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La fecondazione dell'ovulo + dell'ovulo è possibile per l'uomo?

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Nell'uomo è possibile fecondare un ovulo con un altro ovulo dello stesso soggetto femminile?

Ho già trovato alcuni lavori in cui l'ovulo è fecondato da una cellula somatica (vedi ad esempio questo), ma sto cercando la fecondazione specifica da un altro ovulo.

Circa un anno fa ho trovato su Internet uno studio giapponese (in corso) su questo argomento, ma non riesco più a trovarlo.

Apprezzerei davvero qualsiasi aiuto disponibile.


L'uso di una cellula somatica in un ovulo è ciò che viene tipicamente fatto nel processo di clonazione. È stato lo stesso processo utilizzato per creare Dolly la pecora. Quello che stai chiedendo è qualcosa di molto diverso:

Considera che le cellule somatiche sono propriamente diploidi. Considerando che un ovulo stesso contiene solo un numero aploide di cromosomi. Nella tipica riproduzione sessuale lo sperma feconda l'ovulo che porterebbe quindi il numero di cromosomi al conteggio corretto. Quindi combinare il materiale genetico in due ovuli dovrebbe portare anche il conteggio dei cromosomi al conteggio corretto, ma gli scienziati dovrebbero in qualche modo motivare le attività che si verificano quando si verifica la tipica riproduzione sessuale. È probabilmente molto difficile farlo se non altamente improbabile. Se funziona, questo processo potrebbe produrre solo bambine.


Biologia umana: "Fecondazione e sviluppo precoce"

SETTIMANA 3: Mancanza delle mestruazioni, inizio della gravidanza.
Bambino- Nervoso comincia a svilupparsi, allantoide e vasi sanguigni presenti insieme al cuore, si forma la placenta.

SETTIMANA 4 e 5: dimensioni dell'utero materno dell'uovo di gallina, minzione frequente a causa della pressione sulla vescica.
Bambino- Dimensione dell'embrione del testo (A), forma dei villi coriali/cordone ombelicale, forma dei boccioli degli arti, cuore evidente/battente, nervoso prominente, embrione curvo e coda.

MESE 4: Madre-Movimento fetale sentito (se preg. prima)
Scheletro del bambino visibile, feto 6 pollici e 6 once.

MESE 5: Madre- Si sente movimento fetale, l'utero arriva fino al livello dell'ombelico e preg. ovvio.
Baby- Vernix Caseosa esseri da depositare, battito cardiaco osculato

MESE 6: La mamma-doc può dire le parti del bambino, il seno ingrossato, il colostro prodotto.
Baby- Lanugo ricopre il corpo, la pelle strizzata e rossastra.

MESE 7: La madre-utero raggiunge la metà tra l'ombelico e la gabbia toracica.
Bambino: i testicoli si difendono nello scroto, gli occhi aperti, il feto di 12 pollici e 3 libbre

MESE 8: Madre - aumento di peso 1 libbra/settimana, difficoltà in piedi/camminata
Baby- I peli del corpo iniziano a scomparire, il grasso sottocutaneo si deposita.


Gestazione umana

Ventiquattro ore prima della fecondazione, l'uovo ha terminato la meiosi e diventa un ovocita maturo. Quando fecondato (al momento del concepimento) l'uovo diventa noto come zigote. Lo zigote viaggia attraverso l'ovidotto verso l'utero (Figura 1). L'embrione in via di sviluppo deve impiantarsi nella parete dell'utero entro sette giorni, altrimenti si deteriorerà e morirà. Gli strati esterni dello zigote (blastocisti) crescono nell'endometrio digerendo le cellule endometriali e la guarigione della ferita dell'endometrio chiude la blastocisti nel tessuto. Un altro strato della blastocisti, il corion, inizia a rilasciare un ormone chiamato gonadotropina corionica beta umana (?-HCG) che si fa strada verso il corpo luteo e mantiene attiva quella struttura. Ciò garantisce livelli adeguati di progesterone che manterranno l'endometrio dell'utero per il supporto dell'embrione in via di sviluppo. I test di gravidanza determinano il livello di ?-HCG nelle urine o nel siero. Se l'ormone è presente, il test è positivo.

Figura 1. Negli esseri umani, la fecondazione avviene subito dopo che l'ovocita lascia l'ovaio. L'impianto avviene otto o nove giorni dopo. (credito: Ed Uthman)

Il periodo di gestazione è diviso in tre periodi uguali o trimestri. Durante le prime due o quattro settimane del primo trimestre, la nutrizione e i rifiuti vengono gestiti dal rivestimento endometriale attraverso la diffusione. Con il progredire del trimestre, lo strato esterno dell'embrione inizia a fondersi con l'endometrio e il placenta forme. Questo organo assume il fabbisogno di nutrienti e rifiuti dell'embrione e del feto, con il sangue della madre che trasmette i nutrienti alla placenta e rimuove i rifiuti da essa. I prodotti chimici del feto, come la bilirubina, vengono elaborati dal fegato della madre per l'eliminazione. Alcune delle immunoglobuline della madre passeranno attraverso la placenta, fornendo immunità passiva contro alcune potenziali infezioni.

Gli organi interni e le strutture corporee iniziano a svilupparsi durante il primo trimestre. Entro cinque settimane, le gemme degli arti, gli occhi, il cuore e il fegato si sono sostanzialmente formati. Entro otto settimane, si applica il termine feto e il corpo è essenzialmente formato, come mostrato in figura 2. L'individuo è lungo circa cinque centimetri (due pollici) e molti degli organi, come i polmoni e il fegato, non sono ancora funzionanti. L'esposizione a eventuali tossine è particolarmente pericolosa durante il primo trimestre, poiché tutti gli organi e le strutture del corpo stanno attraversando lo sviluppo iniziale. Tutto ciò che influisce su tale sviluppo può avere un grave effetto sulla sopravvivenza del feto.

Figura 2. Lo sviluppo fetale è mostrato a nove settimane di gestazione. (credito: Ed Uthman)

Durante il secondo trimestre, il feto cresce fino a circa 30 cm (12 pollici), come mostrato in Figura 3. Diventa attivo e la madre di solito avverte i primi movimenti. Tutti gli organi e le strutture continuano a svilupparsi. La placenta ha assunto le funzioni di nutrizione e di scarto e la produzione di estrogeni e progesterone dal corpo luteo, che è degenerato. La placenta continuerà a funzionare durante il parto.

Figura 3. Questo feto sta appena entrando nel secondo trimestre, quando la placenta assume più delle funzioni svolte man mano che il bambino si sviluppa. (credito: Museo Nazionale della Salute e della Medicina)

Durante il terzo trimestre, il feto cresce fino a 3-4 kg (6 ½ -8 ½ libbre) e lungo circa 50 cm (19-20 pollici), come illustrato in Figura 4. Questo è il periodo della crescita più rapida durante la gravidanza. Lo sviluppo degli organi continua alla nascita (e alcuni sistemi, come il sistema nervoso e il fegato, continuano a svilupparsi dopo la nascita). La madre sarà più a disagio durante questo trimestre. Può urinare frequentemente a causa della pressione sulla vescica da parte del feto. Potrebbero esserci anche blocchi intestinali e problemi circolatori, specialmente alle gambe. I coaguli possono formarsi nelle sue gambe a causa della pressione del feto sulle vene di ritorno mentre entrano nella cavità addominale.

Figura 4. C'è una rapida crescita fetale durante il terzo trimestre. (credito: modifica del lavoro di Gray's Anatomy)

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Travaglio e Nascita

Il travaglio è lo sforzo fisico di espulsione del feto e della placenta dall'utero durante il parto (parto). Verso la fine del terzo trimestre, l'estrogeno fa sì che i recettori sulla parete uterina si sviluppino e leghino l'ormone ossitocina. In questo momento, il bambino si riorienta, rivolto in avanti e verso il basso con la parte posteriore o la corona della testa che impegna la cervice (apertura uterina). Ciò provoca l'allungamento della cervice e gli impulsi nervosi vengono inviati all'ipotalamo, che segnala il rilascio di ossitocina dall'ipofisi posteriore. L'ossitocina provoca la contrazione della muscolatura liscia della parete uterina. Allo stesso tempo, la placenta rilascia prostaglandine nell'utero, aumentando le contrazioni. Un relè di feedback positivo si verifica tra l'utero, l'ipotalamo e l'ipofisi posteriore per assicurare un adeguato apporto di ossitocina. Man mano che vengono reclutate più cellule muscolari lisce, le contrazioni aumentano di intensità e forza.

Ci sono tre fasi del travaglio. Durante la prima fase, la cervice si assottiglia e si dilata. Questo è necessario per l'espulsione del bambino e della placenta durante il parto. La cervice alla fine si dilata a circa 10 cm. Durante la seconda fase, il bambino viene espulso dall'utero. L'utero si contrae e la madre spinge mentre comprime i muscoli addominali per favorire il parto. L'ultima fase è il passaggio della placenta dopo che il bambino è nato e l'organo si è completamente disimpegnato dalla parete uterina. Se il travaglio dovesse interrompersi prima del raggiungimento della fase due, l'ossitocina sintetica, nota come Pitocin, può essere somministrata per riavviare e mantenere il travaglio.

Un'alternativa al travaglio e al parto è il parto chirurgico del bambino attraverso una procedura chiamata taglio cesareo. Questo è un intervento chirurgico addominale maggiore e può portare a complicazioni post-chirurgiche per la madre, ma in alcuni casi può essere l'unico modo per far nascere il bambino in sicurezza.

Le ghiandole mammarie della madre subiscono cambiamenti durante il terzo trimestre per prepararsi all'allattamento e all'allattamento. Quando il bambino inizia a succhiare al seno, i segnali vengono inviati all'ipotalamo provocando il rilascio di prolattina dall'ipofisi anteriore. La prolattina fa sì che le ghiandole mammarie producano latte. Viene rilasciata anche l'ossitocina, favorendo il rilascio del latte. Il latte contiene sostanze nutritive per lo sviluppo e la crescita del bambino, nonché immunoglobuline per proteggere il bambino dalle infezioni batteriche e virali.


Struttura di un ovulo (spiegato con il diagramma)

L'ovulo si riferisce allo stadio secondario dell'ovocita dell'ovogenesi, in cui la seconda divisione di maturazione deve ancora verificarsi.

In questa condizione l'ovulo maturo viene rilasciato dall'ovaio ed entra nell'utero nei mammiferi per la fecondazione. Nei mammiferi compreso l'uomo l'ovulo viene scaricato dal follicolo di Graaf (ovulazione) con un corpo polare.

Ogni ovulo è una struttura arrotondata e non mobile. Nei mammiferi, la dimensione dell'uovo è estremamente piccola (0,15 mm nell'uomo).

Il citoplasma dell'uovo è chiamato ooplasma. Contiene pochissima quantità di tuorlo nell'uomo e quindi è alecitale. Negli animali in cui è presente un'enorme quantità di tuorlo, il citoplasma dell'uovo è costituito da lipoproteine, granuli di pigmento, acqua e UNA insieme ad altri organelli citoplasmatici.

Lo strato periferico dell'ooplasma è noto come corteccia e contiene molti microvilli e granuli corticali.

I microvilli sono eruzioni tubulari del plasmalemma per il trasporto di sostanze dentro e fuori dal citoplasma dell'uovo. I granuli corticali sebbene non presenti nelle uova dei mammiferi sono mucopolisaccaridi ricoperti dalle membrane del Golgi. Il nucleo è grande e posizionato centralmente nei mammiferi ma verso il polo animale nelle uova tuorlo.

Assorbe il liquido citoplasmatico e si gonfia in una vescicola germinale. Nell'uomo l'ovulo è ricoperto da una sottile membrana vitellina che è ulteriormente ricoperta da un'altra membrana primaria nota come zona pellucida. C'è uno spazio stretto tra queste due membrane noto come spazio perivitellino. Durante lo scarico dell'ovulo dal follicolo di Graaf, diversi strati di cellule epiteliali aderiscono alla superficie esterna della zona pellucida e sono disposti radialmente formando una corona radiata (Fig. 3(B).7A e B).


La struttura e la funzione dell'ovulo nel sistema riproduttivo femminile

L'ovulo non è in grado di muoversi attivamente ed è molto più grande delle cellule spermatiche quando l'ovulo si unisce agli spermatozoi durante la fecondazione e si forma una cellula diploide (lo zigote) e si forma l'embrione, che gradualmente cresce in un nuovo organismo.

L'ovulo è una cellula sferica e non mobile (statica), è una delle cellule più grandi del corpo umano, è visibile ad occhio nudo senza l'ausilio di un microscopio o altro dispositivo di ingrandimento, ed è di circa 0,12 mm in diametro.

L'ovulo è costituito dal nucleo, dal citoplasma e dalla membrana cellulare (che circonda la cellula dall'esterno), il nucleo contiene metà del materiale genetico (i cromosomi) e il citoplasma immagazzina il cibo e le sostanze nutritive.

La funzione dell'ovulo

La funzione dell'ovulo è quella di trasportare l'insieme dei cromosomi forniti dalla femmina e crea l'ambiente giusto per consentire la fecondazione da parte dello sperma.

Gli ovuli forniscono i nutrienti per l'embrione in crescita fino a quando non affonda nell'utero e la placenta prende il sopravvento.

L'ovulo (cellula uovo) negli animali e nelle piante

l'ovaio produce l'ovulo (la cellula uovo) che sono i gameti (cellule riproduttive sessuali) negli animali e nelle piante.

L'ovulo è di grandi dimensioni perché immagazzina i nutrienti, è prodotto in pochi numeri e non è mobile (statico), contiene la metà del numero di cromosomi che si trovano nelle cellule del corpo femminile.


Fecondazione — o no?

La fecondazione di un ovulo da parte di uno spermatozoo avviene normalmente in un ovidotto, il più delle volte nella parte del tubo che passa sopra l'ovaio (vedi Figura 18.7.3). Affinché avvenga la fecondazione, gli spermatozoi devono "nuotare" dalla vagina in cui sono depositati, attraverso il canale cervicale fino all'utero, e poi attraverso il corpo dell'utero fino a uno degli ovidotti. Una volta che gli spermatozoi entrano in un ovidotto, i fluidi tubolari aiutano a trasportarli attraverso il tubo verso l'ovocita secondario all'altra estremità. L'ovocita secondario funziona anche per promuovere la fecondazione. Rilascia molecole che guidano lo sperma e consentono alla superficie dell'ovulo di attaccarsi alla superficie dello sperma. L'ovulo può quindi assorbire lo sperma, consentendo la fecondazione.

Figura 18.7.3 Questo diagramma mostra le strutture attraverso le quali lo sperma deve passare se deve avvenire la fecondazione di un ovulo. Mostra anche l'evento della fecondazione e dove di solito avviene la fecondazione.


Travaglio e Nascita

Il travaglio è lo sforzo fisico di espulsione del feto e della placenta dall'utero durante il parto (parto). Verso la fine del terzo trimestre, l'estrogeno fa sì che i recettori sulla parete uterina si sviluppino e leghino l'ormone ossitocina. In questo momento, il bambino si riorienta, rivolto in avanti e verso il basso con la parte posteriore o la corona della testa che impegna la cervice (apertura uterina). Ciò provoca l'allungamento della cervice e gli impulsi nervosi vengono inviati all'ipotalamo, che segnala il rilascio di ossitocina dall'ipofisi posteriore. L'ossitocina provoca la contrazione della muscolatura liscia della parete uterina. Allo stesso tempo, la placenta rilascia prostaglandine nell'utero, aumentando le contrazioni. Un relè di feedback positivo si verifica tra l'utero, l'ipotalamo e l'ipofisi posteriore per assicurare un adeguato apporto di ossitocina. Man mano che vengono reclutate più cellule muscolari lisce, le contrazioni aumentano di intensità e forza.

Ci sono tre fasi del travaglio. Durante la prima fase, la cervice si assottiglia e si dilata. Questo è necessario per l'espulsione del bambino e della placenta durante il parto. La cervice alla fine si dilata a circa 10 cm. Durante la seconda fase, il bambino viene espulso dall'utero. L'utero si contrae e la madre spinge mentre comprime i muscoli addominali per favorire il parto. L'ultima fase è il passaggio della placenta dopo che il bambino è nato e l'organo si è completamente disimpegnato dalla parete uterina. Se il travaglio dovesse interrompersi prima del raggiungimento della fase due, l'ossitocina sintetica, nota come Pitocin, può essere somministrata per riavviare e mantenere il travaglio.

Un'alternativa al travaglio e al parto è il parto chirurgico del bambino attraverso una procedura chiamata taglio cesareo. Si tratta di un intervento chirurgico addominale maggiore e può portare a complicazioni post-chirurgiche per la madre, ma in alcuni casi può essere l'unico modo per far nascere il bambino in sicurezza.

Le ghiandole mammarie della madre subiscono cambiamenti durante il terzo trimestre per prepararsi all'allattamento e all'allattamento. Quando il bambino inizia a succhiare al seno, i segnali vengono inviati all'ipotalamo provocando il rilascio di prolattina dall'ipofisi anteriore. La prolattina fa sì che le ghiandole mammarie producano latte. Viene rilasciata anche l'ossitocina, favorendo il rilascio del latte. Il latte contiene sostanze nutritive per lo sviluppo e la crescita del bambino, nonché immunoglobuline per proteggere il bambino dalle infezioni batteriche e virali.


3. Le tre fasi della fecondazione

Preparazione dello sperma: capacità e reazione acrosomiale

La fase di maturazione degli spermatozoi è nota come attivazione (capacitazione dello sperma). Si verifica nel tratto genitale della femmina e funge da fase preparatoria per la reazione acrosomiale. L'attivazione non include i cambiamenti morfologici ed è accompagnata dall'iperattivazione dello sperma che è un movimento forte e non lineare (2). Un ruolo importante è svolto dagli enzimi proteolitici (13).

Nei mammiferi, lo sperma eiaculato è mobile. Tuttavia, la loro capacità di fecondare un ovocita è ridotta. Quest'ultimo può verificarsi dopo la rimozione di fattori inibitori, come le glicoproteine ​​attaccate alla superficie, le proteine ​​plasmatiche seminali e l'esaurimento del colesterolo di membrana. Questo stato finale dello sperma attivato è noto come iperattivazione ed è una fase ad alta energia di vigoroso movimento flagellare e capacità di nuoto (14).

La capacità coinvolge una serie di processi, come l'accoppiamento funzionale delle vie di trasduzione del segnale che regolano l'inizio delle reazioni acrosomiali da parte delle alterazioni ZP3 nella motilità flagellare che possono essere necessarie per penetrare nella zona pellucida e lo sviluppo della capacità di fondersi con le uova (15 ). Gli eventi sopra menzionati sono seguiti da alterazioni nel metabolismo, caratteristiche biofisiche di membrana, cambiamenti nello stato di fosforilazione delle proteine, aumenti del pH intracellulare e dei livelli di calcio e iperpolarizzazione del potenziale di membrana. In vivo, molti fattori possono mediare l'attivazione dello sperma. Nelle tube di Falloppio sono state identificate proteine ​​leganti gli steroli, come le lipoproteine ​​ad alta densità, che possono accelerare l'efflusso di colesterolo dallo sperma (16). Inoltre, il progesterone può regolare alcuni aspetti dell'attivazione dello sperma. È presente nell'ambiente delle tube di Falloppio, derivato sia dal fluido follicolare che dalle cellule del cumulo ooforo (17). Il glucosio è noto per essere essenziale per il successo della capacitazione. Funziona non solo come una molecola energetica che consente agli spermatozoi di nuotare, ma consente anche agli spermatozoi di fecondare le uova (18).

Gli agenti della mucosa dell'ovocita che provocano la reazione acrosomiale sono specifici per ciascuna specie. Nei mammiferi, lo sperma riconosce e si lega alla glicoproteina ZP3 della zona pellucida. Le connessioni O-polisaccaride alla proteina core di ZP3 sembrano essere necessarie in questo passaggio. Si ritiene che il galattosio terminale degli oligosaccaridi legati all'O reagisca con la galattosiltransferasi (Mr 56 kDa), una proteina della membrana cellulare nell'estremità anteriore della testa dello sperma. La reazione acrosomiale dello sperma è causata dalla proteina centrale di ZP3. Una volta che la proteina centrale di ZP3 è danneggiata, questa reazione viene inibita, ma non il legame dello spermatozoo alla zona pellucida. Lo sperma che raggiunge la zona trasparente è collegato tramite la proteina SED1 a ZP3. Come conseguenza del legame irreversibile dello spermatozoo all'uovo, la zona pellucida innesca la reazione acrosomiale.

La membrana plasmatica esterna dell'acrosoma si fonde in più siti con la membrana plasmatica e il contenuto dell'acrosoma viene rilasciato. Dopo la reazione acrosomiale, si ritiene che la proteina pre-acrosina della vescicola acrosomiale si leghi a ZP2 e si attivi, formando l'enzima acrosina che a questo punto digerisce l'area trasparente. La digestione della zona pellucida è seguita dalla fusione della membrana dello spermatozoo con la membrana dell'uovo, che sembra essere causata dalla proteina spermatica PH-30 (19).

PH-30 è una glicoproteina transmembrana costituita da una subunità α e β. La subunità α (289 aminoacidi) contiene una sequenza tra 90 e 111 che ha molte somiglianze con la glicoproteina E2 "peptide di fusione" del virus della rosolia. La subunità β (353 amminoacidi) contiene il tripeptide RGD (arginina-glicina-acido aspartico) negli ultimi 90 amminoacidi dell'N-terminale. Il tripeptide RGD è il sito attivo che può essere riconosciuto dalle integrine della membrana cellulare dell'uovo. Questo riconoscimento è seguito dalla fusione delle membrane, che è causata dalla subunità α di PH-30. Entrambe le subunità derivano da precursori che subiscono modificazioni proteolitiche durante la differenziazione degli spermatozoi nei testicoli e la loro maturazione nell'epididimo. PH-30 si trova nella membrana cellulare nella porzione anteriore della parte laterale della testa dello sperma maturo (19,20). La reazione acrosomiale comporta la fusione della membrana acrosomiale con la membrana plasmatica sovrastante dello sperma e la formazione di vescicole. Il risultato è il rilascio di peptidasi dalla vescicola acrosomiale che digeriscono la mucosa. La fusione delle membrane sembra essere causata dall'ingresso di ioni Ca+2 e dall'uscita di ioni K+. La membrana plasmatica dello sperma che non partecipa alla reazione acrosomiale e sovrastante l'acrosoma è nota come regione equatoriale. Questo sembra essere il sito di fusione di spermatozoi e uova (2). Un filamento acrosomiale, è formato dalla polimerizzazione dell'actina G (globulare) in actina F (fibrilare). La desmina (30,5 kDa) è esposta al filamento acrosomiale. La polimerizzazione dell'actina è indotta dall'aumento del pH (

7.4), che risulta dall'input di Na + e H + output. L'attivazione della dineina ATPasi e l'uso dell'ATP determinano un aumento del movimento degli spermatozoi. I livelli di cAMP aumentano (circa 400 volte) nel citoplasma dello sperma. Questo aumento segna l'inizio del processo di decondensazione della cromatina degli spermatozoi, prima della formazione del nucleo zigote.

P4 (progesterone) è una molecola ben studiata coinvolta nella modulazione della funzione spermatica. Il suo ruolo nella capacità dello sperma è stato rivelato, tuttavia, gli esatti meccanismi coinvolti non sono ancora completamente compresi. Il progesterone è coinvolto non solo nella capacitazione, ma anche in altri eventi, come la motilità iperattivata, il piegamento flagellare, nella chemiotassi, nella reazione acrosomiale e nel legame spermatozoo-ZP e nella fusione spermatozoo. I suoi effetti sulla funzione dello sperma sono stati studiati nell'uomo, così come in altri mammiferi (topo, cinghiale) (21�).

Evans e Florman, in Nature Cell Biology and Nature Medicine (15), propongono un modello secondo il quale nella testa dello spermatozoo, il recettore TPC2-ZP3 è attivato dalla sua associazione con la zona pellucida. Ciò si traduce nell'ingresso del calcio attraverso i canali di tipo T, che porta a un aumento transitorio dei livelli di calcio nel citoplasma e all'attivazione della fosfolipasi C (PLC) tramite la proteina G. Il PLC è diviso in IP3 e DAG. Questo provoca l'ingresso di Ca + e porta alla reazione acrosomiale.

Nel processo di capacitazione, la fosfatidil-inositolo-3-chinasi (PI3K) è fosforilata/attivata tramite una cascata dipendente dalla proteina chinasi A (PKA) ed è sottoregolata da PKCa. All'inizio della capacitazione, PKCa è attivo e provoca l'inattivazione di PI3K. PKCa e PP1c2 sono degradati da un meccanismo PKA-dipendente, e questo permette l'attivazione di PI3K. L'attivazione di PKA, che dipende dal cAMP prodotto dall'adenil ciclasi solubile bicarbonato-dipendente, porta ad un aumento della polimerizzazione dell'actina, passaggio essenziale per raggiungere la motilità iperattivata, necessaria per il successo della fecondazione (25).

I canali ionici CatSper specifici dello sperma sono stati suggeriti per controllare la concentrazione intracellulare di Ca 2+ e, quindi, il comportamento di nuoto degli spermatozoi (26). Il canale CatSper sembra essere attivato dal progesterone negli spermatozoi umani (29), il che è interessante dal punto di vista dell'interazione spermatozoo-uovo, poiché è noto che le cellule del cumulo producono progesterone (5).

Legatura e fusione sperma-uovo

La membrana plasmatica dell'ovocita è costituita da due siti, una regione priva di microvilli e una regione ricca di microvilli. La fusione di spermatozoi e ovociti avviene nella regione ricca di microvilli (28,29). L'interazione tra spermatozoo e ovocita è preceduta da esocitosi acrosomiale, innescata dallo sperma e dal legame ZP. Implica l'adesione degli spermatozoi all'ovocita e l'adesione cellula-cellula, portando alla fusione della membrana dei due gameti (30). La membrana acrosomiale interna dello sperma, essendo esposta a seguito della reazione acrosomiale, entra in contatto con la membrana dell'ovocita (31). Il segmento equatoriale aderisce alla testa posteriore dello sperma e si fonde con la membrana dell'ovocita (32,33).

Diverse molecole sono state identificate negli spermatozoi e negli ovociti, con un ruolo cruciale nel legame dei gameti. Fertilin α, fertilin β e cyritestin sono anche conosciuti come ADAM1, ADAM2 e ADAM3, rispettivamente. I membri di questa famiglia sono costituiti da un dominio della sequenza segnale, un dominio metalloproteasi, un dominio simile alla disintegrina, un dominio ricco di cisteina e una ripetizione simile al fattore di crescita epidermico. Numerosi studi hanno rivelato un ruolo di ADAM1, ADAM2 e ADAM3 nel legame degli ovociti spermatici (30). È stato dimostrato che la fertilina β non è essenziale per il legame e la fusione della membrana plasmatica. Studi su fertilina β e ciritestina con topi knockout hanno mostrato una ridotta adesione alla membrana plasmatica dell'ovocita, tuttavia, alcuni spermatozoi aderiscono e si fondono con l'ovocita (15,34). Inoltre, mostrano una scarsa adesione allo ZP (34𠌶).

Per quanto riguarda gli ovociti, si pensa che le integrine presenti sulla superficie dell'uovo siano recettori per gli ADAM spermatici. Gli studi hanno rivelato che l'integrina 㬖㬡 è un recettore dell'uovo per la fertilina β (37𠌹). Altri studi hanno indicato che l'integrina 㬙㬡 è un recettore per la fertilina β (40,41) È stato scoperto che CD46 è espresso nei roditori sulla membrana acrosomiale dello sperma (42). CD46 interagisce direttamente con l'integrina 㬡 e indirettamente con le tetraspanine nelle cellule umane (43). Tuttavia, il ruolo chiave di CD46 sembra stabilizzare la membrana acrosomiale (44).

Come proteina associata all'integrina, nell'ovocita, il CD9 è essenziale per le interazioni spermatozoo-uovo. È un membro di una famiglia di proteine ​​della tetraspanina espressa sulla superficie dell'uovo di topo (45). Il ruolo del CD9 nella fusione degli ovociti spermatici è stato dimostrato in numerosi studi con ovociti CD9-null che hanno mostrato una ridotta capacità di forte adesione spermatica (46). I topi con deficit di CD9 mostrano una fertilità ridotta (47𠍉). Un altro membro della tetraspanina, CD81, è espresso sulla superficie dell'ovocita e interagisce con CD9 (50). La delezione del gene CD81 determina una riduzione della fertilità. Tuttavia, il suo ruolo nell'interazione tra spermatozoi e ovociti non è stato ancora completamente chiarito (51,52).

CRISP1, una proteina spermatica espressa dalle cellule cumuliformi che circondano l'ovocita, stimola l'orientamento degli spermatozoi attraverso la modulazione dell'iperattivazione degli spermatozoi e sembra regolare CatSper (53). Recenti studi hanno rivelato un'attività chemiotattica derivata dall'ovocita associata a una molecola idrofoba non peptidica nello sperma umano (54) e un'associazione tra rottura del follicolo e contrazioni uterine con il successo della in vivo inseminazione, suggerendo l'esistenza di possibili sostanze chemiotattiche nel tratto femminile (55). Non è chiaro se esiste un partner di legame sulla membrana dell'ovocita per la proteina CRISP associata allo sperma, insieme ai meccanismi esatti attraverso i quali si ottiene il legame dei gameti.

La proteina spermatica specifica, Izumo, è essenziale per il legame e la fusione della membrana plasmatica spermatozoo-uovo (56). IZUMO interagisce direttamente con alcune molecole sull'oolema. Dal lato dell'ovocita, Juno è un membro della famiglia dei recettori dei folati e riconosce lo sperma IZUMO, facilitando la fecondazione. È stato rivelato che i topi privi di Juno sulla superficie delle loro cellule uovo sono sterili poiché le loro cellule uovo non si fondono con lo sperma normale. Questa scoperta dimostra il ruolo essenziale di Giunone nella fertilità delle femmine di topo (57). Altri studi hanno dimostrato che è necessario un dimero elicoidale di frammenti del dominio N-terminale di IZUMO per la fusione spermatozoo-ovocita (58). IZUMO forma complessi con altre proteine ​​sulla superficie dello sperma attraverso il suo dominio N-terminale che forma dimeri (56). Pertanto, IZUMO svolge un ruolo chiave nell'organizzazione e nella stabilizzazione di un complesso proteico cruciale per la fusione della membrana. Inoue et al (56) hanno trovato una proteina, l'enzima di conversione dell'angiotensina 3 (ACE3) sul cappuccio acrosomiale dello sperma in grado di interagire con IZUMO (59).

Gli studi hanno rivelato la rapida perdita di Giunone dalla membrana dell'ovocita subito dopo la fecondazione. Ciò implica che Giunone è essenziale per il processo di fecondazione, essendo quindi la base per il blocco della polispermia nei mammiferi. Una possibile spiegazione per questo processo è che Giunone viene versato in vescicole dopo la fecondazione, generando una zona di "ovocita da richiamo" confinata all'interno dello spazio perivitellino che potrebbe legare lo sperma che ha reagito con acrosoma e quindi evitare l'ingresso di spermatozoi soprannumerari (60). Sebbene sia stato convalidato che la proteina Juno come primo recettore di superficie cellulare conservato nei mammiferi, l'interazione tra IZUMO1 e Juno sembra essere un passaggio di adesione necessario ed essenziale, tuttavia, il suo ruolo nel meccanismo di fusione dei gameti non è ancora chiaro (57) .

Due molecole, acrosina simile alla tripsina e proteasi spermosina sono state proposte per essere coinvolte nel primo contatto fisico dei due gameti, suggerendo che un sistema di proteasoma consente allo sperma di penetrare nel corion o partecipare al processo come legame "mobile" correlato allo sperma proteine ​​(52). Si ritiene che le ialuronidasi spermatiche svolgano un ruolo interessante nella fecondazione nei mammiferi e che la ialuronidasi SPAM1 e HYAL5 specifiche dello sperma sia coinvolta nel legame spermatozoo-ZP nei topi. Recenti studi hanno dimostrato che le ialuronidasi non sono necessarie per la fecondazione (61,62).

È importante ricordare che anche l'ambiente oviduttale e le sue secrezioni svolgono un ruolo essenziale nel trasporto e nell'interazione dei gameti maschili e femminili. L'espressione della lattoferrina, una proteina oviduttale umana, è in grado di inibire l'interazione dei gameti in vitro e sembra essere coinvolto nella regolazione del processo riproduttivo attraverso un ruolo nella prevenzione della polispermia (63). È stato anche dimostrato che la lattoferrina provoca una diminuzione dei siti di legame spermatico α-D-mannosio e un aumento della fosforilazione della tirosina delle proteine ​​spermatiche, implicando così che questa proteina è in grado di modulare i parametri della funzione spermatica (64).

Reazione corticale: ripresa della meiosi dell'ovocita e attivazione dello zigote

Una volta che lo sperma si fonde con l'ovocita, il battito della coda si interrompe immediatamente. La fusione dello sperma e della membrana dell'ovocita sembra causare la polimerizzazione dell'actina e l'estensione dei microvilli. Lo sperma invece viene aspirato nell'ovocita per allungamento e fusione dei microvilli dell'ovulo. Di conseguenza, il nucleo dello sperma e altri organelli sono incorporati nel citoplasma dell'ovocita. I filamenti di actina sono essenziali per l'attrazione dello spermatozoo nell'ovocita. Il citoplasma si gonfia e forma il collicolo (

7 micron di lunghezza e 2 micron di larghezza) che ricordano un cosiddetto cono di fecondazione. In alcuni invertebrati e anfibi, ci sono alcune aree della membrana dell'ovocita per il legame e la fusione degli spermatozoi.

Pochi secondi dopo la fecondazione, il potenziale di membrana dell'ovocita subisce una grande depolarizzazione tramite un massiccio afflusso di ioni Na+. La depolarizzazione dell'uovo impiega circa un minuto per ripolarizzarsi tramite perdite di K +. Questo è il blocco rapido alla polispermia: lo sperma non può fondersi con una membrana che non è � mV (https://structureandfunction.wordpress.com/2013/02/28/the-fast-and-slow-blocks-to- attivazione della polispermia e dell'uovo/).

La distribuzione del CG e la reazione corticale a seguito dell'oscillazione del calcio sono passaggi cruciali nella prevenzione della polispermia. Il calcio rilasciato dal reticolo endoplasmatico dipende dalla qualità e dalla quantità dei mitocondri, che sono marcatori della qualità dell'ovocita, poiché un basso numero di copie del DNA mitocondriale determina una scarsa capacità di sviluppo dell'ovocita (65,66).

La PLCζ degli spermatozoi è considerata l'attivatore responsabile durante questo processo (67), tuttavia possono essere coinvolti anche altri fattori (5,68).

La reazione corticale è un processo attraverso il quale vengono rilasciati granuli corticali dall'ovocita prevenendo la polispermia. Il blocco rapido della polispermia impedisce immediatamente che ulteriori spermatozoi si attacchino all'ovocita. D'altra parte, la reazione corticale stabilisce una barriera permanente all'ingresso dello sperma e funziona come la parte principale del lento blocco della polispermia in molti animali. La reazione corticale si propaga sulla superficie dell'uovo da un'onda di Ca++.

In questo processo, le vescicole secretorie situate nella regione al di sotto della membrana plasmatica dell'ovocita, vengono fuse con la membrana plasmatica dell'ovocita. Ciò si traduce nel rilascio del contenuto dei granuli corticali, modificando la matrice extracellulare in modo da essere impenetrabile ad altri spermatozoi. I granuli corticali contengono enzimi idrolitici, come le proteasi che ritagliano le proteine ​​perivitelline, le perossidasi che induriscono l'involucro vitellino e i glicosaminoglicani che attirano l'acqua nello spazio perivitellino, facendola espandere e formare lo strato ialino. Gli ioni calcio del reticolo endoplasmatico liscio corticale sono responsabili della rottura dei granuli corticali. Si ritiene che ciò sia provocato dall'attivazione di una proteina G nella membrana plasmatica dell'ovocita. Lo sperma si lega a ZP3 che è coerente con la proteina G e diventa attivo. Bindin lega lo sperma alla membrana cellulare dell'ovocita, ma un altro fattore spermatico attiva un recettore, che a sua volta attiva la proteina G. Le proteine ​​G dello spermatozoo stesso (attivate quando lo sperma era in contatto con la mucosa del guscio dell'uovo con l'inizio della reazione acrosomiale) attivano gli enzimi, il che si traduce in un aumento dei livelli di Ca +2 nell'uovo.

Nei mammiferi, la reazione corticale modifica la zona pellucida, portando al blocco della polispermia. Diversi enzimi vengono rilasciati dai granuli corticali, portando alla digestione delle glicoproteine ​​del recettore dello sperma ZP2 e ZP3, in modo che non possano più legare lo spermatozoo (https://en.wikipedia.org/wiki/Cortical_reaction).

It is interesting to know hows sperm factor causes the release of Ca +2 . Activated G-protein activates the enzyme, PLC. The latter cleaves the lipid phosphotidylinositol 4,5-biphosphate (PIP2) in diacyglycerol (DAG) and inositol 1,4,5-triphosphate (IP3). PIP2 and DAG are second messengers. IP3 binds to its receptors in the endoplasmic reticulum, at the entry point of the sperm. This results in the release of Ca +2 from the endoplasmic reticulum at this point. Ca +2 ions bind to sensitive Ca +2 receptors in the endoplasmic reticulum around the cortical granules. Ca +2 binding to these receptors results in the release of more Ca +2 , which spreads like a wave in the region (cortex) of the egg and causes the rupture of cortical granules. DAG activates PKC which phosphorylates protein exchange ions Na + to H + . The protein that exchanges ions, is activated by Ca +2 and the result of this activation is the entrance to Na + and H + output and an increase in pH from 6.8 to 7.3 in the egg. This 'wakes up' the oocyte from the metabolic inertia (69).

The last phase of oocyte activation is the resumption and completion of meiosis. This leads to polar body extrusion, cleavage of the zygote and embryonic cell divisions. There are widespread changes in molecules, such as proteins and RNAs that are not necessarily involved in meiosis resumption. Changes in proteomes and their composition have been revealed, showing significant degradation of maternal proteins. This is due to protein degradation, phosphorylation, post-translational modifications and new translation of maternal RNAs (70).

Cytoplasmic polyadenylation involves the elongation of the poly(A) tail after the export of mRNAs to the cytoplasm. It has been observed and described in the oocytes and early embryos of many animal species, from invertebrates to mammals, and is universally considered to be a regulatory mechanism for protein expression from specific mRNAs. The mediators of this process (cytoplasmic polyadenylation elements and their binding proteins) have been described in detail and some new findings have been reviewed recently (71,72).

The sperm nucleus undergoes a series of changes, including chromatin decondensation and the formation of a new nuclear envelope, to form the male pronucleus. The latter uses microtubules to migrate to the center of the cell, where it fuses with the female pronucleus to form a diploid nucleus. Other sperm organelles (e.g., mitochondria) persist during the early cleavage stages of the embryo and they may play a role in development (19).

The beginning, condensation of chromatin seems to happen with two histone phosphorylations of the sperm and their exchange with histones of the oocyte. Chromatin is condensed following interaction with histones H3 and H4, and X and Y sperm-specific proteins. In the cytoplasm of the ovum is the protein nycleoplasmin connected with histones H2A and H2B. As nucleoplasmin has greater affinity for the X and Y sperm proteins, the exchange of histones H2A/H2B with X and Y proteins occurs. This exchange allows the de-concentration and sharpness of the chromatin nucleus of the sperm. The process of decompression begins from the periphery to the center of the nucleus. When this process is finished, the vesicles of the nuclear membrane of the sperm bind to vesicles from the endoplasmic reticulum of the egg. The membrane of the pronucleus of the sperm is produced. While the pro nucleus of the sperm is formed, the nucleus of the oocyte completes the second division of meiosis and eliminates the second polar body. After entering the oocyte, the nucleus and the sperm centrosome rotate 180°, so that the centrosome is positioned between the nucleus of the sperm and ovum. The centrosome organizes microtubules that attach and pull the pronucleus of the sperm and the egg. Both pronuclei migrate towards each other and they are directed towards the center of the cytoplasm of the ovum. The membranes of the two pronuclei rupture and mixing of nuclear material is observed, resulting in the formation of the diploid nucleus of the zygote. The fusion of the pronuclei occurs in ρ h e.g., in Echinus (the meiotic division is finished before ovulation). Approximately 12 h in mammals including most eggs (e.g., human) is needed to complete the second division of meiosis with the excretion of the second polar body (73). Fig. 1 illustrates the events taking place in fertilization.

The events taking place in fertilization. (A) Sperm preparation-capacitation: Molecules (resact, speract) secreted from the oocyte, orient and stimulate sperm (guanylate cyclase). (B) Acrosome reaction: release of hydrolytic enzymes. The sperm via SED1 protein is connected to ZP3. (C) Fusion of sperm with plasma membrane of the oocyte: sperm pre-acrosin binds to ZP2. Proteins of sperm IZUMO, ADAMs 1, ADAMs 2, ADAMs 3 and CRISP1 bind to receptors on the oocyte (Juno, integrins, CD9, CD81). Other molecules identified playing role in gamete fusion are: Trypsin-like acrosin, spermosin, SPAM1, HYAL5, ACE3. (D) Cortical Reaction: Ca +2 release/wave of Ca +2 and formation of fertilization cone. Enzymes released by cortical granules, digest sperm receptors ZP2 and ZP3 (block of polyspermy). (E) Sperm chromatin decondensation to form male pronucleus: The oocyte nucleus completes the 2nd meiosis and eliminates the 2nd polar body.


Conclusioni

From its early contested beginnings, IVF now offers a range of technical possibilities that theoretically allow us to control the reproductive process in many ways. This modern technology was often controversial (Johnson, 2018a) and has changed the meaning of families thus, dead mothers and fathers can still produce genetic offspring, two mothers or two fathers can parent a child, indeed the meaning of the terms father and mother has changed and multiplied. IVF has also become so normalised compared with the early days, when its use was considered shameful, that now it sets the standard for natural methods of reproduction (Franklin, 2013). Truly, Edwards, Steptoe and Purdy started a scientific and social revolution with their pioneering discovery of IVF, and much of this discovery rested on work that had been initiated on animal developmental biology, as I have described in this article. But the advent of IVF has allowed the human embryo itself to be studied for its own interest and not simply as an adjunct to IVF. Indeed, Edwards himself always saw the role of basic science and the scientist as pivotal in the development of IVF, hence his insistence that the European Society for Human Reproduction and Embryology had the specification of embryology in its name, and that the Society's constitution mandates a key role for scientists.


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