fecondazione mammiferi interna PDF

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appunti chiari e schematici sulla fecondazione dei mammiferi...

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Fecondazione nei mammiferi Il tratto riproduttivo femminile è un insieme di tessuti altamente specializzati che regolano attivamente il trasporto e la maturità di entrambi i gameti. La regione dove ha luogo la fecondazione è l’ampolla

-traslocazione L’incontro tra spermatozoo e uovo è facilitato dal tratto riproduttivo femminile. Un oocita di mammifero appena rilasciato dall’ovaio, è circondato da una matrice contenente le cellule del cumulo ooforo che serviranno a far catturare l’oocita dalle fimbrie dell’ovidotto. Una volta catturato, battiti di cilia cellulari e contrazioni muscolari, trasporta il complesso oocita-cumulo nella posizione più opportuna per la sua fecondazione nell’ovidotto. [nella specie umana circa 300.000.000 di spermatozoi vengono eiaculati nella vagina] La traslocazione dello spermatozoo dalla vagina all’ovidotto, coinvolge molti processi che agiscono in tempi e luoghi differenti:  La motilità spermatica  Le contrazioni muscolari dell’utero  La reotassi spermatica in cui lo spermatozoo riceve informazioni direzionali dal flusso di liquidi che percorre l’ovidotto, nuotando in senso opposto.

-capacitazione Durante il tragitto dalla vagina alla regione ampollare dell’ovidotto, lo spermatozoo matura fino ad acquistare la capacità di fecondare l’uovo. Gli spermatozoi dei mammiferi appena eiaculati sono immaturi e non possono fecondare l’uovo. Lo spermatozoo dunque deve andare incontro ad una serie di modificazioni denominata capacitazione. Gli spermatozoi che non sono stati capacitati, sono trattenuti nella matrice del cumulo ooforo e non giungono quindi all’uovo. La gara tuttavia non è vinta dal più veloce, poiché il più veloce potrebbe non completare la sua capacitazione. Gli eventi molecolari che hanno luogo durante questo processo preparano lo spermatozoo alla reazione acrosomale e lo abilitano a divenire iperattivo. Due tipi di modificazioni molecolari sono considerate importanti: 1) Cambiamenti lipidici = la membrana dello spermatozoo viene modificata mediante la rimozione del colesterolo da parte di albumine presenti nelle vie genitali femminili, l’efflusso del colesterolo dalla membrana cellulare cambia posto alle “zattere lipidiche” regioni isolate della membrana cellulare, che spesso contengono proteine recettrici che possono legarsi alla zona pellucida e partecipare alla reazione acrosomale. 2) Cambiamenti proteici = durante la capacitazione vengono perdute particolari proteine o carboidrati della superficie della cellulare dello spermatozoo ed è possibile che queste sostanze mascherino i siti di riconoscimento delle proteine di legame della zona pellucida.

Potrebbero esserci importanti correlazioni tra traslocazione e capacitazione. Smith e Suarez (1998) hanno documentato che prima di entrare nell’ampolla dell’ovidotto, gli spermatozoi non capacitati si legano attivamente alla membrana delle cellule della tuba, nel suo tratto stretto (istmo), che precede l’ampolla. Questo legame è transitorio e sembra si interrompa quando gli spermatozoi sono capacitati. Il legame inoltre, può agire come blocco della polispermia.

-iperattivazione, termotassi, chemiotassi L’iperattivazione sembra essere mediata dall’attivazione di un canale al calcio sperma-specifico, localizzato nella coda dello spermatozoo [il battito asimmetrico della coda diventa sincrono con un più alto grado di flessione]. L’iperattivazione, consente tuttavia allo spermatozoo di aprirsi un varco attraverso la matrice cellulare del cumulo ooforo, ma cosa fornisce allo spermatozoo le giuste indicazioni? Una di queste potrebbe essere il calore; gli spermatozoi di mammifero capacitati infatti, possono avvertire piccole differenze di temperatura e migrare poi verso temperature più alte. La maggior parte degli spermatozoi quando giunge nella regione ampollare ha già effettuato la reazione acrosomale. A questo punto entra in gioco la chemiotassi: pare che l’oocita e le cellule del cumulo secernano molecole che attirano gli spermatozoi. L’identità di questi composti è stata studiata e uno di loro sembra essere il progesterone: si è scoperto che nella specie umana il progesterone si lega ad un recettore capace di attivare i canali al calcio nella regione della membrana cellulare della coda dello spermatozoo, iperattivandolo. Questa attivazione ha luogo solo dopo l’innalzamento del Ph intracellulare dello spermatozoo. Riassumendo, tre processi portano gli spermatozoi a contatto con l’uovo: -reotassi (lungo raggio) -termotassi (medio raggio) -chemiotassi (corto raggio)

-reazione acrosomale e riconoscimento a livello della zona pellucida Prima che lo spermatozoo di mammifero possa legarsi all’oocita, deve legarsi e penetrare nella zona pellucida dell’uovo. La zona pellucida svolge nei mammiferi un ruolo analogo a quello della membrana vitellina negli invertebrati. La zona pellucida nell’uomo possiede quattro glicoproteine principali: ZP1, ZP2, ZP3, ZP4. [Il legame dello spermatozoo alla zona pellucida, è relativamente ma non assolutamente specie-specifico] Gli spermatozoi di successo, sono già andati incontro alla reazione acrosomale quando vengono osservati in corrispondenza del cumulo ooforo. Inoltre probabilmente gli stessi si legano all’uovo attraverso la proteina ZP2, posizionata sulla zona pellucida (è stato dimostrato come ZP2 sia fondamentale per il legame spermatozoo-oocita). È stato poi dimostrato come spermatozoi di topo con un acrosoma ancora integro, possano legarsi a ZP3 e come ZP3 possa dare inizio alla reazione acrosomale a livello della zona pellucida. In realtà quindi, esistono diversi sistemi. [poiché la composizione biochimica della zona pellucida differisce tra le varie specie, i meccanismi che regolano l’unione spermatozoo- uovo differiscono tra le varie specie]

-fusione dei gameti e blocco della polispermia Nei mammiferi, lo spermatozoo prende contatto non con la punta della testa, ma con un lato. La regione di giunzione è denominata regione equatoriale ed è il sito dove le membrane di spermatozoo e uovo iniziano a fondersi tra di loro (come nel riccio di mare, lo spermatozoo si lega a quelle regioni della superficie dell’uovo, dove l’actina citosolica polimerizza per estendere i suoi microvilli verso lo spermatozoo. Per quanto riguarda il coinvolgimento di proteine spermatiche nel processo di fusione, nel 2005 si è identificata una proteina simile all’immunoglobulina, Izumo. Dopo la reazione acrosomale, Izumo si ridistribuisce lungo la superficie dello spermatozoo, essenzialmente dove è la zona equatoriale. Anche lo spermatozoo umano contiene la proteina Izumo. Izumo si lega ad una proteina dell’uovo chiamata Juno e l’interazione tra Izumo e Juno è funzionale al reclutamento della proteina dell’uovo CD9, insieme collaborano all’adesione tra spermatozoo e uovo.

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Blocco della polispermia Non è ancora stato individuato un blocco rapido della polispermia nei mammiferi, ma anche se ci fosse sarebbe superficiale. Tuttavia il blocco lento della polispermia nei mammiferi è mediato da enzimi secreti da granuli corticali che modificano le proteine della zona pellucida. La proteina ZP2 viene scissa dalla proteasi ovastacina e perde la sua capacità di legarsi allo spermatozoo [l’ovastacina viene rilasciata durante la fusione dei granuli corticali]. Un ulteriore blocco lento della polispermia coinvolge la proteina Juno: non appena le membrane dello spermatozoo e dell’uovo si fondono fra loro, la proteina Juno viene rilasciata dalla membrana plasmatica. In questo modo il sito di ancoraggio per lo spermatozoo viene rimosso.

-fusione del materiale genetico Come nel riccio di mare, lo spermatozoo dei mammiferi trasporta all’interno il su o contributo genetico nella forma di un pronucleo aploide [nei mammiferi il processo di migrazione dei pronuclei richiede circa 12h]. Il DNA del nucleo dello spermatozoo è legato a proteine basiche (protamine), compattate tra loro grazie a ponti disolfuro che vengono poi ridotti consentendo lo svolgimento della cromatina dello spermatozoo. Subito dopo la penetrazione, il nucleo dello spermatozoo è bloccato allo stadio di metafase seconda. Come nel riccio di mare, le variazioni di calcio inattivano la MAP chinasi, consentendo la sintesi del DNA. Ma essendo in uno stato di metafase seconda, le variazioni del calcio attivano un’altra chinasi che porta alla proteolisi della ciclina – facendo riprendere il ciclo cellulare- e della securina –che tiene insieme i cromosomi metafasici-. La sintesi del DNA avviene separatamente in ciascun pronucleo maschile e femminile. Il centrosoma che accompagna il pronucleo maschile, forma i suoi aster i microtubuli uniscono i due pronuclei e consentono loro di migrare l’uno verso l’altro. Quando i due pronuclei si incontrano gli involucri nucleari si disgregano. Tuttavia, anziché formare un unico nucleo unico dello zigote (come nel riccio di mare), la cromatina si condensa in cromosomi, che si orientano su uno stesso fuso mitotico. Quindi nei mammiferi un nucleo diploide vero e proprio si forma non nello zigote ma allo stadio di due blastomeri. I mitocondri maschili vengono degradati nel citoplasma dell’uovo, cosicchè tutti i mitocondri dell’organismo sono derivati dalla madre.

-attivazione dell’uovo dei mammiferi Come in ogni altro animale studiato, un aumento transitorio del calcio citoplasmatico è necessario per attivare l’uovo nei mammiferi. Sempre come nel riccio di mare, la fecondazione da il via al rilascio intracellulare di calcio mediante la produzione di IP3 da parte della fosfolipasi C. Tuttavia la PLC di mammifero (responsabile dell’attivazione dell’uovo e della formazione del pronucleo) può derivare dallo spermatozoo invece che dall’uovo. Fu quindi evidente che nella testa dello spermatozoo doveva essere immagazzinato un attivatore del rilascio del calcio. Questo attivatore si rivelò essere PLCzeta, trasferito all’uovo mediante la fusione dei gameti.

Mentre le uova di riccio di mare sono attivate da una sola ondata di calcio, l’uovo di mammifero è attraversato da numerose onde di calcio; così l’esocitosi dei granuli corticali avviene prima del ripristino della meiosi e dalla traduzione degli mRNA materni. Gli ioni calcio che non vengono utilizzati sono pompati in senso opposto verso l’interno del reticolo endoplasmatico e ulteriori ioni calcio vengono acquisiti dall’esterno della cellula. Tale reclutamento di ioni calcio extracellulari è necessario alle uova per completare la meiosi....