Spermatogenesi e spermiogenesi

La spermatogenesi è la gametogenesi maschile, cioè il processo di maturazione delle cellule germinali maschili che avviene nei testicoli quando l'individuo ha raggiunto la pubertà sotto lo stimolo degli ormoni FSH e testosterone. La spermatogenesi non è da confondere con la spermiogenesi che è la terza ed ultima fase della spermatogenesi stessa in cui avviene la differenziazione finale che porta allo sviluppo di spermatozoi maturi. La spermatogensi è l'analogo processo dell'ovogenesi per la donna, ma differisce da questa principalmente per le tempistiche dal momento che la produzione di spermatozoi comincia nella pubertà e dura per tutta la vita dell'individuo mentre l'ovogenesi comincia già prima della nascita salvo poi interrompersi e riprendere all'avvenuta maturazione sessuale dell'individuo per terminare alla menopausa.  Al termine della spermatogenesi solo l'80% degli spermatozoi è normale, il restante 20% è costituito da spermatozoi funzionalmente o morfologicamente anomali. La spermatogenesi avviene all'interno dei testicoli e più precisamente nei tubuli seminiferi che sono condotti a fondo cieco che confluiscono nei tubuli seminiferi retti. I tubuli retti finiscono poi per anastomizzarsi nella rete testis da cui partono 15-20 dotti efferenti che si immettono nell'epididimo che continua poi nel canale deferente. La parete di questi tubuli seminiferi è formata da cellule di sostegno, denominate cellule del Sertoli e svariate cellule germinali rappresentate dagli elementi che compongono le varie tappe della spermatogenesi. Della durata di circa 64 giorni la spermatogenesi inizia con la divisione cellulare di cellule indifferenziate e residenti vicino alla lamina basale del tubulo seminifero (spermatogoni) che, con un susseguirsi di mitosi e meiosi, portano alla formazione di cellule mature (spermatozoi) che si distaccano dalla parte più luminale della parete tubulare. Le cellule germinali, quindi, seguono un processo che le porta dalle regioni più marginali della parete verso le regioni più apicali fino al rilascio all'interno del lume del tubulo.

Cellule del testicolo

Le cellule che entrano in gioco nella spermatogenesi si dividono in due grandi gruppi: cellule germinali e cellule non germinali. Le prime sono costituite dagli spermatozoi e dai loro precursori; le seconde da cellule che non costituiscono precursori e non diventano mai gameti, ma da cellule con funzioni trofiche e regolatorie. Le cellule germinali primordiali che colonizzano le gonadi maschili si organizzano in strutture cave definite tubuli seminiferi, la cui parete è data da cellule somatiche chiamate cellule del Sertoli. Al di fuori del tubulo seminifero, nella compagine del connettivo che lo avvolge, si rinvengono le cellule del Leydig che producono testosterone. In questa situazione, le cellule germinali, rappresentate da spermatogoni di tipo Al, che hanno già subito una fase di moltiplicazione cellulare nel corso dell'organogenesi, restano quiescenti fino alla maturità sessuale. Le cellule del Sertoli sono in stretto contatto tra loro nella porzione basale attraverso giunzioni occludenti che nell'insieme formano la barriera emato-testicolare. La presenza di tale barriera fa sì che il tubulo seminifero sia organizzato in due compartimenti:
-compartimento basale in cui sono ospitati gli spermatogoni e gli spermatociti leptotenici,
-compartimento adluminale in cui sono ospitati gli spermatociti più maturi, gli spermatidi e gli spermatozoi.
La barriera emato-testicolare ha diversi significati funzionali- la sua presenza infatti permette di mantenere microambienti diversi tra i due compartimenti in modo da favorire in quello adluminale la meiosi e la spermioistogenesi, oltreché impedire possibili esposte immunologicjie in seguito all'esposizione di antigeni germinali o il passaggio di macromolecole provenienti dal compartimento adluminale nella circolazione sanguigna dell'animale.
Le cellule del Sertolì svolgono anche altre funzioni quali:
-sostegno meccanico per le cellule germinali, le quali sono infatti impilate lungo la parete laterale delle cellule del Sertoli secondo il loro grado di maturazione, avvolte da un sistema di prolungamenti citoplasmatici delle cellule del Sertoli,
-attività fagocitarla nei confronti di cellule germinali degenerate e di corpi residuali,
-attività endocrina (ABP, inibina, fattore antimùlleriano).

Cellule germinali

Fanno parte delle cellule germinali i precursori, costituiti dagli spermatogoni, spermatociti e spermatidi, e gli spermatozoi.
Il fenomeno della spermatogenesi nei Mammiferi può essere suddiviso in tre fasi:
Fase mitotica di moltiplicazione e maturazione degli spermatogoni A e B, in cui le cellule germinali vengono attivate e attraverso una serie di divisioni mitotiche producono cloni di cellule denominate spermatogoni di tipo A1,A2,A3 ed A4. Gli spermatogoni intermedi, derivanti dagli spermatogoni A4, dividendosi formano spermatogoni di tipo B, che sono in grado di iniziare la meiosi evolvendo in spermatociti primari. Gli spermatogoni sono le cellule più indifferenziate e posti verso la lamina basale del tubulo seminifero. Presentano 12 µm di diametro e sono suddivisibili in tre tipi:
- spermatogoni A: costituiscono le cellule staminali, cioè le cellule in continua mitosi che non procedono nel processo differenziativo e si suddividono ulteriormente in: spermatogoni AD (da dark, scuro): sono cellule staminali o spermatogoni di riserva vista la loro posizione estremamente lontana dal lume del tubulo seminifero e dalle loro divisioni poco frequenti che possono portare o alla formazione di altri AD o alla creazione di spermatogoni AP;
- spermatogoni AP (da pale, chiaro): sono gli spermatogoni che riproducendosi portano alla formazione di spermatogoni più differenziati, fino ad arrivare agli spermatogoni B che sono l'ultima tappa prima degli spermatociti;
- spermatogoni B: sono gli spermatogoni successivi, dal punto di vista maturativo, a quelli di tipo A e costituiscono le cellule progenitrici degli spermatociti.
Dal punto di vista cromosomico, tutti gli spermatogoni sono cellule diploidi.

Spermatociti

Gli spermatociti sono le cellule che vanno incontro a meiosi e che quindi, partendo da un corredo cromosomico diploide, generano cellule aploidi. (cfr ciclo cellulare) Sono due i tipi di spermatociti:
- spermatociti primari o di primo ordine: sono quelli che derivano direttamente dagli spermatogoni B e che vanno incontro alla prima divisione meiotica. Durante questa meiosi la profase dura circa 22 giorni ed è il motivo per cui sono le cellule maggiormente presenti nei vetrini istologici. Sono cellule diploidi.
- spermatociti secondari o di secondo ordine: sono il risultato della prima divisione meiotica degli spermatociti primari, hanno un vita molto breve e sono cellule aploidi.

Meiosi è il processo  in cui si assiste al passaggio da spermatociti primari a spermatidi. ogni spermatocita di primo ordine o primario duplica il proprio DNA e subito dopo inizia la divisione meiotica. Con la prima divisione meiotica da ogni spermatocita di primo ordine si formano due spermatociti di secondo ordine o secondari, cellule aploidi per numero di cromosomi, ma con quantità 2c di DNA in quanto ogni cromosoma è ancora costituito da due cromatidi. Con la seconda divisione meiotica ogni spermatocita di secondo ordine si divide in due spermatidi, cellule completamente aploidi (avendo ricevuto ognuna un cromatide di ogni cromosoma) ma ancora indifferenziate.

Spermatidi

Gli spermatidi sono le cellule che risultano dalla seconda divisione meiotica e derivanti dagli spermatociti secondari. L'aspetto degli spermatidi è tondeggiante e non molto dissimile dagli spermatociti secondari: il nucleo è più piccolo, mentre l'apparato di Golgi presenta la vescicola acrosomiale. Gli spermatidi andranno incontro alla spermiogenesi per trasformarsi in spermatozoi.
Spermioistogenesi in cui gli spermatidi si trasformano in spermatozoi. E' distinta in 4 fasi:
- fase del Golgi in cui dall'omonimo apparato, si forma un granulo acrosomico avvolto da membrana;
- fase del cappuccio, in cui la vescicola acrosomica va a rivestire i 2/3 anteriori del nucleo mentre dal centriolo distale comincia a formarsi il flagello;
- fase dell'acrosoma in cui il nucleo si sposta alla periferia della cellula, la cromatina si addensa, i mitocondri si organizzano intorno alla parte prossimale del flagello;
- fase di maturazione in cui nucleo ed acrosoma assumono la forma tipica della specie per l'azione di una struttura microtubulare detta manchette, mentre la maggior parte del citoplasma (corpo residuale) è fagocitata dalle cellule del Sertoli.

Nei Mammiferi la lunghezza degli spermatozoi varia da 40 a 250 micron, considerando un nemaspermio di mammifero possiamo distinguere:
-una testa che contiene nucleo ed acrosoma (contenente spermiolisine per la digestione della matrice della corona radiata e acrosina per la digestione della zona pellucida),
-un collo dove si trovano i centrioli di cui il distale origina il flagello,
-una coda divisibile nei tratti intermedio (assonema, guaina fibrosa, guaina mitocondriale), principale (assonema, guaina fibrosa) e terminale (assonema).

Ormoni e spermatogenesi

Sotto lo stimolo dell'ormone ipotalamico FSH/LH-RH, l'adenoipofisi rilascia FSH ed LH. L'FSH agisce sulle cellule del Sertoli stimolandole a produrre Androgen Binding Protein (ABP), una proteina che ha alta affinità per il testosterone e ne favorisce la concentrazione nel comparto adluminale del tubulo seminifero. L'LH agisce sulle cellule pel Leydig stimolandole a produrre testosterone. Questo giunto alle cellule del Sertoli viene trasformato in deidrotestosterone. L'aumento della concentrazione del deidrotestosterone stimola le cellule del Sertoli a produrre inibina, un ormone che agisce a livello della adenoipofisi inibendo la produzione di FSH. Analogamente l'aumento della concentrazione ematica di testosterone agisce, con un meccanismo di feed-back negativo, sull'ipotalamo che diminuisce la produzione di FSH/LH-RH con un conseguente effetto negativo sulla produzione di testosterone ed ABP. Gli spermatozoi maturi si staccano dalle cellule del Sertoli e vengono immessi nel lume del tubulo seminifero, attraversano la rete testis del testicolo e raggiungono l'epididimo dove la loro motilità viene incrementata da un processo di maturazione mediante cambiamenti morfo-fisiologici quali la rimozione della goccia protoplasmatica e modificazioni nella composizione della membrana plasmatica , lai loro capacità fecondante viene tuttavia resa latente dal fattore di decapacitazione secreto dalle cellule a pennacchio dell'epididimo stesso. Dopo il passaggio attraverso l'epididimo gli spermatozoi si arricchiscono del liquido secreto dalle ghiandole annesse alle vie genitali maschili. L'insieme degli spermatozoi e del liquido prodotto da tali ghiandole, costituisce il liquido seminale o sperma prodotto in quantità e consistenza diversa nelle differenti specie animali. Gli spermatozoi maturi vengono stoccati nella coda dell'epididimo prima di essere eiaculati. La maggior parte degli spermatozoi non eiaculati viene gradualmente eliminata attraverso : il sistema urinario; la piccola percentuale che resta nell'epididimo va incontro a degenerazione e viene fagocitata. Gli spermatozoi dei Mammiferi acquietano la capacità. Si fecondare solo nel loro percorso lungo le vie genitali femminili, dove vanno incontro ad un processo di capacitazione attraverso una serie di modificazioni della membrana che facilita la reazione acrosomiale.

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