Spermatogenesi

Ultimo aggiornamento 02/09/2023

La spermatogenesi è il processo mediante il quale avviene la produzione degli spermatozoi dalle cellule germinali all’interno dei tubuli seminiferi dei testicoli.   All’interno delle pareti dei tubuli,  le cellule del Sertoli (osservate per la prima volta nel 1865 da Enrico Sertoli) che forniscono nutrimento agli spermatozoi immaturi favorendone la maturazione. Inoltre le cellule del Sertoli favoriscono la migrazione dei gameti dalla porzione basale dell’epitelio germinale verso il lume del tubulo seminifero. Le cellule del Sertoli  assorbono e degradano anche i prodotti di degradazione metabolica prodotti dagli spermatociti in via di sviluppo e fagocitano cellule apoptotiche e corpi estranei. Le cellule del Sertoli si estendono attraverso l’intero spessore dell’epitelio germinale dalla membrana basale al lume e nell’adulto assumono forme estremamente irregolari determinate dalle mutevoli conformazioni dei 10-12 spermatozoi in via di sviluppo allocati nel loro citoplasma. Una serie di giunzioni strette lega ciascuna cellula del Sertoli e costituisce una valida barriera che protegge i tubuli e spermatozoi da avverse reazioni immunitarie.  Questa barriera emato-testicolare ha in realtà una permeabilità selettiva che consente, ad esempio, un rapido ingresso del testosterone.

Una cellula germinale immatura (spermatogonio) impiega fino a 74 giorni per raggiungere la maturazione finale e durante questo processo di crescita ci sono fasi di riposo intermittenti e a rotazione per ognuno dei cloni di riproduzione ma l’attività gametogenica è in continua attività dalla pubertà alla vecchiaia. Ogni giorno circa 2 milioni di spermatogoni, ciascuno dei quali dà origine a 64 spermatozoi. Vengono quindi prodotti più di 200 milioni di spermatozoi ogni giorno.

Le cellule immature (spermatogoni o spermatociti) derivano tutte da cellule staminali. Gli spermatogoni subiscono una prima divisione meiotica trasformandosi in spermatociti secondari con ridotto corredo cromosomico; nel nucleo degli spermatociti primari ci sono 46 cromosomi; in ciascuno degli spermatociti secondari ci sono solo 23 cromosomi, come nell’ovocita. Gli spermatociti secondari affrontano una seconda divisione meiotica che li trasforma in spermatidi che infine evolvono in spermatozoi caratterizzati dalla classica conformazione con testa appuntita contenente il materiale nucleare, un tratto intermedio e la coda contenenti il citoplasma.

Gli spermatozoi rilasciati dai tubuli seminiferi nell’epididimo raggiungono la maturazione finale.

Controllo endocrino della spermatogenesi

La spermatogenesi è regolata da un complesso circuito a feedback che coinvolge l’ipotalamo, l’adenoipofisi e i testicoli. L’ipotalamo secerne l’ormone gonadotropin-releasing (Gn-RH) che agisce sull’adenoipofisi con ipersecrezione di FSH e soprattutto LH. L’FSH agisce sui tubuli seminiferi favorendo la spermatogenesi mentre l’LH agisce sulle cellule del leydig stimolando la secrezione di testosterone che a sua volta modula la spermatogenesi.

Nell’embrione, la presenza di un cromosoma Y innesca lo sviluppo e la crescita dei testicoli, che iniziano a secernere testosterone e l’ormone anti-mülleriano a partire dalla 7a settimana di gestazione circa. Il testosterone virilizza il dotto wolffiano (che si sviluppa in epididimo, vasi deferenti e vescichette seminali). Il diidrotestosterone favorisce lo sviluppo dei genitali maschili esterni. I livelli di testosterone raggiungono un picco nel 2o trimestre e scendono quasi a zero alla nascita.

Attraverso un meccanismo ignoto, i livelli ematici degli androgeni surrenalici deidroepiandrosterone e deidroepiandrosterone solfato cominciano ad aumentare diversi anni prima della pubertà. La loro conversione in piccole quantità di testosterone fa comparire la peluria pubica e ascellare (adrenarca). L’adrenarca può verificarsi già a 9 o 10 anni di età.

La spermatogenesi inizia durante la pubertà, quando i livelli di testosterone aumentano. Il testosterone è fondamentale per la spermatogenesi. In mancanza di testosterone, la spermatogenesi procede solo fino allo stadio della profase 1-leptotene della meiosi.  L’ormone LH stimola  le cellule di Leydig a secernere testosterone.  L’FSH promuove la crescita dei recettori del testosterone sulle cellule del Sertoli e sui tubuli seminiferi.

References:

1. Nishimura H, L’Hernault SW. Spermatogenesis. Curr Biol. 2017 Sep 25;27(18):R988-R994.
2. de Kretser DM, Loveland KL, Meinhardt A, Simorangkir D, Wreford N. Spermatogenesis. Hum Reprod. 1998 Apr;13 Suppl 1:1-8.
3. Holstein AF, Schulze W, Davidoff M. Understanding spermatogenesis is a prerequisite for treatment. Reprod Biol Endocrinol. 2003 Nov 14;1:107.
4. Griswold MD. Spermatogenesis: The Commitment to Meiosis. Physiol Rev. 2016 Jan;96(1):1-17.
5. White-Cooper H, Bausek N. Evolution and spermatogenesis. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2010 May 27;365(1546):1465-80.
6. Lancaster K, Trauth SE, Gribbins KM. Testicular histology and germ cell cytology during spermatogenesis in the Mississippi map turtle, Graptemys pseudogeographica kohnii, from Northeast Arkansas. Spermatogenesis. 2014 Sep-Dec;4(3):e992654.
7. Endo T, Mikedis MM, Nicholls PK, Page DC, de Rooij DG. Retinoic Acid and Germ Cell Development in the Ovary and Testis. Biomolecules. 2019 Nov 24;9(12)
8. Bergmann M. [Spermatogenesis–physiology and pathophysiology]. Urologe A. 2005 Oct;44(10):1131-2, 1134-8.
9. Sironen A, Shoemark A, Patel M, Loebinger MR, Mitchison HM. Sperm defects in primary ciliary dyskinesia and related causes of male infertility. Cell Mol Life Sci. 2020 Jun;77(11):2029-2048.
10. Dakouane M, Albert M, Bergère M, Sabbagh C, Brayotel F, Vialard F, Lombroso R, Bicchieray L, Selva J. [Aging and spermatogenesis: an histologic, cytogenetic and apoptosis study]. Gynecol Obstet Fertil. 2005 Sep;33(9):659-64.