APPARATO GENITALE MASCHILE – 2°

SPERMATOGENESI­­_________________

 

NOTA

Prima facciamo la trattazione generale,dopo prenderemo in esame alcuni singoli argomenti trattati per un maggior chiarimento.

 

 

 

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.

 

È l’analogo dell’oogenesi 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’oogenesi comincia già prima della nascita salvo poi interrompersi e riprendere all’avvenuta maturazione sessuale dell’individuo per terminare alla menopausa.

 

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.

 

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.

 

Gli spermatozoi, infatti, si impegnano nel lume dei tubuli seminiferi e seguono poi la strada sopra indicata fino all’epididimo dove sono in grado di stanziare anche più di sette giorni acquisendo la motilità necessaria per poter raggiungere l’ovulo da fecondare.

 

È importante notare come la spermatogenesi non porti alla creazione di spermatozoi completamente in grado di fecondare un ovulo: questo a causa della mancata motilità. Nel viaggio attraverso l’epididimo avviene la decapacitazione: un fenomeno biochimico che induce gli spermatozoi a perdere completamente motilitá fino al contatto con le tube uterine. La fase finale della maturazione avviene soltanto all’interno dell’utero o delle tube uterine attraverso la capacitazione. Questa ultima e fondamentale fase di maturazione della durata di 7 ore circa permette allo spermatozoo di perdere il rivestimento di glicoproteine e proteine seminali dalla superficie dell’acrosoma e quindi di partecipare alla reazione acrosomiale per la fusione con l’ovulo

 

Tipi cellulari

 

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.

 

Cellule germinali

Fanno parte delle cellule germinali i precursori, costituiti dagli spermatogoni, spermatociti e spermatidi, e gli spermatozoi.

 

Spermatogoni

Gli spermatogoni sono le cellule più indifferenziate e posti verso la lamina basale del tubulo seminifero. Presentano 12 µm di diametro[1] 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. 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 22-24 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.

 

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.

 

Spermatozoi

Gli spermatozoi, si generano durante la spermiogenesi a partire dagli spermatidi come spermatozoi primitivi. Essi sono costituiti da:

 

una testa: occupata prevalentemente dal nucleo (costituito da cromatina altamente condensata), dall’acrosoma che ricopre circa i 2/3 del nucleo e dal quale è separato da un sottile spazio subacrosomiale e dalla fossetta d’impianto per la coda. L’acrosoma contiene una serie di molecole glicoproteiche ed enzimi proteasici fondamentali per la fecondazione.

 

una coda: lunga complessivamente 55-60 µm è costituita da 4 segmenti:

il collo che costituisce la porzione di collegamento con la testa nella fossetta d’impianto e presenta i due centrioli del sistema microtubulare;

 

la parte intermedia (5 µm) dove inizia l’assonema (costituito da 9 + 2 microtubuli) che si protrarrà per tutta la coda; è avvolta da 9 fibrille esterne e una guaina formata da mitocondri avvolti a spirale;

 

la parte principale (45-50 µm) costituita dall’assonema e 9 fibrille esterne circondate da una guaina fibrosa;

 

la parte terminale (4-6 µm) costituita dall’assonema avvolto nella membrana plasmatica.

Sono cellule aploidi.

 

Cellule non germinali

Fanno parte delle cellule non germinali le cellule del Sertoli, che entrano a far parte del tubulo seminifero e, tra una cellula e l’altra, contengono le varie cellule germinali e le cellule di Leydig che hanno un ruolo estremamente marginale dal punto di vista materiale della spermatogenesi, ma fondamentale dal punto di vista regolatorio dal momento che producono il testosterone che è la principale molecola che regola l’attività delle cellule di Sertoli.

 

Cellule di Sertoli

 

Le cellule di Sertoli non fanno parte delle cellule germinali ma costituscono le cellule di sostegno del tubulo seminifero. Esse sono infatti appoggiate sulla lamina basale del tubulo e danno direttamente nel lume. Fra una cellula e l’altra avvengono le varie tappe della spermatogenesi e, quindi, in una sezione di tubulo seminifero si potranno notare cellule di Sertoli con intercalati i vari spermatogoni, spermatociti, spermatidi e spermatozoi in via di differenziazione o maturazione.

 

Il ruolo delle cellule di Sertoli è puramente trofico e di supporto alla spermatogenesi, con un’importante funzione di fagocitosi nelle fasi terminali della maturazione degli spermatozoi.

 

Le cellule di Sertoli non vanno più incontro a divisione cellulare dopo la pubertà mantenendo quindi un rapporto costante con le cellule germinali adiacenti. Nonostante la loro mancata riproduzione, sono cellule con un’altissima resistenza alle avversità (come raggi X, malnutrizione o infezioni) rispetto alle loro controparti germinali molto più delicate e quindi suscettibili agli insulti esterni.

 

 

Cellule di Leydig

 

Le cellule di Leydig sono cellule presenti nello stroma che avvolge i tubuli seminiferi e, vista la loro lontananza dalle cellule germinali, non sono direttamente coinvolte, come le cellule di Sertoli, nella spermatogenesi. In realtà il loro ruolo è fondamentale per la loro capacità di produzione del testosterone sotto lo stimolo dell’ormone LH, una gonadotropina ipofisaria.

 

Il testosterone prodotto diffonde tramite l’interstizio fino alla lamina basale del tubulo dove viene assorbito dalle cellule di Sertoli, le quali sono sensibili a tale ormone, regolando così la spermatogenesi.

 

Fasi

 

La spermatogenesi si costituisce essenzialmente di 3 fasi principali: fase moltiplicativa, meiotica e differenziativa.

 

Nella fase moltiplicativa i precursori diploidi si replicano per mitosi producendo una parte di cellule che continueranno la moltiplicazione e una parte che procede nella fase meiotica dove si ha il passaggio da cellule diploidi a cellule aploidi che si differenzieranno in spermatozoi durante la fase finale.

 

Fase moltiplicativa

Nella prima fase si assiste a svariate mitosi degli spermatogoni: gli spermatogoni AD si dividono continuamente in spermatogoni AD o AP. Questi ultimi procedono differenziandosi in spermatogoni B che si evolvono in spermatociti di primo ordine, ultime cellule di questa fase.

 

Fase meoitica

Nella seconda fase gli spermatociti di primo ordine vanno incontro a meiosi. Durante la fase di preleptotene si ha una duplicazione di DNA che rende queste cellule già diploidi di fatto tetraploidi. Durante la prima divisione meiotica si assiste ad una profase particolarmente lunga (circa 22-24 giorni) costituita da 5 stadi:

 

leptotene: con i cromosomi costituiti da un mazzetto di filamenti sottili;

zigotene: durante il quale avviene l’appaiamento dei cromosomi omologhi e sessuali con conseguente crossing over;

pachitene: con l’addensazione dei cromosomi sessuali che forma la cosiddetta vescicola sessuale;

diplotene: in cui ha inizio la separazione dei cromosomi omologhi uniti in tetradi;

diacinesi: dove si ha il distacco definitivo dei cromosomi omologhi.

Terminata la profase I, si ha la conclusione della prima divisione meiotica passando attraverso le sue fasi classiche: metafase I (con disposizione dei cromosomi omologhi lungo l’equatore), anafase I (con migrazione dei cromosomi ai poli cellulari) e telofase I (ricostruzione dei nuclei delle due cellule figlie). Tale divisione porta alla formazione degli spermatociti secondari che, essendo il risultato della segregazione dei cromosomi omologhi sono costituiti da un corredo aploide formato da una doppia copia di DNA (ogni cromosoma è formato da due cromatidi fratelli).

 

La fase meiotica si conclude con la seconda divisione meiotica che parte dagli spermatociti secondari per andare a formare gli spermatidi rotondi, cellule aploidi che non andranno più incontro a divisioni cellulari.

 

Fase differenziativa

La terza e ultima fase (detta anche spermiogenesi) è il momento nel quale gli spermatidi, in luogo della loro cessata divisione cellulare, cominciano a differenziarsi e a trasformarsi nei gameti attraversando tre fasi: la fase di Golgi, la fase acrosomiale e la fase di maturazione.

 

In questo momento gli spermatidi sono cellule contenenti un nucleo, diversi mitocondri, un apparato di Golgi vicino al nucleo, un paio di centrioli, ribosomi liberi e reticolo endoplasmatico liscio. Essi nel complesso vanno incontro a fenomeni di condensazione nucleare, sviluppo del flagello, formazione dell’acrosoma e perdita di citoplasma.

 

Fase di Golgi

In questa prima fase nelle vescicole costituenti l’apparato di Golgi si ha un accumulo di granuli proacrosomiali che fondendosi generano un unico grande granulo acrosomiale all’interno della vescicola acrosomiale. Tutto questo avviene nel polo cellulare opposto rispetto a dove migrano i centrioli che cominciano a dare forma all’assonema di cui sarà costituito il flagello.

 

Fase acrosomiale

La formazione dell’acrosoma si completa con l’ampliamento della vescicola e del granulo acrosomiale che vanno ora a coprire circa la metà superiore del nucleo, il quale si sta allungando e condensando. I mitocondri si avvolgono a spirale intorno alla regione della coda chiamata parte intermedia che è la zona che durante i movimenti flagellari consumerà più energia e che quindi avrà più bisogno di mitocondri. In questa seconda fase avviene anche l’allineamento dello spermatozoo con la testa rivolta verso la parete del tubulo e il flagello in allungamento verso il lume.

 

Fase di maturazione

In quest’ultima fase si assiste essenzialmente alla conclusione della formazione di flagello e testa, ma soprattutto alla perdita di citoplasma, che avviene con il distacco di vescicolette, i corpi residui, che sono fagocitati dalle cellule del Sertoli.

 

Infine si ha il distacco degli spermatozoi dalle cellule di Sertoli (e quindi dal tubulo seminifero) e il loro conseguente rilascio nel lume del tubulo.

 

 

Regolazione

 

Ormoni

Le cellule principali coinvolte nella regolazione della spermatogenesi sono le cellule di Sertoli, le cellule di sostegno del tubulo seminifero che entrano in contatto con tutti i vari tipi di cellule germinali. Sulle cellule di Sertoli agiscono due importanti ormoni: l’ormone follicolo-stimolante (FSH) prodotto dall’ipofisi e il testosterone prodotto dalle cellule di Leydig (le quali a loro volta producono tale ormone sotto lo stimolo dell’ormone luteinizzante (LH) ipofisario).

 

L’FSH, inoltre, non solo agisce direttamente sulle cellule di Sertoli per stimolarle, ma induce la produzione della proteina androgenolegante che si combina con il testosterone e lo trasporta nei tubuli seminiferi facilitando il contatto con le cellule di Sertoli stesse.

 

Temperatura

Fondamentale per la regolazione della spermatogenesi è anche la temperatura la quale deve essere rigorosamente di 35 °C e non di 36/37 °C come il resto dell’organismo.

 

Il plesso pampiniforme, il plesso venoso che circonda le arterie testicolari generando uno scambio di temperatura controcorrente, la sudorazione scrotale e la contrazione dei muscoli cremasterici (con conseguente avvicinamento dei testicoli all’addome) sono alcune delle forme con cui si controlla e modifica la temperatura testicolare.

 

Patologie e disfunzioni

Chiaramente una qualsiasi disfunzione o blocco della spermatogenesi porta a sterilità o difficoltà nel concepimento.

 

Temperatura

Una delle principali problematiche che possono portare a disfunzionalità è il criptorchidismo, cioè la condizione di non completa discesa dei testicoli. Se i testicoli, che nel momento dello sviluppo prenatale (o al massimo entro i tre mesi di vita) non sono scesi dalla cavità addominale allo scroto, rimangono in una sede con una temperatura superiore a quella che permette di far avvenire la spermatogenesi (37 °C al posto di 35 °C) con una conseguente sterilità che può essere risolta con un intervento chirurgico che riporti in sede scrotale i testicoli.

 

Altri fattori

Tra altri fattori che possono portare a malfunzionamenti o blocchi della spermatogenesi si annoverano: radiazioni ionizzanti, farmaci, l’alcolismo, sali di cadmio, stress psichici e carenze vitaminiche (A ed E soprattutto).

 

La sindrome delle cigli immobili, che può colpire anche l’apparato respiratorio, è caratterizzata da una mancanza delle proteine che permettono il movimento flagellare con conseguente immobilizzazione degli spermatozoi.

 

 

 

 

 

 

 

Trattazione più dettagliata di alcuni argomenti trattati

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GAMETOGENESI

 

Per gametogenesi si intende quel processo che ha luogo nelle gonadi e porta alla formazione dei gameti ossia delle cellule sessuali mature, capaci quindi di fecondare o di essere fecondate. I gameti si formano alla pubertà ma la loro derivazione risale alle cellule sessuali primordiali (gonociti), nelle quali durante la vita embrionale hanno luogo i primi atti del processo di gametogenesi. I gonociti originano intorno al ventunesimo giorno di vita fetale dall’endoderma del sacco vitellino in prossimità dell’allantoide. Dopo la loro differenziazione migrano, durante la quinta settimana di vita fetale, nelle creste genitali che sono in fase proliferativa e formano cordoni irregolari, denominati cordoni sessuali primitivi. In questo periodo la gonade maschile è indistinguibile da quella femminile: per questo motivo tale fase prende il nome di gonade indifferente. Solo verso la settima settimana di vita fetale le gonadi acquistano le caratteristiche morfologiche maschili o femminili, diventando rispettivamente testicoli o ovaie (questa differenziazione dipende dal Fattore di determinazione del testicolo localizzato sul braccio corto del cromosoma Y).

 

 

SPERMATOZOO

 

Lo spermatozoo (o spermio) è la cellula gametica maschile degli animali e ha il compito di raggiungere il gamete femminile, l’uovo, per fecondarlo durante la riproduzione sessuale anfigonica. Dall’unione delle due cellule si forma lo zigote, la prima cellula diploide, la quale andando incontro a numerose divisioni mitotiche, andrà a svilupparsi in un embrione.

 

Fu il fiammingo Antony van Leeuwenhoek nel 1677 che identificò per primo, con un microscopio, gli spermatozoi: vide testa e coda e li definì animalculi, piccoli animali.

 

In talune specie lo spermatozoo – che in altre si muove con movimenti ameboidi – è detto flagellato perché presenta un lungo flagello il cui compito è garantire la motilità al gamete. È importante notare che gli spermatozoi di nuova formazione derivati dal processo di “spermiogenesi” (il processo di trasformazione degli spermatidi in spermatozoi) sono “immobili” e quindi non possono fecondare un ovocita. Questa capacità viene acquisita solo dopo il loro transito nell’epididimo in cui vengono capacitati al movimento, mentre nell’apparato riproduttore femminile essi acquisiranno la cosiddetta “capacitazione” cioè ulteriori modificazioni che consentiranno l’acquisizione della capacità di fecondazione. In tali specie gli spermatozoi si caratterizzano per la presenza di una testa e di una coda.

 

Anatomia dello spermatozoo

Lo spermatozoo flagellato si caratterizza per la distinguibilità del suo corpo in due parti differenti: la testa, di circa 5-10 µm di lunghezza, e la coda, lunga circa 60 µm.

 

Testa

La testa dello spermatozoo è composta da due parti: il nucleo, contenente cromatina fortemente addensata ed in corredo aploide, e l’acrosoma, lisosoma primario di notevoli dimensioni che incappuccia il nucleo per 2/3 della sua lunghezza il cui compito è quello di aprirsi un varco nella parete dell’ovulo grazie ad enzimi litici in esso contenuti e liberati al momento opportuno. La notevole condensazione della cromatina è resa possibile da un tipo di istone (detto istone germinale o protammina) particolarmente ricco di arginina, proteina basica, che si sostituisce all’istone tradizionale ricco di lisina: in questo modo si ottiene una notevole riduzione delle dimensioni nucleari che facilita il moto degli spermatozoi e l’inattività del genoma in esso contenuto durante il tragitto che porterà pochi spermatozoi nei pressi dell’ovulo da fecondare. Sulla membrana nucleare non sono presenti pori nucleari. L’acrosoma trae origine da una grossa cisterna dell’apparato del golgi ricca di enzimi litici che successivamente va ad incappucciare il nucleo cellulare. Durante la fecondazione, l’unione dello spermatozoo con l’ovocita secondario, innesca la liberazione degli enzimi idrolitici responsabili della digestione della membrana extracellulare dell’oocita, facilitando così l’accesso dello spermatozoo alla membrana plasmatica dell’oocita stesso. Questo processo prende il nome di ” reazione acrosomiale”.

 

Coda-flagello

La coda dello spermatozoo è costituita da un flagello molto lungo (intorno ai 50-60 µm circa) che termina poco prima della testa in corrispondenza di una particolare zona chiamata piastra basale. Nel loro insieme coda e testa sono rivestite dalla membrana plasmatica. La coda presenta caratteristiche morfologiche differenti lungo il suo decorso, caratteristiche che rendono necessaria la suddivisione della struttura in quattro parti: il collo, il tratto intermedio, il tratto principale e il tratto terminale.

 

Il collo presenta un diametro leggermente maggiore di qualsiasi altra parte della coda e contiene i residui citoplasmatici dello spermatide. Tra gli elementi importanti contenuti nel collo c’è un centriolo in posizione trasversale rispetto all’asse di simmetria dello spermatozoo, chiamato centriolo prossimale , e una placca basale di materiale denso dove si ancorano 9 colonne segmentate fibrose a costituzione proteica che si continuano per tutta la coda.

 

Il tratto intermedio è costituito dalle 9 colonne segmentate che circondano il flagello interno costituito dalla tipica struttura microtubulare 9 + 2 . Il reperto più importante del tratto intermedio rimane tuttavia la cosiddetta guaina mitocondriale: tanti mitocondri si pongono tra la membrana plasmatica e le nove colonne fibrose a formare un rivestimento che fornisce energia per il movimento dello spermatozoo. Il tratto intermedio termina con una struttura proteica ad anello chiamata annulus .

 

Il tratto principale è caratterizzato dal flagello rivestito dalle colonne striate: che continuano con una struttura circolare che avvolge le altre sette colonne rimanenti; tale struttura si interrompe a intervalli regolari. La sua interruzione definitiva segna l’inizio del tratto terminale.

 

Il tratto terminale è costituito dalla sola struttura microtubulare rivestita dalla membrana plasmatica.

 

 

Formazione dello spermatozoo

 

Il processo di formazione dello spermatozoo avviene nell’età giovanile, dagli 11-15 anni, e viene chiamato spermatogenesi; avviene in particolari organi chiamati testicoli, le gonadi maschili, presenti nell’apparato genitale di individui di sesso maschile. Più precisamente la spermatogenesi avviene all’interno dei tubuli seminiferi, strutture tubulari rivestite da una sorta di tessuto epiteliale pluristratificato costituito in maggioranza dalle cellule germinali e perciò detto epitelio germinale (per distinguerlo dall’epitelio germinativo dell’ovaio). Oltre alle cellule germinali (presenti in diversi stadi di maturazione dall’esterno all’interno del tubulo seminifero) si trovano nell’epitelio germinativo cellule isolate dal nucleo grosso e chiaro aventi funzione di sostegno e di ricezione ormonale per gli ormoni FSH e testosterone: il loro nome è cellule del Sertoli.

 

Dallo spermatogonio allo spermatocito

Come già detto, dall’esterno all’interno dei tubuli seminiferi si osservano differenti fasi di maturazione delle cellule germinali: le cellule più esterne dunque corrispondono alla prima fase di maturazione dello spermatozoo, lo spermatogonio. Gli spermatogoni si dividono in due classi: spermatogoni A (a nucleo pulverulento, con cromatina dispersa in fini granulazioni) e B (a nucleo crostoso, con cromatina addensata in numerose zolle). A loro volta gli spermatogoni di tipo A si dividono in tipo A scuro e tipo A chiaro. Gli spermatogoni di tipo B sono i diretti precursori degli spermatociti e derivano dagli spermatogoni A chiari, a loro volta derivati dagli spermatogoni A scuri. Spermatogoni e spermatociti costituiscono la parte basale dell’epitelio dei tubuli seminiferi: il tratto caratteristico di questa parte basale è la presenza di numerosissime cellule con nucleo apparentemente irregolare, in realtà costituito da cromosomi mitotici.

 

I vari stadi dello spermatocito

Lo spermatocito, chiamato spermatocito I, derivato dallo spermatogonio B subisce una divisione meiotica, o meiosi, un processo particolare composto da due divisioni a intervalli ravvicinati che portano, attraverso un passaggio intermedio di due cellule chiamate spermatociti II, alla formazione di quattro cellule chiamati spermatidi, prive di flagello, di dimensioni circa un quarto di quelle dello spermatocito I iniziale. Il corredo cromosomico dello spermatocito I è diploide e in doppia copia (nell’uomo 46 cromosomi con 2 cromatidi identici per ciascun cromosoma), dello spermatocito II è aploide e in doppia copia (23 cromosomi con due cromatidi ciascuno) e dello spermatide è aploide e in singola copia.

 

Fasi finali della maturazione

La fase finale della maturazione di uno spermatozoo vede l’ulteriore compattazione del materiale cromatinico del nucleo spermatico, lo sviluppo del lungo flagello e della vescicola acrosomale e l’espulsione del citoplasma superfluo. Questi passaggi avvengono in sincronia all’interno di gruppi di spermatozoi in maturazione (6-8 per gruppo) perché durante le divisioni meiotiche il citoplasma cellulare ha mantenuto con le cellule vicine dei ponti citoplasmatici (zone di collegamento in cui la cellula non si è divisa completamente). I residui citoplasmatici sono visibili in preparati istologici nel lume dei tubuli seminiferi.

 

Mobilitazione e capacitazione

 

A maturazione morfologica conclusa, lo spermatozoo deve andare incontro ad un’ulteriore maturazione funzionale in due fasi: la mobilitazione, che avviene nell’epididimo (nella gonade maschile) e permette agli spermatozoi di muovere il flagello, e la capacitazione, che avviene nelle tube uterine femminili e permette sempre agli spermatozoi di subire la reazione acrosomiale che permetterà loro di poter fecondare l’ovulo.

 

 

 

TESTICOLO

 

Il testicolo fa parte dell’apparato genitale maschile, in genere vien così denominato negli animali cordati dove rappresenta la gonade maschile.

Ha la funzione principale di produrre gli spermatozoi (la parte dello sperma deputata alla fecondazione) e alcuni ormoni fra i quali il testosterone.

 

Anatomia umana

 

Schema del testicolo

1: Lobuli del didimo/setti

2: Tubuli seminiferi contorti

3: Lobuli del didimo/setti

4: Tubuli seminiferi rettilinei

5: Dotti efferenti

6: Rete testis

 

Nello schema non è presente l’epididimo, una rete contorta, che raccoglie le terminazioni dei dotti efferenti e sfocia in un dotto deferente, un tubulo rettilineo. I testicoli, o didimi, sono di forma ovale, misurano in media 6-8 centimetri di lunghezza, 3 centimetri circa di larghezza e 3 centimetri circa trasversalmente. Il peso dei testicoli di un adulto è di circa 18-22 grammi l’uno, compreso l’epididimo, che da solo può pesare 4 gr. Il testicolo sinistro è posizionato lievemente più in basso del destro, la ragione di questo fatto è dovuto all’anatomia delle vene genitali, in quanto la vena genitale sinistra si riversa nella vena renale, mentre la destra sfocia nella vena cava inferiore; in ragione della diversa lunghezza, l’elasticità dei condotti venosi permette al testicolo sinistro di discendere più in basso.

 

I testicoli hanno due funzioni: la produzione degli spermatozoi dal momento della pubertà sino alla morte, e la produzione degli ormoni sessuali maschili chiamati androgeni, tra i quali il testosterone è il più importante. La produzione degli ormoni da parte dei testicoli è evidente fin dalla nascita, ma aumenta enormemente intorno alla pubertà e si mantiene ad alto livello per tutta l’età adulta fino a manifestare una diminuzione durante gli ultimi anni di vita.

 

La produzione degli spermatozoi non comincia fino alla pubertà, anche se segue il modello della produzione di ormoni riducendosi in età avanzata. Gli spermatozoi vengono prodotti in ogni testicolo in speciali strutture chiamate tubuli seminiferi con l’ausilio e la protezione delle cellule del Sertoli. Questi tubicini sono al centro di ogni testicolo e sono collegati con una serie di condotti che convogliano lo sperma ad altri importanti organi e, alla fine, fuori dal pene, se ciò è richiesto.

 

In ogni testicolo, vicino ai tubuli seminiferi, ci sono numerose cellule chiamate cellule interstiziali o cellule di Leydig. Esse sono responsabili della produzione dell’ormone sessuale maschile (testosterone) che viene secreto direttamente nei vasi sanguigni circostanti. Al momento della pubertà, la maggior parte dei cambiamenti che avvengono nel ragazzo è prodotta dalla maggior quantità di testosterone che scorre nel suo corpo. Durante l’eccitazione sessuale i testicoli aumentano di grandezza. Il sangue riempie i vasi sanguigni che si trovano in essi causando il loro ingrandimento. Dopo l’eiaculazione essi tornano alle loro normali dimensioni. Subito prima dell’eiaculazione i testicoli vengono tratti molto vicini al corpo. Dopo l’eiaculazione essi ritornano alla loro posizione usuale nello scroto.

 

Il medesimo avvicinamento dei testicoli al corpo avviene nei momenti di intensa paura, collera o quando l’uomo ha freddo. In questo modo, naturalmente, il corpo protegge questo meccanismo delicato e vulnerabile. I testicoli pendono fuori dal corpo per potere stare alla temperatura leggermente più bassa che è richiesta per la produzione dello sperma. Quando la stagione è molto calda o durante un bagno tiepido essi pendono più in basso del normale, lontano dal corpo e dal suo calore; al contrario, nella stagione fredda, essi si avvicinano al tepore del corpo per mantenere una temperatura ottimale. Se vengono tenuti alla temperatura corporea, i testicoli non sono più in grado di produrre spermatozoi e l’uomo diventa sterile. Quando i muscoli dell’uomo si tendono, per esempio quando egli si prepara a una fuga o a un’aggressione oppure subito prima dell’eiaculazione, un insieme di muscoli posto nello scroto spinge automaticamente i testicoli verso l’alto, questi sono la fascia cremasterica, la fascia spermatica interna e la fascia spermatica esterna.

 

Anatomia microscopica del testicolo

 

Il testicolo è costituito dalla tunica albuginea e dalle sue dipendenze, da un parenchima costituito dai tubuli seminiferi, e dallo stroma che circonda i tubuli seminiferi e contenente quest’ultimo le cellule di Leydig a funzione endocrina. La tonaca albuginea è la tonaca più intima del testicolo, costituita da tessuto connettivo fibroso denso con fasci di fibre di collagene ad andamento parallelo; è resistente e inestensibile, spessa tra lo 0,5 e 1 mm, e all’esterno continua con l’epiorchio. Negli strati più superficiali troviamo fibrocellule muscolari lisce mentre negli strati più profondi troviamo fibre elastiche. Dalla faccia profonda dell’albuginea, detta tonaca vascolosa perché riccamente vascolarizzata, si dipartono dei setti convergenti verso il mediastino testicolare (o corpo di Highmoro) che si approfondano all’interno del testicolo delimitando circa 300 logge. Ciascuna loggia ha forma piramidale, con la base volta verso la superficie del testicolo e l’apice in corrispondenza del mediastino testicolare (dà passaggio alla rete testis).

 

Il parenchima, di colorito roseo giallastro, riempie le logge, all’interno delle quali si organizza in lobuli. Ciascun lobulo contiene tubuli seminiferi contorti, le cui estremità si uniscono a formare i tubuli retti che sboccano nella rete testis, posta a livello del mediastino testicolare, una serie di tubuli riccamente anastomizzati. Dalla rete testis si dipartono circa 15-20 condottini efferenti che confluiscono a formare l’epididimo. I tubuli seminiferi contorti sono lunghi da 30 cm a 70 cm e occupano il poco spazio a loro disposizione grazie al loro andamento convoluto.

 

La parete dei tubuli seminiferi è costituita da epitelio pluriseriato detto epitelio germinativo che poggia su una lamina propria. L’epitelio germinativo comprende accanto alle cellule germinali in diverso stato differenziativo le cellule del Sertoli, che sono cellule di sostegno. Le cellule del Sertoli sono cellule di derivazione mesodermica non spermatogeniche che oltre a sostenere e a nutrire gli spermatozoi svolgono importanti funzioni endocrine. Si estendono per tutto lo spessore dell’epitelio con la base che poggia sulla membrana basale e l’apice verso il lume; l’apice presenta delle infossature entro cui sono contenute le teste degli spermatidi in via di sviluppo. Sono riconoscibili per il nucleo triangolare con nucleolo evidente e cromatina dispersa. Le cellule del Sertoli sono unite da complessi giunzionali, tight junctions, che suddividono l’epitelio germinativo in due compartimenti conosciuti come basale e come luminale. Le cellule del Sertoli mediano quindi gli scambi metabolici tra il compartimento luminale degli spermatidi quello sistemico costituendo una barriera ematotesticolare che isola gli spermatidi dal resto dell’organismo, proteggendoli dal sistema immunitario.

 

Il citoplasma è acidofilo, con gocciole lipidiche, scarso RER e abbondante REL. Sono talora visibili aggregati proteici noti come corpi di charcot bottcher. Troviamo anche lisosomi primari e secondari. Le cellule del Sertoli mediano la spermatogenesi e la spermiazione, riassorbono i corpi residui tramite fagocitosi. Svolgono anche funzione endocrina: producono ABP (Androgen Binding Protein), sotto lo stimolo dell’FSH ipofisario che concentra il testosterone favorendo la spermatogenesi; secernono inibina che agisce con feedback negativo a livello ipotalamo ipofisario.

 

Le cellule germinali sono cellule in vario stadio differenziativo. Quelle in stadio precoce di sviluppo si trovano perifericamente mentre quelle negli stadi tardivi prospettano verso il lume. Il processo attraverso il quale gli elementi cellulari passano dalla periferia al lume prende il nome di spermatogenesi. Dura 74 giorni circa e comprende la spermatogoniogenesi (proliferazione per mitosi delle cellule germinali primitive, da cui originano gli spermatociti primari), la spermatocitogenesi (divisione meiotica degli spermatociti primari a formare spermatociti secondari e da questi gli spermatidi) e la spermiogenesi (differenziazione degli spermatidi in spermatozoi maturi, non si hanno fenomeni moltiplicativi). Nello stroma vi sono le cellule di Leydig che producono sotto lo stimolo dell’ormone ipofisario LH o ICSH ormoni androgeni, dei quali il testosterone rappresenta il prototipo.

 

 

 

FSH  (ormone follicolo-stimolante)

 

L’ormone follicolo-stimolante (FSH, follicle-stimulating hormone), conosciuto anche come follitropina, è un ormone sintetizzato dalle cellule gonadotrope basofile dell’adenoipofisi. Nelle ovaie l’FSH stimola la progressione verso la maturazione dei follicoli di Graaf. Mentre il follicolo cresce, esso rilascia inibina che per feed back negativo ostacola il rilascio di FSH nell’adenoipofisi.

 

Nel maschio, l’FSH attiva la produzione della proteina legante gli androgeni (ABP) nelle cellule del Sertoli, nei tubuli seminiferi, ed è fondamentale per la spermatogenesi.

 

Nella femmina, invece, l’FSH e l’LH agiscono sinergicamente nella riproduzione. L’FSH è rilasciato nel circolo portale dell’adenoipofisi e poi nel circolo sanguifero sistemico dove rimane attiva per 3-4 ore. La sua funzione è principalmente di regolazione dello sviluppo dei follicoli ovarici e, quindi, della stimolazione della produzione di estrogeno e progesterone.

 

Struttura

L’FSH è un eterodimero composto da due glicoproteine. La sua struttura è affine all’LH, al TSH e all’hCG. Le due unità polipeptidiche che compongono il dimero FSH sono dette subunità alfa e beta. La subunità alfa è uguale per tutti gli ormoni LH, TSH e hCG, e contiene 96 (non 92!!) amminoacidi. La subunità beta, invece, è specifica per ciascuno e nel caso dell’FSH contiene 118 amminoacidi e viene detta FSHB. Tale subunità si rende fautrice del legame con gli specifici recettori dell’FSH. La parte glucidica di questa glicoproteina è composta da fruttosio, galattosio, mannosio, galattosammina, glucosammina e acido sialico, quest’ultimo responsabile della emivita in circolo dell’ormone (3-4 ore).

 

Geni

Il gene per la subunità alfa è localizzato nella banda 6p21.1-23 ed è espresso in svariati tipi cellulari. Mentre il gene per la subunità beta dell’FSH è localizzato in 11p13 ed è espresso solo dalle cellule gonadotrope della ghiandola pituitaria (adenoipofisi), è controllato dal GnRH (fattore di rilascio ipotalamico), inibito dall’inibina e indotto dall’attivina.

 

Azione

Sia nel maschio che nella femmina, l’FSH stimola la maturazione delle cellule germinali. Nelle femmine dà inizio alla crescita del follicolo, agendo, in particolare, sulle cellule della granulosa. Nel contempo (dall’ovaio) viene rilasciata inibina B e i livelli di FSH cominciano a declinare in tarda fase follicolare. Tale rilascio sembra essere fondamentale nella progressione fino alla maturazione del solo follicolo più avanzato nella crescita. Alla fine della fase luteinica, vi è poi una leggera crescita dell’ormone che sembra essere importante per l’inizio di un nuovo successivo ciclo ovarico.

 

Come il suo partner LH, anche l’FSH è rilasciato dall’adenoipofisi sotto stimolazione dell’ormone di rilascio delle gonadotropine secreto dall’ipotalamo. Al contrario, sull’adenoipofisi agiscono negativamente gli estrogeni provenienti dalle gonadi.

 

I livelli di FSH circolante sono normalmente bassi durante l’infanzia e, nelle donne, molto alti dopo la menopausa.

 

Stati patologici

 

Alti livelli di FSH

Alti livelli di FSH sono indicativi di situazioni dove il normale feedback negativo che origina dalle gonadi è assente; ciò porta ad un rilascio incontrollato di FSH da parte dell’adenoipofisi. Sebbene questi livelli siano tipici dopo la menopausa, sono anomali nell’età fertile. Possono essere segni di:

 

Menopausa prematura

Disgenesi gonadica, Sindrome di Turner

Castrazione

Sindrome di Swyer

Alcune forme di CAH

Disfunzioni testicolari

 

Bassi livelli di FSH

Una diminuita secrezione di FSH può determinare disfunzione delle gonadi (ipogonadismo). Questa condizione, nel maschio, si manifesta tipicamente come incapacità di produrre un normale numero di spermatozoi. Nelle femmine è tipico rilevare la cessazione del normale ciclo riproduttivo. Condizioni con bassissimi livelli di FSH sono:

 

Soppressione ipotalamica

Ipopituitarismo

Iperprolattinemia

Terapie per la soppressione delle gonadi

a)antagonista dell’ormone di rilascio delle gonadotropine (eg. degarelix e abarelix)

b)agonista dell’ormone di rilascio delle gonadotropine (downregulation)

 

Farmaci

L’FSH, insieme all’LH, è il componente del Pergonal, ed anche in forme più o meno pure o ricombinanti (nel Gonal F e Follistim). Tali farmaci sono comunemente usati nelle terapie contro l’infertilità per promuovere lo sviluppo follicolare, tipicamente nelle terapie che prevedono la fertilizzazione in vitro. Dalla fine degli anni ’90 è disponibile anche una preparazione con LH ricombinante puro (LUVERIS). Gli studi del dott. Franco Lisi hanno dimostrato che l’utilizzo dell’FSh ricombinante e dell’LH ricombinante adeguatamente combinati ottimizzano la stimolazione follicolare multipla per fecondazione assistita.

 

 

TESTOSTERONE

 

Il testosterone è un ormone steroideo del gruppo androgeno prodotto principalmente dalle cellule di Leydig situate nei testicoli e, in minima parte, dalle ovaie e dalla corteccia surrenale. La sua produzione è influenzata molto dall’ormone luteinizzante LH. È presente anche nelle donne le quali, rispetto agli uomini, hanno una maggiore tendenza a convertire quest’ormone in estrogeni. La desinenza -one è dovuta alla presenza di un gruppo chetonico CO sull’atomo C3 del primo anello del carbonio  dello steroide.

 

Nell’uomo è deputato allo sviluppo degli organi sessuali (differenziazione del testicolo e di tutto l’apparato genitale) e dei caratteri sessuali secondari, come la barba, la distribuzione dei peli, il timbro della voce e la muscolatura. Il testosterone, nell’età puberale, interviene anche sullo sviluppo scheletrico, limitando l’allungamento delle ossa lunghe ed evitando, in questo modo, una crescita spropositata degli arti.

 

Nell’uomo adulto, i livelli di testosterone giocano un ruolo molto importante per quanto riguarda la sessualità, l’apparato muscolo scheletrico, la vitalità e la buona salute (intesa soprattutto come protezione da malattie metaboliche come ipertensione e diabete mellito e secondo recenti studi anche sulla depressione); contribuisce a garantire la fertilità, in quanto stimola la maturazione degli spermatozoi nei testicoli. Inoltre influenza qualità e quantità dello sperma prodotto, poiché opera sulle vie seminali e sulla prostata, deputate alla produzione di sperma. La produzione giornaliera di testosterone nell’uomo varia dai 5 ai 7 milligrammi ma, superati i 40 anni, tende a diminuire annualmente dell’1%.

 

Il testosterone regola anche il desiderio, l’erezione e la soddisfazione sessuale: ha, infatti, la funzione di “mettere in sincronia” il desiderio sessuale con l’atto sessuale vero e proprio, regolando l’inizio e la fine dell’erezione del pene. Un deficit di libido (desiderio sessuale) è spesso associato a una disfunzione del testosterone. Ciò è stato evidenziato anche per il desiderio sessuale femminile a seguito della sua diminuzione nel periodo post-menopausale. Il testosterone è utilizzato farmacologicamente sia in uomini che in donne, qualora vi siano alterazioni nei suoi livelli.

 

Funzioni, variazioni, regolazione del testosterone

 Il testosterone è il principale ormone maschile e viene:

– sintetizzato maggiormente nelle cellule di Leydig interstiziali dei testicoli a partire da molecole di colesterolo.

– poi trasformato nel fegato in altre sostanze ormonali o decomposto e smaltito tramite i reni.

 

La sua principale funzione è:

 

– In collaborazione con altri ormoni e neurotrasmettitori regola funzioni metaboliche e sessuali (in particolare aumenta l’anabolismo e diminuisce l’insulinoresistenza), diminuendo quindi il rischio di contrarre diabete mellito di tipo 2.

– migliora le facoltà cognitive diminuendo il rischio di depressione e demenza

– aumenta l’anabolismo dell’osso diminuendo il rischio di osteoporosi

– migliora la circolazione sanguigna diminuendo il rischio di avere malattie cardiovascolari

– Migliora la circolazione peniena e favorisce l’erezione, diminuisce il rischio di disfunzione erettile

– La sintesi testosteronica è notevolmente variabile con l’età:

a)dalla nascita fino all’età di dieci anni è a un livello basso,

b)nell’adolescenza maschile tra i dieci e vent’anni aumenta rapidamente,

c)mentre diminuisce lentamente tra i trent’anni e la fine della vita.

– Inoltre, a causa di “sfasamenti” di processi metabolici di sintesi e di smaltimento, c’è una grande variazione giornaliera (circadiana)

a)con un marcato minimo verso le ore 1:00 e

b)un massimo tra le ore 6:00 e 13:00

Il testosterone ha delle funzioni fisiologiche (assieme ad altri ormoni e fattori) prevalentemente metaboliche e sessuali.

 

 

Testosterone e anabolismo

 

Il testosterone è uno dei principali ormoni anabolici, assieme all’asse GH/IGF-1 e all’insulina. Prodotto principalmente dal testicolo, e in minor parte dall´ovaia e dal surrene, favorisce il passaggio degli amminoacidi alle cellule muscolari, ma al contrario dell’asse GH/IGF-1, ha un’azione maggiormente ipertrofica (aumento del volume della cellula muscolare) mediante un aumento del citoplasma, piuttosto che un’azione iperplasica (aumento del numero delle cellule muscolari), questa favorita principalmente dal IGF-1. Ha un effetto minore sulla proliferazione della cellula ossea (favorita invece da GH/IGF-1), ma interviene soprattutto sullo stivaggio di amminoacidi nel muscolo scheletrico, ed essendo androgeno, particolarmente nel pene e clitoride. Ha una forte azione di inibizione dell’insulinoresistenza, quindi aumenta la sensibilità del tessuto muscolare a captare i nutrienti, in particolare gli amminoacidi.

 

Variazione con l’età

 

Il testosterone viene sintetizzato già dal feto (a partire dalla sesta settimana di gestazione) in quantità intorno a 0,5 mg/die. In questo stadio promuove la crescita ossea e muscolare ed è responsabile della differenziazione sessuale.

 

Aumenta lentamente fino a circa 1 mg/die entro i dieci anni di età.

Entro i dieci e vent’anni di età (adolescenza maschile) la sintetizzazione aumenta rapidamente fino a raggiungere 5 ÷ 7 mg/die per rimanere a questo livello fino a circa trent’anni.

Dopo i trent’anni, la sintetizzazione diminuisce di circa 2% all’anno fino a raggiungere 3 ÷ 4 mg/die all’età di ottant’anni.

Si notano differenze individuali di ±15% tra individui poco o molto virili: un maschio poco virile raggiunge a vent’anni una produzione testosteronica → pari a quella di cui un maschio molto virile dispone ancora a sessant’anni.

 

Le sieroconcentrazioni non sono “parallele” alla sintesi, perché oltre alla quantità di testosterone sintetizzato subentrano altrettanto complessi meccanismi di trasformazione e di smaltimento metabolico sulla concentrazione ematica.

 

 

 

Variazione circadiana

 

Il testosterone è sintetizzato dalle cellule di Leydig nell’interstizio testicolare a partire dal colesterolo. La maggior parte si lega poi all’albumina e al SHGB (sex hormone-binding globulin) ematica.

 

La metabolizzazione è caratterizzata da due meccanismi:

 

conversione periferica (negli organi di mira) in DHT (di-hydro-testosterone) ed estradiolo

decomposizione nel fegato in diversi metaboliti; congiunzione e smaltimento renale (p.es. come 17-keto-steroide).

Inoltre, a causa di “sfasamenti” di processi di sintesi e di conversione / smaltimento c’è una grande variazione giornaliera (circadiana):

 

la testosteronemia raggiunge un minimo verso la 1:00 di notte. Poco dopo, la regolazione causa un notevole aumento di sintetizzazione mentre la decomposizione diminuisce, il che fa rapidamente aumentare la testosteronemia fino alle 6:00 ÷ 12:00. Il pomeriggio prevalgono i processi metabolici decompositori e la testosteronemia si abbassa lentamente fino alla 1:00 di notte.

 

 

Regolazione della testeronemia

 

Le cellule di Leydig, stimolate dall’ormone luteo LH proveniente dall’ipofisi, producono il testosterone a partire dal colesterolo nell’interstizio dei testicoli e lo forniscono ai tubuli seminiferi per la regolazione della spermatogenesi.

 

Una parte viene usata per la sintesi periferica di di-hydro-testosterone e estradiolo, un’altra viene metabolizzata per essere smaltita.

 

Il testosterone e l’estradiolo in circolazione “frenano” a monte la produzione di ormone luteo LH, ormone follicolostimolante FSH e l’ormone di rilascio di gonadotropine.

 

Tramite questo circuito regolativo si instaura un ritmo circadiano (giornaliero) di concentrazione di testosterone nel siero ematico.

 

 

Testosterone e protezione da malattie metaboliche

 

In passato si pensava che il testosterone avesse funzioni prettamente sessuali, recentemente si è scoperto che il suo ruolo va molto oltre la mera sessualità e coinvolge tutto il corpo. E´stato visto ad esempio che il testosterone contribuisce alla regolazione della crescita muscolare e ossea, di alcuni aspetti comportamentali e dell’umore, dell´insulinoresistenza, della sudorazione, del metabolismo del colesterolo etc.

 

La carenza di testosterone (ipogonadismo) è associata a molte malattie come disfunzione erettile, demenza, osteoporosi, diabete mellito di tipo 2, obesità, malattie cardiovascolari e sindrome metabolica.

 

La carenza di testosterone e IGF-I aumentano la mortalità e le possibilità di collasso cardiocircolatorio, in modo particolare più è basso il rapporto testosterone/cortisolo e IGF-I/cortisolo maggiori sono questi rischi.

 

L’ipogonadismo è una condizione che può portare a diabete mellito, inoltre è stato visto che in uomini ipogonadici l’assunzione di testosterone diminuisce l’insulinoresistenza e migliora il quadro glicemico.

 

 

Testosteronemia

 

Metodi di determinazione

 

Il testosterone legato ad SHBG non è biodisponibile. Il testosterone biodisponibile è dato dalla somma del testosterone libero (DHT) e del testosterone legato ad albumina.

 

Ci sono diversi test ematici per determinare il testosterone totale nel siero, ma i valori sono da usare con prudenza, perché non includono testosterone metabolicamente attivo.

 

Di contrasto, il testosterone libero è sintomaticamente e diagnosticamente più affidabile. La misurazione diretta è molto costosa e varia notevolmente tra laboratorio e laboratorio. Esiste però una determinazione indiretta tramite un calcolo tra testosterone totale, albumina e SHBG (sex hormone binding globuline).

 

Valori di riferimento

Non è stato stabilito un limite inferiore “normale”, bensì è stato raggiunto il seguente accordo tra specialisti:

 

Visto le forti variazioni circadiane, è preferibile che i campioni siano rilevati in mattinata (anche se non è definito nella letteratura a cui si è fatto riferimento).

 

 

Impiego clinico del testosterone

 

Indicazioni

 

Il testosterone è indicato principalmente nella terapia dell’ipogonadismo.

 

A livello di ricerca scientifica sembra avere una promettente efficacia contro infarto, malattie cardiocircolatorie, anemia, diabete mellito, osteoporosi e altre malattie metaboliche, depressione.

 

Negli USA, in Canada e in Nuova Zelanda dopo il 2010 si è avuto un aumento esplosivo delle vendite di testosterone nell’invecchiamento e nei problemi età correlati. I farmaci a base di testosterone sono stati studiati e approvati nelle forme di ipogonadismo con bassi livelli di testosterone endogeno. Suggerendo, però, che bassi livelli di testosterone sono correlati con l’invecchiamento e con la bassa libido maschile si è fatta una “indebita” pressione sulla popolazione circa la possibilità di “risolvere” un problema tipico dell’età, secondo una tipica strategia di disease mongering. Inoltre, è stato tentato agendo sulle categorie di medici specialisti di spostare il valore patologico del livello serico del testosterone circolante.

 

Nel transessualismo

 

Il testosterone viene impiegato nella terapia ormonale insieme alla chirurgia plastica nel processo di transizione FtM, dal sesso femminile a quello maschile. Lo scopo è quello di mascolinizzare il corpo. Tale terapia dura tutta la vita diminuendo il dosaggio man mano che l’età avanza.

 

Effetti collaterali

 

Nei soggetti ipogonadici di età inferiore ai 50 anni, l’assunzione di testosterone a fini clinici comporta una bassa frequenza di gravi effetti collaterali, tuttavia essa spesso causa ginecomastia (dovuta alla conversione di quest´ormone in estrogeni), ammorbidimento dei testicoli, e riduzione della sintesi di gonadotropine pituitarie ( LH e FSH) con conseguente inibizione della produzione endogena di testosterone.

 

In passato si credeva che il testosterone (quindi anche l’assunzione dello stesso) potesse aumentare il rischio di malattie cardiovascolari, tuttavia è stato visto che quest´ipotesi non era soltanto falsa, ma addirittura era vero il contrario: l’uso di questa sostanza riduceva questi rischi.

 

Il testosterone può alzare il valore di ematocrito (il quale se in eccesso può causare trombosi), perciò i soggetti che ne fanno uso dovrebbero controllare regolarmente questo parametro.

 

La maggioranza degli studi non hanno trovato un aumento di rischio di cancro alla prostata tra i soggetti che assumono testosterone, tuttavia l’assunzione di questa sostanza dovrebbe essere attentamente valutata ed eventualmente monitorata in persone che hanno un cancro alla prostata o che per familiarità sono soggetti a questa malattia.

 

Nonostante i maschi abbiano più testosterone e siano più aggressivi delle femmine, sembra che i criminali in genere non abbiano maggiori livelli di testosterone rispetto alle persone dello stesso sesso che non delinquono, perciò negli esseri umani non esiste un’associazione statistica tra i livelli di testosterone e l’aggressività. In generale è stato visto che in alcuni casi, se l’assunzione eleva eccessivamente i livelli testosteronici (come avviene in alcuni atleti) è possibile un aumento di aggressività, che invece non avviene se l’assunzione è finalizzata alla cura dell’ipogonadismo e se le concentrazioni ormonali rimangono normali, in questi casi si può avere soltanto un miglioramento dell’umore e una maggiore grinta nell’affrontare la vita quotidiana.

 

Il testosterone rientra fra le sostanze proibite durante l’attività sportiva agonistica sia in allenamento sia in gara (The 2007 Prohibited List World Anti-Doping Code), il suo uso a fini sportivi viene considerato doping.

 

Tubuli seminiferi

 

I tubuli seminiferi sono parte dell’apparato riproduttore maschile. Nell’adulto i tubuli seminiferi sono formati da un epitelio seminifero e da una sottile tonaca propria, separati dalla membrana basale. L’epitelio seminifero è costituito da due categorie di cellule: le cellule di sostegno o del Sertoli e le cellule germinali.

 

Durante gli ultimi mesi di sviluppo fetale e nel corso della vita prepuberale, le cellule germinali e le cellule di sostegno aumentano notevolmente di numero e vanno incontro ad importanti modificazioni morfologiche, ma la spermatogenesi inizia solo alla pubertà.

 

In tal periodo i cordoni sessuali si canalizzano diventando tubuli seminiferi il cui lume si connette con quello della rete testis che a sua volta si continua nei condotti efferenti, mentre gli elementi di sostegno cessano di dividersi diventando tipiche cellule del Sertoli.

 

 

 

Rete testicolare ( Rete testis)

 

La rete testicolare (o rete testis) è una rete di anastomosi di tubuli delicati situati nell’ilo del testicolo (mediastino del testicolo), che trasporta lo sperma dai tubuli seminiferi ai dotti efferenti. È la controparte della rete ovarii nelle femmine. La sua funzione è il riassorbimento del fluido.

 

Struttura

La rete testicolare è una rete di tubuli comunicanti che si collegano ai tubuli seminiferi retti (la parte terminale dei tubuli seminiferi). Si trovano all’interno di un tessuto connettivo altamente vascolarizzato nel mediastino del testicolo. Le cellule epiteliali formano un unico strato che riveste la superficie interna dei tubuli. Queste cellule sono cubiche, dotate di microvilli e hanno un singolo ciglio sulla superficie.

 

Sviluppo

 

Durante lo sviluppo degli organi urinari e riproduttivi, il testicolo si sviluppa in modo molto simile all’ovaio, che proviene dal mesotelio e dal mesonefro. Come nell’ovaio, nelle sue prime fasi è costituito da una massa centrale coperta da un epitelio superficiale. Nella massa centrale appaiono una serie di cordoni. Questi cordoni si sviluppano verso quello che diventerà l’ilo e formano una rete che diventa la rete testis.

 

Funzione

 

Nella rete testicolare lo sperma diventa più concentrato perché vengono riassorbiti gli altri fluidi . Nel caso in cui ciò non si verifica lo sperma entrante nell’epididimo non sarà concentrato, con conseguente possibile infertilità.

 

Importanza clinica

La rete tubulare ectasia è un disturbo della rete testicolare caratterizzato da molteplici cisti benigne.

 

 

 

Dotti deferenti

 

I dotti efferenti (o ductus efferentes) sono dei condotti che collegano la rete testicolare con la sezione iniziale dell’epididimo.

 

Esistono due modelli principali della struttura di dotti efferenti:

 

– entrate multiple nell’epididimo, presente nella maggior parte dei grandi mammiferi. Gli esseri umani e gli altri altri grandi mammiferi possiedono circa 15-20 dotti efferenti, che occupano quasi un terzo della testa dell’epididimo.

– singola entrata, presente nella maggior parte dei piccoli animali come roditori, nei quali i 3-6 dotti si fondono in un unico piccolo dotto prima di entrare nell’epididimo.

I dotti sono unilaminari, composti da cellule ciliate colonnari e cellule non ciliate. Le cellule ciliate hanno il compito di mescolare i fluidi luminali, contribuendo a garantire un assorbimento omogeneo dell’acqua dal fluido prodotto dal testicolo, in modo tale da aumentare la concentrazione dello sperma luminale. L’epitelio è circondato da una banda di muscolatura liscia che aiuta a spingere lo sperma verso l’epididimo.

 

 

 

Epididimo

 

L’epididimo è una parte dell’apparato genitale maschile dell’uomo e di tutti gli altri mammiferi maschi. È un dotto di piccolo diametro e strettamente avvolto che collega i dotti efferenti dal retro di ogni testicolo al suo dotto deferente.

 

Regioni

 

L’epididimo può essere diviso in tre regioni principali

 

la testa (caput)

il corpo (corpus)

la coda (cauda)

 

Ruolo nell’immagazzinamento di spermatozoi e nell’eiaculazione

 

Gli spermatozoi che si sono formati nei testicoli entrano nella testa dell’epididimo, avanzano verso il corpo e alla fine giungono nella regione della coda, in cui vengono immagazzinati. Gli spermatozoi che entrano nella testa dell’epididimo sono incompleti – mancano della capacità di muoversi in avanti (motilità) e di fecondare un ovulo. Durante il loro transito nell’epididimo, gli spermatozoi subiscono processi di maturazione a loro indispensabili per acquisire queste funzioni. Il loro tempo di permanenza nell’epididimo può variare e arrivare fino a 13 giorni. inoltre l’epididimo serve a concentrare gli spermatozoi. La maturazione dello spermatozoo viene completata nel tratto riproduttivo della donna (capacitazione).

 

Durante l’eiaculazione, gli spermatozoi scorrono dalla porzione più bassa dell’epididimo (che ha la funzione di serbatoio d’immagazzinamento). Essi sono così stipati che non è possibile per loro nuotare, ma sono trasportati, grazie all’azione peristaltica di alcuni strati muscolari all’interno del dotto deferente, e si mischiano con i fluidi diluenti delle vescicole seminali e di altre ghiandole accessorie prima dell’eiaculazione (formando lo sperma).

 

L’epididimo è una delle sole due regioni del corpo ad avere stereociglia (l’altra è l’orecchio interno).

 

Patologia

L’infiammazione dell’epididimo prende il nome di epididimite.

 

Un varicocele è un vaso sanguigno venoso rigonfio del testicolo che appare o che si apprezza al tatto con un epididimo ingrossato.

 

Embriologia e strutture vestigiali

 

Il dotto di Gartner è il resto omologo nella donna.

 

Embriologicamente l’epididimo deriva da tessuto che una volta formava il mesonefro, una parte di rene che si trova funzionante in molti pesci e anfibi, ma non in rettili e mammiferi. La permanenza dell’estremità craniale del dotto mesonefrico lascia un rimasuglio chiamato appendice dell’epididimo. In aggiunta, alcuni tubuli mesonefrici possono rimanere come paradidimo, un piccolo corpo in posizione caudale rispetto ai condottini efferenti.

 

 

 

 

 

 

Dotto deferente

 

Il dotto deferente o vaso deferente o canale deferente è parte dell’apparato genitale maschile di alcune specie, compreso l’uomo. In condizioni fisiologiche, ogni individuo possiede due dotti deferenti, cioè vasi muscolari (circondati da muscolatura liscia) che collegano gli epididimi destro e sinistro ai dotti eiaculatori per veicolarvi lo sperma. Ognuno di questi dotti è lungo circa 30 centimetri. Fanno parte dei cordoni spermatici. Sono irrorati dalle arterie deferenziali.

 

Funzione durante l’eiaculazione

 

Durante l’eiaculazione la muscolatura liscia della parete del dotto si contrae di riflesso, promuovendo lo spostamento in avanti dello sperma. Lo sperma viene così trasferito dal dotto deferente all’uretra, che raccoglie i fluidi provenienti dalle ghiandole sessuali accessorie lungo il percorso.

 

Vasectomia

 

La procedura di deferentectomia, popolarmente conosciuta come vasectomia, è un metodo contraccettivo nel quale i dotti deferenti vengono permanentemente recisi, con poche eccezioni. Una variante moderna, sempre conosciuta come vasectomia nonostante i dotti non vengano recisi, consiste nell’iniezione di materiale ostruttivo nei dotti per ostacolare il passaggio degli spermatozoi.

 

 

 

Cellule di Sertoli

 

Le cellule del Sertoli sono cellule di sostegno che si trovano nei tubuli seminiferi dei testicoli. La loro principale funzione è quella di guidare le cellule germinali attraverso i passaggi della spermatogenesi. Sono inoltre responsabili del mantenimento di un certo numero di spermatogoni che, essendo cellule staminali, assicurano sia la propria omeostasi (il mantenimento di un numero fisso di spermatogoni) sia il differenziamento in cellule mature, fino al rilascio degli spermatozoi.

 

Morfologia

 

Le cellule del Sertoli sono distinguibili dalle cellule della linea germinale al microscopio ottico per la forma pressoché triangolare, nucleo ovalare e citoplasma chiaro; al microscopio elettronico mostrano un citoplasma con reticolo endoplasmatico liscio (REL), largamente diffuso che circonda gocce lipidiche; si registra la presenza di reticolo endoplasmatico rugoso (RER) a ridosso delle giunzioni narrow o tight basali; la caratteristica che ci consente il riconoscimento è anche la presenza di un nucleo con involucro nucleare frastagliato o irregolare e contiene un nucleolo con un anello di eterocromatina che visto al TEM in sezione longitudinale si presenta ai lati con due corpi cromatinici noti come “corpuscoli satelliti”.

 

Nel citoplasma sono ritrovati anche endosomi che accolgono il citoplasma espulso dallo spermatide in fase di allungamento (spermioistogenesi); di recente al TEM sono stati scoperte nel citosol della cellule del Sertoli delle strutture cristalline note col nome di “Cristalli di Charcot Boettcher” di composizione e funzione non note.

 

Ricorrendo inoltre al microscopia elettronica a trasmissione è possibile individuare un’ulteriore particolarità morfologica delle cellule del Sertoli, ovvero la presenza di giunzioni strette (zonulae occludens) basali (non poste all’apice come avviene nelle cellule epiteliali) tra le cellule del Sertoli, note con il nome di “giunzioni Narrow”.Queste ultime sono composte da diversi complessi proteici: Occludina – ZO1/ZO2; Claudina -ZO1/ZO2; Jams – ZO1.Notare bene che laddove le membrane delle cellule del Sertoli sono accollate, sul versante citosolico si rinviene una componente granulare del reticolo endoplasmatico invece più centralmente sono ritrovabili cisterne del REL. Le giunzioni narrow sono componenti essenziali della barriera emato-testicolare, struttura che suddivide il tubulo seminifero contorto in una porzione basale e adluminale, prevenendo eventuali reazioni automimmuni.

 

Sono state scoperte da Enrico Sertoli.

 

Funzioni

 

Come menzionato prima le cellule del Sertoli sono coinvolte nel processo di spermatogenesi. Il processo è stimolato dall’FSH secreto dall’adenoipofisi, per cui le cellule del Sertoli esprimono recettori specifici.

 

Durante la vita fetale precoce queste cellule secernono l’ormone anti-Mülleriano (AMH), in tal modo concorrono alla degenerazione del dotto di Müller (o dotto paramesonefrico) e alla differenziazione in senso maschile delle gonadi indifferenziate. Dopo la pubertà, le cellule del Sertoli secernono gli ormoni inibina e attivina.

 

Secernono anche proteine leganti gli androgeni (ABP, androgen binding protein) e il fattore neurotrofico delle cellulle derivate della linea gliale (GDNF), che è stato dimostrato avere un effetto proliferativo sugli spermatogoni indifferenziati, che assicurano l’auto-rinnovamento di tali cellule staminali durante il periodo perinatale. Produce inoltre altri fattori, come ERM (Ets related molecule, fattore di trascrizione), per il mantenimento degli spermatogoni staminali anche nel testicolo adulto.

 

Una funzione fondamentale delle cellule del Sertoli è quella di formare la barriera emato-testicolare. Questa barriera è prodotta della giunzioni occludenti (o tight junction) tra una cellula del Sertoli e l’altra appena al di sopra gli spermatogoni che appoggiano sulla membrana basale contigua alla membrana limitante il tubulo. Questo fatto è fondamentale non solo per il controllo dell’entrata e dell’uscita di nutrienti, ormoni e sostanze chimiche dal sangue al compatimento luminale del tubulo seminifero; ma soprattutto per la difesa delle cellule in spermatogenesi. Difatti, gli spermatogoni, diploidi, esprimono le medesime molecole di membrana delle altre cellule dell’organismo, mentre gli spermatidi e poi gli spermatozoi, aploidi, sono diversi dalle altre cellule self e potrebbero innescare una risposta del sistema immunitario che ne provocherebbe la distruzione.

 

Sembra inoltre che le cellule del Sertoli fagocitino i residui (citoplasmatici) del differenziamento degli spermatozoi. Le cellule del Sertoli derivano dalle cellule pre-Sertoli, o sostentacolari, che sotto l’azione di TDF (fattore di determinazione testicolare), espresso dal gene SRY (sul cromosoma Y), si differenziano dai cordoni sessuali primitivi (nella gonade indifferenziata), trasformandoli in cordoni seminiferi, chiusi fino alla pubertà, quando svilupperanno il lume centrale.

 

Una volta totalmente differenziate, le cellule del Sertoli non sono in grado di proliferare. Quindi, una volta che la spermatogenesi è iniziata, non vengono create nuove cellule del Sertoli. Tuttavia, recentemente, alcuni scienziati hanno trovato una via per fare proliferare nuovamente queste cellule in vitro. Ciò aumenta la possibilità di curare alcuni difetti che causano l’infertilità maschile.

 

 

 

Capacitazione

 

Con il termine capacitazione si intende la rimozione del colesterolo (che avviene per mezzo di proteine plasmatiche come l’albumina) e conseguente aumento della fluidità di membrana dello spermatozoo che mette queste cellule nelle condizioni di esporre recettori in grado di legarsi specificamente ad un complesso di glicoproteine, che si trovano nella zona pellucida dell’ovocita, in grado di determinare la reazione acrosomale in seguito ad un notevole flusso di Ca2+ intracitoplasmatico.

 

Il processo inizia nella cavità uterina e termina nelle tube uterine e rende gli spermatozoi capaci di attraversare gli involucri dell’uovo.

 

Spermatogonio

 

Lo spermatogonio è una cellula giovane, presente alla membrana basale del tubulo seminifero.

 

Dalla nascita fino alla fase puberale l’individuo presenta al livello della gonade gli spermatogoni A, i quali costituiscono una riserva di cellule seminali con corredo genetico di tipologia diploide non mature ed incapaci di fecondare gli ovociti. Essi, in seguito a stimoli ormonali, vanno incontro a maturazione.

 

Durante l’attività sessuale del maschio, e per tutta la vita fertile, gli spermatogoni si moltiplicano per mitosi, in modo da costituire una riserva stabile (spermatogoni A). Gli spermatogoni B si dividono per meiosi. Dopo la generazione dei cromatidi fratelli prendono il nome di spermatociti di I ordine, mentre dopo la prima meiosi assumono la denominazione di spermatociti di II ordine. Al termine della seconda divisione meiotica si formano 4 cellule aploidi (gli spermatidi) per ogni spermatogonio B di partenza.

 

Quindi, alla base del tubulo, si possono distinguere due differenti tipi di spermatogoni, in base alla organizzazione della cromatina: gli spermatogoni seminali, che hanno una elevata percentuale di eterocromatina; quelli invece impegnati nella spermatogenesi sono caratterizzati da una maggiore quantità di eucromatina. Il secondo tipo di spermatogoni deriva dalla proliferazione dei primi, secondo un tipo di programmazione che è tipico di ciascuna specie.

 

 

 

Cellule staminali

 

Le cellule staminali sono cellule primitive, non specializzate, dotate della capacità di trasformarsi in diversi altri tipi di cellule del corpo attraverso un processo denominato differenziamento cellulare. Sono oggetto di studio da parte dei ricercatori per curare determinate malattie, sfruttando la loro duttilità. Le cellule staminali possono essere prelevate da diverse fonti come il cordone ombelicale, il sacco amniotico, il sangue, il midollo osseo, la placenta, i tessuti adiposi.

 

 

Caratteristiche distintive

 

Per poter essere definita come staminale una cellula deve soddisfare due proprietà:

l’autorinnovamento e la pluripotenza.

 

– L‘autorinnovamento è stato identificato per la prima volta nel 1963 durante studi sul midollo osseo, e rappresenta la capacità di tali cellule di compiere un numero illimitato di cicli replicativi mantenendo sempre il medesimo stadio differenziativo. Ciascuna cellula staminale realizza l’autorinnovamento, o tramite la divisione asimmetrica obbligata (la staminale dà origine ad un’altra staminale e ad una cellula destinata a differenziarsi) oppure mediante differenziamento stocastico (una popolazione di cellule staminali si conserva poiché esiste un numero pressoché uguale di staminali che generano altre due staminali replicandosi, accanto a staminali che invece generano due cellule destinate a differenziarsi).

 

– La pluripotenza è la capacità di dare origine a una o più linee o tipi cellulari tramite il differenziamento. All’interno di questo concetto potrebbe essere anche compreso quello di transdifferenziamento, cioè la capacità di una cellula staminale in fase di differenziamento di cambiare la propria linea cellulare modificando il suo programma di sviluppo.

 

La potenza differenziativa

Le cellule staminali vengono classificate in base alla loro potenza, la potenzialità di differenziarsi nei vari tipi o linee cellulari.

 

– Totipotenza: la capacità di una singola cellula di dividersi e produrre tutte le cellule differenziate in un organismo, compresi i tessuti extraembrionali. Le cellule staminali totipotenti sono le spore (nei funghi) e gli zigoti.

In alcuni organismi, le cellule già differenziate possono ritrovare la totipotenza. Ad esempio nelle coltivazioni in vitro di tessuti vegetali.

Nei mammiferi è conosciuta una singola cellula totipotente, denominata zigote; già fra la terza e la quarta divisione cellulare, le cellule iniziano a perdere la loro totipotenza. A questo punto avviene la formazione della morula, così chiamata perché l’uovo fecondato assume la forma di una piccola mora, composta all’incirca da sedici cellule.

 

– Pluripotenza: la capacità di una singola cellula di dividersi e di differenziarsi in uno qualsiasi dei tre strati germinali: endoderma (rivestimento interno dello stomaco, del tratto gastrointestinale, i polmoni), mesoderma (muscoli, ossa, sangue, urogenitale), o ectoderma (tessuti epidermici e del sistema nervoso). Tali cellule non possono per tanto dare origine ad un organismo adulto, perché non hanno il potenziale per contribuire ai tessuti extraembrionali, per esempio nel caso dei mammiferi placentati non possono dare origine alla placenta (tessuto extraembrionale).

 

Multipotenza: il potenziale di differenziarsi in un numero limitato di lignaggi cellulari; sono anche dette «cellule progenitrici». Un esempio di una cellula staminale multipotente è una cellula ematopoietica (una cellula staminale del sangue) la quale può svilupparsi in diversi tipi di cellule del sangue, ma non può svilupparsi in cellule cerebrali o altri tipi di cellule al di fuori dei tipi di cellule appartenenti al tessuto del sangue. Sono cellule considerate essere permanentemente impegnate ad una funzione tissutale specifica.

 

– Oligopotenza: la capacità di differenziarsi solo in alcuni tipi di cellule. Quali ad esempio di dare origine alla linea linfoide o mieloide. Altri esempi di cellule progenitrici oligopotenti sono le cellule staminali vascolari che hanno la capacità di diventare o cellule muscolari lisce oppure endoteliali.

 

– Unipotenza: la capacità di differenziarsi in un singolo tipo di cellula; sono anche dette «cellule precursori». Ad esempio gli epatociti, che costituiscono la maggior parte del fegato, sono unipotenti. La capacità del fegato di rigenerarsi da un minimo del 25% della sua massa originaria è attribuita a questa proprietà, altri esempi sono dati dalle cellule staminali unipotenti cubiche o cilindriche presenti a livello dello strato germinativo dell’epidermide.

 

Ciclo cellulare

La cellula staminale possiede le proprietà di poter entrare ed uscire dalla fase G0 del ciclo cellulare, tale proprietà assicura alle cellule di poter permanere in uno stato di quiescenza a tempo indeterminato e di mantenere il proprio stato indifferenziato. A seconda dei segnali ambientali che la cellula riceve essa potrà andare incontro ad una replicazione simmetrica, tipica dello stadio di sviluppo embrionale che aumenta il numero delle cellule staminali, o potrà andare incontro alla modalità di divisione non simmetrica, tipica della fase adulta, cioè produce due cellule figlie: una specializzata, che andrà incontro a differenziazione, l’altra staminale, cioè indifferenziata.

 

Questo tipo di divisione asimmetrica, nel tempo, garantisce la presenza di una cellula non-differenziata e quindi la possibilità di riparazione del tessuto a cui la cellula appartiene. In un muscolo, ad esempio, la presenza di cellule staminali garantisce il ricambio cellulare qualora le cellule muscolari fossero diventate troppo vecchie o comunque incapaci di riprodursi.

 

Non tutti i tessuti hanno la capacità di auto-ripararsi o di auto-rinnovarsi: ciò dipende o dall’assenza, in quel tessuto, di cellule non-specializzate o di cellule labili. I tessuti a parziale capacità di rinnovamento sono caratterizzati dalla presenza di cellule dette stabili. Le cellule staminali si definiscono infatti labili quando sono sempre in attiva proliferazione (cheratinociti, cellule del midollo osseo e della mucosa digestiva), stabili quando operano seppure in maniera ridotta (ad esempio gli epatociti) e perenni quando cessano la loro attività di sostituzione/creazione di cellule (ad esempio cellule del sistema nervoso).

 

Classificazione in base all’origine

 

Le cellule staminali possono essere classificate anche in base alla loro sorgente di derivazione:

 

– Cellula staminale placentare: sono le cellule staminali contenute nella placenta. Si possono estrarre cellule staminali dai villi coriali placentari o da altri frammenti placentari come ad esempio la membrana amniotica. Si tratta di cellule staminali ad alto potenziale, con notevoli capacità replicative e caratteristiche idonee a molti utilizzi, alcuni dei quali – come ad esempio il trattamento di alcune patologie della vista – sono già diventati pratica clinica consolidata.

 

– Cellula staminale da villo coriale: sono contenute in quelle strutture della membrana placentare, denominate villi coriali. Le cellule staminali dei villi coriali sono staminali mesenchimali con prospettive applicative in medicina rigenerativa, avendo buone capacità riproduttive e ottima stabilità genomica. È possibile conservare ad uso autologo le cellule staminali presenti in un frammento dei villi coriali prelevati durante l’esecuzione della villocentesi oppure da un frammento di placenta prelevato subito dopo il parto: in entrambi i casi una cellula staminale da villo coriale conserva le proprie capacità riproduttive tipiche delle staminali embrionali unite alla stabilità genomica delle adulte ed all’assenza di complicazioni etiche.

 

– Cellula staminale amniotica: provengono dal liquido amniotico e possono essere ottenute tramite amniocentesi. Queste cellule hanno caratteristiche biologiche molto simili alle cellule staminali embrionali, ma non hanno le controindicazioni di tipo etico legate alla distruzione dell’embrione. Sono molte le patologie per le quali è prevista l’applicazione sull’uomo dei risultati della ricerca ottenuti: dalle malattie della retina, al diabete, alle malattie neurodegenerative, alla chirurgia ricostruttiva, alle malattie rare. Inoltre è stato dimostrato che le cellule staminali amniotiche possono addirittura ridiventare cellule staminali embrionali, con tutte le caratteristiche biologiche delle staminali embrionali ma senza i problemi etici e di stabilità genomica delle embrionali stesse.

 

– Cellula staminale ematopoietica: il sangue residuo della placenta e del cordone ombelicale costituisce una fonte di cellule staminali emopoietiche adulte (sono cellule staminali che danno origine a tutte le cellule del sangue). Dal 1988 queste cellule staminali da cordone ombelicale sono impiegate per curare il morbo di Gunther, la sindrome di Hurler, la leucemia linfocitica acuta e molte altre patologie che interessano in particolare i bambini. Il sangue è raccolto dal cordone ombelicale – sia in caso di parto spontaneo che di taglio cesareo – facendo un prelievo (in circuito chiuso sterile) dalla vena ombelicale. Una volta raccolto, ne viene calcolato il volume e la quantità di globuli bianchi, che non devono essere inferiori, rispettivamente, a 60 ml e 800 milioni (la quantità dei bianchi minimi alla raccolta è spesso diversa da banca a banca, è però comunemente accettato il fatto che ad unità congelata non debbano essere inferiori a 800 milioni).

 

– Cellula staminale adulta: Sono le cellule staminali presenti nell’individuo adulto; sono cellule non specializzate che si riproducono giornalmente per fornire alcune specifiche cellule: ad esempio 200 miliardi di globuli rossi sono generati ogni giorno nel corpo da cellule staminali emopoietiche adulte: questo processo è chiamato differenziazione (vedi morfogenesi). Le staminali adulte nello stroma del midollo osseo possono trasformarsi in cellule epatiche, neurali, muscolari, renali e follicolari. Caratteristiche molto simili o identiche si ritrovano anche nelle cellule staminali contenute nel tessuto adiposo, presenti in abbondanza e facilmente prelevabili con una semplice lipoaspirazione. Il lipoaspirato può essere processato anche immediatamente, rappresenta pertanto la fonte maggiormente rapida per ottenere cellule staminali adulte mesenchimali.

Le cellule staminali adulte mantengono gradi di versatilità limitati, la differenziazione di un tipo di cellula staminale in un altro è stata definita transdifferenziazione.

 

– Cellula staminale embrionale (ES): sono cellule pluripotenti ricavate dalla massa cellulare interna della blastocisti. Queste cellule, una volta estratte, possono essere messe in coltura e fatte proliferare quali linee indifferenziate oppure si può procedere facendole differenziare nella linea cellulare voluta dal ricercatore. Grazie a questo tipo di cellule è stato scoperto molto sulla segnalazione e il differenziamento delle cellule degli embrioni, ma sono state anche utilizzate in esperimenti genetici nel topo volti alla comprensione della funzione di alcuni geni, dove sono stati generati topi knockout (cioè in cui è stato volutamente inattivato o deleto un gene dal DNA) e topi knockin (dove un gene è sostituito da una sequenza di DNA mutata). Queste cellule sono il principale strumento degli studi per la rigenerazione di alcuni tessuti che nell’organismo sono quiescienti o non proliferanti come ad esempio i cardiomiociti cardiaci, i neuroni o gli epatociti.

 

– Cellula staminale pluripotente indotta (iPS): gli scienziati giapponesi Kazutoshi Takahashi e Shinya Yamanaka sono stati i pionieri della riprogrammazione di cellule differenziate in cellule pluripotenti nel topo tramite induzione. Hanno dimostrato che la pluripotenzialità di una cellula staminale dipende dall’espressione di almeno quattro geni (Oct 3/4, c-Myc, Sox-2 e Kfl4), tutti fattori di trascrizione a cui si deve aggiungere una proteina homeobox chiamata Nanog che impedisce alle staminali di differenziarsi, anche se quest’ultima non risultò indispensabile. Per fare ciò hanno utilizzato dei fibroblasti umani che sono stati riprogrammati mediante trasfezione dei quattro geni sopra riportati, facendoli diventare cellule staminali pluripotenti. Un altro laboratorio ha condotto un esperimento simile utilizzando i geni Sox-2, Oct 3/4, Lin28 e Nanog. Le cellule riprogrammate risultato di questi esperimenti sono state chiamate cellule staminali pluripotenti indotte (iPS) e dato che sono generate a partire da cellule somatiche adulte non presenterebbero i problemi etici delle cellule staminali embrionali (ES) e potrebbero essere impiegate più diffusamente nelle terapie basate sulle cellule staminali. Un problema è che uno dei quattro geni, c-Myc e Kfl4, è un potente oncogeno, per cui si dovrebbero cercare altri geni che, pur generando iPS non siano oncogeni. Sembra che altri laboratori siano riusciti a produrre iPS facendo a meno di c-Myc.

 

 

Prelievo

 

Le cellule staminali che possono essere recuperate, a livello dell’embrione e del feto, durante lo sviluppo, rappresentano le cellule con una maggiore potenzialità di differenziazione.

 

È possibile, dall’embrione preimpianto allo stadio di blastocisti (ovuli fecondati in vitro), isolare le cellule del nodo embrionale e coltivarle: in tal modo si possono ottenere migliaia di cellule embrionali staminali la cui principale caratteristica è data dalla grande capacità di differenziarsi negli altri tipi cellulari; tale ricerca è il fulcro per lo sviluppo della medicina rigenerativa di tessuti ed organi danneggiati.

 

Eventi chiave della ricerca sulle staminali

 

1909 – Alexander A. Maximow The lymphocyte as a stem cell, common to different blood elements in embryonic development and during the post-fetal life of mammals. Lecture with a demonstration, held at a special meeting of the Berlin Hematological Society on 1 June 1909 (Tradotto dal tedesco). Folia Haematologica 8.1909, 125-134 (L’originale in tedesco)

1960 – Joseph Altman e Gopal Das presentano prove di neurogenesi adulta e di attività da parte di cellule staminali nel cervello: quanto affermano contraddice il dogma di Cajal che escludeva la possibilità di formazione di nuovi neuroni

1963 – Ernest McCulloch e James Till illustrano la presenza di cellule staminali autorinnovanti nel midollo osseo di topo

1968 – trapianto di midollo osseo tra due fratelli tratta con successo la SCID

1978 – vengono scoperte cellule staminali ematopoietiche nel cordone ombelicale umano

1981 – vengono derivate cellule embrionali staminali di topo dalla massa cellulare interna

1992 – cellule staminali neurali sono coltivate in vitro sotto forma di neurosfere

1992 – Claudio Bordignon completa la prima procedura medica al mondo mirante alla terapia genica delle malattie ereditarie, usando cellule staminali come vettori per il materiale genetico.

1995 – Bill Clinton firma una legge che rende illegali fondi federali per la ricerca su cellule staminali ottenute con la distruzione dell’embrione

1997 – si dimostra che la leucemia ha origine da cellule staminali ematopoietiche: è la prima prova diretta dell’esistenza di un nesso tra cellule staminali e cancro

1998 – James Thomson e i suoi collaboratori derivano la prima linea di cellule staminali embrionali presso l’Università del Wisconsin-Madison.

2000 – vengono pubblicati numerosi studi sulla plasticità delle cellule staminali adulte

2003 – Songtao Shi dell’NIH scopre una nuova fonte di cellule staminali adulte nei denti da latte dei bambini

2004-2005 – Hwang Woo-Suk asserisce di avere creato numerose linee di cellule staminali embrionali umane da ovociti umani non fertilizzati. Si scopre che non era vero

19 luglio 2006 – George W. Bush firma il veto della legge che avrebbe permesso l’uso di fondi federali per la ricerca su cellule staminali ottenute dalla distruzione dell’embrione

7 gennaio 2007 – Un pool di scienziati, comprendenti l’italiano Paolo De Coppi, annuncia di aver scoperto cellule staminali nel liquido amniotico

8 aprile 2008 – i fibroblasti si trasformano in cellule staminali pluripotenti, in grado di curare nei topi di laboratorio il morbo di Parkinson. Il risultato, appena pubblicato sulla rivista scientifica Pnas (Proceedings of the national academy of sciences).

ottobre 2008 – Nasce in Lombardia la prima banca al mondo per la conservazione delle cellule staminali del liquido amniotico

9 marzo 2009 – Il presidente statunitense Barack Obama ha rimosso, con un ordine esecutivo, i limiti al finanziamento pubblico alla ricerca sulle cellule staminali embrionali

8 marzo 2010 – Il gruppo di ospedali americano Caritas Christi (il più grande del New England) sigla con Biocell Center un’intesa per la conservazione delle cellule staminali amniotiche prelevate nei propri centri

20 gennaio 2011 – Muore Ernest McCulloch (scopritore delle cellule staminali)

26 agosto 2011 – Al Centro Europeo di Ricerca sulle cellule staminali di Terni (diretto dal prof. Angelo Vescovi) viene dato il via, dal comitato etico regionale dell’Umbria, la sperimentazione delle cellule staminali sull’uomo.

25 giugno 2012, presso l’Azienda ospedaliera santa Maria di Terni, un’equipe guidata da Angelo Vescovi ha effettuato il primo trapianto di cellule staminali neurali umane su un soggetto affetto da sclerosi laterale amiotrofica utilizzando cellule provenienti da un feto deceduto per cause naturali.

aprile 2013 – Primo trapianto di trachea su una bambina di due anni. Operazione condotta dal chirurgo italiano Paolo Macchiarini presso l’ospedale statunitense Children’s Hospital, Illinois.

 

 

Banche di crioconservazione

 

Le “banche di conservazione delle cellule staminali” sono strutture con elevati standard di sicurezza, in cui le unità di cellule prelevate vengono stoccate in capienti contenitori di azoto criogenico fino al momento del loro eventuale utilizzo. Le cellule staminali possono essere conservate immerse in celle di azoto liquido o di vapori di azoto a -170 / -190 °C (risospese in appropriati mezzi per la crioprotezione, come ad esempio il dimetilsolfossido o il glicerolo). La legislazione che regolamenta le Banche di cellule staminali varia da Paese a Paese, e si differenzia a seconda della fonte di prelievo delle cellule (amniocentesi, cordone ombelicale, sangue, denti….) e dell’uso previsto (autologo o allogenico): in Italia la legislazione vieta solo la conservazione delle cellule cordonali ad uso autologo presso banche private, pur consentendone la conservazione presso strutture estere. La conservazione autologa ha il vantaggio della totale assenza di fenomeni di rigetto in caso di autotrapianti di organi e tessuti, mentre lo svantaggio di tale pratica è rappresentato dal fatto che, in caso di leucemia, ad esempio, nel campione conservato siano presenti cellule tumorali leucemiche, così come nell’organismo malato del paziente: questo è il motivo per cui, principalmente, gli interventi effettuati nella pratica chirurgica sono a base di cellule staminali cordonali eterologhe, ottenute quindi da un donatore presumibilmente sano. La cellule vengono conservate perché si prevede che in futuro saranno un elemento di cura contro linfomi, leucemie e tumori, utile nella terapia genica e tissutale, nel trattamento di patologie ereditarie, ma per il momento, vengono utilizzate fondamentalmente in alternativa al trapianto di midollo osseo.

 

In Italia sono attive banche pubbliche di cellule cordonali e banche di cellule staminali di varia natura, tra cui le amniotiche.

 

Banche di conservazione delle cellule staminali da cordone ombelicale

 

In alcuni ospedali, è però possibile effettuare la donazione delle cellule staminali cordonali, le quali vengono conservate presso banche situate in strutture pubbliche (la più grande è la Milano Cord Blood Bank presso l’Ospedale Maggiore, ne esistono altre presso gli ospedali di Pavia, Verona, Padova, Torino, Bologna, Genova, Treviso, Firenze, Pisa, Pescara, Roma, Napoli, San Giovanni Rotondo, Reggio Calabria, Sciacca). Molti altri ospedali pubblici italiani, dove non esiste una struttura interna deputata alla conservazione dei campioni, fungono da centri di raccolta del sangue cordonale, che viene poi distribuito alle banche pubbliche.

 

In Italia esistono solo banche cordonali pubbliche: infatti il decreto ministeriale del 18 novembre 2009 recita che “è vietata l’istituzione di banche per la conservazione di sangue dal cordone ombelicale presso strutture sanitarie private o presso società private”; Le banche pubbliche sono state istituite per conservare il sangue cordonale dei neonati per cui esiste un’elevata familiarità per alcune gravi patologie genetiche- si parla in questo caso di “conservazione autologa dedicata” – o per conservare il sangue cordonale che alcuni genitori decidono di donare affinché, in caso di compatibilità, possa essere trapiantato ad un bambino malato – si parla di “conservazione allogenica”.

 

Nelle banche private l’unità di sangue prelevata dal cordone ombelicale di un bambino viene invece conservata a suo nome – si parla di “conservazione autologa” – e diventa a tutti gli effetti una sua proprietà; il sangue rimane così congelato fino al momento in cui dovesse servire allo stesso bambino (trapianto autologo) o eventualmente a un suo familiare compatibile.

 

Banche di cellule da liquido amniotico

 

Vista l’alta capacità moltiplicativa, le staminali da liquido amniotico si possono conservare per se stessi autorizzando al contempo la possibilità di utilizzo per soggetti compatibili.

 

Le cellule amniotiche non rientrano concettualmente nella linea legislativa del sangue e dei suoi derivati, pertanto la loro conservazione è consentita in tutto il mondo.

 

Le cellule vengono estratte da un campione prelevato durante l’amniocentesi, successivamente amplificate ed espanse in laboratorio.

 

 

Presunte applicazioni cliniche e mancanza di regolamentazione

 

L’attenzione dei ricercatori è focalizzata su eventuali futuri utilizzi a scopo clinico per altre patologie, per le quali le staminali potrebbero avere un potenziale d’uso, anche se al momento tali sviluppi sono ancora sostanzialmente lontani dalla pratica clinica.

 

Alcuni trattamenti “sperimentali” basati sulle cellule staminali, a volte presentati con toni enfatici ma senza che a questi corrisponda in realtà una solida evidenza scientifica, hanno spesso fatto leva sulla disperazione e le false speranze dei pazienti, e creato il business dei “viaggi della speranza” in diversi paesi del mondo, in cui sono sorte delle “cliniche private” che operano spesso fuori dalle regolamentazioni e dalle buone prassi cliniche internazionali.

 

L’ISSCR (la principale Società scientifica internazionale per la ricerca sulle cellule staminali) ha quindi emesso specifiche linee-guida per la ricerca e l’applicazione clinica in merito, mettendo fortemente in guardia i pazienti rispetto alla frequente presentazione di risultati volutamente esagerati e senza alcun fondamento reale nell’ambito di tali presunte “terapie”, spesso accompagnate anche dall’omissione dei rischi relativi:

 

« “Too often rogue clinics around the world exploit patients’ hopes by offering unproven stem cell therapies, typically for large sums of money and without credible scientific rationale, oversight or patient protections” »

(“Troppo spesso, al mondo, dei clinici disonesti speculano sulle speranze dei pazienti, proponendo terapie con staminali prive di riscontri oggettivi, tipicamente in cambio di grandi somme di denaro, e senza fondamento scientifico, senza controlli indipendenti, senza protezione del paziente”.)

 

Diploidia

 

La diploidia è la condizione in cui nelle cellule somatiche di un organismo vivente sono presenti due copie per ogni cromosoma, definiti cromosomi omologhi. La diplofase è caratterizzata proprio dalla diploidia.

 

Un esempio di organismo diploide è Homo sapiens sapiens. Va notato che i due cromosomi non devono necessariamente essere identici tra loro: per esempio nel maschio umano il cromosoma X non è presente in due copie uguali, bensì la seconda copia è molto più breve ed è denominata cromosoma Y (mentre nella femmina umana sono presenti due copie del cromosoma X). Esistono anche organismi e cellule aploidi in cui soltanto una copia di ogni cromosoma è presente. Un esempio di cellule aploidi sono i gameti umani.

 

I due gameti si fondono durante il processo di fecondazione, producendo lo zigote, una cellula diploide, che contiene il corredo genetico di entrambi i gameti, quindi due copie per ogni cromosoma. La diploidia è in genere proprio il risultato della riproduzione sessuata. Oltre alla diploidia e all’aploidia esiste anche la poliploidia con molti esempi tra le piante coltivate: questi organismi contengono più di due copie del loro corredo cromosomico. La condizione diploide viene spesso indicata con il simbolo “2n” ad indicare due copie di ogni cromosoma, dove “n” è il corredo cromosomico aploide.

 

Lo sporofito dei vegetali è caratterizzato dall’avere un corredo 2n.

 

Apparato di Golgi

 

L’apparato del Golgi (spesso detto semplicemente Golgi) è un organulo di composizione lipo-proteica scoperto nel 1898 dal medico e microscopista italiano Camillo Golgi, che lo identificò come una delicata struttura localizzata nella cellula in posizione paranucleare. Golgi diede all’organulo il nome di apparato reticolare interno.

 

 

 

 

Struttura

 

La struttura si evidenzia trattando le cellule con sali d’argento. Viene detta “zona di Golgi” la zona di citoplasma nella quale risiede l’apparato.

 

L’apparato del Golgi venne evidenziato nel 1896 da Camillo Golgi, attraverso un’impregnazione cromoargentica effettuata su cellule nervose del gatto. Notò così che una zona del reticolo endoplasmatico interno presentava una maggiore addensazione del metallo e la descrisse come “apparato reticolare interno”. La struttura dell’Apparato reticolare interno fu poi osservata tramite la microscopia elettronica (le cisterne che costituiscono l’apparato, infatti, hanno dimensioni che cadono al di fuori del potere risolutivo del microscopio ottico), e all’organulo fu dato il nome di Apparato del Golgi.

 

Esso è formato da cisterne membranose appiattite, impilate le une sulle altre, deputate alla glicosilazione, cioè produzione di glicolipidi e glicoproteine (mediante l’aggiunta di residui glucidici). Inoltre l’organulo, sempre tramite l’aggiunta di specifici residui chimici (siano essi oligosaccaridi o gruppi fosfato o altri complessi), indirizza le biomolecole al loro destino all’interno dell’economia cellulare. In particolare, per quanto riguarda quest’ultima categoria di attività svolte dall’organulo, il suo ruolo è essenziale nella formazione dei lisosomi (le cui idrolasi sono indirizzate al loro destino tramite l’aggiunta di gruppi fosfato), nella sintesi di glicoproteine (sia quelle destinate alla secrezione, sia quelle transmembrana), nella sintesi di GAG (Glicosamminoglicani) e in quella di lipoproteine e lipidi complessi. Anche se può variare leggermente a seconda delle cellule studiate, in linea di massima la struttura di questo organulo è pressoché uniforme. Esso è costituito da tre tipi di strutture diverse:

 

– Vescicole transfer, piccole vescicole con diametro di 80-100 nm tramite le quali pervengono al Golgi le biomolecole da elaborare.

 

– Cisterne, sono minimo tre e nelle cellule umane solitamente il loro numero varia tra quattro e sette. Queste si dispongono le une di fronte alle altre, con una faccia che guarda verso il nucleo ed un’altra che guarda verso la membrana cellulare. La faccia che guarda verso il nucleo è quella sulla quale arrivano le Vescicole transfer, da quella che guarda verso il plasmalemma originano invece i vacuoli di condensazione contenenti i prodotti dell’attività dell’organulo. La faccia che guarda verso il nucleo prende il nome di faccia cis o faccia concava o faccia immatura, quella che guarda verso la membrana faccia trans o faccia matura o faccia convessa. Si possono quindi descrivere tre regioni (ciascuna costituita da minimo una cisterna) dell’Apparato del Golgi ognuna con specifiche competenze biochimiche: la regione cis, mediana e trans. Attraverso queste regioni varia la composizione chimica, gli enzimi, e lo spessore della membrana (che aumenta dalla faccia cis alla faccia trans) delle cisterne che costituiscono questo organulo. Più precisamente, il “reticolo cis” fosforila oligosaccaridi sulle proteine destinate ai lisosomi (per esempio il mannosio-6-fosfato per il riconoscimento delle idrolasi acide); la “cisterna cis” rimuove mannosio con mannosidasi di tipo I; la “cisterna mediale” rimuove altri residui di mannosio con delle  mannosidasi di tipo II e aggiunge N-acetil-glucosamina; la “cisterna trans” addiziona galattosio e acido N-acetilneuraminico (NANA o acido sialico); il “reticolo trans” smista il cargo con vescicole endocitiche o trans-citiche e aggiunge gruppi solfato a carboidrati o tirosine di proteine.

 

– Vacuoli di condensazione, originano dalla faccia trans di Golgi e si fondono tra loro formando macrovescicole o granuli di secrezione. Questi sono diretti a fondersi con il plasmalemma o con endosomi.

Le cisterne sono impilate strettamente le une sulle altre e possono trovarsi associate nei cosiddetti corpi golgiani o singolarmente nel citoplasma.

 

In una cellula, tanto più essa è attiva nella sintesi proteica, tanti più apparati sono presenti.

 

Funzioni

 

L’apparato di Golgi ha una funzione molto importante ovvero di rielaborare, selezionare ed esportare i prodotti cellulari. Questo organulo può interagire con altri (come il reticolo endoplasmatico rugoso) per indirizzare ed etichettare certe vescicole contenenti prodotti cellulari verso la loro destinazione, che può essere quello di confluire in altri organi o ingranare nella membrana plasmatica e farne uscire il contenuto.

 

Possiamo fare un esempio con una proteina che deve raggiungere un lisosoma. Inizialmente questa proteina viene fornita di una specifica sequenza segnale che la indirizza nel reticolo endoplasmatico rugoso. Qui, le viene rimossa la sequenza segnale, sostituita con un oligosaccaride (cioè l’indirizzo in etichetta), e la proteina ora si chiama glicoproteina. Gli enzimi del Golgi modificano l’oligosaccaride aggiungendogli un gruppo fosfato non per normale fosforilazione ma con N.acetilglucosammina fosfotransferasi che decide su quale substrato attaccare il gruppo fosfato. Il riconoscimento avviene grazie ad una sequenza segnale nella proteina che viene riconosciuta dall’enzima transferasi. La proteina fosforilata si lega ad un recettore specifico; dopo viene racchiusa all’interno di una vescicola mediante l’estroflessione della membrana plasmatica; in questo modo la proteina resta divisa dal citoplasma quindi può raggiungere il lisosoma.

 

Meccanismi simili regolano ed indirizzano proteine diverse verso altri componenti cellulari. L’apparato del Golgi è responsabile dell’esportazione di queste proteine, ed è anche coinvolto nell’immagazzinamento di altre, fino a che queste non devono essere utilizzate o espulse dalla cellula.

 

I prodotti di questo apparato vengono secreti come piccole vescicole che migrano verso la membrana cellulare e con quest’ultima si fondono per rinnovarne i componenti.

 

Vescicole di trasporto

 

Le vescicole che gemmano dal reticolo endoplasmatico Rugoso (RER) sono trasportate alla faccia cis dell’apparato del Golgi, dove si fondono con la sua membrana rilasciando il loro contenuto all’interno del lume. Una volta nel lume, le molecole vengono modificate, raggruppate e spedite verso la loro destinazione finale. Gli apparati del Golgi sono di solito più grandi e numerosi nelle cellule che sintetizzano e secernono una quantità considerevole di sostanze. Per esempio, le Plasmacellule B e le cellule che secernono Anticorpi del sistema immunitario hanno apparati del Golgi molto complessi.

 

Queste proteine, che provengono dal reticolo endoplasmatico rugoso, vengono poi trasportate, attraversando la faccia trans, in una complessa rete fatta di membrane e vescicole ad esse associate nota come trans-Golgi network (TGN). Questa area di Golgi è il punto in cui le proteine sono raggruppate e spedite ognuna nella propria precisa destinazione grazie al loro collocamento in uno dei tre differenti tipi di vescicole, che dipendono dal composto usato dal Golgi per “marcare” le proteine.

 

I tre tipi di vescicole sono:

 

–  Vescicole esocitotiche. Sono vescicole che contengono proteine destinate per il rilascio extracellulare. Dopo il confezionamento, le vescicole gemmano immediatamente verso la membrana plasmatica, si fondono con essa e rilasciano il contenuto nello spazio extracellulare in un processo noto come secrezione costitutiva. Esempio: Anticorpo rilasciato dall’attivazione delle Plasmacellule B.

 

–  Vescicole secretorie. Sono anch’esse vescicole che contengono proteine destinate al rilascio extracellulare. Dopo il confezionamento, le vescicole gemmano e sono immagazzinate nella cellula fino a quando non viene dato un segnale per la loro liberazione. Quando l’appropriato segnale viene ricevuto, esse si muovono verso la membrana e vi si fondono per rilasciare il loro contenuto. Questo processo è noto come secrezione regolata. Esempio: Neurotrasmettitore rilasciato dai neuroni

 

–  Vescicole lisosomali. Sono vescicole che contengono proteine destinate al lisosoma, organulo di degradazione contenente molte idrolasi acide. Queste proteine includono sia gli enzimi digestivi che le proteine di membrana. Tutte le proteine destinate al lisosoma sono marcate con una glicosilazione di mannosio-6-fosfato. Esempio: Proteasi digestive destinate ai lisosomi.

 

 

Mitocondrio

 

Il mitocondrio ,  è un organello cellulare di forma generalmente allungata (reniforme o a forma di fagiolo), presente in tutti gli eucarioti.

 

Esso è dotato di un DNA proprio, il DNA mitocondriale. Esistono organismi eucarioti che apparentemente non possiedono mitocondri, come ad esempio i parassiti Giardia lamblia, Entamoeba histolytica e Trachipleistophora hominis, ma ricerche in merito dimostrano come tali organismi abbiano subito una involuzione dei rispettivi mitocondri, trasformatisi in organelli vestigiali mancanti della loro funzione biochimica originaria. I mitocondri sono organuli presenti nel citoplasma di tutte le cellule animali (matrice) a metabolismo aerobico e nelle cellule eucariote vegetali. Mancano solo nelle cellule procariotiche, cioè i batteri, dove le funzioni respiratorie vengono espletate da proteine enzimatiche contenute nella membrana cellulare e nelle sue invaginazioni, dette mesosomi.

 

I mitocondri sono gli organelli addetti alla respirazione cellulare, costituiti da sacchette contenenti enzimi respiratori. Sono costituiti da due membrane: la membrana interna e la membrane esterna; lo spazio fra queste due membrane è detto spazio intermembrana. Lo spazio delimitato dalla membrana interna è detto matrice mitocondriale; la membrana interna si estende nella matrice formando delle pieghe dette creste mitocondriali che contengono molecole cruciali per la produzione di ATP a partire da altre molecole.

 

Struttura

 

Il mitocondrio, isolato dalla struttura cellulare che lo circonda, assume una forma che ricorda quella di un salsicciotto ed è lungo 1-4 μm ed ha un diametro di circa 1,5 µm. Nella cellula assume una forma più complessa; ad esempio nelle piante (Arabidopsis thaliana) e nel lievito (Saccharomyces cerevisiae) è più opportuno parlare di una rete mitocondriale in cui i mitocondri vanno incontro a fissione e fusione.

 

È delimitato da una doppia membrana: quella esterna permette il passaggio di piccole molecole, quella interna è selettivamente permeabile e ripiegata in estroflessioni chiamate creste mitocondriali che ne aumentano la superficie. La membrana interna si presenta sotto forma di numerosi avvolgimenti, rientranze e sporgenze, queste sono dette creste mitocondriali. La funzione di queste strutture è quella di aumentare la superficie di membrana che permette di disporre un numero maggiore di complessi di ATP sintetasi e di fornire pertanto maggiore energia. Le due membrane identificano due differenti regioni: lo spazio intermembrana cioè quello interposto tra la membrana esterna e quella interna, e la matrice, spazio circoscritto dalla membrana interna.

 

 

Le membrane del mitocondrio

 

Le due membrane mitocondriali presentano differenti proprietà a causa della loro diversa composizione.

 

La membrana esterna è composta per il 50% da lipidi e per il resto da svariati enzimi dalle molteplici attività tra cui: l’ossidazione dell’adrenalina, l’allungamento degli acidi grassi e la degradazione del triptofano. Essa, inoltre, contiene porine: canali proteici transmembrana, formati per lo più da foglietti β, non selettivi. Ciò fa sì che la membrana esterna sia assai permeabile e permetta il passaggio di molecole di massa fino a 5 000 u. Quest’elevata permeabilità era già nota all’inizio del XX secolo in quanto venne notato il rigonfiamento cui i mitocondri vanno soggetti a seguito della loro immersione in una soluzione ipotonica.

 

La membrana interna ha un rapporto in peso proteine/lipidi che si aggira intorno a 3:1 (ciò significa che per ogni proteina vi sono circa 15 fosfolipidi) e contiene più di 100 molecole polipeptidiche. L’elevato contenuto proteico è rappresentato da tutti i complessi deputati alla fosforilazione ossidativa e, in ultimo, alla produzione di ATP attraverso il complesso dell’ATP sintasi, che genera ATP sfruttando il gradiente protonico a cavallo della membrana. Un’altra caratteristica particolare, in quanto propria delle membrane batteriche, è la presenza di molecole di cardiolipina (difosfatidil-glicerolo) e l’assenza di colesterolo. La membrana interna, contrariamente a quella esterna, è selettivamente permeabile, priva di porine, ma con trasportatori transmembrana altamente selettivi per ogni molecola o ione. A seguito di ciò le due facce della membrana interna vengono chiamate, rispettivamente, versante della matrice e versante citosolico (in quanto viene facilmente raggiunto dalle piccole molecole del citosol cellulare) oppure versante N e versante P in ragione del diverso potenziale di membrana (neutro per la matrice interna, positivo per lo spazio intermembrana esterno).

 

La matrice mitocondriale

 

La matrice mitocondriale ha consistenza gelatinosa a causa della concentrazione elevata di proteine idrosolubili (circa 500 mg/ml). Essa contiene, infatti, numerosi enzimi, ribosomi (70S, più piccoli di quelli presenti nel resto della cellula) e molecole di DNA circolare a doppio filamento.

 

Il genoma mitocondriale

 

Il genoma mitocondriale umano contiene 16569 coppie di basi e possiede 37 geni codificanti per due RNA ribosomiali (rRNA), 22 RNA di trasporto (tRNA) e 13 proteine che fanno parte dei complessi enzimatici deputati alla fosforilazione ossidativa. È da notare, comunque, che il numero di geni presenti sul DNA mitocondriale è variabile a seconda delle specie. In ogni mitocondrio si trovano da due a dieci copie del genoma. Il resto delle proteine presenti nel mitocondrio deriva da geni nucleari i cui prodotti vengono appositamente trasportati. Le proteine destinate al mitocondrio generalmente vengono riconosciute grazie ad una sequenza leader presente sulla loro parte N-terminale. Tale sequenza contiene da 20 a 90 amminoacidi, di cui nessuno carico negativamente, con all’interno alcuni motivi ricorrenti, e sembra che abbia un’elevata possibilità di dare origine ad una α-elica anfipatica. Circa 28 dei geni mitocondriali (2 rRNA, 14 tRNA e 12 proteine) sono codificati su uno dei due filamenti di DNA (detto H, da heavy strand) mentre i rimanenti geni (8 tRNA e 1 proteina) sono codificati sul filamento complementare (detto L, da light strand). La presenza della catena di trasporto degli elettroni con la sua capacità di produrre radicali liberi, la mancanza di istoni ed i limitati sistemi di riparo, rendono il DNA mitocondriale facilmente danneggiabile ed in effetti il suo tasso di mutazione è circa dieci volte maggiore di quello nucleare. Ciò fa sì che si possano avere sequenza mitocondriali differenti anche all’interno di uno stesso individuo.

 

La presenza di ribosomi permette al mitocondrio di svolgere una propria sintesi proteica.

 

Una particolarità del codice genetico mitocondriale sta nel fatto che esso è leggermente diverso da quello comunemente noto. Il codone UGA, normalmente codone di stop, codifica per il triptofano. I vertebrati, inoltre, usano la sequenza AUA (e l’uomo anche AUU) per codificare la metionina (e non l’isoleucina) mentre AGA ed AGG funzionano come codoni di stop. Si è visto, inoltre, che tra specie diverse vi possono essere differenze nel codice mitocondriale che, di conseguenza, non è uguale per tutti.

 

Il DNA mitocondriale umano viene ereditato per via matrilineare (eredità non mendeliana) in quanto durante il processo di fecondazione i mitocondri dello spermatozoo sono marcati con ubiquitina, una proteina che si lega ad altre proteine che devono essere degradate. In conseguenza di ciò, il genoma mitocondriale della prole sarà quasi uguale a quello materno (fatte salve eventuali mutazioni) e, inoltre, se la madre è affetta da una malattia a trasmissione mitocondriale, la erediteranno tutti i figli, mentre se ne è affetto il padre, non la erediterà nessuno. In letteratura sono riportati rarissimi casi in cui il DNA mitocondriale sembra derivare dal padre o da entrambi i genitori.

 

 

Le funzioni del mitocondrio

 

Il mitocondrio è in grado di svolgere molteplici funzioni. La più importante tra esse consiste nell’estrarre energia dai substrati organici che gli arrivano per produrre un gradiente ionico che viene sfruttato per produrre adenosintrifosfato (ATP). Gli altri processi in cui il mitocondrio interviene sono:

 

– l’apoptosi e la morte neuronale da tossicità da acido glutammico

– regolazione del ciclo cellulare

– regolazione dello stato redox della cellula

– sintesi dell’eme

– sintesi del colesterolo

– produzione di calore

 

La produzione di energia

 

È la funzione principale del mitocondrio e viene svolta utilizzando i principali prodotti della glicolisi: il piruvato ed il NADH. Essi vengono sfruttati in due processi: il ciclo di Krebs e la fosforilazione ossidativa.

 

Ciclo di Krebs

 

Le molecole di piruvato prodotte dalla glicolisi vengono trasportate all’interno della matrice mitocondriale dove vengono decarbossilate per formare gruppi acetili che vengono coniugati con il Coenzima A (CoA) per formare acetilCoA. Il tutto viene catalizzato dalla piruvato deidrogenasi: un grosso complesso multienzimatico. Successivamente l’acetilCoA viene immesso nel ciclo di Krebs o ciclo degli acidi tricarbossilici o ciclo dell’acido citrico che permette di generare 3 molecole di NADH ed una di FADH2 secondo la seguente reazione generale:

 

Acido ossalacetico + acetilCoA + 2 H2O + ADP + Pi + FAD + 3 NAD+ → Acido ossalacetico + 2 CO2 + CoA + ATP + 3 NADH + 3 H+ + FADH2

 

Tutti gli enzimi del ciclo di Krebs si trovano liberi nella matrice, fatta esclusione per il complesso della succinato deidrogenasi che è legata alla membrana mitocondriale interna nel versante N.

 

Fosforilazione ossidativa: la catena di trasporto degli elettroni

 

Vengono utilizzati sia il NADH che il FADH2 prodotti dalla glicolisi e dal ciclo di Krebs. Attraverso un complesso multienzimatico avente le funzioni di catena di trasporto gli elettroni vengono prelevati da NADH e FADH2 e, dopo una serie di passaggi intermedi, vengono ceduti all’ossigeno molecolare (O2) che viene ridotto ad acqua. Durante il trasferimento elettronico le varie proteine trasportatrici subiscono dei cambiamenti conformazionali che consentono di trasferire dei protoni dalla matrice allo spazio intermembrana contro un gradiente di concentrazione.

 

Nel mitocondrio si possono isolare ben quattro complessi poliproteici responsabili del trasporto degli elettroni:

 

– Complesso I (NADH deidrogenasi) che contiene almeno 30 diversi polipeptidi, una flavoproteina e 9 centri ferro-zolfo e per ogni coppia di elettroni fatta passare vengono trasferiti tre o quattro protoni,

– Complesso II (Succinato deidrogenasi) che, oltre a catalizzare una reazione del ciclo di Krebs, consente il trasferimento di elettroni al FAD ed all’ubichinone ma non permette il passaggio di protoni,

– Complesso III (Citocromo c riduttasi) che contiene circa 10 polipeptidi e gruppi eme ed un centro ferro-zolfo, permette il passaggio di elettroni dall’ubichinone ridotto al citocromo c e per ogni coppia di elettroni trasferisce quattro protoni,

– Complesso IV (Citocromo c ossidasi) che contiene almeno 13 polipeptidi permette il trasferimento di elettroni dal citocromo c all’ossigeno ed anche lo spostamento dei protoni anche se non ne è ben chiaro il numero (forse quattro per ossigeno ridotto).

 

Successivamente i protoni vengono rifatti passare attraverso la membrana interna, in un processo di diffusione facilitata, tramite l’enzima ATP sintetasi che ottiene così l’energia sufficiente per produrre molecole di ATP, trasferendo un gruppo fosfato a dell’ADP. Si è visto che una coppia di elettroni, prelevati da NADH, è in grado di rilasciare un quantitativo d’energia sufficiente a produrre tre molecole di ATP mentre con una coppia elettronica ottenuta dal FADH2 se ne ottengono due.

 

Sia la glicolisi che la fosforilazione ossidativa permettono di ottenere ben trentotto molecole di ATP per ogni glucosio utilizzato (anche se questo valore può anche variare a seconda del rapporto [ATP]/[ADP] intracellulare).

 

L’importanza del trasferimento dei protoni attraverso la membrana mitocondriale interna nella sitesi di ATP, meccanismo definito chemioosmotico, venne individuato nel 1961 da Peter Mitchell il quale ottenne, per questo, il Premio Nobel per la chimica nel 1978. Nel 1997 a Paul Boyer e John Walker venne consegnato lo stesso premio per aver chiarito il meccanismo d’azione della ATP sintetasi.

 

Il mitocondrio e l’apoptosi

 

Il mitocondrio funziona da centrale d’integrazione degli stimoli apoptotici. Essi possono essere di molteplice natura (caspasi, ceramide, vari tipi di chinasi, ganglioside GD3, ecc.) e sono in grado di determinare l’apertura di un complesso poliproteico chiamato poro di transizione mitocondriale (Permeability Transition Pore Complex, PTPC) localizzato in alcuni punti di contatto tra le due membrane mitocondriali. Quest’evento fa cadere la differenza di potenziale, per uscita dei protoni, ed ingresso di molecole prima interdette all’ingresso. Come risultato finale, il mitocondrio si riempie di liquido e la membrana esterna scoppia liberando nel citoplasma fattori stimolanti l’apoptosi come AIF, (Apoptosis Inducing Factor) che è in grado di raggiungere il nucleo ed attiva una via indipendente dalle caspasi in grado di degradare il DNA, ed il citocromo c che si lega alle proteine Apaf-1 (apoptotic protease activating factor) e caspasi 9 ed una molecola di ATP formando un complesso definito apoptosoma. La caspasi 9 presente diviene in grado di attivare altre caspasi che danno il via ad una cascata molecolare che si conclude con la degradazione del DNA ad opera di fattori nucleari.

 

Ai processi di alterazione della permeabilità del mitocondrio prendono parte anche i membri della famiglia di bcl-2, composta da almeno 16 proteine, le quali sono in grado di interagire con le membrane nucleari, mitocondriale esterna e del reticolo endoplasmatico grazie al loro dominio C-terminale. Tale famiglia contiene elementi sia antiapoptotici, come Bcl-2 e Bcl-XL, sia proapoptotici, come Bax, Bid, Bad, Bik, Bim, Bcl-XS, DIva.

 

Tali membri possono unirsi formando omodimeri od eterodimeri che hanno attività sia propoptotica (es: Bax/Bax) sia antiapoptotica (es: Bcl-2/Bcl-2, Bcl-XL/Bcl-2). L’evento chiave consiste nell’abbondanza dei fattori propapototici rispetti a quelli protettivi. Se questo evento avviene allora si formeranno dimeri i grado di alterare la permeabilità del mitocondrio.

 

Il mitocondrio e la tossicità da glutammato

L’eccessiva stimolazione del recettore per l’N-metil-D-aspartato (recettore NMDA), da parte del glutammato, è in grado di produrre un ingresso massivo di calcio che può portare a morte il neurone tramite diverse vie apoptotiche o per necrosi a seconda dell’intensità dello stimolo. Una di queste vie interessa anche il mitocondrio.

 

Il calcio in eccesso che affluisce, in effetti, va a sovraccaricare il mitocondrio, penetrandovi, determinando così perdita del suo potenziale di membrana e diminuzione della produzione di ATP per disaccoppiamento della fosforilazione ossidativa con la sintesi di ATP. Ciò fa sì che le pompe di membrana ATP dipendenti responsabili del mantenimento della depolarizzazione smettano di funzionare e ciò, in un circolo vizioso, aumenta l’ingresso di calcio. Viene, inoltre, stimolata la produzione d’ossido nitrico che sembra possedere un’azione inibitoria sulla catena di trasporto mitocondriale.

 

 

Il mitocondrio e lo stato ossidoriduttivo della cellula

 

Durante la fosforilazione ossidativa può accadere che un solo elettrone vada a ridurre una molecola di O2 determinando la produzione d’un anione superossido (O2•), un radicale assai reattivo. Generalmente questo fenomeno viene evitato, tuttavia non è possibile evitarlo completamente.

 

O2• può essere protonato a formare il radicale idroperossido (HO2•) che può reagire, a sua volta, con un altro anione superossido per produrre perossido di idrogeno (H2O2) secondo la seguente reazione:

 

2 HO2• → O2 + H2O2

La sintesi di radicali liberi è anche un processo che, se opportunamente controllato, può essere una valida arma contro determinati microorganismi. Durante l’infiammazione, infatti, i leucociti polimorfonucleati sono soggetti ad una produzione massiva di questi radicali per attivazione dell’enzima NADPH ossidasi.

 

Per far fronte alla presenza di radicali liberi, che potrebbero comportare dei gravi danni, la cellula deve utilizzare degli specifici sistemi atti alla loro eliminazione:

 

– la catalasi che è un enzima che catalizza la reazione di eliminazione del perossido di idrogeno (2 H2O2 → O2 + 2 H2O),

– il glutatione (GSH) che determina l’eliminazione dei radicali liberi sfruttando il gruppo sulfidrile nella sua forma ridotta (H2O2 + 2 GSH → GSSG (omodimero di glutatione) + 2 H2O, 2 OH• + 2 GSH → GSSG + 2 H2O),

– vari antiossidanti quali l’acido ascorbico e le vitamine A ed E,

– il gruppo delle superossido dismutasi.

 

La sintesi dell’eme

 

La sintesi delle porfirine è un processo enzimatico altamente conservato che nell’uomo determina la sintesi del gruppo eme mentre in altri organismi serve anche a produrre composti strutturalmente simili, come la cobalamina, le clorine e le batterioclorine. All’interno del mitocondrio avvengono parte delle reazioni che portano alla sintesi dell’eme che poi viene portato fuori nel citoplasma dove viene coniugato con le catene polipeptidiche.

 

La prima tappa di questo processo consiste nella condensazione, catalizzata dalla acido d-aminolevulinico sintetasi, della glicina con il succinil-CoA che porta alla formazione di acido 5-aminolevulinico che poi esce dal mitocondrio. Successivamente due molecole di acido d-aminolevulinico si condensano, per azione della acido d-aminolevulinico deidratasi, a formare il porfobilinogeno. Quattro molecole di profobilinogeno, poi, si condensano per formare un tetrapirrolo lineare, per opera della porfobilinogeno deaminasi. Il tetrapirrolo ciclizza formando uroporfirinogeno III che dopo viene trasformato in coproporfirinogeno III, dalla uroporfirinogeno III decarbossilasi, il quale rientra nel mitocondrio. Successivamente, ad opera della coproporfirinogeno III ossidasi, viene sintetizzata il protoporfirinogeno IX che, dalla protoporfirinogeno IX ossidasi viene trasformato in protoporfirina IX cui, dalla ferrochelatasi viene aggiunto Fe2+ per formare il gruppo eme.

 

La sintesi del colesterolo

 

La sintesi del colesterolo è un fenomeno che avviene a livello del citoplasma cellulare e che parte con l’acetilCoA il quale viene prodotto a livello mitocondriale durante il ciclo di Krebs.

 

La produzione di calore

 

Alcuni composti come il 2,4-dinitrofenolo od il carbonilcianuro-p-fluorometossifenildrazone sono in grado di creare un disaccoppiamento tra il gradiente protonico e la sintesi di ATP. Ciò avviene in quanto hanno la capacità di trasportare essi stessi i protoni attraverso la membrana mitocondriale interna. Il disaccoppiamento creatosi aumenta il consumo di ossigeno e la velocità con cui il NADH si ossida. Questi composti hanno permesso di indagare meglio sulla fosforilazione ossidativa ed hanno anche permesso di capire che il fenomeno del disaccoppiamento ha la funzione di produrre calore, in diverse condizioni, al fine di mantenere costante la temperatura corporea: in animali in letargo, cuccioli appena nati (tra cui anche l’uomo) ed in mammiferi che si sono adattati ai climi freddi.

 

Il disaccoppiamento avviene in un tessuto specializzato: il tessuto adiposo bruno. Esso è, infatti, ricco di una proteina disaccoppiante chiamata termogenina, formata da due subunità con massa complessiva di 33 Kd, che ha la capacità di formare una via in cui i protoni possono transitare per entrare nella matrice mitocondriale e ciò determina produzione di calore. Questo fenomeno è attivato dalla presenza di acidi grassi che vengono liberati, in risposta a segnali ormonali, dai trigliceridi cui si trovano attaccati.

 

Analisi del DNA mitocondriale

 

Vista la matrilinearità dell’ereditarietà del genoma mitocondriale, i genetisti e gli antropologi hanno utilizzato il DNA del mitocondrio in studi di genetica delle popolazioni e d’evoluzionistica ma esso viene anche impiegato nel campo delle scienze forensi specie in casi in cui il materiale biologico sia molto degradato. L’analisi del DNA del mitocondrio permette di far luce sui gradi di parentela, sulle migrazioni e discendenze delle popolazioni e può venir usato anche per dirimere casi di determinazione del sesso.

 

Le principali metodiche utilizzate nello studio del DNA mitocondriale sono:

 

– il southern blot dopo un taglio effettuato tramite enzimi di restrizione,

– la marcatura terminale, che rispetto al Southern Blot consente di visualizzare frammenti di DNA molto corti che altrimenti sfuggirebbero,

– la reazione a catena della polimerasi (PCR, Polymerase Chain Reaction), che consente di amplificare anche pochissime sequenze di DNA.

 

 

 

 

Ormone luteinizzante (LH)

 

L’ormone luteinizzante (LH) è una gonadotropina adenoipofisiaria, ovvero un ormone secreto dall’adenoipofisi che ha la funzione di regolare le gonadi.

 

Produzione dell’ormone luteinizzante

 

La secrezione di ormone luteinizzante è regolata dal fattore ipotalamico di liberazione delle gonadotropine (GnRH), un ormone prodotto dai neuroni ipotalamici del nucleo arcuato e dell’area preottica. Quando il GnRH si lega a specifici recettori posti sulla membrana di cellule gonadotrope, un tipo cellulare adenoipofisiario, viene attivata una cascata di segnali intracellulari che portano alla secrezione dell’ormone luteinizzante, precedentemente accumulato nella cellula all’interno di granuli secretori. Inoltre, il GnRH è in grado di promuovere l’ulteriore trascrizione e sintesi di molecole di LH.

 

Caratteristiche dell’ormone luteinizzante

 

L’ormone luteinizzante, assieme all’ormone stimolante la tiroide (TSH) e all’ormone follicolo-stimolante (FSH), è caratterizzato dall’essere una glicoproteina, ovvero dal presentare diversi gruppi glucidici legati alla sua struttura proteica. La molecola di LH è costituita da due catene proteiche, indicate come subunità α e β, che sono sintetizzate indipendentemente a partire da geni distinti e quindi complessate a formare l’ormone. Entrambe le due subunità sono necessarie per un efficace legame dell’ormone al proprio recettore, mentre la glicosilazione è fondamentale per l’attività biologica dell’ormone stesso, in quanto stimola l’attività dell’adenilato ciclasi, un enzima fondamentale nel processo di trasduzione del segnale.

 

Funzioni dell’ormone luteinizzante

 

L’ormone luteinizzante svolge funzioni diverse nel maschio e nella femmina.

Nel maschio, l’LH stimola l’attività endocrina delle cellule interstiziali del testicolo con produzione di testosterone. Inoltre, a causa del suo ruolo nella produzione di testosterone, ormone necessario per la maturazione delle cellule germinali, l’ormone luteinizzante stimola anche, in maniera indiretta, la spermatogenesi.

 

Nella femmina, invece, l’ormone luteinizzante stimola, insieme alla prolattina, l’ovulazione e la conversione del follicolo ovarico in corpo luteo, una struttura a funzione endocrina che favorisce l’impianto dell’uovo fecondato e il primo mantenimento dello zigote. Infatti, durante lo sviluppo del follicolo, l’LH stimola la produzione di testosterone da parte delle cellule della teca (tipo cellulare dell’ovaio). L’ormone steroideo prodotto, quindi, porta alla sintesi dei precursori dell’estradiolo, ormone sessuale femminile. Inoltre, l’ormone luteinizzante stimola anche la sintesi di progesterone (altro ormone sessuale femminile) da parte delle cellule della granulosa (tipo cellulare dell’ovaio). Le interazioni fra cellule della teca e cellule della granulosa consentono quindi di raggiungere sia i livelli di estradiolo necessari per l’induzione dell’ovulazione sia la luteinizzazione delle cellule della granulosa, con la conseguente formazione del corpo luteo.

 

Crossing – over

 

Il crossing-over è l’importante meccanismo di ricombinazione del materiale genetico proveniente dai due genitori, che permette una maggiore varietà nei prodotti della riproduzione sessuata.

 

Tale meccanismo riguarda lo scambio di porzioni omologhe di materiale genetico, che si verifica fra due cromatidi appartenenti a due cromosomi diversi di una coppia di omologhi. Questo scambio è facilitato dall’allineamento dei cromosomi omologhi determinato dal complesso sinaptonemico. Se ci sono delle differenze genetiche tra gli omologhi, il crossing-over può produrre in un cromatidio nuove combinazioni geniche. Durante il crossing-over non si ha né perdita né acquisizione di materiale genetico, perché esso determina scambi reciproci. Un cromosoma che risulti dalla meiosi con una combinazione di geni che differisce dalla combinazione di partenza è definito cromosoma ricombinante. Quindi il crossing-over è un meccanismo che determina la ricombinazione genetica.

 

Il fenomeno avviene durante la lunga profase 1 della prima divisione meiotica (profase I); nelle fasi iniziali ogni cromosoma è formato da due cromatidi, poiché il DNA si è già duplicato. Prima che i cromatidi si separino nelle cellule figlie avviene lo scambio dei cromosomi omologhi. Per questo motivo, ogni cromosoma che viene trasmesso a un gamete può essere una combinazione di frammenti che provengono da entrambi i cromosomi della generazione precedente: l’effetto è una ricombinazione dei geni associati ai frammenti scambiati. Lo scambio di questi ultimi tra cromosomi omologhi è una fonte molto importante di variabilità genetica perché genera nuove combinazioni di alleli.

 

In dettaglio

 

All’inizio della profase I meiotica, dopo che i cromosomi si sono duplicati, i cromosomi omologhi si appaiano. Una volta avvenuto il contatto fra i due omologhi in un determinato punto, prosegue l’appaiamento, come avviene in una cerniera lampo, per tutta la lunghezza dei cromatidi. Dal momento che ogni cromosoma è costituito da due cromatidi identici, l’appaiamento degli omologhi coinvolge in realtà quattro cromatidi; perciò questo insieme di cromosomi omologhi è detto tetrade (dal greco tetra che significa “quattro”).

 

A questo punto si può verificare un importante processo che può alterare l’assetto genetico dei cromosomi. Questo processo, noto appunto come crossing over, è determinato dallo scambio di segmenti corrispondenti del suo omologo. Nelle regioni in cui si verifica il crossing over vengono spezzati dei cromatidi di un omologo e questi segmenti vengono scambiati con le porzioni corrispondenti dei cromatidi dell’altro omologo. Si saldano poi le fratture e la conseguenza di questo processo è che i cromatidi di ogni omologo non contengono più un materiale genetico identico: il cromosoma di origine materna ora contiene porzioni del cromosoma omologo di origine paterna, e viceversa. Perciò il crossing over è un importante meccanismo di ricombinazione del materiale genetico proveniente dai due genitori. La frequenza di crossing-over tra due geni localizzati sullo stesso cromosoma dipende dalla distanza fisica dei medesimi geni; maggiore è la distanza,maggiore risulterà essere la frequenza di scambio. Come risultato, il figlio eredita una mescolanza casuale degli alleli dei due genitori per i diversi caratteri. In tutti gli organismi che si riproducono in modo sessuato, perciò, il crossing over è responsabile della variabilità genetica degli individui che appartengono alla stessa specie.

 

Questo speciale processo si può verificare nelle popolazioni dove capita che il carattere colore occhi e colore capelli, che nella specie umana sono associati, venga sconvolto, perciò troviamo persone con occhi chiari capelli scuri e viceversa. Questo scambio, classicamente chiamato crossing over, è uno dei risultati della ricombinazione omologa, che porta allo scambio fisico di sequenze di DNA tra cromosomi. Il primo modello di crossing-over venne proposto da Robin Holliday nel 1964 e spiega alcuni passaggi chiave della ricombinazione omologa che si fonda su una serie di fasi fondamentali:

 

Allineamento di due molecole di DNA omologhe.

Introduzione di rotture nel DNA. Le rotture possono coinvolgere un solo filamento della doppia elica o entrambi i filamenti.

Formazione, tra le due molecole di DNA che ricombinano,di una corta regione di appaiamento tra le basi (detta “giunzione di Holliday”).

Movimento della giunzione di Holliday (“migrazione del chiasma”).

Taglio della giunzione di Holliday o “risoluzione”.

La ricombinazione meiotica inizia con la rottura dei doppi filamenti che sono introdotti nel DNA dalla proteina Spo11. In seguito una o più nucleasi digeriscono l’estremità 5′ generata da “double strand breaks” per produrre una estremità 3′ a singolo filamento.La ricombinasi specifica per la meiosi Dmc1 e la ricombinasi Rad51 coprono il DNA a singolo filamento per formare i filamenti di nucleoproteina. Le ricombinasi catalizzano l’invasione del cromatidio opposto da parte del DNA, causando la dislocazione del filamento complementare, che successivamente si appaia al singolo filamento generato dall’altra estremità generata dalla rottura iniziale. La struttura tetraedrica che ne risulta è uno scambio di filamenti incrociati, conosciuto come giunzione di Hollyday. Il contatto tra due cromatidi che andranno incontro al crossing over è noto col nome di chiasma.

 

 

 

 

Criptorchidismo

 

Si definisce criptorchidismo la mancata discesa di uno o di entrambi i testicoli nel sacco scrotale. Conosciuta anche come “criptorchidia”. Il criptorchidismo è bilaterale in un terzo dei casi, monolaterale nei due terzi e, in questo caso, riguarda più frequentemente il testicolo destro.

 

Il testicolo anomalo si alloca in un punto qualsiasi del tragitto che normalmente compie durante la vita fetale dal polo inferiore del rene allo scroto attraversando il canale inguinale. L’interruzione di questo cammino fisiologico porta ad avere il testicolo allogato in una sede diversa dallo scroto. Il più delle volte il testicolo si alloga nel sottocutaneo della regione inguinale od in sede sottofasciale in pieno canale inguinale. In tali casi nello scroto esiste un solo testicolo (quello disceso normalmente) e quindi l’altro è “nascosto”.

 

 

Il testicolo può dunque presentare due anomalie di posizione:

 

– testicolo ectopico: testicolo disceso oltre l’anello inguinale esterno ma è posizionato all’esterno al di fuori dello scroto;

– testicolo ritenuto: il testicolo è posto a monte dell’anello inguinale esterno lungo la via di migrazione dello stesso (fino al rene).

 

Classificazione e diagnosi differenziale

 

I testicoli criptorchidi si classificano in base alla loro posizione nel tragitto di discesa (addominale alta, addominale bassa, inguinale, soprascrotale, scrotale alta). Diverso è il caso del “testicolo ectopico”, un testicolo che si localizza fuori della fisiologica via di discesa.

 

Nel bambino il criptorchidismo va anche distinto dal “testicolo retrattile” (testicolo normalmente disceso nello scroto, ma in grado di risalire nel canale inguinale per mezzo del riflesso cremasterico e da dove può essere manualmente riportato in sede) e dal “testicolo mobile” (testicolo normalmente disceso nello scroto, che si muove facilmente dentro e fuori dal sacco scrotale per effetto della contrazione del muscolo cremastere).

 

Vi sono poi dei casi di criptorchidismo acquisito (testicolo normalmente disceso alla nascita, che successivamente risale nel canale inguinale ad es. a seguito di un’ernia e non è più riposizionabile in sede).

 

Ancora diverso è il caso di completa assenza di entrambi i testicoli (anorchidia) o di uno soltanto (monorchidia).

 

Epidemiologia

 

Il criptorchidismo si ritrova nel 3-5% dei bambini nati a termine, e nel 10-30% dei bambini nati pre-termine. Circa la metà dei testicoli criptorchidi discende spontaneamente nello scroto entro il primo anno di vita, soprattutto nei nati pre-termine; pertanto la prevalenza del criptorchidismo a un anno di età è all’incirca dell’1%.

 

La mancata discesa al termine del primo anno di vita è da considerarsi patologica e richiede l’intervento chirurgico.

 

Il criptorchidismo si associa talvolta ad altre anomalie congenite, frequentemente nell’ambito di sindromi malformative, quali la sindrome di Prader-Willi, la sindrome di Noonan e la sindrome di Klinefelter.

 

Effetti sulla fertilità

 

Il criptorchidismo porta ad una alterazione del funzionamento del testicolo non solo in termini di produzione degli spermatozoi (riduzione) ma anche in termini di riproduzione cellulare con tendenza allo sviluppo di tumori maligni del testicolo. Sembra che ad influire negativamente sia la temperatura (il testicolo ritenuto ha una temperatura di 1 grado maggiore di quello in sede normale), bisogna quindi riposizionare il testicolo nello scroto prima della pubertà per evitare problemi di sterilità. Se invece l’intervento si effettua tardivamente le possibilità di ripresa sono minori od addirittura nulle. In tali casi si preferisce asportare il testicolo sia per evitare il rischio di neoplasie sia perché è dimostrato che il testicolo superstite talora funziona meglio in assenza di testicolo criptorchide. Una biopsia testicolare può prima dell’intervento chiarire i danni che il testicolo ha già sofferto e le speranze di miglioramento funzionale.

 

Trattamento

 

L’iter terapeutico del criptorchidismo prevede che il testicolo venga riportato all’interno dello scroto precocemente (entro il biennio di vita) con un trattamento medico e/o chirurgico appropriato in modo da salvaguardarne la sua funzionalità e in modo da evitare che vada incontro ad una degenerazione neoplastica (circa il 12% dei tumori testicolari riscontrati in età adulta sono correlati a criptorchidia). Ogni decisione di trattamento è comunque rimandata al compimento del 12º mese di età quando è terminato il periodo in cui è ancora possibile assistere ad una discesa spontanea. La terapia medica (di tipo ormonale) deve essere eseguita entro i primi 18 mesi di vita e porta ad una risoluzione del problema nel 15-30% dei casi. Il trattamento chirurgico del criptorchidismo infantile mira a riportare il testicolo nella sacca scrotale, e viene definito con il termine Orchidopessi o Orchidopessia. Generalmente, si effettua una incisione sull’addome verso l’interno della piega inguinale. Si riposiziona il testicolo nello scroto e lo si fissa nella “borsa” tramite una seconda incisione scrotale.

 

Esempi celebri

Tra i personaggi famosi affetti da criptorchidismo, il dittatore tedesco Adolf Hitler.

 

 

 

12 Risposte a “APPARATO GENITALE MASCHILE – 2°”

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