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05- BdS, Fecondazione : L'origine di un nuovo organismo - Coggle…

- - - - :two: Riconoscimento e legame dello spermatozoo agli involucri che rivestono l’uovo
      - :three: Reazione acrosomiale
      - :four: Penetrazione dello spermatozoo attraverso gli involucri ovulari
      - :five: Legame e fusione dello spermatozoo alla membrana plasmatica dell’uovo
      - :six: Attivazione del metabolismo dell’uovo e inizio dello sviluppo e fusione del materiale genetico dei gameti e avvio delle mitosi che danno inizio allo sviluppo del nuovo organismo
      - :one: Acquisizione della motilità dello spermatozoo e chemiotassi in direzione della cellula uovo
  - - - Il riconoscimento e il legame dello spermatozoo con gli involucri che rivestino l'uovo innescano la reazione acrosomiale che determina il rilascio di enzimi idrolitici. Lo spermatozoo penetra attraverso gli involucri ovulari, si lega e si fonde con la membrana plasmatica dell'uovo
        
        :orange_book: Fig .6 + 7.27
- - - - A) Lo spermatozoo intatto capacitato interagisce con la zona pellucida dell’oocita secondario e (B) va incontro a reazione acrosomiale. C) Il rilascio degli enzimi acrosomiali
        
        favorisce il graduale avvicinamento dello spermatozoo all’oocita secondario attraverso la zona pellucida (D), a cui fa seguito la fusione tra la membrana dello spermatozoo e l’oolemma e I’esocitosi dei granuli corticali. E) Il nucleo dello spermatozoo entra nel citoplasma dell’oocita.
  - - - ZP1 funzione strutturale
      - ZP3 recettore primario, lega lo spermatozoo e inizia la reazione acrosomiale.
        
        Sullo spermatozoo esistono parecchie proteine differenti in grado di legare ZP3.
        
        ZP3 forma legami crociati con recettori presenti sulla membrana plasmatica dello spermatozoo: si attiva così la reazione acrosomiale
      - ZP2 recettore secondario mantiene legati gli spermatozoi dopo la reazione acrosomiale.
      - ZP4 coadiuva ZP3
      - 6.4.1 Rappresentazione schematica della zona pellucida {2P) in topo e suo ruolo nel mediare 'interazione con lo spermatozoo.
        
        A) L'architettura molecolare della zona pellucida é formata da tre glicoproteine denominate ZP1, ZP2 e ZP3. ZP1, incorporata nei polimeri formati da ZP2 e ZP3, determina I'assemblaggio dei singolifilamenti mediante legami crociati. ZP3 presenta tre domini N-terminali che protrudono dal filamento.
        
        B) Rappresentazione schematica dell'interazione tra ZP e spermatozoo. Liinterazione tra ZP3 e lo spermatozoo capacitato (legame primario) innesca la reazione acrosomiale con liberazione degli enzimi litici contenuti nella vescicola acrosomiale ed esposizione dei recettori legati sulla membrana acrosomiale interna. ZP2 legandosi a questi recettori instaura il legame secondario tra oocita e spermatozoo. Entrambi i legami sono indispensabili per la fecondazione.
        
        C) Composizione della zona pellucida in diversi Mammiferi. Nel topo la ZP è formata da tre glicoproteine: ZP1, ZP2, ZP3. In ratto, criceto, macaco e uomo la ZP è formata da quattro glicoproteine: ZP1, ZP2, ZP3 ZP4, In maiale, vacca e cane ZP4 sostituisce ZP1.
- - - - Blocco lento della polispermia (granuli corticali)
        
        Smascheramento degli mRNA per permettere un picco di sintesi proteica prima dell’inizio della trascrizione
        
        Aumento della respirazione mitocondriale
        
        Elevata produzione di membrane tramite l’attivazione di coenzimi della sintesi lipidica
        
        Cambiamenti strutturali (es.: spostamenti determinanti citoplasmatici)
  - - - D) Con la perdita della ZP la blastocisti potra annidarsi nella parete uterina. Per maggior chiarezza negli ingrandimenti & stata omessa la corona radiata. E) Fotografia al microscopio ottico a contrasto di fase di un oocita umano che é stato fecondato: sono evidenti i globuli polari (frecce) e i due pronuclei (asterisco) che si sono awicinati
        
        4.22 Fecondazione dell’uovo e prima parte dello sviluppo nella specie umana.
        
        (a) Ovocita ovulato arrestato allo stadio di metafase II. (b) Uno spermatozoo é entrato nell’uovo, che ha completato la seconda divisione meiotica e ha formato il pronucleo femminile.
        
        (d) Gli involucri nucleari di entrambi i pronuclei si disintegrano e i loro cromosomi si dispongono in una piastra metafasica comune. (e) Anafase della prima divisione cellulare. (f)(e) (f) Embrione allo stadio di 2 cellule.
- - - - Iperpolarizzazione della membrana plasmatica dello spermatozoo a causa da un efflusso di ioni K.
        Attivazione di adenilato ciclasi che innalza cAMP che attiva proteine chinasi cruciali per iniziare la motilità
        
        7.2. Acquisizione della motilita e chemiotassi negli spermatozoi di riccio di mare. (
        
        1) Quando gli spermatozoi sono rilasciati in acqua di mare subiscono un incremento del pH intracellulare e diventano mobili. (2) Piccoli peptidi rilasciati dall’involucro gelatinoso della cellula uovo aumentano la motilita degli spermatozoi, i quali, grazie ad un in nalzamento della concentrazione di Ca* intracellulare, cominciano a nuotare lungo traiettorie rettilinee verso la sorgente di molecole chemoattrattive. (3) Quando lo spermatozoo prende contatto con I’involucro gelatinoso, un polisaccaride induce la reazione acrosomiale.
  - - - CHEMIOTASSI
        
        Secrezione di sostanze chimiche che costringono lo spermatozoo verso l'uovo della stessa specie
        
        L'oocita controlla il tipo di spermatozoi e il momento in cui vengono attirati
        
        I meccanismi di chemiotassi sono differenti da specie a specie
        
        Arbacia punctulata rilascia una molecola chemiotattica resact
        
        Strongylocentrotus purpuratus rilascia speract
        
        RESACT: peptide di 14 aa isolato dall’involucro gelatinoso che circonda l’uovo di riccio di mare ad attività chemiotattica e chemiocinetica
        
        SPERACT:peptide di 12 aa isolato dall’involucro gelatinoso che circonda l’uovo di riccio di mare ad attività chemiocinetica.
        
        Diffonde rapidamente e esercita la sua azione a concentrazioni bassissime, andando ad agire su recettori presenti sulla membrana dello spermatozoo.
        
        Agisce da peptide attivatore degli spermatozoi (SAP): immediato e notevole aumento della respirazione mitocondriale e della motilità degli spermatozoi
        
        7.1.1 Via di segnalazione di Speract nello spermatozoo di riccio di mare. (
        
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  - - - Fase 1. Riconoscimento dell’uovo basato sui carboidrati dell’involucro gelatinoso: la reazione acrosomiale Recettore nello spermatozoo é indotta quando un recettore specifico della membrana della testa dello spermatozoo) si lega ad uno specifico solfato di fucosio presente} nell’involucro gelatinoso dell’uovo (triangoli azzurri).
        
        Fase 2. Riconoscimento dello spermatozoo basato (bindine diverse) » Ss, sulle proteine espresse a livello della superficie della membrana acrosomiale interna: bindine specifiche (cerchietti viola) dello spermatozoo interagiscono con un recettore complementare presente nella membrana vitellina dell’uovo. In grigio spermatozoi di specie diverse per i quali il riconoscimento non é possibile.
  - - - Proteine (rosso) sulla membrana plasmatica dello spermio vengono a contatto con un polisaccaride nel jelly dell’uovo (giallo).
        
        Ingresso di Ca++ nella testa dello spermio e aumento del pHi.
        
        Fusione della vescicola acrosomiale (verde) con la membrana plasmatica dello spermio e conseguente esocitosi.
        
        L’aumento del pHi causa la polimerizzazione dell’actina (rosa) dalla forma globulare a filamentosa e successiva protrusione del processo acrosomiale ed esposizione di molecole di Bindina (blu).
    - - 7.4 Rappresentazione schematica della reazione acrosomiale nello ‘spermatozoo di riccio di mare .
        
        A) Spermatozoo integro. B) Fusione tra la membrana acrosomiale esterna e la sovrastante membrana plasmatica che circonda la testa dello spermatozoo (come indicato nella parte a sinistra del'immagine); poiché la fusione avviene in punti (come raffigurato a destra) si parla di vescicolazione delle membrane.
        
        C) Rilascio degli enzimi litici. D) Formazione del processo acrosomico grazie alla polimerizzazione dell’actina ed esposizione della bindina sulla
        ‘sua superficie.
      - Fusione della vescicola acrosomiale con la membrana plasmatica dello spermatozoo
        
        Protrusione del processo acrosomiale
        
        :notebook_with_decorative_cover: Fig 7.8
  - - - Lo schema rappresenta |’interazione specifica tra la bindina, presente sulla superficie della membrana che riveste il processo acrosomico dello spermatozoo di riccio di mare, e EBR, il recettore glicoproteico di 350 kDa, componente della membrana vitellina della cellula uovo. In rosso sono rappresentati i tratti N-terminali della bindina, costituiti da aminoacidi idrofobici.
  - - - 7.8. Onda del calcio in un uovo di Echinoderma (stella di mare) indotta da uno spermatozoo durante la fecondazione
        
        L'uovo non fecondato é stato iniettato con un colorante fluorescente sensibile al calcio e poi fecondato; le foto sono state scattate a intervalli di 10 secondi. Il rilascio di Ca’ si manifesta come un’onda che parte dal punto di ingresso dello spermatozoo (freccia) e attraversa tutto I'uovo. I colore blu indica bassa concentrazione di Ca2+ libero, mentre il polore rosso indica alta concentrazione di Ca2 libero.
        
        :notebook_with_decorative_cover: ¡Fig 7.16
    - - 7.7 Modello che illustra il meccanismo che scatena il rilascio di Ca2+ elle uova di Echinodermi e Ia loro successiva attivazione
        
        .In seguito al contatto/fusione con lo spermatozoo, una chinasi appartenente alla famiglia Src viene attivata e questa, a sua volta attiva, recluta a livello di membrana plasmatica PLC-y (una fosfolipasi C). II substrato della della fosfolipasi C, il PIP2, viene idrolizzato in IP3 e Ca®DAG. IP3 legandosi ai suoi recettori sul reticolo endoplasmatico liscio (recettori IP3) permette la fuoriuscita
        ra di Ca2+. Ca2+ e DAG attivano una pompa di scambio tra ioni Na‘ e H.
        
        :notebook_with_decorative_cover: 7.17
        
        Il calcio 2+ media sia il blocco lento della polispermia che l'attivazione del metabolismo dell'uovo
        
        L’ingresso di calcio si osserva nella zona di ingresso dello spermatozoo e si diffonde attraverso l’uovo poiché viene liberato dai depositi intracellulari. Le variazioni di colore rappresentano variazioni di concentrazione del calcio:blu/verde vuol dire basse concentrazioni; rosso/bianco sono alte concentrazioni di calcio.
        
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  - - - Si prevviene la polispermia per evitare :red_circle:
        
        poliploidia
        
        anormalità
        
        Molti spermi possono entrare, ma solo uno si fonderà con il nucleo femminile
        
        :notebook_with_decorative_cover: Fig 7.12
        
        FIGURA 7.9 Sviluppo anomalo in un uovo di riccio di mare in seguito a polispermia. A) Cellula uovo fecondata da due spermato Zoi che va incontro alla fusione dei tre nuclei aploidi (B) contenenti 20 cromosomi ognuno. C) La divisione dei due centrioli spermatici forma quattro poli. C,D) | 60 cromosomi si distribuiscono a caso sui cinque fusi mitotici, (E) originando blastomeri con un numero di cromosomi anomalo. F) L'embrione risultante va incontro a degenerazione.
    - - Se due o più spermi entrano nell’uovo si ha polispermia.
        
        In questo caso il materiale genetico condensato in cromosomi viene attratto dallo spermio "extra" causando uno sviluppo anormale e in ultimo la morte dell'embrione
        
        Si può aver in condizioni tossiche o quando ci sono troppi spermi
      - Nei ricci e in molti invertebrati marini si osservano due diversi blocchi della polispermia
        
        blocco rapido della polispermia (temporaneo)
        è dovuto ad una depolarizzazione della
        membrana dell’uovo
        
        blocco lento della polispermia (permanente)
        non è un processo elettrico, ma meccanico e si accompagna alla reazione corticale
      - Blocco rapido :zap:
        
        4.11 Potenziale di riposo e potenziale di fecondazione dell’uovo di riccio di mare Strongylocentrotus purpuratus.
        
        Il potenziale di riposo é negativo nella frazione citoplasmatica (-75 mV). Il primo contatto spermatozoo-uovo innesca il potenziale di fecondazione, che sale a superare i +20 mV e si mantiene per circa 1 minuto.
        
        Mentre il potenziale di riposo permette la fusione delle membrane, per |’entrata dello spermatozoo é necessario un potenziale tra -20 e +17 mV. Durante questo intervallo, che dura circa 1 secondo (la barra rappresenta 10 secondi), uno spermatozoo comincia a entrare.
        
        Un potenziale sui +17 mV permette i] completamento dell'ingresso, ma qualunque spermatozoo soprannumerario possa entrare in contatto con la membrana non puo fondersi, né entrare. Cosi il potenziale di fecondazione serve da blocco rapido alla polispermia. Tale blocco dura per circa 1 minuto, poi il potenziale si abbassa a valori intermedi che permettono lo svolgimento di tutti gli eventi successivi.
        
        :notebook_with_decorative_cover: Fig 7.13
      - Blocco lento :turtle:
        Reazione corticale
        
        Con un processo simile alla reazione acrosomiale, le vescicole corticali dell’uovo si fondono con la membrana plasmatica e rilasciano per esocitosi il loro contenuto nello spazio peri-vitellino. La membrana si stacca e si solleva. Lo spermio vene spinto all’interno con l’aiuto del cono di fecondazione.
        
        I microtubuli che si dipartono dai centrosomi associati al pronucleo maschile guidano il nucleo verso il centro dell’uovo dove si fonde con il pronucleo femminile
        
        7.10 Rappresentazione schematica della reazione dei granuli cortiCali e della formazione della membrana di fecondazione in riccio di mare,
        
        A) Numerosi spermatozoi arrivano in prossimita della cellula uovo. B) Il contatto del processo acrosomico del primo spermatozoo con la membrana vitellina scatena |’esocitosi dei granuli corticali, che porta alla liberazione di proteasi capaci di tagliare i ponti proteici che connettono la membrana vitellina all’oolemma.
        C, D) | glicosaminoglicani, le proteine ad attivita perossidasica, e la proteina ialina rilasciati dai granuli concorrono alla formazione della membrana di fecondazione. Da questo momento gli spermatozoi soprannumerari perdono qualsiasi contatto con la cellula uovo.
        
        Diverse proteine sono rilasciate per esocitosi dai granuli corticali nel
        riccio di mare:
        
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  - - - Cono di fecondazione polimerizzazione actina al di sotto della membrana dell’uovo nel punto di contatto con lo spermatozoo per avvolgerlo e facilitarne l’ingresso.
        Possibile coinvolgimento della bindina anche nella fusione
        
        Allungamento dei microvilli
        
        Ispessimento dello strato corticale
        
        Formazione del cono di fecondazione
        
        7.11 Rappresentazione schematica della formazione del cono di fecondazione in riccio di mare
        
        Una protrusione citoplasmatica si forma nel punto di fusione tra i due gameti e, attaverso di essa, il nucleo e il tratto intermedio dello spermatozoo vengono incorporati nel citoplasma ovulare
  - - - Anfimissi
        
        Rotazione di 180° del pronucleo maschile
        
        Il centrosoma dello spermatozoi formerà lo spermaster (microtubuli per agganciare i pronuclei e avvicinarli)
        
        :notebook_with_decorative_cover: fig 7.21
        
        Fusione dei due nuclei, formazione del nucleo zigotico Inizio della segmentazione (mitosi)
        
        Pronucleo maschile
        
        Dissoluzione dell’involucro nucleare
        
        Sostituzione proteine istoniche con quelle dell’uovo
        
        Riarrangiamento della cromatina in forma più lassa
        
        Ricostituzione della membrana nucleare
        
        Il pronucleo maschile perde la propria membrana nucleare e si riveste di cisterne del RE dell’uovo
  - - - Lo spermio entra e si lega alla superficie dell’uovo
        
        flusso di Ca++ che porta i granuli corticali a fondersi con la membrana plasmatica
        
        il contenuto rilasciato dai granuli fa sì che si formi la membrana di fecondazione
        
        Lo spermio viene poi spinto nell’uovo e si porta verso il nucleo femminile con cui si fonde.
        
        Attivazione della sintesi di DNA e duplicazione del centrosoma
        
        L’involucro nucleare si frammenta e i cromosomi si condensano portandosi verso la piastra metafasica.
        
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      - :notebook_with_decorative_cover: Table 7.1
- - - - 7.19 Rappresentazione schematica della fusione dei pronuclei maschile e femminile nei Mammiferi.
        
        A) Lo spermatozoo fornisce all’oocita il nucleo e i centrioli e attiva l’oocita secondario che completa la meiosi II. Nel frattempoidue pronuclei rimangono separati. B) Successivamente i pronuclei migrano verso il centro dell’uovo e, quando si avvicinano, i loro involucri nucleari si interdigitano. In questa fase il DNA si duplica.
        
        C) Segue la duplicazione dei centrosomi, la disgregazione degli involucri nucleari e la condensazione della cromatina. D) | cromosomi di entrambi i gameti si allineano sulla piastra metafasica di un solo fuso mitotico, che organizza la prima divisione di segmentazione dello zigote.
  - - - Degradazione dei mitocondri
  - - - 7.18 Sequenza degli eventi che portano alla fecondazione e alla reazione dei granuli corticali nei Mammiferi.
        
        A) Uno spermatozoo con acrosoma intatto passa attraverso il cumulo ooforo digerendo |’acido ialuronico contenuto nella matrice secreta dalle cellule follicolari, (B) interagisce con la ZP andando incontro a reazione acrosomiale.
        
        C) Avvicinatosi all’oocita,lo spermatozoo si lega all’oolemma con il tratto di membrana del segmento intermedio e (D) si fonde con esso. E) La fusione dei gameti determina un incremento dei livelli di calcio nel citoplasma dell’oocita che scatena !’esocitosi dei granuli corticali localizzati al di sotto dell’oolemma. Cid determina una modificazione della zona pellucida, importante per prevenire la polispermia.
  - - - Izumo-1, le fertiline (eterodimeri di fertilina-α [ADAM1B] e fertilina-β [ADAM2]) sullo spermatozoo
      - Juno, le integrine α6β1 e la tetraspannina CD9 sull’uovo,
        
        La proteina Izumo e la fusione delle membrane nella fecondazione del topo. (A) Localizzazione di Izumo all'interno e all’esterno della membrana acrosomale, Izumo é marcata in rosso, le proteine acrosomal in verde (8))
        
        Schema della fusione fra le membrane cellulari di spermatozoo e uovo. Durante la reazione acrosomale, le molecole di Izumo localizzate sull’acrosoma traslocano sulla membrana cellulare spermatica. Qui incontrano il complesso di proteine Juno/CD9 sui microvilli dell’ uovo, dando inizioalla fusione fra le membrane e all'ingresso dello spermatozoo nell'uovo. (Tratta da Satouh et al. 2012; fotografie per gentile
        concessione di M. Okabe.º
    - - A) Dopo aver superato la ZP, lo spermatozoo si avvicina tangenzialmente all'oocita e (B) con la sua zona equatoriale della membrana si fonde con l’oolemma.
        
        C) | microvilli della superficie dell’oocita facilitano questo processo. D) Oltre al pronucleo, mitocondri e centriolo del gamete maschile entrano nel citoplasma dell’oocita. C, D) La cromatina del pronucleo maschile, stretta mente impacchettata, inizia a decondensarsi a partire dalla regione posteriore della testa dello spermatozoo per poi estendersi fino alla regione anteriore.
        
        7.17 Rappresentazione schematica delle proteine di superficie che mediano il legame tra le membrane dello spermatozoo e dell’oocita è la loro successiva fusione nei Mammiferi. .
        
        A) Dopo aver interagito con la zona pellucida lo spermatozoo ‘subisce reazione acrosomiale e si avvicina all’oolemma. B) Le proteine sulla superficie dello spermatozoo, quali fertiina e ciritestina, sono coinvolte nel legame spermatozoo-oocita, mentre Izumo @ indispensabile nel processo di fusione. Sull’oolemma, CD9 è importante per la fusione e potrebbe collaborare con altre proteine quali integrine o proteine ancorate a fosfatidilinositolo (GPI)
        
        (B)Fusione spermatozoo-oocita nei Mammiferi. A) Dopo aver superato la ZP, lo spermatozoo si avvicina tangenzialmente all'oocita e (B) con la sua zona equatoriale della membrana si fonde con l’oolemma. C) | microvilli della superficie dell’oocita facilitano questo processo. D) Oltre al pronucleo, mitocondri e centriolo del gamete maschile entrano nel citoplasma dell’oocita. C, D) La cromatina del pronucleo maschile, strettamente impacchettata, inizia a decondensarsi a partire dalla regione posteriore della testa dello spermatozoo per poi estendersi fino alla regione anteriore.
        
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  - - - 7.15 Interazione oocita-spermatozoo nei Mammiferi.
        
        A) Due regioni dell’oocita sono importanti nel processo della fecondazione: la regione corticale (RC) caratterizzata dalla presenza dei granuli corticali e la zona pellucida (ZP), involucro glicoproteico formato dalle proteine ZP. Il legame primario che lo spermatozoo instaura con ZP3 e, in seguito, il legame secondario che instaura con ZP2 innescano dei meccanismi che permettono allo spermatozoo di attraversare la ZP ed avvicinarsi all’oolemma.
        
        B) La fusione delle membrane plasmatiche dei due gameti scatena I’esocitosi dei granuli corticali con rilascio del loro contenuto che (C) altera la ZP, impedendo
        la polispermia.
      - 7.14 Sequenza dei cambiamenti morfologici che caratterizzano la reazione acrosomiale nei Mammiferi.
        
        A) Spermatozoo con acrosoma intatto. B) La comparsa di punti di fusione tra la membrana plasmatica dello spermatozoo e la membrana acrosomiale esterna
        
        (C) determinano la formazione di vescicole con esocitosi degli enzimi acrosomiali e (D) esposizione della membrana acrosomiale interna a cui sono legati i ligandi per ZP2.
    - - Gli spermatozoi dell’uomo subiscono la reazione acrosomiale ad una certa distanza dall’uovo.
        
        Si liberano enzimi (LISINE) che determinano la lisi delle sostanze che tengono insieme le cellule della corona radiata
        
        2 tipi di lisine :
        
        ialuronidasi
        
        enzima che disperde la corona
  - - - Alterazione della fluidità della membrana plasmatica dello spermatozoo; cambia la composizione lipidica in particolar modo il rapporto colesterolo/fosfolipidi
        
        Fosforilazione di proteine (attivina) coinvolte nel legame dello spermatozoo con la zona pellucida
        
        Perdita di alcune proteine o carboidrati di superficie
    - - Composizione e proprietà biofisiche della membrana plasmatica;
        
        Rivestimento proteico della membrana plasmatica che rendono lo spermatozoo ‘’invisibile’’ al sistema immunitario femminile
        
        Glicoproteine specifiche per il riconoscimento
        
        Motilità