LA SPERMATOGENESI

Cellule germinali primordiali (PGC)

Migrazione dalla 4^ alla 6^

settimana

3^ sett.

Le PGC compaiono alla fine della 3^ settimana e migrano verso le creste

genitali dalla 4^ alla 6^.

SPERMATOGENESI

Eventi differenziativi nei testicoli:

1) All’arrivo delle PGC nelle creste genitali, si formano i

cordoni sessuali primitivi che circondano le cellule germinali.

2) dalle PGC si differenziano spermatogoni che non proliferano e non entrano in meiosi* fino alla

pubertà (blocco mitotico e meiotico ad opera delle cellule

pre-Sertoli);

*RA prodotto dal mesonefro

viene degradato dall’enzima citoplasm. sertoliano CYP26B1 (è

un citocromo P450) che, perciò, è

il fattore di inibizione della

meiosi nelle gonadi embrionali

maschili (cfr. OMI delle cellule

follicolari)

Creste genitali:

sono

ispessimenti sul

mesonefro

SPERMATOGENESI

Eventi differenziativi

nei testicoli:

3) nei cordoni sessuali primitivi

differenziano cellule pre-Sertoli

4) nello stroma differenziano

cellule interstiziali (precursori

delle cell. del Leydig) e

producono testosterone

Gli ormoni testicolari sono secreti anche nel feto (picco massimo al 4° mese) per poi diminuire fino alla nascita. Nel neonato, la steroidogenesi testicolare raggiunge livelli elevati a 2-3 mesi dopo il parto e poi diminuisce. Alla pubertà la secrezione aumenta in modo massiccio con crescita dei testicoli e sviluppo dei caratteri sessuali secondari.

Cambiamenti puberali dei testicoli

• Si formano tubuli seminiferi dai cordoni solidi

• Dalle cellule interstiziali si formano le cellule di Leydig

• Le cellule pre-Sertoli si differenziano in cellule di Sertoli

• Gli spermatogoni ricominciano a dividersi e diventano spermatogoni di tipo A (scuri o Ad)

• Il testicolo è suddiviso in 250-300 lobuli ad opera di setti connettivali della tunica albuginea

testicolo

epididimo

dotto deferente

Struttura del

testicolo

La spermatogenesi avviene normalmente

solo intorno a 34-35°C

SPERMATOGENESI

1. Tubulo retto; 2.

rete testis; 3.

condottini

efferenti;

4. epididimo;

5. dotto deferente

Struttura del

testicolo

Per testicolo ci sono 250-300 lobuli

Ogni lobulo contiene 1-4 tubuli seminiferi

Ogni tubulo seminifero è lungo 80 cm

Post. Ant.

SPERMATOGENESI

Tubuli seminiferi in sezione trasversale.

Ogni tubulo seminifero è spesso 150 µm e lungo 80 cm

SPERMATOGENESI

Gocce lipidiche

REL

Mitocondri con creste tubulari

Cellule di Leydig: le cellule produttrici di androgeni nel testicolo

SPERMATOGENESI

Ruolo delle cellule di Leydig

-Esprimono recettori per LH dopo stimolazione da parte

dell’ipofisi (prolattina).

- Sintetizzano testosterone e altri ormoni androgeni sotto il

controllo dell’ipofisi (LH).

Il testosterone mantiene la spermatogenesi, la libido

maschile, la funzione delle ghiandole accessorie maschili

come la prostata e le vescichette seminali.

L’epitelio della parete contiene 2

distinte

popolazioni:

1-cellule

somatiche

(Sertoli);

2-cellule

spermatogeniche

(spermatogoni,

spermatociti,

spermatidi,

spermatozoi)

Nell’interstizio ci sono le cellule

di Leydig

Dette anche

peritubulari: sono

responsabili

dell’attività contrattile che spinge gli

spermatozoi verso la

rete testis

Sezione schematica di alcuni tubuli seminiferi. Nel testicolo, i 3

compartimenti (basale, adluminale e interstiziale) sono separati dalla

barriera emato-testicolare e dalla parete del tubulo.

cellule mioidi

SPERMATOGENESI

Cellule con caratteristiche morfo-funzionali simili a

quelle delle cellule muscolari lisce:

• Miofibroblasti (nei TCPD: sono fibroblasti

che hanno molti microfilamenti; nelle ferite

durante la cicatrizzazione; non hanno

lamina basale)

• Cellule mioidi o peritubulari attorno ai

tubuli seminiferi (vedi oltre)

• Cellule mioepiteliali

Cellule mioidi

o peritubulari • Sono cellule interposte tra le

c. di Sertoli e di Leydig.

Sono in grado di contrarsi se

stimolate dalla endotelina

(21 aa) prodotta dalle c. di

Sertoli, facilitando il transito

del fluido tubulare e degli

spermatozoi verso la rete

testis. Inoltre, sembrano

modulare l’attività sertoliana regolando la risposta delle

Sertoli al FSH.

SPERMATOGENESI

Ley

Myo

Leydig cells (Ley) which secrete testosterone can be found outside the tubules with

the round nuclei. The contractile nature of myoid cells (Myo), with spindle-shaped

nuclei, help propel spermatozoa along the tubules. Note that the interstitial space

also contains blood vessels and lymphatics.

Cellule di Sertoli

Formano la barriera emato-testicolare che

1. separa i 2 ambienti in cui avvengono mitosi e meiosi.e

2. impedisce che l’organismo scateni una risposta immunitaria contro le proteine prodotte dagli spermatociti, spermatidi e spermatozoi che hanno subìto il crossing-over (proteine nonself). Se la barriera si interrompe, le risposta immunitaria produce sterilità autoimmunitaria.

3. Gli spermatogoni poggiano sulla lamina basale, gli spermatociti no.

Lamina basale

Sert.

Sp.goni

Sp.citi

Sp.zoi

Sp.tidi

G. occl.

SPERMATOGENESI

L’epitelio seminifero

Cellule di Sertoli:

sono cilindriche e

poggiano sulla m.

basale. Il nucleo ha

forma irregolare e

nucleolo prominente.

Gocciole lipidiche

sono visibili nel

citoplasma.

Epitelio seminifero nell’uomo

SPERMATOGENESI

SPERMATOGENESI

I molteplici ruoli delle cellule di Sertoli (esprimono recettori per FSH)

•contributo determinante al differenziamento della gonade

•repressione pre-puberale della meiosi (cfr. le cell. follicolari ed OMI)

•nutrizione/protezione delle cellule germinali (gap junctions- giunz. occludenti)

•regolazione della proliferazione e del differenziamento delle cellule germinali

(azione paracrina, giunzioni aderenti e comunicanti)

•regolazione dell’apoptosi degli spermatogoni •produzione di inibina ed attivina (membri della famiglia di TGFβ; la prima

inibisce la seconda stimola sintesi e secrezione ipofisaria di FSH).

•concentrazione degli androgeni (Androgen Binding Protein e Steroid Hormone

Binding Globulin) nel compartimento basale e nell’epididimo. •trasformazione del testosterone in diidro-testosterone

•separazione del compartimento basale da quello luminale (barriera emato-

testicolare) e spostamento delle cellule germinali differenzianti verso il lume

•fagocitosi di corpi estranei/batteri e della goccia citoplasmatica

•secrezione del fluido tubolare

From: Sertoli-Sertoli and Sertoli-Germ Cell Interactions and Their Significance in Germ Cell Movement in the

Seminiferous Epithelium during Spermatogenesis Endocr Rev. 2004;25(5):747-806. doi:10.1210/er.2003-0022

Endocr Rev | Copyright © 2004 by the Endocrine Society

Schematic drawing illustrating the relative

locations of the different types of junctions

found in the testis. Shown are tight, anchoring,

and gap junctions. Also depicted are two testis-

specific anchoring junction types: the

ectoplasmic specialization and tubulobulbar

complex. Tight junctions, basal ectoplasmic

specializations, and tubulobulbar complexes

that constitute the blood-testis barrier divide the

seminiferous epithelium into a basal and

adluminal compartment. Also notice the

proximity of the blood-testis barrier to the

basement membrane. This figure was prepared

based on the following original research articles

and reviews: (Refs.4 , 6 , 16 , 18 , 49 , 112 ,113

and 115 ).

From: Sertoli-Sertoli and Sertoli-Germ Cell Interactions and Their Significance in Germ Cell Movement in the

Seminiferous Epithelium during Spermatogenesis Endocr Rev. 2004;25(5):747-806. doi:10.1210/er.2003-0022

Endocr Rev | Copyright © 2004 by the Endocrine Society

Electron micrograph of a cross-section of a

seminiferous tubule from an adult rat testis

morphologically divided into the

seminiferous epithelium and tunica propria.

This figure illustrates the intimate

morphological relationship between a Sertoli

and germ cell, and the tunica propria. The

tunica propria is composed of an acellular

zone and a cellular zone. The acellular zone

is composed of the basement membrane (a

specialized form of the extracellular matrix

in the testis appearing as a homogenous

electron-dense layer, which is largely

constituted by type IV collagen laminin,

heparan sulfate, proteoglycans, and

entactin; see asterisks) and type I collagen

(see arrowheads); whereas the cellular

zone is composed of peritubular myoid

cells, lymph, and the lymphatic endothelium.

On the other hand, the seminiferous

epithelium is composed of Sertoli cells and

developing germ cells. Shown here are

Sertoli (SC) and germ (GC) cell nuclei in the

seminiferous epithelium. L, Lipid droplet; M,

mitochondrion.

SPERMATOGENESI

• Le PGC si trasformano in spermatogoni che restano bloccati in interfase (ad opera delle c. di Sertoli) fino alla pubertà.

• Alla pubertà, gli spermatogoni primitivi si risvegliano trasformandosi in spermatogoni di tipo A con capacità proliferativa. Sono cellule staminali di aspetto scuro (spermatogoni scuri o Ad, dove d=dark).

• La spermatogenesi inizia quando dagli spermatogoni scuri originano per mitosi spermatogoni chiari (spermatogoni di tipo Ap, dove p=pale), stadio intermedio tra le vere staminali e le successive generazioni in via di differenziamento.

• Dallo sp.gonio Ap deriva lo sp.gonio B, diretto precursore dello spermatocito.

• Nel tubulo seminifero coesistono quindi spermatogoni A e B

(dura 18 gg)

Le divisioni mitotiche

degli spermatogoni

consentono sia

l’automantenimento della popolazione

staminale, sia l’avvio verso un programma

di differenziamento.

Esse avvengono tutte nel compartimento basale

del tubulo seminifero e si concludono con la

produzione di spermatociti primari e di nuovi

spermatogoni di tipo Ad.

Spermatogenesi (durata:

74 ±5 gg) in 3 fasi

FASE 1: la proliferazione

entra in

meiosi

SPERMATOGENESI

Spermatogenesi

(74 ±5 gg)

FASE 1: la proliferazio

. ne

Da spermatogonio Ap a B sono

necessari 18 gg (forse 6 mitosi)

Lo spermatocita I inizia la meiosi nel

compartimento basale e la prosegue

in quello adluminale.

compartimento adluminale

Notare i ponti

citoplasmatici tra

spermatogoni,

spermatociti e oltre.

SPERMATOGENESI

S

PE

RM

AT

OG

EN

ES

I

FASE 2: la meiosi

(durata: 9+23+1

gg)

Gli spermatociti

primari si spostano

dal compartimento

basale a quello

adluminale (turn-

over delle giunzioni

occludenti Sertoli-

Sertoli) allo stadio

di leptotène

Spermatogenesi (74 ±5 gg)

-Profase I con crossing over in pachitene =9 gg;

-Completamento meiosi I= 23gg

-Completamento meiosi II=1 giorno

SPERMATOGENESI

FASE 3 (durata 23-24 gg)

la spermioistogenesi, dallo

spermatide allo

spermatozoo primitivo

•Formazione del flagello

•Formazione dell’acrosoma

•Localizzazione dei mitocondri

•Assunzione di una forma

idrodinamica

•“alleggerimento”, con eliminazione di acqua,

citoplasma e molecole non

strettamente indispensabili

Spermatogenesi (74 ±5 gg)

SPERMATOGENESI

Nucleo via via eterocromatico che si

arricchisce di proteine basiche e poi

di protammine (proteine contenenti circa il 50% di Arg);

Citoplasma: comparsa di

acrosoma, coda, corpo residuo

FASE 3: la

spermioistogenesi

(23-24 gg)

Spermatogenesi (74 ±5 gg)

• Durante la spermioistogenesi si distinguono

4 fasi:

• Fase del Golgi

• Fase del cappuccio

• Fase acrosomiale

• Fase di maturazione

FASE 3: la spermioistogenesi (23-24 gg)

Spermatogenesi (74 ±5 gg)

1. Fase del Golgi:

• Compaiono granuli golgiani (granuli proacrosomici) PAS-positivi che poi confluiscono in un unico granulo delimitato da una membrana derivante dal Golgi.

• La coppia di centrioli migra al polo opposto rispetto a quello della vescicola acrosomiale.

FASE 3: la spermiogenesi (23-24 gg)

SPERMATOGENESI

2. Fase del cappuccio: • Il granulo acrosomiale si

ingrandisce e copre i due terzi anteriori del nucleo. Si forma così il cappuccio acrosomiale.

Spermatide di uomo

SPERMATOGENESI

3. Fase acrosomiale

Acrosoma, nucleo e flagello si modificano.

• Il nucleo si allunga e si sposta alla periferia, diventando eterocromatico.

• L’acrosoma copre gran parte della superficie del nucleo e assume una forma tipica.

• Il citoplasma si allunga al polo caudale del nucleo e avvolge la parte prossimale del flagello

*Membrane del

Sertoli e dello

spermatide

Spermatide di uomo

*

*

SPERMATOGENESI

Spermioistogenesi

– l’acrosoma –

L’acrosoma si forma dall’apparato del Golgi

Assume una forma a “berretto da sci”, calato sul nucleo; resta circondato dalla

sua membrana.

Contiene enzimi di tipo lisosomiale (è di

fatto un mega-lisosoma): tra di essi,

ialuronidasi, esterasi, neuraminidasi,

acrosina (una proteasi simile alla

tripsina).

L’acrosoma serve per penetrare nella zona pellucida che circonda l’ovocita

SP

ER

MA

TO

GE

NE

SI

4. Fase di

maturazione

• Lo spermatide completa

la maturazione e diventa

spermatozoo.

Spermatidi di uomo

SPERMATOGENESI

Fasi finali della spermiogenesi

FA

SE

3: la sp

ermio

gen

esi (dura 2

3-2

4 g

g)

Acrosoma

Perinuclear ring

Nucleus

Microtubules of the manchette

SPERMATOGENESI

Schema di spermatozoo umano (lungo circa 50-60 mm)

e delle sue parti principali:

•la testa (5-6 mm),

•il collo,

•il segmento intermedio,

•il segmento principale,

•il segmento terminale.

Ci sono circa 100 mln di spermatozoi per cm3 di sperma

(conc. minima fecondante=15-20 mln/ml).

SPERMATOGENESI

Spermatozoo in sezione longitudinale (A) e trasversale, a vari livelli (B)

B

A

AXNM

Segmento intermedio

SPERMATOGENESI

Lo spermatozoo umano

SPERMATOGENESI

Il movimento

dello

spermatozoo

SPERMATOGENESI

Interazioni tra

ipotalamo,

ipofisi e

testicolo

(4-10 mg/die)

SPERMATOGENESI