Corso di Biotecnologie della Riproduzione Scuola di Specializzazione in Fisiopatologia della Riproduzione degli Animali Domestici (AA 2016/17) Corso di Biotecnologie della Riproduzione Prof.ssa M.E. Dell’Aquila Spermatogenesi Da Biol Reprod 2004

Apparato riproduttivo maschile

Apparato riproduttivo maschile

Struttura del testicolo

Tubulo seminifero Cellule del Sertoli Cellule germinali (da spermatogoni a spermatozoi) Membrana basale con cellule contrattili mioidi (barriera di permeabilità tra circolo ematico e testicolo) Cellule di Leydig

Struttura dell’epitelio seminifero Spermatozoi (RS, ES, S) Spermatidi (RS) Spermatociti Spermatogoni Sertoli

Architettura molecolare delle tight junctions (TJ) e delle actin-based adherens juntions (AJ) nei tubuli seminiferi del testicolo Biol Reprod 2004

Meccanismi regolatori della dinamica delle giunzioni nel testicolo e relativa localizzazione

Funzioni delle Cellule del Sertoli -Funzione recettoriale per FSH -Sintesi delle Androgen Binding Proteins (ABP) -Sintesi altre proteine -Produzione liquidi del tubulo -Ruolo nelle modificazioni citoplasmatiche delle cellule germinali -Conversione del testosterone in diidrotestosterone (5a-reduttasi) e in estrogeni (aromatasi) -Sintesi inibina e attivina -Completamento del rilascio spermatico (Spermiazione) Ricambio periodico annuale

Produzione degli spermatozoi Fase di moltiplicazione (divisioni mitotiche) Fase di formazione del corredo cromosomico aploide (meiosi) Fase di differenziamento delle strutture cellulari (spermioistogenesi) I 3 processi sono riflessi nella struttura morfofunzionale del tubulo seminifero

Divisioni cellulari nelle diverse classi di cellule germinali A (A0, A1 ,A2, A3) MITOSI Intermedia B (B1, B2) I div. meiotica II div. meiotica

Differente compartimentalizzazione del citoplasma in ovociti e spermatozoi

Rappresentazione schematica della spermatogenesi nell’uomo

Spermioistogenesi Principali eventi Sintesi di RNA Condensazione della cromatina Formazione dell’acrosoma da vescicole di Golgi Adesione dell’acrosoma all’involucro nucleare Formazione della coda dal centriolo Sviluppo del tratto intermedio Elica di mitocondri Elaborazione del citoplasma (ruolo cellule di Sertoli)

Sequenza degli eventi (1) Fase del Golgi: Formazione di granuli proacrosomiali dall’apparato di Golgi e loro coalescenza in un granulo principale; migrazione al polo opposto del centriolo prossimale che costituirà la base per la formazione della coda Fase del cappuccio: Allargamento del granulo acrosomiale e adesione all’involucro nucleare; Sviluppo di componenti assonemali della coda che si allungano nella zona periferica del citoplasma.

Sequenza degli eventi (2) Fase acrosomiale: Rotazione dello spermatidio in modo da avere l’acrosoma diretto verso la membrana basale del tubulo seminifero e la coda rivolta verso il lume Modificazioni della forma del nucleo (sferoidale  allungato appiattito); corrispondenti modificazioni della forma dell’acrosoma Condensazione della cromatina; sostituzione progressiva degli istoni con proteine di transizione Associazione dei microtubuli per la formazione dell’assonema e migrazione dei mitocondri

Sequenza degli eventi (3) Fase di Maturazione: Condensazione della cromatina; sostituzione progressiva delle proteine di transizione con protamine Acquisizione della forma definitiva della cellula Completamento della formazione dello strato di fibre intorno all’assonema

Controllo endocrino della funzione testicolare nei mammiferi

Funzioni delle Cellule di Leydig -Funzione recettoriale per LH -Produzione del testosterone

Rapporti intercellulari tra componente somatica e germinale nel follicolo e nel tubulo seminifero

Struttura dello spermatozoo maturo umano

Contributo delle ghiandole accessorie alla formazione del seme Materiale mucoide, fruttosio, prostaglandine e fibrinogeno Fluido lattiginoso, acido citrico, calcio, profibrinolisina, fosfati Parte gelatinosa del plasma seminale, sialomucina

Cromosomi sessuali: spermatozoi X e Y Nei mammiferi il sesso maschile è eterogametico; Una popolazione spermatica ha 50% di spermatozoi che portano il cromosoma X e 50% con il cromosoma Y; La differenza in contenuto di DNA tra cromosoma X e Y può essere evidenziata mediante colorazione in fluorescenza e analisi citofluorimetrica e consente la separazione dei due tipi di spermatozoi; Implicazioni in riproduzione animale e in medicina riproduttiva umana.

SVILUPPO E CONTROLLO DELLA MOTILITA’ DEGLI SPERMATOZOI DI MAMMIFERO NELL’EPIDIDIMO Le strutture morfologiche per l’attività flagellare sono assemblate durante la spermiogenesi nel testicolo da cui gli spermatozoi emergono immobili. La motilità degli spermatozoi nel testicolo è soppressa a causa dell’assenza di un intermedio di reazione essenziale. Gli spermatozoi nella testa dell’epididimo hanno motilità circolare, nella coda acquisiscono motilità progressiva. La motilità è controllata dall’interazione tra 3 fattori: concentrazione di AMPc livello citosolico di Ca++ pH intracellulare

Principali pathways della regolazione della motilità in spermatozoi di mammifero controllati da Ca++ e pH nell’epididimo GSK3=Glycogen synthase kinase 3

Modifiche nella composizione del fluido luminale epididimale ai differenti livelli del dotto possono influenzare i livelli di calcio intracellulare, di pH, etc. e avere effetti conseguenti sulla motilità.

Letture consigliate Monesi V. Istologia (cap XVIII). Piccin Ed. Padova Sadler TW “Langman’s Medical Embryology” Williams and Wilkins. Baltimore, MD USA Cap.I-II. Hafez & Hafez. Reproduction in Farm Animals (cap VII). Lippincott Williams & Wilkins Ed.