Ovogenesi e apparato genitale femminile

 

L’apparato genitale femminile comprende le gonadi femminili e le vie genitali. Le ovaie sono organi pari dove ha luogo lo sviluppo e la maturazione degli ovociti. Le vie genitali sono costituite da organi cavi la cui parete è formata da tessuto muscolare liscio e da una mucosa. Esse sono deputate all’impianto dell’embrione e al suo sviluppo. Comprendono le tube uterine, l’utero e la vagina. Le tube uterine si aprono ad un’estremità nella cavità pelvica in prossimità di ogni ovaio, e nell’altra nella cavità dell’utero. L’estremità aperta nella cavità pelvica, detta infundibulo, presenta dei margini sfrangiati chiamati fimbrie, che avvolgono l’ovaio e incanalano l’ovocito maturo in un’area allargata delle tube, l’ampolla, dove avviene la fecondazione. All’ampolla segue un segmento più ristretto, detto istmo, che la mette in comunicazione con l’utero. L’utero ha una forma a pera rovesciata. La parte superiore più larga è detta corpo; a questa segue una parte intermedia più stretta, detta istmo, e una porzione inferiore chiamata cervice, la quale è percorsa da un sottile canale, il canale cervicale, che mette in comunicazione la cavità uterina con la cavità vaginale. La vagina si estende dall’utero fino al suo orifizio esterno posto nel vestibolo della vulva.

L’ovaio appare ricoperto da un epitelio monostratificato di cellule cubiche al di sotto del quale si trova uno strato di tessuto connettivo compatto, la tonaca albuginea. La zona centrale o midollare è costituita principalmente da tessuto connettivo lasso in cui decorrono vasi e nervi. Nella zona corticale o periferica, sono presenti follicoli a diversi stadi di sviluppo. Ciascun follicolo consiste di un ovocito circondato da uno o più strati di cellule follicolari.

L’ovogenesi ha inizio prima della nascita. Prima della nascita, nell’ovaio, gli ovogoni iniziano la meiosi diventando ovociti primari. Dopo aver attraversato gli stadi della profase, gli ovociti primari si arrestano nello stadio di diplotene e vengono circondati da uno strato di cellule somatiche appiattite, le cellule follicolari, formando i follicoli primordiali. L’insieme di follicoli primordiali costituisce l’intera riserva di ovociti che è destinata a diminuire nel tempo. Dalla nascita fino alla pubertà, alcuni follicoli primordiali e gli ovociti in essi racchiusi iniziano a crescere, ma non completano il loro sviluppo e degenerano attraverso un processo chiamato atresia. Lo sviluppo del follicolo può essere suddiviso in tre fasi:

1.     FASE PREANTRALE: i follicoli primordiali possono restare in uno stato quiescente anche per molti anni. Tuttavia, diversi follicoli primordiali sono indotti a crescere e a trasformarsi in follicoli primari. Nel follicolo primario le cellule follicolari assumono una forma cubica, iniziano a proliferare e sintetizzano una membrana basale. Contemporaneamente l’ovocita aumenta in volume per un’intensa attività di sintesi di RNA e di proteine che vengono accumulati nel citoplasma. L’ovocita comincia a secernere glicoproteine che formano un rivestimento acellulare interposto tra questo e le cellule follicolari, la zona pellucida. Essa è attraversata da lunghi e sottili prolungamenti citoplasmatici delle cellule follicolari che si mettono in contatto con la membrana dell’ovocito o ovolemma, formando giunzioni di tipo gap, attraverso le quali vengono fornite all’ovocito piccole molecole segnale e sostanze nutritive. Gli ovociti stimolano le cellule follicolari a proliferare più intensamente. Si passa così dal follicolo primario unilaminare al follicolo secondario multilaminare. Quest’ultimo induce le vicine cellule del connettivo a disporsi in più strati concentrici attorno ad esso formando la teca del follicolo. Le cellule della teca si differenziano in uno strato interno molto vascolarizzato, la teca interna, e uno strato esterno più compatto e ricco di fibre collagene, la teca esterna. Le cellule follicolari cominciano ad esprimere sulla loro membrana i recettori per l’FSH e per l’LH.

2.     FASE ANTRALE: quando le cellule follicolari hanno formato 6-10 strati attorno all’ovocito ed il follicolo ha raggiunto il diametro di circa 200µm, compaiono tra le cellule follicolari piccoli spazi che presto confluiscono in un’unica cavità, denominata antro del follicolo. Questi cambiamenti caratterizzano il passaggio da follicolo preantrale a follicolo antrale. Con l’ampliarsi dell’antro, l’ovocito assume una posizione eccentrica e sporge dalla parete follicolare nella cavità circondato da una piccola massa di cellule, che prendono il nome di cellule del cumulo ooforo. Le cellule più interne, dette cellule della corona radiata, rimangono in contatto con l’ovocito attraverso i prolungamenti che attraversano la zona pellucida. La maggior parte delle cellule follicolari formano la parete stratificata del follicolo e prendono il nome di cellule della granulosa. L’FSH induce un incremento dell’attività proliferativa nelle cellule della granulosa e un rapido aumento del liquido follicolare. In media circa 3-10 follicoli antrali ogni mese vengono stimolati dall’FSH a progredire nello sviluppo, ma solo uno, detto follicolo dominante o di Graaf, completa la crescita, mentre tutti gli altri vanno incontro ad atresia. Sotto l’azione dell’FSH il follicolo selezionato diviene una vera ghiandola endocrina che secerne grandi quantità di ormoni estrogeni. La produzione di questi è un processo cooperativo tra cellule della teca interna e cellule della granulosa. Le cellule della teca interna sono stimolate dall’LH a produrre androgeni, per la maggior parte testosterone e androstenedione, che vengono convertiti in estrogene dalle cellule della granulosa stimolate dall’FSH a produrre l’aromatasi. Gli estrogeni agiscono sulle cellule della granulosa e insieme all’FSH promuovono la comparsa dei recettori per l’LH sulla membrana di queste cellule. Quando hanno raggiunto una elevata concentrazione in circolo, gli estrogeni agiscono con un feedback positivo sull’asse ipotalamo-ipofisario provocando il rilascio di gonadotropine da parte dell’ipofisi, soprattutto di LH, che innesca la fase ovulatoria.

3.     FASE OVULATORIA: sotto lo stimolo dell’ormone LH, le cellule della granulosa producono segnali che si propagano alle cellule del cumulo ooforo e all’ovocito. Le cellule del cumulo ooforo retraggono i prolungamenti citoplasmatici che secernono una grande quantità di acido ialuronico, che porta ad un notevole aumento delle dimensioni del cumulo ooforo. Questo processo, detto espansione o mucificazione del cumulo ooforo, provoca il distacco del cumulo e dell’ovocito in esso racchiuso dalla parete follicolare. L’ovocito è indotto a uscire dal blocco in profase della prima divisione meiotica. Al termine della telofase 1, l’ovocito primario dà origine a due cellule figlie di dimensioni assai diverse, ognuna contenete la metà del corredo cromosomico: l’ovocito secondario, contenente quasi tutto il citoplasma, e un primo globulo polare, posto tra l’oolemma e la zona pellucida. L’ovocito secondario inizia la seconda divisione meiotica ma, arrivato allo stadio di metafase 2, entra nel secondo blocco della meiosi. Solo se verrà fecondato l’ovocito potrà riprendere e completare la meiosi. L’LH induce una serie di cambiamenti nella parete follicolare. La permeabilità dei vasi sanguigni nella teca interna aumenta e determina un brusco incremento del liquido follicolare. Il follicolo ovulatorio assume così l’aspetto di una grossa vescicola che sporge sulla superficie dell’ovaio. Circa 36h dopo il picco di LH, il tratto di parete del follicolo rivolto verso la superficie dell’ovaio e la tonaca albuginea soprastante si assottigliano formando un’area traslucida denominata stigma. Entro pochi minuti la parete del follicolo e quella dell’ovaio in corrispondenza dello stigma si rompono e il cumulo ooforo lentamente sguscia dal follicolo portando l’ovocito sulla superficie ovarica. Questo processo è denominato ovulazione. Nel meccanismo ovulatorio sembrano essere implicate le prostaglandine, un noto mediatore dell’infiammazione. L’LH stimola la produzione di prostaglandine nelle cellule della granulosa e la somministrazione di inibitori della loro sintesi inibisce l’ovulazione.

Dopo l’ovulazione, quello che rimane nell’ovaio del follicolo maturo si trasforma in una nuova ghiandola endocrina, il corpo luteo. La parete del follicolo collassa, la membrana basale si depolimerizza e i capillari invadono gli strati delle cellule della granulosa formando intorno a questi elementi una ricca rete capillare in un delicato reticolo di fibre collagene. Le cellule della granulosa e della teca si trasformano in cellule luteiniche che secernono elevate quantità di progesterone ed estrogeni. Sotto l’azione dell’LH, il corpo luteo continua a produrre ormoni per circa 10gg. Se l’uovo non è fecondato, il corpo luteo comincia a regredire. Due giorni dopo, le cellule luteiniche degenerano e il corpo luteo si trasforma in una cicatrice bianca denominata corpo albicante. Se invece l’uovo è fecondato, l’embrione dopo 7gg si impianta nell’utero e inizia a secernere un ormone proteico simile all’LH, la gonadotropina corionica hCG, il quale impedisce la regressione del corpo luteo. Questo, ora definito corpo luteo gravidico, può continuare a secernere progesterone e estrogeni. Essi inibiscono la liberazione di FSH e LH, impedendo che altri follicoli in accrescimento giungano a maturazione ed ovulino durante la fase luteinica.

Il ciclo ovarico può essere suddiviso in due periodi: un primo periodo di circa 14gg, detto fase follicolare, che comprende la selezione, lo sviluppo e l’ovulazione del follicolo dominante, ed è caratterizzata dalla secrezione di estrogeni; un secondo periodo anch’esso di 14gg, detto fase luteinica, caratterizzato dallo sviluppo del corpo luteo e dalla secrezione prevalente di progesterone.

Le modificazioni che ogni mese si verificano nella mucosa dell’utero parallelamente al ciclo ovarico costituiscono il ciclo uterino. Viene considerato giorno 1 del ciclo uterino il giorno della comparsa del flusso mestruale. Il ciclo uterino può essere suddiviso in tre fasi:

1.     FASE PROLIFERATIVA: segue ad ogni mestruazione e coincide con la fase follicolare dell’ovaio. Gli estrogeni prodotti dal follicolo dominante stimolano l’attività mitotica delle cellule stromali e delle cellule epiteliali del fondo ghiandolare presenti nello strato basale. La continua proliferazione di queste cellule rigenera l’epitelio di rivestimento, le ghiandole mucose e il connettivo dello strato funzionale.

2.     FASE SECRETIVA: inizia dopo l’ovulazione con la formazione nell’ovaio del corpo luteo. Sotto lo stimolo del progesterone le ghiandole si allungano e si dilatano per l’accumulo di un secreto ricco di glicogeno e mucine, le cellule connettivali aumentano di volume accumulando nel citoplasma lipidi e glicogeno, e le arterie spirali si dilatano, facendo assumere un aspetto edematoso all’endometrio. L’endometrio è ora pronto ad accogliere e nutrire l’embrione nelle prime fasi di sviluppo.

3.     FASE MESTRUALE: inizia due settimane dopo l’ovulazione, se non è avvenuta la fecondazione. L’involuzione del corpo luteo e la conseguente drastica riduzione dei livelli di progesterone nel sangue provocano nello strato funzionale dell’endometrio notevoli modificazioni vascolari. Le arterie spirali subiscono cicli intermittenti di costrizione che provocano arresti momentanei del flusso sanguigno. Dopo circa 2gg, le arterie spirali subiscono una costrizione prolungata e le cellule cominciano a degenerare. Quando le arterie si riaprono, la parete vasale danneggiata dall’ischemia cede e l’intero strato funzionale necrotizzato si distacca ed è espulso insieme al sangue. Questo fenomeno prende il nome di mestruazione e dure 3-5gg. Se l’uovo viene fecondato e l’embrione generato si impianta, l’hCG prodotto dalla placenta in via di sviluppo continua a stimolare la secrezione di progesterone ed estrogeni dal corpo luteo e il flusso mestruale non si verifica.

Il ciclo ovarico è regolato da una complessa interazione tra ovaio, ipofisi e SNC. L’ipotalamo produce il GnRH che rapidamente raggiunge l’ipofisi e la stimola a liberare FSH e LH. Le gonadotropine stimolano il follicolo e poi il corpo luteo a produrre estrogeni e progesterone. Mentre il progesterone ha un effetto negativo sulla secrezione ipofisaria, gli estrogeni esercitano effetti opposti a seconda della concentrazione: a bassi livelli inibiscono la produzione di gonadotropine, ma superato il valore critico, detto concentrazione soglia, ne stimolano il rilascio. All’inizio della fase follicolare del ciclo ovarico, l’FSH stimola i follicoli antrali a completare la crescita, ma soltanto uno inizia a secernere estrogeni. I livelli inizialmente bassi di questi ormoni, insieme ad inibina, provocano una diminuzione della secrezione ipofisaria di FSH che scende al di sotto della concentrazione necessaria per sostenere lo sviluppo e la sopravvivenza di follicoli antrali meno maturi. Dunque, è attraverso gli estrogeni che lo stesso follicolo destinato a maturare sopprime gli altri. Nella seconda parte della fase follicolare il follicolo dominante produce sempre più estrogeni che non esercitano più un’azione inibitoria, ma un’azione stimolatoria sull’asse ipotalamo-ipofisario. Si ha così il rilascio di LH dall’ipofisi che permette al follicolo di completare la sua maturazione. Sotto l’azione dell’LH le cellule della granulosa diminuiscono la sintesi di estrogeni e iniziano a produrre progesterone. Durante la fase luteinica, l’elevata concentrazione di progesterone, insieme ai bassi livelli di estrogeni, inibisce la secrezione delle gonadotropine, impedendo che altri follicoli antrali possano crescere e ovulare in questo periodo. Nella complessa interazione ipotalamo-ipofisi-gonade si è recentemente inserita una nuova molecola, la kisspeptina; questa proteina è prodotta da specifici neuroni ipotalamici a seguito dell’aumento degli estrogeni circolanti secreti dal follicolo dominante e agisce su altri neuroni ipotalamici inducendo la secrezione di GnRH. Questa molecola ha anche un’importanza cruciale per l’inizio della pubertà.

Le cellule follicolari stimolano la crescita dell’ovocito rilasciando il fattore di crescita KL noto anche come SCF. I cambiamenti metabolici indotti nell’ovocito da KL sono determinati da una serie di fosforilazioni innescate dal suo recettore. È stato dimostrato che il legame di KL al suo recettore permette a quest’ultimo di legare e attivare la fosfoinositide 3 chinasi (PI3K), che dal citoplasma viene reclutata sulla membrana. Qui PI3K fosforila un lipide di membrana, il fosfatidilinositolo-bifosfato (PIP2) a fosfatidilinositolo-trifosfato (PIP3), che a sua volta recluta dal citoplasma la chinasi Akt e il suo attivatore PDK1. Akt viene così attivata e genera una serie di reazioni che portano all’aumento sia della sintesi di mRNA che di proteine.

È stato dimostrato che gli ovociti controllano diversi aspetti della follicologenesi attraverso la produzione di fattori di crescita specifici, tra i quali il GDF9 e il BMP15. Questi fattori regolano le prime fasi di sviluppo del follicolo. È stato osservato che topi sperimentalmente privati del gene che codifica per GDF9 e le pecore portatrici di una mutazione spontanea che inattiva GDF9 e BMP15 sono sterili perché le cellule follicolari non proliferano e i follicoli non sviluppano oltre lo stadio di follicolo primario. Pecore eterozigoti per la mutazione del gene BMP15, i cui ovociti quindi producono una quantità inferiore di questo fattore, sono più prolifiche del normale, sviluppando più follicoli ovulatori, e di conseguenza andando incontro a gravidanze plurigemellari. Un più basso livello di BMP15 rende i follicoli più sensibili alla stimolazione dell’FSH e favorisce la comparsa di recettori per l’LH anche in follicoli antrali non pienamente accresciuti. GDF9 e BMP15 continuano ad essere espressi anche nel follicolo ovulatorio, ma esercitano la loro azione principalmente sulle cellule più vicine, le cellule del cumulo ooforo. È stato dimostrato che questi fattori sono necessari per stimolare la sintesi di acido ialuronico e di proteine della matrice mucoelastica del cumulo ooforo, la quale facilita sia l’ovulazione che la fecondazione.

È stato dimostrato che l’uscita dal blocco in diplotene e l’ingresso in metafase 1 degli ovociti richiede l’attività di un complesso enzimatico, formato dall’associazione della chinasi CDC2 con la proteina regolativa ciclina B, capace di promuovere l’ingresso in mitosi in tutte le cellule che si dividono, e per questo chiamato MPF (fattore che promuove la mitosi o la meiosi). L’MPF è sintetizzato durante la fase accrescitiva dell’ovocito, ma è mantenuto inattivo per tutta la durata della fase antrale mediante fosforilazione di specifici amminoacidi nella chinasi CDC2. Osservazioni condotte su ovociti murini suggeriscono che tale inibizione richieda un adeguato livello di cAMP nell’ovocito, e che le cellule della granulosa abbiano un ruolo fondamentale in questo trasferendo la cGMP la quale, inibendo la fosfodiesterasi 3 (PDE3), impedisce la degradazione del cAMP. Sembra che l’aumento preovulatorio di LH faccia cessare l’effetto inibitorio delle cellule della granulosa sulla ripresa meiotica dell’ovocito, provocando sia la diminuzione della permeabilità delle giunzioni gap che la riduzione della produzione di cGMP. Questi eventi porterebbero ad un calo del livello di cAMP che determinerebbe l’attivazione di una fosfatasi, l’enzima CDC25B che, defosforilando MPF, lo attiverebbe innescando la ripresa della maturazione meiotica.

Gli ovociti non hanno centrioli e la maturazione del fuso mitotico avviene secondo un processo peculiare. Poco dopo la rottura dell’involucro nucleare compaiono nel citoplasma numerosi MTOC dai quali iniziano ad allungarsi i microtubuli. I cromosomi sono necessari non tanto per polarizzare i microtubuli, ma per formare un fuso unico e limitarne la grandezza.