Corso di Biotecnologie della Riproduzione Animale Lez. 1 Introduzione Università degli Studi di Bari Aldo Moro Scuola di Specializzazione in Fisiopatologia della Riproduzione degli Animali Domestici Anno Accademico 2016/17 Corso di Biotecnologie della Riproduzione Animale Lez. 1 Introduzione Prof.ssa Maria Elena Dell’Aquila Dipartimento di Bioscienze, Biotecnologie e Biofarmaceutica Polo di Valenzano - Tel:080-4679888; Fax 080-4679883 E-mail: mariaelena.dellaquila@uniba.it

Assisted Riproductive Technologies (ART) Definizione= Insieme di metodiche utilizzate per il trattamento dell’infertilità o ipofertilità al fine di ottenere una gravidanza mediante tecniche artificiali o parzialmente artificiali Non esiste ad oggi una definizione univoca e restrittiva del termine ART Il suo uso riguarda principalmente gli ambiti di: - ginecologia, andrologia, ostetricia - endocrinologia riproduttiva - tossicologia riproduttiva e dello sviluppo

Finalità delle ART in ambito sanitario Superamento dell’infertilità o ipofertilità Controllo della trasmissione di patologie ereditarie mediante analisi genetiche nell’embrione preimpianto (PGD) Scelta del sesso del nascituro in relazione alla presenza di madri portatrici di patologie X-linked Conservazione del potenziale riproduttivo di soggetti sottoposti a trattamenti chirurgici o terapie oncostatiche con danni a carico della linea germinale Trattamento di patologie infettive

Normativa di riferimento Legge 40/2004 Superati o in discussione i problemi relativi a: Divieto di produzione di più di tre embrioni Controllo trasmissione patologie ereditarie mediante analisi genetiche nell’embrione preimpianto (PGD) Crioonservazione degli embrioni Impianto unico e contemporaneo di tutti gli embrioni prodotti Fecondazione eterologa

Finalità in campo veterinario Incremento efficienza riproduttiva Miglioramento genetico e diffusione genotipi di pregio Riduzione di spese nel commercio di embrioni Controllo malattie trasmissibili per vie veneree Recupero soggetti sterili Migliore utilizzo soggetti in attività Scelta del sesso della progenie Miglioramento genetico per via materna e paterna Espansione potenziale riproduttivo di animali di pregio morti o macellati d’urgenza Salvaguardia specie e razze in rischio di estinzione

Cronologia delle milestones delle Biotecnologie Riproduttive 1950 Crioconservazione del seme 1950 Inseminazione artificiale con seme congelato 1960 Induzione dell’ovulazione multipla 1950-70/80 Trasferimenti embrionari 1980 Produzione di embrioni in vitro (IVF-IVP) 1980 Crioconservazione embrioni/ovociti 1990 Manipolazioni embrioni e Emb Stem Cells 1990 Sessaggio embrioni e seme 1990 Microfertilizzazione assistita (ICSI) 1990 Diagnosi genetica preimpianto 1990 Produzione di Animali transgenici 1990/2000 Animali Clonati/Transgenici 2000/2010 OMICS

Sviluppo e applicazioni delle Biotecnologie Riproduttive Background necessario: elementi di - Fisiologia della riproduzione - Biologia dei gameti ed embrioni Anatomia e fisiologia dell’apparato riproduttivo Gametogenesi ed embriogenesi Controllo endocrino dell’attività riproduttiva Mitosi e Meiosi Struttura e funzioni del genoma Biologia molecolare delle cellule eucariotiche Signaling intracellulare Sviluppo e applicazioni delle Biotecnologie Riproduttive

Apparato riproduttivo femminile

Le cellule riproduttive

Mitosi

Cellule che terminano di dividersi MI (mitosi) G2 (Gap 2) G1 (Gap 1) Fase S (sintesi DNA) Cellule che terminano di dividersi Ciclo cellulare

Meiosi No DNA sintesi

Crossing over

Follicologenesi ed ovogenesi Sezione trasversale dell’ovaio Follicolo preovulatorio

Cronologia della gametogenesi femminile I fase: vita intrauterina 2° settimana: i gameti derivano dalle cellule germinali primordiali (PGC) che si formano nell’epiblasto e migrano nella parete del sacco vitellino; 4°- 5° settimana: le PGC migrano dal sacco vitellino verso le creste genitali 2°- 3° mese: Durante la migrazione e anche dopo l’arrivo il numero delle PGC aumenta per divisioni mitotiche Fine del 3° mese: differenziamento in oogoni in follicoli primordiali 5° mese: massimo numero (circa 7 M/ovaio), entrata in meiosi e inizio atresia 5°- 7° mese: riduzione numerica massiva (700.000 – 2M in totale) Poco prima della nascita: gli ovociti primari sopravvissuti giungono in profase della meiosi I (stadio di diplotene) NASCITA

Cronologia della gametogenesi femminile II fase: post-pubertà Inizio della pubertà: sono presenti circa 400.000 ovociti primari; di questi non più di 500 andranno incontro all’ovulazione nella vita fertile di una donna; > 60 gg: da follicolo primordiale a follicolo primario (cellule cubiche in più strati e produzione ZP) - fase ormono-indipendente; > 65 gg: da follicolo primario a follicolo antrale (FSH) Ultimi 14 gg: da follicolo antrale a follicolo preovulatorio (FSH+LH) Atresia degli altri follicoli della cohorte Ovulazione e spostamento dell’ovocita nell’ampolla oviduttale (LH) Formazione del corpo luteo (LH) FERTILIZZAZIONE ?!?!?!

Sviluppo follicolare fase post-pubertà

Accrescimento somatico dell’ovocita coniglio, furetto, ermellino, ratto d'acqua, criceto cagna

Controllo ormonale della maturazione follicolare e ovocitaria Asse ipotalamo- ipofisi-gonadi

Asse ipotalamo- ipofisi-gonadi Ormoni ipofisari coinvolti nella regolazione dell’attività riproduttiva nel maschio e nella femmina Asse ipotalamo- ipofisi-gonadi

nella donna – modificazioni: Ciclo riproduttivo nella donna – modificazioni: ovariche; termiche; ormonali; uterine.

Produzione di embrioni in vitro Maturazione in vitro dell’ovocita Capacitazione del seme in vitro Coincubazione spermatozoi ed ovociti/microfertilizzazione Coltura in vitro dell’embrione Selezione di embrioni per congelamento e/o transfer

Letture consigliate Biotecnologie Follicologenesi ed ovogenesi Gordon I “Laboratory production of cattle embryos”. CAB International, Wallingford, Oxon UK 2003. Godke R et al.“Assisted reproductive technologies and embryo culture methods for farm animals” in: Transgenic animal technology: A laboratory handbook. C.A. Pinkert. Academic Press, San Diego CA, USA. 2002. Follicologenesi ed ovogenesi Sadler TW “Langman’s medical embryology” Williams and Wilkins. Baltimore, MD USA Cap.1-2. Monesi V Istologia (cap XVIII) Piccin Ed. Padova 2003