espermatozóide - BioCel - Biologia Celular e Molecular

Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto - USP
Módulo de Embriologia Geral
Responsável: Prof. Ricardo G. P. Ramos
-Introdução
à Embriologia Humana
-Gametogênese e Fertilização
Bibliografia recomendada
Aspectos descritivos
- Larsen, W. “Embriologia Humana”, 4a Ed (Elsevier)
- Moore, K.L, Persaud, T.V.N. “Embriologia Clínica/Embriologia Básica”, 8a Ed
(Elsevier)
- Sadler, T.W.,Langman “Embriologia Médica”9ª Ed (Guanabara Koogan)
- Ramos, R.G.P. “Desenvolvimento embrionário” in Zago, MA e Covas, DT
“Células Tronco: A Nova Fronteira da Medicina” (Ateneu), 2006.
Aspectos Genético-Moleculares
- Alberts et al Biologia Molecular da Célula Caps. 20 e 21
- Thompson & Thompson. Genética Médica (Guanabara Koogan)
Biologia do Desenvolvimento
- Wolpert et al. Princípios de Biologia do Desenvolvimento (Artmed)
- Gilbert, S.F., Developmental Biology (Sinauer) - 8a ed.
Embriologia Geral Humana
1) Gametogênese e Fertilização
2) As Duas Primeiras Semanas do Desenvolvimento Embrionário
Humano (Clivagem, Implantação e Formação do Disco
Germinativo Bilaminar)
3) Gastrulação e Neurulação,
4) Somitogênese
Embriologia Geral Humana
5) Fechamento do Embrião
6) Placentação
7) As Bases Genético Moleculares do Desenvolvimento
Embrionário: Eixos Embrionários, Vias de Sinalização e
Diferenciação Celular
8) Embriologia dos Membros e suas Malformações
9) Introdução à Teratogênese
Embriologia Geral Humana
1) Gametogênese e Fertilização
Gametogênese:
“Processo de geração de células sexuais maduras
(gametas), a partir de células germinativas
primordiais (PGCs)”
Gametogênese masculina:
Gametogênese feminina:
espermatogênese
ovogênese
Problemas básicos da gametogênese
Onde e quando se originam as PGCs?
Como sua totipotência é mantida ?
Origem e Migração das Células Germinativas
Primordiais (PGCs)
Epiblasto
(Segunda semana)
Endoderma do saco vitelínico
(Quarta semana)
Parede dorsal do embrião (futuras cristas genitais)
(Quinta semana em diante)
Migração das PGCs em direção as cristas genitais
posição final das células
germinativas: na
medula no sexo
masculino,
no cortex no sexo
feminino
O fator de transcrição Oct-4 está associado a
totipotência e a capacidade de produzir
células germinativas
Problemas básicos da gametogênese
Mecanismo que permita a manutenção da
diploidia após a fertilização
Meiose
Mitose x Meiose - uma grande decisão na linhagem
germinativa
As gametogêneses masculina e feminina seguem
cursos temporais diferentes
Espermatogênese
Tem início na puberdade sob
controle de testosterona
duas fases :
- meiose: gera 4 espermátides
- Espermiogênese: ocorre a
diferenciação das espermátides em
espermatozóides
Hartsoeker (1694)
No túbulo seminífero a espermatogênese ocorre em
progressão basal-luminal
lúmen do túbulo
seminífero
corpos
residuais
espermátide
espermatócito II
espermatócito I
A1
Sertoli
A2
B
camada basal do
túbulo Seminífero
Resumo Esquemático da Espermatogênese
A1
A1
A2
espermatogônias
A3
mitoses
A4
intermediária
B
meiose I
meiose II
espermatócitos I
espermatócitos II
espermátides
Espermiogênese
corpos residuais
espermatozóides
Espermiogênese
aparelho Golgi forma a vesícula condensação da cromatina
do acrossomo (síntese de enzimas (inativação) - substituição de
líticas)
histonas por protaminas
mitocôndrias migram para a base do flagelo e
formam agregados
perda de parte do
citoplasma
do centríolo inicia--se a
formação do flagelo
O Espermatozóide Humano: Cortes Transversais
Ovogênese
Principais características da ovogênese
- proliferação mitótica de células germinativas primordiais
(ovogônias), seguida por alta taxa de morte celular programada
- entrada em prófase de meiose (ovócito primário) já na fase
embrionária, apenas poucas células tronco (ovogônias) persistem
no ovário adulto
- bloqueio meiótico persiste até ovulação
- controle hormonal garante e sincroniza desenvolvimento do
folículo dominante e do endométrio uterino em cada ciclo
Ovogônias e ovócitos primários
proliferação de
células germinativas
primordiais
apoptose da maioria
até fase perinatal
40.000 - 50.000
ovócitos primários e
poucas ovogônias no
início da puberdade
regulação hormonal da
ovogênese e do
desenvolvimento do
endométrio
hipotálamo: GnRH
hipófise: FSH e LH
folículo: estrógeno e
progesterona
pico de LH quebra
bloqueio da meiose I,
formação e liberação de
ovócito secundário na
ovulação
Desenvolvimento dos folículos no ciclo ovariáno
folículo: ovócito primário com zona pelúcida (matriz extracelular)
camadas celulares somáticas: granulosa e tecas
folículos primários
folículo terciário (Graaf)
tecas
antro
ovócito
granulosa
Ovulação
expulsão do óvulo (ovócito secundário) com corona radiata
movimento do tubo uterino durante ovulação
Regulação Hormonal Pós Ovulatória
fase luteal - sem fertilização
fase luteal - com fertilização
corpo lúteo sintetiza
principalmente progesterona e
menos estrógeno
corpo lúteo sintetiza
principalmente progesterona e
menos estrógeno
diminuição gradual da produção
hormonal pelo corpo lúteo
baixas conc. de estrógeno e
progesterona induzem liberação
de GnRH
após implantação, síntese de
progesterona no corpo lúteo
mantido por gonadotrofina
coriônica produzido pelo
sincitiotrofoblasto (similaridade
molecular com LH, mesmo
receptor)
efeito: induz novo ciclo ovariano
efeito: bloqueia novo ciclo estral
FERTILIZAÇÃO
Etapas da Fertilização
I. migração - capacitação dos espermatozóides
II. reação acrossômica
III. fusão da membrana dos gametas
IV. termino da meiose II pelo ovócito
V. bloqueio de polispermia
VI. descompactação do pronúcleo paterno
e fusão dos pró núcleos -> Zigoto
I. Migração - capacitação dos espermatozóides
migração dos espermatozóides dos túbulos seminíferos para o
epidídimo
- retenção de água (mediado por esteróides androgênicos)
-concentração de espermatozóides.
emissão: contrações musculares (peristalse) dos ductos deferentes
garantem transporte rápido de espermatozóides maduros, mistura com
secreções das glândulas acessórias (glândulas seminais (frutose),
bulbouretrais e prostata (prostaglandinas, etc.) - líquido seminal
ejaculação: fechamento do esfíncter vesical e contração dos músculos
uretral e bulboesponjosos causa a saida do semen
ejaculado típico contém 100-600 milhões de espermatozóides (média 300
milhões)
viabilidade no trato genital feminino: max. 48 horas
primeira barreira: retenção de espermatozoides com baixa motilidade no
muco ácido vaginal
segunda barreira: muco do colo do útero altamente viscoso (menos na
ovulação - controle hormonal)
passagem pelo útero: mudança de pH para alcalino aumenta motilidade
passagem pela tuba uterina: retenção nas pregas e epitélio ciliado
(contrafluxo laminar)
dos ca. 300 milhões de espermatozóides ejaculados apenas
200 chegam na ampola do oviduto,
duração da passagem 5 - 45 min
Capacitação
espermatozóides necessitam passar por um processo de capacitação
para que possam fertilizar o óvulo
A capacitação ocorre no trato reprodutivo feminino, por fatores
secretados
A capacitação envolve:
- remoção de colesterol da membrana do espermatozóide por
ligação com proteínas albumínicas no útero (aumento de pH
intracelular e abertura de canais de cálcio - ativação de cascata
de transdução de sinal intracelular)
- perda de carboidratos específicos da superfície do
espermatozóide (desbloqueio de sítios de ligação com
proteínas da zona pelúcida)
espermatozóides
precisam vencer a as
barreiras da corona
radiata e da zona
pelúcida antes que
possam fertilizar o
óvócito secundário
contacto com
proteínas da zona
pelúcida (ZP3) causa
ligação do
espermatozóide e
inicia reação
acrossômica
II. reação acrossômica e III. fusão das membranas
fertilin
fertilin
- liberação de enzimas do acrossomo para digestão da zona pelúcida
- polimerização de actina
- exposição de fertilinas da membrana interna do acrossoma
(reconhecimento espécie-específico com o óvulo)
Penetração do Espermatozóide no Óvulo: (hamster)
enzimas do acrossoma
digerem a zona pelúcida
após penetração da zona pelúcida:
contacto da zona equatorial da cabeça
do espermatozóide com membrana do
ovócito secundário
fertilinas da membrana interna
acrossômica interagem com proteínas na
membrana do ovócito...
...e iniciam fusão de membranas dos
gametas, seguida pela reação cortical do
ovócito e desbloqueio da meiose II
apenas a cabeça do espermatozoide e
centríolo entram no ovócito; inicia-se
descondensação da cromatina paterna
fusão de
membranas
envolve
reconhecimento
específico
mediado por
proteínas:
espermatozóide:
fertilinas ab e
ciritestina
(adesão celular)
Izumo (fusão)
ovócito:
Integrinas e GPI
âncora (adesão
celular)
CD9 (fusão)
Nature, março 2005
IV. termino da meiose II e V. bloqueio de polispermia
- penetração de um só espermatozóide (bloqueio contra poliespermia)
- ovócito completa meiose II
- kariogamia dos pronúcleos, duplicação de DNA, mitose (clivagem)
Reação Cortical - bloqueio contra poliespermia
- contacto do primeiro espermatózoide a com a membrana do ovócito
causa influxo de cálcio
- onda de cálcio induz exocitose dos gránulos corticais
- liberação de N-acetil glicosaminidase causa clivagem de ZP3, que
impede ligação de outros espermatozóides
Onda de cálcio na fecundação
local de entrada do
espermatozóide
VI Fusão dos pronúcleos
microtúbulos direcionam migração e encontro dos pronúcleos
materno e paterno
e formam aster da primeira divisão de clivagem após a cariogamia
Resumo dos Processos de Fertilização