una cellula con un corredo cromosomico diploide (2n), la cellula uovo è una...

EMBRIOLOGIA In embriologia e morfogenesi vedremo quali sono i meccanismi che si trovano alla base dei processi che portano allo sviluppo dell'embrione. Partiamo dallo zigote ovvero da una cellula uovo fecondata. Lo zigote è una cellula con un corredo cromosomico diploide (2n), la cellula uovo è una cellula al contrario con corredo cromosomico aploide(n) e gli spermatozoi sono anch'essi aploidi (n), quindi con la fecondazione ristabiliamo la diploidia. Ricordiamo che la base per la divisione cellulare dei gameti è la meiosi, per le cellule somatiche la mitosi. Partendo dallo zigote (2n) originato dal gamete maschile e femminile, si passa ad un altro processo che prende il nome di segmentazione, segmentazione vuol dire divisione cellulare, significa che la cellula si divide grazie a tante mitosi fino a formare una struttura che prende il nome di blastula in generale come vedremo nei mammiferi placentati prende il nome di blastocisti. Il passaggio successivo è la gastrulazione che a differenza della segmentazione non prevede divisioni cellulari, ma quel minimo di cellule che già si è formato deve organizzarsi per formare i foglietti embrionali (ectoderma, mesoderma, endoderma). Ogni foglietto può dar luogo o ad un solo organo o a più organi, lo stesso organo può essere formato da componenti diversi di due o più foglietti. L'organogenesi parte dalla struttura che viene fuori dalla gastrula prima di tutta la formazione di tutti gli altri organi che si chiama neurola perché il primo organo che si viene a formare è il sistema nervoso. Dopo che c'è questo passaggio dalla gastrula alla neurola si hanno tutti i processi che portano alla formazione degli organi, poi all'embrione e poi all'adulto. Studieremo tanto uccelli e mammiferi perché hanno diversa segmentazione ma simile gastrulazione, quasi viaggiano in parallelo insomma. Abbiamo detto che l'attività di riproduzione delle cellule somatiche è la mitosi e delle cellule sessuali (i gameti) è la meiosi. Dalla mitosi vengono fuori due cellule diploidi con patrimonio genetico uguale a quello della cellula madre, mentre dalla meiosi vengono fuori 4 cellule figlie aploidi. La meiosi si divide in due fasi, riduzionale ed equazionale. Nell'ambito della gametogenesi, spermatogenesi ed ovogenesi, si parte da ovovoni e spermatogoni, il primo processo di divisione è di tipo mitotico; quindi, le cellule che si originano dalla prima fase saranno uguali alla cellula progenitrice, poi ci saranno la meiosi prima e la meiosi seconda, che daranno origine a cellule diverse rispetto a sé, stiamo parlando di gonadi maschili o femminili. Per GAMETOGENESI si intende l’insieme dei processi che porta alla formazione dei gameti maschili (spermatozoi) e dei gameti femminili (cellule uovo o ovociti), partendo da cellule germinali maschili o spermatogoni e cellule germinali femminili o ovogoni. Le 1 cellule uovo o ovociti derivano da un processo di ovogenesi. Gli spermatozoi derivano da un processo di spermatogenesi. Il processo di OVOGENESI procede in parallelo con quello della FOLLICOLOGENESI. Parliamo di ovogenesi e di follicologenesi insieme perché l'ovocita primario e quello secondario sono circondati da queste particolari cellule che prendono il nome di cellule follicolari che forniscono nutrimento all'ovocita stesso che si deve accrescere e arrivare alla seconda meiosi. Questo deve arrivare fino ad un determinato stadio della follicologenesi perché la cellula uovo deve essere portata al di fuori dell'ovaio altrimenti non avrà mai la possibilità di incontrarsi con lo spermatozoo e formare lo zigote. Infatti, durante l’attività sessuale delle diverse specie animali, a regolari intervalli di tempo, avviene la maturazione di uno o più follicoli e dei relativi ovociti. Il risultato finale è la formazione di una CELLULA UOVO che, oltre ad essere dotata di un corredo cromosomico, contiene anche materiale utile per lo sviluppo dello zigote. L’ ovaio o gonade femminile è un organo pari intra-addominale che nei mammiferi sessualmente maturi svolge una doppia funzione: la produzione di ovociti e la sintesi di ormoni sessuali. La maturazione delle cellule germinali femminili e la sintesi degli ormoni sono strettamente collegati da un’unica struttura, il FOLLICOLO OVARICO. Durante la vita embrionale, gli OVOGONI, cellule destinate a diventare cellule uovo o ovociti, si moltiplicano. Possono essere prodotti anche milioni di ovogoni, ma solo una parte di questi compie il processo di accrescimento (AUXOCITOSI) trasformandosi in OVOCITI PRIMARI. 2 Nel periodo embrionale, le cellule germinali primordiali o ovogoni si dividono per mitosi (come gli spermatogoni) per poi subire una trasformazione (duplicazione del DNA) ed accrescimento e diventare ovociti primari. Alla fine dello sviluppo embrionale gli ovociti primari cominciano ad essere circondati da cellule dette follicolari determinando la formazione dei FOLLICOLI PRIMORDIALI. Alla nascita, i follicoli primordiali si trovano in una fase di quiescenza che dura fino alla maturità sessuale. La funzione delle cellule follicolari è trofica, ossia nutritiva, ed è uguale a quella delle cellule del Sertoli nei confronti degli spermatogoni nel maschio. L’ovaio è un organo parenchimatoso, rivestito esternamente da tessuto connettivo (tunica albuginea) e diviso internamente in corticale e midollare, dall’esterno verso l’interno. La corticale è caratterizzata da follicoli in varie fasi di sviluppo (follicoli primari, secondari, terziari o maturi e corpo luteo). La midollare è caratterizzata da connettivo riccamente vascolarizzato. Solo nella cavalla, la corticale resta superficiale in una zona detta FOSSETTA OVULATORIA. La fossetta ovulatoria si trova su un epitelio superficiale poggiato su una tonaca albuginea di tessuto connettivo e povera di vasi; la restante parte dell’ovaio è rivestita interamente da tonaca sierosa. L’EPITELIO GERMINATIVO o di rivestimento dell’ovaio è un epitelio cubico di tipo semplice che consente l’ovulazione (fuoriuscita dell’OVOCITA SECONDARIO). Gli ovogoni si iniziano a formare durante la vita embrionale, tutte le femmine dei mammiferi placentari, presentano un numero stabilito di follicoli in quiescenza fino alla maturità sessuale, per questo certe volte le donne sono il motivo della sterilità, perché i follicoli sono finiti e così gli ovociti e quindi diventa difficile effettuare la fecondazione della cellula uovo. Questi ovociti circondati da cellule follicolari che in questa fase sono piatte, portano alla formazione dei follicoli primordiali, quelli prima del primo follicolo che sarà la base della follicologenesi. Dalla nascita alla maturità sessuale parliamo di follicoli primordiali in numero stabilito specie specifico. Una volta raggiunta la maturità sessuale inizia il processo di follicologenesi, ovvero il differenziamento del follicolo in primario, secondario e terziario, ognuno con una propria caratteristica. Ricordiamo che tutto il processo di follicologenesi avviene nella porzione corticale dell’ovaio poiché l’ovocita dovendo uscire dopo lo scoppio del follicolo terziario se si trovasse più internamente avrebbe maggiore difficoltà Gli ovociti anch'essi saranno inizialmente primari, poi andando alla prima meiosi diventeranno secondari, ma quando avviene cio? Durante la follicologenesi, a regolari intervalli di tempo, avviene la maturazione di uno o più follicoli con i relativi ovociti. Il processo si conclude con l’ovulazione, cioè l’espulsione dell’OVOCITA MATURO.. 3  Il FOLLICOLO PRIMARIO è lo stadio in cui si trovano la maggior parte dei follicoli sulla superficie ovarica. È caratterizzato da un ovocita primario circondato da un monostrato di cellule follicolari cubiche. Con la maturità sessuale, gli ovociti primari aumentano di dimensione e le cellule follicolari diventano più alte. Inoltre, tra le cellule follicolari e la membrana dell’ovocita si forma la zona o MEMBRANA PELLUCIDA (membrana trasparente che serve come protezione dell’ovocita), che svolge diverse funzioni, come impedire l’impianto precoce della blastocisti e bloccare la polispermia. Il FOLLICOLO SECONDARIO è caratterizzato da cellule follicolari che si moltiplicano dando luogo a più strati di cellule, dette CELLULE DELLA GRANULOSA, addossate alla membrana o zona pellucida. Nel frattempo, il connettivo dell’ovaio si organizza attorno alle cellule follicolari a formare due rivestimenti continui: uno interno (TECA INTERNA) con cellule tecali e ricco di vasi ed uno esterno (TECA ESTERNA) con connettivo più denso. Il FOLLICOLO TERZIARIO o DI GRAAF (o antrale) è caratterizzato da una cavità ripiena di liquido (liquor follicoli), detto ANTRO FOLLICOLARE, che determina lo spostamento in periferia delle cellule della granulosa. Inoltre, un piccolo gruppo di cellule che circonda l’ovocita primario protrude nella cavità follicolare per formare il CUMULO OOFORO. Attorno alla zona pellucida, un singolo strato di cellule follicolari disposte a raggiera si differenzia e forma la corona radiata. Questo strato di cellule follicolari cilindriche aderisce esternamente alla membrana pellucida. Il follicolo terziario rilascia il suo oocita secondario durante l’OVULAZIONE, dopo aver completato la prima divisione meiotica. Dopo l’ovulazione, il follicolo terziario si differenzia in CORPO LUTEO (cellule della granulosa e teca interna), che può degenerare in CORPUS ALBICANS in mancanza di fecondazione. Il FOLLICOLO MATURO raggiunge la superficie ovarica in una zona povera di vasi, diversa a seconda delle specie. Quindi, per un’azione coordinata tra le gonadotropine ipofisarie (FSH e LH), la pressione esercitata dal liquor follicoli e l’azione di enzimi litici, il follicolo si apre sulla superficie ovarica con conseguente fuoriuscita, insieme al liquido follicolare, del cumulo ooforo contenente l’ovocita secondario, che nel frattempo ha completato la prima divisione meiotica. 4 Lo STIGMA è una sporgenza vescicolosa sulla superficie dell’ovaio, povera di vasi sanguigni, a livello della quale il follicolo si rompe e l’ovocita secondario trascinato dal liquor folliculi viene espulso insieme alle cellule del cumulo ooforo (cellula della granulosa che circondano l’ovocita). Dopo l’ovulazione, il follicolo terziario collassa all’interno e la sua parete appare organizzata in pieghe. I capillari provenienti dalla teca interna invadono l’antro follicolare, che nel frattempo ha perso il liquor folliculi espulso con l’ovocita. Si forma così il CORPO LUTEO (corpus luteum). Il corpo luteo è responsabile della secrezione degli ormoni estrogeni (progesterone e 17beta-estradiolo). Inizialmente è di colore bianco-roseo ed è costituito da due strati di cellule derivanti dalle cellule della granulosa (produzione progesterone) e dalle cellule della teca interna (produzione estrogeni). Quando il corpo luteo inizia la sua regressione, diventa di colore giallastro, per questo il nome luteo(giallo). Se l’ovocita non viene fecondato, il corpo luteo produce ormoni solo per un breve periodo, divenendo CORPO LUTEO CICLICO o spurio, per poi degenerare come corpus albicans. Il corpus albicans è un corpo biancastro di natura fibrosa derivato dalla degenerazione del corpo luteo. Le cellule secernenti del corpo luteo, degenerandosi, vengono fagocitate dai macrofagi. Se l’ovocita è fecondato, invece, si forma il CORPO LUTEO GRAVIDICO che, sotto lo stimolo dell’LH (ormone luteinizzante) o delle gonadotropine e, in alcune specie, della prolattina, permane per periodi più o meno lunghi della gravidanza. Quando il corpo luteo gravidico incomincia a regredire, le sue cellule si caricano di grassi e di un pigmento particolare: la luteina. Il corpo luteo diviene allora veramente giallastro. Anche in questo caso, dopo il parto il corpo luteo si trasforma in corpus albicans e poi degenera. Un follicolo primordiale o primitivo che durante lo sviluppo va incontro a regressione viene detto ATRESICO. Questo presenta una riduzione di volume ed è rimpiazzato da tessuto connettivo fibroso. 5 La maturazione dell’oocita nei mammiferi domestici avviene secondo due modelli di ovulazione: Ovulazione stimolata dall’accoppiamento, o INDOTTA, che scatena la liberazione di gonadotropine ipofisarie (gatta, coniglia) Ovulazione PERIODICA (estro), spontanea, in cui gli stimoli ambientali inducono il rilascio di gonadotropine (bovina, scrofa, cavalla e pecora) Nella donna, l’ovulazione è ciclica pur non essendoci un estro annuale; la periodicità di maturazione e liberazione degli oociti è detta CICLO MESTRUALE. Più nel dettaglio, l’ovogenesi e la follicologenesi sono parte di un processo periodico sotto il controllo ormonale, che prende il nome di CICLO SESSUALE. Questo ciclo nei mammiferi comprende trasformazioni sia a livello ovarico (CICLO OVARICO) sia a livello della mucosa uterina (CICLO UTERINO). Nei mammiferi domestici, il ciclo sessuale viene detto anche CICLO ESTRALE a causa di manifestazioni esterne e comportamentali che si verificano nell’animale in tale fase. La durata del ciclo estrale varia a seconda della specie e può essere intervallato da periodi di quiescenza. La periodicità del ciclo determina le specie estrali, che possono essere POLIESTRALI CONTINUE (bovina e scrofa), poliestrali STAGIONALI (pecora, cavalla, capra e gatta), MONOESTRALI STAGIONALI (cagna) e monoestrali ANNUALI (canidi selvatici). Il ciclo estrale si divide in due fasi: FOLLICOLARE (inizia con la pubertà e finisce con l’inizio dell’estro) e LUTEALE (dall’ovulazione alla regressione del corpo luteo). Il ciclo estrale presenta anche più stadi: PROESTRO -> periodo che precede l’ovulazione in cui si ha accrescimento follicolare e sintesi di estradiolo ESTRO (calore) -> massimo sviluppo follicolare, rapida crescita dell’estradiolo ed ovulazione METAESTRO -> formazione del corpo luteo DIESTRO o ANAESTRO -> periodo compreso tra due calori; anaestro riposo nelle specie a ciclicità stagionale. Il proestro e l’estro fanno parte della fase follicolare, mentre il metaestro e il diestro fanno parte della fase luteinica. 6 La fase follicolare prevede a sua volta due sottofasi. La prima, precedente alla maturità sessuale, è detta gonadotropina-indipendente, in cui il follicolo primario si sviluppa in modo autonomo. In questa fase vengono prodotti i recettori per l’LH (cellule della teca) e per l’FSH (cellule della granulosa). La seconda fase, invece, è gonadotropina-dipendente e gli ormoni LH e FSH si legano ai recettori (LHR, FSHR) prodotti nella fase precedente. Più nel dettaglio, nella fase follicolare l’adenoipofisi rilascia l’FSH, che determina la proliferazione dei follicoli. L’FSH, a sua volta, induce la produzione di estradiolo, il cui picco induce la sintesi dell’LH. Quest’ultimo determina la ripresa della meiosi I e l’inizio della meiosi II, nonché l’ovulazione. Nella fase luteinica, invece, che comincia dopo l’ovulazione, si ha la trasformazione del follicolo in corpo luteo, che è responsabile della secrezione del progesterone. Il progesterone blocca la produzione di FSH impedendo lo sviluppo di altri follicoli. L’estradiolo (estrogeno) è il principale ormone sessuale femminile e promuove la formazione dei caratteri sessuali secondari. Il progesterone, invece, è importante perchè induce l’ipertrofia della mucosa uterina e permettere l’impianto dell’embrione nell’utero. 7 Gli spermatozoi si ottengono tramite un processo di SPERMATOGENESI. La spermatogenesi è il processo di maturazione delle cellule germinali maschili che avviene nei testicoli. Parte della spermatogenesi è la spermiogenesi, che rappresenta l’ultima fase della spermatogenesi, che rappresenta la differenziazione degli spermatidi in spermatozoi. Il testicolo è un organo pari posto al di fuori del corpo dell’animale nella borsa scrotale; è la sede della formazione degli spermatozoi e della sintesi degli ormoni sessuali maschili. È un organo parenchimatoso, che in sezione sagittale evidenzia l’organizzazione in logge testicolari che dividono il testicolo in lobuli testicolari, in cui si riconoscono 2-5 tubuli seminiferi contorti. I lobuli testicolari sono circondati da tessuto connettivo, plessi vascolari e nervosi e da cellule interstiziali o di Leydig a funzione endocrina che producono testosterone. La parete dei tubuli seminiferi è rivestita da un epitelio seminifero stratificato caratterizzato da due popolazioni cellulari: cellule spermatogenetiche (SPERMATOGONI) e CELLULE DEL SERTOLI, con funzione trofica. Le cellule del Sertoli sono cellule grandi dotate di prolungamenti citoplasmatici che avvolgono le cellule germinali durante la spermatogenesi. Esse producono l’ORMONE ANTIMULLERIANO e determinano il riassorbimento del dotto di Muller. Le CELLULE INTERSTIZIALI o di Leydig, poste tra i tubuli seminiferi, producono testosterone, responsabile dello sviluppo degli organi sessuali e dei caratteri sessuali secondari maschili. Dagli spermatogoni si differenziano gli SPERMATOZOI tramite tre fasi: fase mitotica, fase meiotica e spermioistogenesi o spermiogenesi. Il processo parte dal compartimento basale, più esterno, e arriva al compartimento adluminare, più interno. La SPERMATOGENESI PRIMARIA, anche detta fase mitotica, avviene nel compartimento basale. Gli spermatogoni si accrescono (auxocitosi) e si dividono per mitosi in SPERMATOCITI PRIMARI. Esistono due popolazioni di spermatogoni: TIPO A SCURI (cellule staminali) che possono auto-rinnovarsi o riprendere la spermatogenesi e dare origine agli spermatogoni di tipo A chiari (mitosi) TIPO A CHIARI, che si differenziano in spermatogoni di tipo B, che continuano a dividersi per mitosi dando origine a due cellule figlie legate tra loro da un ponte citoplasmatico presente fino all’ultima fase della spermatogenesi La SPERMATOGENESI SECONDARIA, o fase meiotica, avviene nel compartimento adluminale. Gli spermatociti I presentano un corredo cromosomico diploide, 4n. Il risultato della I divisione meiotica, riduzionale, è di 2 spermatociti II, ognuno con metà del corredo cromosomico ed un contenuto di DNA dimezzato 2n per cellula. Gli spermatidi sono invece dotati di corredo cromosomico aploide, n, perché derivano dalla II divisione meiotica o equazionale. 8  La SPERMIOGENESI è la vera e propria trasformazione da spermatidi a SPERMATOZOI. Il differenziamento comporta modifiche a carico del nucleo ed un’elaborazione di organuli cellulari specifici. Le modifiche nucleari riguardano la condensazione della cromatina, mentre l’elaborazione di organuli cellulari prevede la formazione dell’acrosoma e della coda dello spermatozoo. La formazione dell’acrosoma è a carico del reticolo endoplasmatico e dell’apparato di Golgi. Nell’apparato di Golgi i granuli acrosomiali, piccole vescicole, si fondono a formare una vescicola acrosomiale contenente un granulo denso. Questa vescicola, spostandosi verso il nucleo della cellula fino ad entrare in contatto con la membrana nucleare, crea un orientamento polare per la successiva differenziazione del nucleo. Alla fine di questa fase la vescicola crescendo si appiattisce. La vescicola acrosomiale o ACROSOMA si pone a cappuccio sul nucleo ricoprendolo, formando così il cappuccio acrosomiale, caratterizzato da una membrana esterna ed una interna. Contestualmente, a livello del centriolo distale si inizia a formare il FLAGELLO. Nella fase acrosomiale si assiste ad un allungamento della cellula in cui il nucleo si sposta alla periferia della cellula stessa, la cromatina si condensa ed i mitocondri vanno a disporsi attorno alla porzione prossimale del flagello. Nella fase di maturazione si conclude la condensazione del nucleo. L’acrosoma andrà ad aderire alla membrana nucleare esterna formando nella porzione apicale dello spermatidio una protrusione, il processo acrosomiale. 9 Al microscopio ottico uno spermatozoo presenta una testa, un collo ed una coda o flagello. La coda può essere ulteriormente suddivisa nei tratti (o segmenti) intermedio, principale e terminale. La coda è responsabile del movimento dello spermatozoo. La testa dello spermatozoo è composta da due parti: il nucleo, contenente cromatina fortemente addensata ed un corredo aploide, e l’acrosoma, contenente lisosoma primario di notevoli dimensioni che incappuccia il nucleo per due terzi della sua lunghezza. L’acrosoma è un organulo cellulare amorfo contenente enzimi litici. Il suo compito è quello di aprirsi un varco nella parete dell’ovocita grazie agli enzimi litici che libera durante la fecondazione. Infatti, l’unione dello spermatozoo con l’oocita secondario, determina la liberazione degli enzimi litici responsabili della digestione della membrana extracellulare dell’oocita, facilitando così l’accesso dello spermatozoo nella membrana plasmatica dell’ovocita stesso (REAZIONE ACROSOMIALE). Il nucleo dello spermatozoo risulta condensato dalla forma ovale, che rende idrodinamico lo spermatozoo. La coda dello spermatozoo o flagello presenta per tutta la sua lunghezza una struttura di base, l’assonema, costituito da una coppia di microtubuli centrali circondata da nove coppie di microtubuli periferiche. Il segmento intermedio è caratterizzato da mitocondri, atti a fornire energia per il movimento dello spermatozoo stesso. Il limite tra il segmento intermedio e quello principale della coda è segnato da una struttura ad anello, l’anello di Jensen. Nel segmento terminale del flagello rimane solamente l’assonema rivestito dalla membrana plasmatica. In ogni sezione del tubulo ci sono strati concentrici con cellule allo stesso stadio di maturazione (associazioni cellulari), mentre il coordinamento è realizzato dai ponti citoplasmatici e dalle cellule del Sertoli. L’epitelio è pluristratificato germinativo per la presenza di più strati di cellule germinali a diverso stadio di maturazione; sosterniti da cellule del sertoli. La produzione degli spermatozoi è asincrona sia nel tempo che nello spazio, per cui aree diverse del tubulo seminfermo iniziano la spermatogenesi in tempi diversi. Un tubulo seminifero è organizzato in aree in cui l’epitelio è formato da cellule spermatogeniche a diverse fasi di maturazione e disposte in modo regolare e ripetitivo sia in senso temporale che spaziale (cioè in direzione radiale, della periferia al centro del tubulo, e longitudinale, lungo un tratto di tubulo). In ogni sezione trasversale del tubulo le divisioni citoplasmatiche degli spermatogoni sono incomplete, per cui gli spermatociti restano in comunicazione attraverso ponti citoplasmatici, consentendo la sincronia tra le diverse fasi della meiosi a partire da uno spermatogonio di tipo B. I gruppi di cellule germinali (unite da ponti citoplasmatici), che si succedono e percorrono i vari stadi di differenziamento, formano l’onda spermatogena. Nel ciclo dell’epitelio seminifero, le colonne di cellule di tutti i raggi di una sezione trasversale fanno il ciclo spermatogenico insieme. L’alternanza delle associazioni in un raggio con un periodo costante (16 gg) costituiscono il ciclo spermatogenetico. 10 La spermatogenesi è strettamente controllata da una REGOLAZIONE ORMONALE. L’FSH, prodotto dall’adenoipofisi, agisce sulle cellule del Sertoli stimolandole a produrre Androgen Binding Protein (ABP), una proteina ad alta affinità per il testosterone che ne favorisce la concentrazione nel comparto adluminale del tubulo seminifero. Il suo ruolo è, quindi, quello di stimolare la spermatogenesi. L’LH agisce sulle cellule del Leydig o interstiziali, stimolandole al controllo del testosterone, che viene trasformato in deidrotestosterone. A sua volta, l’aumento della concentrazione del deidrotestosterone stimola le cellule del Sertoli a produrre INIBINA, un ormone che agisce a livello dell’adenoipofisi inibendo la produzione di FSH. Di seguito viene riportata una tabella riassuntiva sulle differenze tra spermatogenesi e ovogensi. SPERMATOGENESI OVOGENESI FASE DI Continua per tutta la vita Limitata alla vita prenatale MOLTIPLICAZIONE FASE DI Piuttosto limitata Molto sviluppata e di notevole durata ACCRESCIMENTO FASE DI MATURAZIONE 4 elementi aploidi non 1 elemento aploide che completa la differenziati ad ogni meiosi meiosi II dopo l’avvenuta fecondazione La RIPRODUZIONE può essere ASESSUATA o SESSUATA. La riproduzione asessuata si divide in GEMMAZIONE e RIGENERAZIONE, mentre quella sessuata si divide in fecondazione ESTERNA ed INTERNA. La riproduzione sessuata è legata alla gametogenesi (gameti aploidi) e si conclude con la fecondazione, in cui si uniscono i due gameti (spermatozoo e cellula uovo) a formare una sola cellula diploide, lo zigote. La fecondazione consente, quindi, il ripristino del numero diploide di cromosomi e la determinazione del sesso dell’individuo. Inoltre, risulta fondamentale per la variabilità biologica grazie all’integrazione dei caratteri ereditari materni e paterni. 11 La FECONDAZIONE prevede le seguenti tappe: Avvicinamento dei gameti Superamento da parte dello spermatozoo delle barriere che circondano l’uovo (zona pellucida e corona radiata) grazie alla liberazione di enzimi dell’acrosoma Reazioni dell’uovo (blocco della polispermia) Unione dei cromosomi (materiale genetico dei genitori) La fecondazione avviene a livello dell’ampolla della tuba uterina, dove si verifica la discesa dell’ovocita secondario e contemporaneamente la risalita degli spermatozoi. Il viaggio degli spermatozoi inizia a livello delle gonadi maschili. Gli spermatozoi si muovono nell’epididimo, grazie al movimento delle ciglia del suo epitelio ciliato, ed arrivano nel dotto deferente, grazie alle contrazioni muscolari della parete del dotto stesso. Dal dotto deferente raggiungono l’uretra (peniena) dove le ghiandole accessorie annesse secernono il liquido spermatico e rendono più fluido il percorso degli spermatozoi. Dopo l’atto riproduttivo, gli spermatozoi continuano il loro viaggio all’interno delle vie genitali femminili (vagina, utero, tube uterine). La tuba uterina è distinta in tre porzioni; a partire dall’ovaio troviamo: l’infundibulo prossimale (caratterizzato da estroflessioni ai margini dette fimbrie), l’ampolla centrale e l’istmo distale (in continuazione con l’utero). Gli spermatozoi vitali si vanno a legare a livello dell’epitelio della mucosa dell’istmo tubarico, dove vengono immobilizzati momentaneamente. Vengono, poi, rilasciati solamente nel momento dello scoppio del follicolo in modo che si incontrano con l’ovocita a livello dell’ampolla. L’avanzamento dell’ovocita nelle tre porzioni della tuba è determinato dalle contrazioni della parete muscolare e dalla presenza di epitelio ciliato della mucosa della tuba stessa. Il passaggio dalle vie genitali all’ampolla, che avviene grazie alla contrazione muscolare, è definito fase rapida e dura circa 15 minuti. Non sempre i primi spermatozoi ad arrivare sono dotati di alta vitalità. Il passaggio che porta dalla vagina all’istmo, invece, è definito fase lenta ed è possibile grazie alla capacitazione degli spermatozoi. La capacitazione è la capacità degli spermatozoi di fecondare un ovocita dopo un periodo di latenza nelle vie genitali femminili. Inizia nell’utero e termina nell’istmo tubarico. La capacitazione prevede la variazione della mobilità degli spermatozoi e l’acquisizione della capacità di effettuare la reazione acrosomiale. Quindi, lo spermatozoo si attiva solamente quando è presente l’ovocita. Lo scopo dell’attivazione dello spermatozoo è la penetrazione delle barriere dell’ovocita, che si trova in metafase II. 12 Lo spermatozoo deve superare le seguenti membrane: CORONA RADIATA, tramite enzimi digestivi (ialuronidasi1 ed enzima di penetrazione della corona radiata2) presenti a livello dell’acrosoma e grazie al flagello che effettua dei movimenti a frusta ZONA PELLUCIDA, quando la membrana plasmatica della testa dello spermatozoo si attacca alla membrana pellucida dell’ovocita grazie ad un recettore specie-specifico (solitamente ZP3) e si verifica la reazione acrosomiale MEMBRANA VITELLINA, con la fusione delle membrane plasmatiche dello spermatozoo e della cellula uovo La fusione della membrana dello spermatozoo con la membrana dell’ovocita forma un rigonfiamento: il cono di fertilizzazione, ossia una cavità che mette in comunicazione il citoplasma delle due cellule e permette la penetrazione. Nell’ovocita penetrano solamente il nucleo e il centriolo, mentre i mitocondri e le fibre del flagello vengono distrutti. L’ovocita reagisce all’ingresso dello spermatozoo attivandosi e attuando il blocco della polismermia, impedendo così l’ingresso di altri spermatozoi. Il blocco della polispermia avviene in due fasi: una rapida temporanea e una più lenta permanente. La fase rapida comporta un’onda di depolarizzazione nella membrana plasmatica, che parte dal punto d’ingresso dello spermatozoo e si estende lungo tutta la membrana. L’ingresso dello spermatozoo è accompagnato da un aumento del potenziale di membrana, che da riposo con -70 mV passa a +20 mV. Questo cambiamento blocca l’ingresso di altri spermatozoi in quanto non sono in grado di fondersi con membrane aventi un potenziale superiore a -10 mV. La fase lenta comincia quando la membrana ritorna al suo valore di riposo di -70 mV grazie all’azione delle pompe ioniche, che determinano un aumento della concentrazione di ioni calcio che va ad agire sui granuli corticali, posti sotto la membrana plasmatica dell’ovocita. I granuli corticali, grazie alla presenza di enzimi litici omologhi a quelli dell’acrosoma, distruggono i recettori di membrana specie-specifici per gli spermatozoi. Inoltre, i mucopolisaccaridi contenuti nei granuli corticali formano con la zona pellucida una spessa membrana detta membrana di fecondazione. 1 idrolizza l’acido ialuronico, che cementa le cellule follicolari 2 rompe i punti di contatto tra le cellule. 13 Una volta che lo spermatozoo è entrato, si completa la meiosi e i cromosomi maschili e femminili vengono circondati dalle membrane nucleari, formando due pronuclei. Il pronucleo è il nucleo aploide dello spermatozoo e della cellula uovo che si forma immediatamente dopo la fecondazione e prima della formazione del nucleo dello zigote. I pronuclei migrano verso il centro e avviene la duplicazione del DNA. Infine, le membrane dei pronuclei si rompono e tutti i cromosomi si dispongono nella piastra metafisica per permettere la prima mitosi dello zigote. Il processo di sviluppo dello zigote, da uovo fecondato ad adulto, si divide in tre fasi principali: segmentazione, gastrulazione ed organogenesi. La SEGMENTAZIONE è quel processo di divisioni mitotiche che porta alla formazione dello zigote (da organismo unicellulare a pluricellulare). Avviene nel nucleo e nel citoplasma. Lo zigote viene suddiviso in cellule sempre più piccole fino ad andare a formare la blastula, struttura sferica cava a limitato livello di organizzazione. Le cellule della blastula sono chiamate BLASTOMERI, mentre la cavità interna è il BLASTOCELE. La blastula rappresenta lo stadio embrionale ad un singolo foglietto, il BLASTODERMA. Dallo stato di blastula si passa a quello di gastrula attraverso il processo di gastrulazione. Questo passaggio è privo di divisioni cellulari, ma presenta dei movimenti morfogenetici o gastrulari, che determinano la formazione e il posizionamento dei tre foglietti embrionali (dall’esterno verso l’interno): ECTODERMA, MESODERMA ed ENDODERMA. 14 I tre foglietti embrionali costituiscono lo stato filotipico in quanto sono uguali per tutte le specie. Dopo la gastrulazione avviene l’ORGANOGENESI, ossia la progressiva formazione degli organi per differenziamento cellulare e tissutale. Durante questa fase si passa inizialmente ad uno stadio di neurula, chiamato così perché il primo foglietto che si forma è quello del sistema nervoso, ed infine ad uno stadio di adulto. La SEGMENTAZIONE consiste in una serie di divisioni mitotiche in rapida successione e senza accrescimento cellulare. L’esponenziale aumento del numero di cellule non corrisponde, tuttavia, alla crescita dell’embrione. Durante la segmentazione avviene la sintesi di proteine coinvolte nel processo di divisione cellulare, come gli istoni nucleari (formazione di cromosomi) e la tubulina (microtubuli del fuso). La segmentazione avviene con modalità costanti e secondo due leggi fondamentali: LEGGE DI BALFOUR -> la velocità di segmentazione è inversamente proporzionale alla quantità di tuorlo contenuta nell’uovo LEGGE DI HERTWIG -> il piano di segmentazione risulta perpendicolare all’asse del fuso che si diparte da un centrosoma all’altro e determina la formazione dell’anello contrattile che porta alla separazione delle cellule2 La segmentazione si svolge secondo una rigorosa regolarità geometrica in relazione alla quantità e alla distribuzione del tuorlo. Le uova possono, quindi, essere classificate in base alla quantità di tuorlo presente al loro interno (alecitiche, oligolecitiche, mesolecitiche, megalecitiche) oppure in base alla sua distribuzione (isolecitiche, eterolecitiche, telolecitiche, centrolecitiche). La polarità, ossia la presenza di un asse polare, si determina assai precocemente nell’uovo, stabilendo così i piani delle divisioni cellulari e il conseguente differenziamento dell’embrione. Questo asse esiste perché́ il tuorlo, l’alimento per l’embrione in via di sviluppo, si accumula solo a un’estremità̀ dello zigote, determinando la polarità̀ nell’embrione. Nel caso delle uova eterolecitiche e telolecitiche si vanno a creare un POLO ANIMALE (citoplasma e nucleo) e un POLO VEGETATIVO o vitellino (ricca di tuorlo). 2 La cellula può essere divisa secondo un piano meridiano, un piano equatoriale o un piano parallelo. 15 CLASSIFICAZIONE DESCRIZIONE ANIMALE ALECITICHE Prive di tuorlo Mammiferi placentati OLIGOLECITICHE o Piccola quantità di tuorlo disposta Anfiosso, riccio di mare ISOLECITICHE uniformemente nel citoplasma MESOLECITICHE o Discreta quantità di tuorlo che sposta il tuorlo Anfibi ETEROLECITICHE verso il polo vegetativo MEGALECITICHE o Enorme quantità di tuorlo, che determina lo Pesci, rettili, uccelli, mammiferi TELOLECITICHE o spostamento del citoplasma attivo e del nucleo non placentati CENTROLECITICHE * NOTE: il citoplasma è anche chiamato OOPLASMA, mentre il tuorlo è definito DEUTOPLASMA. * le uova centrolecitiche hanno il tuorlo disposto attorno al nucleo centrale ed il citoplasma attivo spostato alla periferia; le uova telolecitiche hanno, invece, sia il tuorlo sia il citoplasma attivo spostati ad un polo della cellula, in modo da formare il disco embrionale o BLASTODISCO. Il risultato della segmentazione varia fra gli animali, compresi i vertebrati. In ogni caso però la blastula rappresenta lo stadio embrionale ad un solo foglietto, il blastoderma. Si avranno diversi prodotti: CELOBLASTULA, da uova oligomesolecitiche a segmentazione totale DISCOBLASTULA, da uova megalecitiche a segmentazione parziale (solo nel polo animale) BLASTOCISTI, da uova alecitiche a segmentazione totale rotazionale e asincrona La CELOBLASTULA è una sfera con cavità che può essere più o meno centrale. La presenza del BLASTOCELE è determinata dalla quantità di tuorlo che è presente nella cellula. Poiché maggiore è il tuorlo e minore è la segmentazione, negli anfibi la cavità blastocelica è eccentrica (a destra) e le cellule del polo vegetale hanno dimensioni maggiori, riducendo lo spazio all’interno della sfera. Si può parlare, quindi, di MICROMERI al polo animale e MACROMERI al polo vegetale, separati dalla cosiddetta SEMILUNA GRIGIA. 16  Nella BLASTOCISTI si forma un nodo o BOTTONE EMBRIONALE, circondato da un foglietto esterno di cellule chiamato TROFOBLASTO. Il trofoblasto è il punto di unione con la mucosa uterina, che poi dà origine al corium per la formazione della placenta e degli annessi embrionali. Invece, il nodo embrionale forma l’embrione e gli altri annessi fetali (amnios, allantoide, sacco vitellino vuoto). Esistono due tipi di segmentazione: OLOBLASTICA (totale) e MEROBLASTICA (parziale). La segmentazione totale o oloblastica può essere ADEGUALE, INEGUALE oppure ROTAZIONALE ASINCRONA ed interessa tutto l’uovo. La segmentazione parziale o meroblastica è anche chiamata DISCOIDALE ed interessa solo una parte dell’uovo. 17 SEGMENTAZIONE TOTALE ADEGUALE (uova oligolecitiche e isolecitiche) La segmentazione si definisce “adeguale” perché i piani di divisione non sono uguali ma dapprima meridiani e poi equatoriali. Negli echinodermi (riccio di mare), i primi due piani di segmentazione sono meridiani e danno luogo a 4 blastomeri uguali. Il terzo piano di segmentazione, invece, è equatoriale e porta alla formazione di 8 blastomeri pressoché uguali (4 al polo animale e 4 al polo vitellino). Allo stadio a 16-32 cellule si definisce come morula, dalla quale poi si forma la cavità centrale, il blastocele. La celoblastula è, quindi, una sfera cava circondata da un solo strato di cellule, il blastoderma. 18 Nel caso dell’anfiosso, invece, la segmentazione è leggermente diversa. Mentre i primi due piani di segmentazione sono meridiani, il terzo piano è sopraequatoriale e origina otto blastomeri, di cui quattro più piccoli (micromeri) al polo animale e quattro un più grandi (macromeri) al polo vegetale. Il quarto e quinto piano di segmentazione passano per due meridiani e dividono i quattro blastomeri superiori e i quattro inferiori rispettivamente in otto blastomeri. Le successive divisioni porteranno a 32 blastomeri, in cui è possibile vedere la cavità blastocelica, che diventerà definitivamente organizzata allo stadio di 64 blastomeri (stadio di celoblastula). SEGMENTAZIONE TOTALE INEGUALE (uova mesolecitiche ed eterolecitiche) Nel caso degli anfibi, il primo piano di divisione è meridiano e passante per l’asse polare e divide lo zigote in due blastomeri equivalenti. Il secondo piano è anch’esso meridiano e forma quattro blastomeri equivalenti. Il terzo piano di segmentazione è leggermente sopra equatoriale e porta alla formazione di quattro micromeri al polo animale e quattro macromeri al polo vegetale. Il risultato finale è una celoblastula con blastocele eccentrico. SEGMENTAZIONE PARZIALE DISCOIDALE (uova megalecitiche e telolecitiche) La segmentazione si definisce “parziale” perché il tuorlo resta indiviso. Nei pesci, le prime tre divisioni del disco germinativo (blastodisco) avvengono secondo piani verticali e danno luogo ad uno stadio di otto cellule parzialmente separate e disposte su due file. La formazione dei veri blastomeri si ha con la prima divisione secondo un piano orizzontale, a circa due ore dalla fecondazione, che porta allo stadio di 64 blastomeri e determina la formazione di due strati (superficiale e profondo). Le divisioni successive porteranno alla blastula. Nella blastula si individueranno quattro regioni principali: sottile STRATO EPITELIALE DI RIVESTIMENTO del blastoderma con funzione protettiva CELLULE PROFONDE DEL BLASTODERMA, che costituiscono la massa del polo animale che formerà l’embrione STRATO SINCIZIALE VITELLINO, composto da cellule al margine del blastoderma che formano un sincizio con le confinanti cellule del vitello VITELLO o TUORLO al polo vegetativo o vitellino (materiali di riserva contenuti nel citoplasma della cellula dell'uovo che vengono utilizzati per la costruzione dell'embrione) 19 Anche nel caso dei sauropsidi (uccelli e rettili), la segmentazione avviene solamente a livello del DISCO EMBRIONALE. Il resto della massa, ricca di vitello, non si segmenta. La prima segmentazione inizia al centro del blastodisco secondo un piano meridiano passante perpendicolarmente ad esso e procede come un solco superficiale. Il secondo piano di segmentazione è sempre meridiano e perpendicolare al primo; le quattro cellule che si formano non possono essere considerate dei veri e propri blastomeri perché restano in continuità con il vitello sottostante e vengono quindi chiamati MEROCITI. I blastomeri si formano solamente dopo il primo piano di segmentazione tangenziale. Si distinguono quindi due zone: una centrale, formata dai blastomeri, e una periferica, in cui sono presenti solamente i merociti adesi al vitello che formano il SINCIZIO PERILECITICO. A questo punto i blastomeri iniziano a produrre un liquido di secrezione che va a costituire la cavità sottogerminale. La cavità sottogerminale distingue a sua volta due aree: l’AREA PELLUCIDA e l’AREA OPACA. L’area opaca è rappresentata dai merociti, mentre l’area pellucida (chiamata così perché trasparente) è costituita dai blastomeri che poi andranno a formare l’embrione. In una fase successiva, infatti, l’area pellucida si divide in due strati: EPIBLASTO esterno e IPOBLASTO interno, separati dal BLASTOCELE. Sotto all’ipoblasto residua la cavità sottogerminale, a cui segue la grande massa del tuorlo indiviso. SEGMENTAZIONE TOTALE ROTAZIONALE ED ASINCRONA (uova alecitiche) Nei mammiferi placentati, la prima divisione cellulare in un piano meridiano produce due blastomeri simili morfologicamente, ma non strutturalmente. Infatti, si crede che uno dei blastomeri, più ricco di RNA e di fosfatasi (blastomero animale), dia origine all’embrione, mentre l’altro dia origine al trofoblasto (componente extraembrionale implicata nella formazione della placenta). Nella seconda divisione, un blastomero si divide in senso meridiano e l’altro in senso equatoriale e ciò dà il nome al tipo di segmentazione (rotazionale). Inoltre, le divisioni non sono sincrone e in un determinato momento si può avere un numero dispari di blastomeri. 20 A partire dallo stadio di otto blastomeri, avviene il processo di COMPATTAZIONE: le cellule si uniscono saldamente tra loro mediante giunzioni strette occludenti all’esterno e mediante giunzioni comunicanti all’interno, che rendono possibile lo scambio di molecole e ioni tra le cellule. I contatti intercellulari sono mediati da una molecola di adesione calcio-dipendente chiamata E-caderina. Con la compattazione si definiscono due regioni, una di cellule esterne e una di poche cellule interne, e si forma la morula, stadio di 16 blastomeri. Con successive divisioni si passa allo stadio di blastula (detta BLASTOCISTI) con cavità dotata di funzioni del tutto diverse da quelle del blastocele di anfiosso o anfibi dato che non parteciperà alla formazione dell’embrione, ma darà strutture extraembrionali. La blastocisti sarà caratterizzata da cellule esterne a formare il TROFOBLASTO (corion), mentre le poche cellule interne daranno luogo alla MASSA CELLULARE INTERNA (nodo embrionale). La blastocisti si libera nell’utero uscendo dalla zona pellucida (è una membrana di fecondazione), che viene digerita ad opera di enzimi secreti dal trofoblasto, e prende rapporto con la mucosa uterina (sincizio trofoblasto). La mucosa uterina viene resa capace dell’impianto grazie agli estrogeni, che permettono la proliferazione dell’endometrio, e grazie al progesterone, che determina invece la secrezione ghiandolare di un latte detto “uterino” che fornisce nutrimento per la crescita e, quindi, un aumento di volume della blastocisti. Nelle femmine dei primati e dei roditori, la blastocisti non muta le dimensioni per favorire l’impianto nella mucosa uterina. Invece, nella cavalla, nella cagna, nella gatta e nella coniglia, la blastocisti aumenta di volume pur rimanendo sferica; mentre nella pecora, nella bovina e nella scrofa, la blastocisti aumenta il proprio volume e appare anche allungata. 21 Il tempo di percorrenza dello zigote verso l’utero è specie-specifico. Esistono vari tipi di impianto: CENTRALE (ungulati, carnivori e lagomorfi) -> la blastocisti occupa il centro della cavità uterina ECCENTRICO (roditori) -> la blastocisti si pone in una piega della mucosa uterina che così la circonda quasi completamente INTERSTIZIALE (primati) -> la blastocisti si crea uno spazio nel connettivo dell’endometrio uterino, mentre l’epitelio uterino lo avvolge sigillando il punto di entrata con un tappo di coagulo. Questo tipo di impianto è operato dal sincizio trofoblasto, che penetra nell’endometrio tramite enzimi litici e movimenti ameboidi delle cellule 22 La GASTRULAZIONE consiste in un insieme di movimenti cellulari che portano all’organizzazione finale della morfologia del nuovo individuo; è strettamente correlata al tipo di segmentazione. La gastrulazione si caratterizza attraverso lo spostamento di cellule fino ad acquisire la posizione definitiva, con la conseguente formazione dei tre foglietti embrionali da cui originano gli abbozzi primari degli organi. Il risultato della gastrulazione prende il nome di GASTRULA. Le caratteristiche principali della gastrulazione sono: ridistribuzione delle cellule (movimenti morfogenetici), diminuzione del numero di divisioni cellulari, accrescimento insignificante e dipendenza dai diversi tipi di blastula. Considerando diverse specie di vertebrati, ci sarà un momento in cui gli embrioni raggiungeranno uno stadio di sviluppo simile, lo stadio filotipico, ossia tipico della specie ma che accomuna tutti i vertebrati perché presenteranno tutti tubo neurale, corda dorsale e tubo digerente. I movimenti che coinvolgono l’intero blastoderma sono conservati filogeneticamente e sono: 1. DELAMINAZIONE -> divisione di uno strato cellulare in due distinte lamine 2. EPIBOLIA -> espansione di cellule della superficie che vanno a ricoprire e circondare quelle poste più internamente 3. AGGREGAZIONE CELLULARE -> conseguente all’aumento di adesione tra le cellule e all’aumento del numero delle divisioni mitotiche; tale movimento avviene per spostamento dalla superficie verso l’interno secondo tre modalità 4. SPOSTAMENTO DI CELLULE DALLA SUPERFICIE VERSO L’INTERNO 23 Lo spostamento di cellule dalla superficie verso l’interno può avvenire secondo tre diverse modalità: embolia/invaginazione, involuzione oppure ingressione/immigrazione. - L’INVAGINAZIONE (o embolia) è il ripiegamento di una porzione di blastoderma verso l’interno. - L’INVOLUZIONE è il ripiegamento e lo scorrimento di cellule in una cavità interna in modo da accollarsi alla superficie interna dello strato superficiale. - L’INGRESSIONE (o immigrazione) è la migrazione di singole cellule del blastoderma dalla superficie verso l’interno. UCCELLI Negli uccelli, la segmentazione è meroblastica discoidale, il che significa che avviene solo in una porzione dell'uovo, formando una struttura a disco chiamata blastodisco che poggia sul grande volume di tuorlo. Il blastodisco si divide in due regioni: - Epiblasto: lo strato superiore che contribuisce alla formazione dei foglietti embrionali. - Ipoblasto: lo strato inferiore che costituisce la parete interna del sacco vitellino è costituito da cellule che danno origine agli altri foglietti embrionali. Negli uccelli, il primo movimento gastrulare è di delaminazione: la maggior parte delle cellule della discoblastula restano in superficie a formare l’epiblasto, mentre altre invadono la cavità sottogerminale per formare l’ipoblasto primario. La gastrulazione continua poi con la comparsa di un ispessimento all’estremità posteriore dell’area pellucida, detta STRIA o LINEA PRIMITIVA, determinata da un movimento di estensione convergente dei blastomeri della regione antero-laterale dell’epiblasto verso la regione posteriore. La linea primitiva si estende cranialmente lungo la linea mediana, determinando l’asse antero-posteriore dell’embrione. Nella stria compare poi una depressione o SOLCO PRIMITIVO, omologo al blastoporo, che permette il passaggio delle cellule dell’epiblasto al sottostante blastocele ed ipoblasto primitivo. Anteriormente alla stria si forma un ispessimento cellulare a depressione centrale, il nodo di Hensen o nodo primitivo. Le cellule dell’epiblasto immigrano attraverso il nodo di Hensen verso il blastocele e formano un cordone cellulare, detto prolungamento o PROCESSO CEFALICO. Tale cordone forma il MESODERMA dell’estremità cefalica e la NOTOCORDA. 24 Le prime cellule, che dall’epiblasto immigrano attraverso la linea primitiva, si separano in un gruppo mediano e due gruppi laterali. Il gruppo mediano si porta in profondità e si inserisce sull’ipoblasto primario spostandolo lateralmente, in modo da formare l’ipoblasto secondario, da cui origina il foglietto endodermico dell’embrione. Le cellule laterali, invece, si espandono tra ipoblasto ed epiblasto a formare le componenti mesodermiche dell’embrione e degli annessi extraembrionali. La componente mesodermica, con un movimento di divergenza, si espande in tutto lo spazio a disposizione ad eccezione di due aree circolari all’estremo anteriore e posteriore della discoblastula dove i due foglietti (futuro ectoderma ed endoderma) rimangono accollati per formare rispettivamente le MEMBRANE BUCCALE e CLOACALE. La linea primitiva regredisce e, insieme al nodo di Hensen, arretra più caudalmente. Il successivo sviluppo porterà alla formazione della NOTOCORDA e dei SOMITI, uniti tramite peduncoli o mesomeri alla porzione ventro-laterale del mesoblasto o mesoderma, che si delamina in SOMATOPLEURA (rivestimento esterno amnios interno corion) e SPLANCNOPLEURA, da cui derivano poi gli annessi embrionali. La notocorda è una struttura embrionale dorsale, rigida ma flessibile, composta da cellule mesodermiche. Si trova lungo l'asse centrale dell'embrione e fornisce supporto meccanico all'embrione, aiutando a mantenere la forma e l'asse corporeo durante lo sviluppo. I somiti sono blocchi di mesoderma paraxiale, cioè tessuto mesodermico situato ai lati della notocorda e del tubo neurale. Si formano durante la segmentazione del mesoderma e sono disposti in modo segmentato lungo l'asse dell'embrione. Nello stesso contesto si formano anche le isole sanguigne, che poi costituiranno il cuore, e nella regione anteriore del foglietto ectodermico inizia il processo di neurulazione, seguito dalla formazione delle vescicole encefaliche. L’ECTODERMA è differenziato in ectoderma di rivestimento, tubo neurale e creste neurali. Il MESODERMA è differenziato in mesoderma parassiale (somiti), mesoderma intermedio e mesoderma laterale (somatopleura e splancnopleura). L’ENDODERMA forma la parete del tubo digerente. 25 MAMMIFERI Nei mammiferi, alla fine della segmentazione, la blastocisti è formata al polo animale da una massa cellulare interna (MCI) e dalla cavità della blastocisti, entrambi circondati dal trofoblasto. Il trofoblasto è la futura parete esterna del corion e va ad inserirsi nella mucosa uterina in maniera diversa a seconda dei mammiferi che prendiamo in considerazione (impianto della blastocisti). L’inserimento del trofoblasto nella mucosa uterina va a costituire il SINCIZIO- TROFOBLASTO, mentre le componenti più laterali, che non partecipano all’inserimento, formano il CITOTROFOBLASTO. Il sincizio-trofoblasto va a costituire la parete esterna del corion, che assieme alla mucosa uterina forma la placenta. Il compito della blastocisti è quello di impiantarsi nell’utero. L’uovo fecondato nelle tube uterine per segmentazione si differenzia in blastocisti. raggiunto l’utero la blastocisti perde la sua membrana pellucida, attraverso un processo, detto: schiusa della blastocisti. La membrana pellucida viene digerita da enzimi litici prodotti dal trofoblasto. Nel frattempo, le cellule del trofoblasto prendono rapporto con la mucosa uterina e formano il sinciziotrofoblasto. Le cellule del sinciziotrofoblasto producono la gonadotropina corionica (hCG), che con gli estrogeni determinano aumento di spessore dell’endometrio. Inoltre, il progesterone, prodotto dal corpo luteo, stimola le ghiandole uterine a secernere il latte uterino, fonte di nutrimento per la blastocisti. 26 Nelle specie politoche più blastocisti si impiantano nei due corni uterini. Nelle specie monotoche la blastocisti si annida in un solo corno uterino (gravido). Esistono tre tipi di impianto della blastocisti: - CENTRALE in cui la blastocisti occupa il centro della cavità uterina (mammiferi) - ECCENTRICO in cui la blastocisti si pone in una piega della mucosa uterina che così la circonda quasi completamente (roditori) - INTERSTIZIALE in cui la blastocisti si crea uno spazio nel connettivo dell’endometrio uterino, mentre l’epitelio uterino lo avvolge sigillando il punto di entrata con un tappo di coagulo (primati) Al momento dell’impianto della blastocisti, le cellule della massa cellulare interna si staccano per delaminazione e si organizzano in due regioni: endoderma primitivo o ipoblasto, che delimita il blastocele (strutture extraembrionali), ed ectoderma primitivo o epiblasto (embrione). Le cellule dell’ipoblasto rivestono internamente la cavità della blastocisti, formando l’endoderma del sacco vitellino o lecitocle. Le cellule dell’epiblasto, invece, vanno a delimitare un’altra cavità più piccola, detta cavità amniotica. Le cellule alla base costituiscono l’epiblasto embrionale, formeranno l’embrione, mentre quelle verso il trofoblasto formano il foglietto epiblastico dell’amnios. Le cellule dell’ipoblasto e dell’epiblasto embrionale formeranno un DISCO DIDERMICO delimitato dorsalmente dalla cavità amniotica e ventralmente dal sacco del tuorlo o lecitocle. Nei MAMMIFERI dal disco didermico si formano gli annessi embrionali a partire dell’amnios, prima della fine della gastrulazione. 27 A questo punto della gastrulazione si osserva un accrescimento ed allungamento del DISCO EMBRIONALE, che diventa trilaminare. Il mesoderma si espande lasciando libere solo due depressioni circolari poste cranialmente e caudalmente al disco embrionale, dove si ha l’accollamento di ectoderma ed endoderma. Queste due depressioni, rispettivamente in senso cranio-caudale, formano il DISCO PRECORDALE ed il DISCO CLOACALE (apertura buccale e cloacale). Anteriormente al nodo di Hensen, invece, si forma il prolungamento cefalico, che si allunga caudalmente quando si riduce l’immigrazione delle cellule dell’epiblasto nella stria (regressione stria primitiva). Il processo cefalico si sposta in avanti e si trasforma in NOTOCORDA attraverso tre stadi: canale cordale, placca cordale e corda dorsale. Il processo cefalico, fondendosi con l’endoderma sottostante, lascia un’apertura, il CANALE NEUROENTERICO, che collega amnios e sacco vitellino (precursore del tubo digerente). Nel frattempo, nelle cellule dell’ectoderma si differenziano in NEUROECTODERMA ed ECTODERMA DI SUPERFICIE. In particolare, il neuroectoderma dà il futuro tubo neurale; il suo sviluppo è indotto dalla notocorda secondo un processo a tre stadi che porta alla formazione di placca neurale, doccia neurale e tubo neurale (processo di neurulazione). DALLA FORMAZIONE DEL DISCO DIDERMICO PARTE LA GASTRULAZIONE Sempre a livello dell’epiblasto, ed in particolare sul margine posteriore, le cellule proliferano e migrano dalla periferia verso l’asse centrale formando un ispessimento: la stria primitiva, attraverso cui avranno origine i precursori dell’endoderma e del mesoderma. La stria primitiva, inoltre, permette di definire l’asse cefalo-caudale, le superfici dorsale e ventrale e i lati destro e sinistro dell’embrione. Dove si forma la linea primitiva si formerà la parte posteriore dell’embrione. Anteriormente alla stria si forma il Nodo di Hensen e per immigrazione delle cellule dell’epiblasto le cellule andranno a formare il mesoderma e la notocorda. Questi movimenti permettono la formazione inizialmente dell’ENDODERMA ed in seguito del MESODERMA e dell’ECTODERMA. 28 -Nella pecora, nella bovina e nella scrofa la blastocisti non solo aumenta il proprio volume ma appare allungata non più sferica. -Nella cavalla, cagna, gatta e coniglia la blastocisti aumenta di volume pur rimanendo sferica. -Nelle femmine dei Primati e dei Roditori la blastocisti non muta le proprie dimensioni. 29 L’AMNIOGENESI La formazione dell’amnios, ovvero la parte più interna che avvolge l’embrione, avviene con modalità diverse a seconda della specie di Mammifero. Essa dipende dal diverso rapporto che si instaura tra trofoblasto e MCI, quando si forma la blastocisti. Nei mammiferi domestici si riscontrano tre tipi di amniogenesi L’amniogenesi PER PIEGHE è definita così perchè si formano le pliche amniotiche ed è tipica di suini, carnivori e lagomorfi. Il trofoblasto che circonda la massa cellulare interna si atrofizza. Di conseguenza, le cellule dell’epiblasto diminuiscono di numero e si appiattiscono su quelle dell’ipoblasto. In seguito, allineandosi al trofoblasto marginale, si sollevano in pieghe e originano la cavità amniotica. L’amniogenesi PER CAVITAZIONE o schizocelia è tipica dei primati, uomo compreso. La massa cellulare interna, circondata dal trofoblasto, prolifera e, a contatto con l’endometrio, si differenzia in sincizio-trofoblasto, mentre la porzione non a contatto con l’endometrio si differenzia in citotrofoblasto. Questo procedimento impedisce l’apertura della cavità celomatica in superficie o schizamnios. Questa cavità, detta anche schizamnios è caratterizzata da cellule che andranno a costituire l’epiblasto embrionale ed epiblasto dell’amnios. L’amniogenesi DI TRANSIZIONE, che inizia per cavitazione e si completa per pieghe, si riscontra negli ungulati (equini e ruminanti). Tra le cellule dell’epiblasto si formano delle fessure che andranno a confluire in un’unica cavità detta cavità amniotica primitiva (cavitazione). Successivamente la porzione superiore della cavità amniotica primitiva con il trofoblasto va incontro a lisi cellulare. Tra trofoblasto ed epiblasto si sollevano le pieghe amniotiche (per pieghe). Alla fine del processo le cellule dell’epiblasto e quelle dell’ipoblasto formeranno il DISCO EMBRIONALE didermico che comprende i 3 foglietti. 30 NEURULAZIONE Dopo la gastrulazione, si forma una struttura mesodermica chiamata notocorda, situata sotto lo strato ectodermico dell’embrione. La notocorda rilascia segnali molecolari che inducono l’ectoderma a differenziarsi in un tessuto specializzato: la placca neurale-> primo passo per la formazione del sistema nervoso centrale. La placca neurale si estende in direzione cranio-caudale lungo l’asse longitudinale dell’embrione. Man mano che la placca neurale si allunga inizia a ripiegarsi verso l’interno, formando una depressione chiamata solco neurale. Ai margini del solco neurale si sollevano due strutture, le pieghe neurali, che si trovano ai lati della placca. Il solco si approfondisce progressivamente separando sempre di più le pieghe neurali dal resto dell’ectoderma. Le pieghe neurali si sollevano e si avvicinano fino a fondersi lungo la linea mediana. La fusione inizia nella regione centrale dell’embrione e procede in direzione craniale caudale. Questo processo forma una struttura cilindrica chiama tubo neurale. La chiusura del tubo non avviene simultaneamente lungo tutto l’asse; inizialmente alcune zone rimangono aperte all’estremità e vengono chiamate neuropori: il neuroporo anteriore (craniale) e il neuroporo posteriore (caudale). La chiusura completa del tubo neurale avviene tra il 22° e il 28° giorno di sviluppo. La neurulazione è essenziale per un corretto sviluppo del sistema nervoso. Qualsiasi difetto o interruzione di questo processo può portare a malformazioni congenite. Ad esempio può causare: - Spina bifida: dovuta alla mancata chiusura del neuroporo posteriore - Anencefalia: mancata chiusura del neuroporo anteriore, grave malformazione cerebrale - Encefalocele: formazione di sacche contenenti tessuti cerebrali attraverso difetti nella chiusura craniale 31 Dopo la chiusura del tubo neurale, le cellule ai margini formano una popolazione cellulare chiamata cresta neurale. Queste cellule si distaccano e migrano in varie parti dell’embrione, dove danno origine a diversi tipi cellulari (neuroni, cellule glia, melanociti, cellule ghiandole surrenali). Una volta formano e chiuso, il tubo neurale inizia a suddividersi in regioni distinte lungo l’asse cranio-caudale: - La porzione craniale del tubo si espande e si divide in tre vescicole cerebrali primarie: prosencefalo (cervello anteriore), mesencefalo (cervello medio) e rombencefalo (cervello posteriore) - A partire dalle vescicole primarie si sviluppano suddivisioni da cui si formeranno il telencefalo (emisferi cerebrali), il diencefalo (talamo e ipotalamo) e altre strutture del tronco encefalico La parte caudale del tubo neurale non si suddivide come la porzione craniale, ma si allunga per dare origine al midollo spinale. Questo processo è molto delicato e dipende anche dalla nutrizione materna; ad esempio, la carenza di acido folico è collegata a difetti del tubo neurale per cui è raccomandato alle donne incinte di integrare questa vitamina durante i primi mesi di gravidanza. 32