Espermatognesis

Tbulos seminferos con espermatozoides maduros.La espermatognesis es un proceso que se lleva a cabo en los testculos (gnadas), que son las glndulas sexuales masculinas. En su interior se encuentran los tbulos seminferos, pequeos conductos enrollados de 30-60 cm de longitud y 0,2 mm de dimetro cada uno. Los dos testculos contienen alrededor de un millar de tbulos seminferos. En el epitelio de los tbulos asientan las clulas germinativas o espermatogonian y la liberacin del empaquetamiento del ADN de los espermatozoides en la pubertad. Tambin es el mecanismo encargado de la produccin de espermatozoides; es la gametognesis en el hombre. Este proceso se produce en las gnadas, activado por la hormona GnRH que se produce en el hipotlamo, y la maduracin final de los espermatozoides se produce en el epiddimo. La espermatognesis tiene una duracin aproximada de 62 a 75 das en la especie humana, y consta de tres fases o etapas: mitosis o espermatocitognesis, meiosis y espermiognesis o espermiohistognesis. A veces incluye aterognesis y retrognesis.

Conceptos histricosAlbert Koelliker presenta un tratado tras varios aos de investigacin, en el que ensea por primera vez los aspectos fundamentales concernientes a la espermatognesis: En el semen de todos los animales, con algunas excepciones, se encuentran partculas motiles Thelie, espermatozoides. Los espermatozoides son la parte esencial del semen. Los espermatozoides se desarrollan individualmente en paquetes a partir de clulas que se han formado en momentos de madurez sexual o de actividad testicular a travs de procesos anlogos al desarrollo celular, pero significativamente diferentes del desarrollo cigtico de los animales. Las formas de los espermatozoides son bastante limitadas en variedad. Usualmente son similares dentro de gneros, y frecuentemente tambin dentro de clases y familias. Cada animal parece poseer solo un tipo de espermatozoide, con solo algunas excepciones.Bajo estas conclusiones y un par mas, Koelliker deja claro que la visin del espermatozoide como condicin primaria de un animal en desarrollo, sostenida por Leeuwenhoek y muchos otros, deba ser abandonada.A partir de ese momento, las investigaciones acerca de la espermatognesis comenzaron a avanzar con mucha ms rapidez y eficiencia. Finalmente, el descubrimiento ms importante en este campo y el de los tejidos espermatognicos, fue la demostracin de las clulas de soporte (clulas de Sertoli), en los tbulos seminferos de humanos hecha por el mismo hombre de cuyo nombre se deriva el nombre de estas clulas.Las corrientes de investigacin actuales estn predominantemente orientadas a la resolucin de problemas humanos en el sentido ms amplio de la palabra, y es llevada a cabo por especialistas en los campos mdicos y paramdicos actuales, aun as, en el presente, es de suma importancia mantener la significancia biolgica de este tema de manera firme en mente.

Espermatognes o espermaticitognesLos espermatozoides son clulas haploides que tienen la mitad de los cromosomas que una clula somtica, son mviles y son muy diferenciadas. La reduccin en ellas se produce mediante una divisin celular peculiar, la meiosis en el cul una clula diploide (2n), experimentar dos divisiones celulares sucesivas sin un paso de duplicacin del ADN entre dichas divisiones, con la capacidad de generar cuatro clulas haploides (n). En este proceso es necesario pasar de unas clulas diploides, inmviles e indiferenciadas a otras haploides, mviles y muy diferenciadas.Un importante hecho a resaltar, es que mientras las divisiones reduccionales de la meiosis se conservan en cada reino eucariota, la regulacin de la meiosis en mamferos se diferencia dramticamente entre machos y hembras; entre estas diferencias, se encuentran seis: Meiosis iniciada continuamente a partir de las poblaciones de clulas madre correspondientes. Cuatro gametos producidos por ciclo mientras que en la ovognesis es solo uno (un vulo funcional y tres cuerpos polares). Meiosis completada en das o incluso semanas La meiosis y diferenciacin se produce continuamente sin arrestamiento del ciclo celular. La diferenciacin de gametos ocurre bajo un precursor haploide, luego de que la meiosis termina. Los cromosomas sexuales son excluidos de recombinacin y transcripcin durante la primera profase meitica.La espermatognesis, en la especie humana, se produce en ondas a todo lo largo de los tbulos seminferos, por lo que zonas adyacentes del mismo tbulo muestran espermatocitognesis y espermiognesis en diversas fases. As, el proceso comienza cuando las clulas indiferenciadas de los tbulos seminferos de los testculos se multiplican. Para que la espermatognesis se lleve a cabo de forma sincronizada, se establecen entre las clulas puentes de citoplasma que permiten que todas las clulas que se localizan en el mismo corte transversal del tbulo seminfero se desarrollen a la vez y las seales de diferenciacin no afecten a clulas diferentes.Estas clulas germinales dan lugar a clulas madre de los espermatogonios, a partir de las cuales surgen las clulas que se diferenciaran a espermatocitos primarios tras la mitosis correspondiente de las clulas de tipo A. Las espermatogonias de tipo A, entonces, a travs de repetidos ciclos de mitosis producen nuevas espermatogonias y mantienen as la reserva celular. Estas clulas se caracterizan por poseer un gran ncleo redondo u oval de cromatina condensada, en el que pueden encontrarse el ncleo perifrico y una vacuola nuclear. La produccin de espermatogonias de tipo A marca el inicio de la espermatognesis, donde todas estas clulas son diploides.Existen varios tipos de espermatogonias tipo A segn el aspecto de sus ncleos celulares: Espermatogonias oscuras Ad, las cuales solo se dividen cuando tiene lugar una reduccin drstica de espermatogonias, y adems se cree que estas clulas representan las clulas madre del sistema y que su divisin mittica produce ms clulas de tipo Ad y algunas de tipo Ap. Espermatogonias plidas Ap, las cuales dan lugar a ms espermatogonias del mismo tipo o a espermatogonias de tipo B. Las primeras, dan lugar a clulas hijas unidas entre si por puentes citoplasmticos, mientras que las segundass se originan por maduracin de las primeras.Las espermatogonias de tipo B se dividen por mitosis produciendo ms clulas de su tipo; estas clulas, maduraran por grupos de unas 100 espermatogonias produciendo espermatocitos primarios y eventualmente espermatozoides; tambin cabe resaltar que las espermatogonias de este tipo, se caracterizan por carecer de una vacuola nuclear. No se conoce an qu causa que este tipo de espermatogonias siga el camino hacia la diferenciacin celular, antes que el de auto-renovacin; tampoco es conocido qu estimula a estas clulas para entrar en divisin meitica en vez de divisin mittica.La espermatognesis o gametognesis masculina es un proceso que se da cuando el individuo llega a la madurez sexual, es decir, cuando se inicia la etapa de la pubertad. Este proceso est regulado principalmente por la sobre expresin de la protena BMP8b la cual es necesaria para la iniciacin y el mantenimiento de las clulas madre de la lnea germinal . Esta protena es sintetizada en las espermatogonias. El proceso empieza cuando se da una sobre expresin de BMP8b. Los tubos seminferos que hasta el momento se encontraban cerrados, se abren en esta etapa.En general el proceso de espermatognesis dura alrededor de dos meses y consta bsicamente de 4 etapas. La primera se llama fase de proliferacin. En esta se da la multiplicacin de las clulas germinales por medio de mitosis y el resultado son las espermatogonias (2n). La segunda fase es la de crecimiento. Las espermatogonias de tipo B aumentan de tamao y se transforman en espermatocitos de primer orden que migran al compartimiento adluminal del tbulo seminifero1 antes de comenzar la primera divisin meitica mientras siguen siendo diploides. La tercera fase se conoce como la fase de maduracin. Cada espermatocito sufre su primera divisin meitica lo cual da como resultado dos espermatocitos de segundo orden (n). Posteriormente estos sufren la segunda divisin meitica a partir de la cual surgen dos espermtidas (n). Finalmente, se da la ltima etapa que se conoce como la espermiognesis en las que las espermtidas se vuelven espermatozoides. Para que esto ocurra se da un proceso de diferenciacin en el que por un lado el ncleo se va hacia uno de los polos celulares y por el otro lado el centrosoma da lugar por medio de una divisin a dos centrolos. Uno de estos centrolos que se sita cerca al ncleo forma la placa basal mientras que el otro, que se sita ms lejos del ncleo, da lugar al filamento axial.Estas clulas, se reconocen fcilmente por sus abundantes citoplasmas y sus grandes ncleos, que contienen grumos gruesos o finas hebras de cromatina; adems, tambin estn unidas por un puente citoplasmtico conspicuo como se mencion con anterioridad que regula el proceso de divisin de forma que todas las clulas involucradas reciban la seal de hacer meiosis a la vez mediante diferentes iones o molculas; dichas uniones citoplasmticas solo se rompern una vez los espermatozoides sean liberados en la luz del tbulo seminifero1. As, es en estas clulas donde sucede la meiosis por primera vez: La meiosis I dar lugar a dos espermatocitos de segundo orden; estos espermatocitos secundarios, son entonces ms pequeos, y progresan con rapidez a la segunda divisin meiotica, por lo que rara vez son visibles. Tras la meiosis II resultarn cuatro espermtidas (gracias a la meiosis, de una clula diploide surgen cuatro clulas haploides (gametos)).

En los tubos seminferos podemos encontrar grupos de clulas en los distintos estadios de maduracin descritos. Estos grupos pueden alcanzar hasta las 100 clulas en sincrona, distribuyndose helicoidalmente a lo largo de tubo. No obstante, nunca podremos observar todos los estadios al mismo tiempo. Este fenmeno se conoce como onda espermatognica.

Espermiognesis o espermiohistognesisLos gametos as producidos siguen el proceso de maduracin conocido como espermiognesis, donde en dicha fase las espermtidas se convierten en espermatozoides; para ello, se reduce el citoplasma, el ncleo de la clula se alarga, queda en la cabeza del espermatozoide generando la forma puntiaguda caracterstica de este tipo de clulas y finalmente se forma el flagelo que permite el movimiento.Por tanto, se trata de la ltima fase de la espermatognesis, en la que tiene lugar la maduracin de las espermtidas hasta adquirir las estructuras morfolgicas del espermatozoide. Este proceso se lleva a cabo en cuatro eventos que ocurren simultneamente: Condensacin del ncleo: Se hace pequeo, denso y con forma aplastada. El ADN se compacta en esta etapa por la accin de unas protenas denominadas protaminas. Formacin del acrosoma: Se posiciona en el extremo apical, y aparece rodeado por dos membranas, una externa y otra interna. El acrosoma es un lisosoma especializado que contiene principalmente hialuronidasa. Esta enzima se encarga de degradar el cido hialurnico que aparece como miembro integrante de las clulas de la granulosa, permitiendo por tanto eliminar las capas celulares por disgregacin de las mismas que rodean al ovovito. Esta enzima es de vital importancia en ICSIs en los que es necesario acceder al ovocito a travs de las capas de la granulosa para inyectar intracitoplasmticamente el proncleo masculino.La capa de clulas de la granulosa es una masa que rodea al ovocito y puede ser eliminada con hialuronidasa (proceso de decumulacin). Con ello se puede determinar el estado de maduracin en el que se encuentra el ovocito. No obstante, este a su vez presenta una capa pelcida que lo rodea cmo podemos saber entonces tras la decumulacin si se encuentra maduro para ser fecundado o no?Podemos saber si el ovocito es maduro o no en funcin de si presenta corpsculo polar. Si es maduro la ovogonia ha completado metafase II, lo que implica la formacin del corpsculo polar y del ovocito maduro; en cambio si el corpsculo polar no aparece es porque la ovogonia se encuentra todava parada en metafase II y por tanto el ovocito todava es inmaduro y no se puede fecundar. Posteriormente se produce la atresia (degradacin del corpsculo polar). Formacin del flagelo: Se desarrolla a partir del centriolo distal y constituye un cilindro de 9 microtbulos dobles que rodea dos nicos centrales (estructura 9+2). Durante la rotacin del ncleo se dispone en la base de la cabeza. El flagelo completo consta de cuello, pieza media, pieza principal y pieza final. Los centriolos del espermatozoide cumplen un papel esencial en la fecundacin. Esto se debe a que el ovocito carece de centriolos. Por tanto, cuando tiene lugar la fecundacin, en primer lugar el cigoto presenta un proncleo masculino paterno y un proncleo femenino materno. Posteriormente ambos proncleos se fusionan y se genera una clula diploide que se divide inmediatamente. Para que esta divisin pueda tener lugar es necesario un posicionamiento de los cromosomas tanto materno como paterno de forma ordenada en lo que se denomina la placa metafsica. Este posicionamiento solamente puede tener lugar si estn presentes los centriolos y adems funcionan correctamente. Cuando los centriolos no son capaces de polimerizar los microtbulos, o estos son inestables se generan alteraciones cromosmicas estructurales, dando lugar a aneuploidas. Reduccin del citoplasma: El citoplasma de la espermtida es fagocitado por las clulas de Sertoli o se abandona en el interior de los tbulos. Puede permanecer unido al espermatozoide cierto tiempo. Adems dichas clulas de Sertoli forman la barrera hematotesticular (no deja pasar ningn tipo de clula inmunognica).As, los espermatozoides presentan tres zonas bien diferenciadas: la cabeza, el cuello y la cola. La primera es la de mayor tamao, contiene los cromosomas de la herencia y lleva en su parte anterior un pequeo saliente o acrosoma cuya misin es perforar las envolturas del vulo. En el cuello se localiza el centrosoma y las mitocondrias, y el flagelo, que se origina a partir de los centriolos, es el filamento que se encarga de generar la motilidad que le permite al espermatozoide nadar hasta el vulo para fecundarlo.El examen de los distintos cortes de los tbulos de un testculo normal demuestra que alrededor de la mitad de las clulas espermatogenicas se encuentra en estadio de espermatide tarda1.Las clulas de Sertoli, representan un componente de gran importancia en la regulacin de la espermatognesis. Durante el proceso de desarrollo, estas clulas cuyos ncleos suelen encontrarse desde la membrana basal hasta la luz de los tbulos seminferos, forman la barrera hematotesticular. El ncleo de las clulas tiene una forma triangular u oval tpica, con un ncleo prominente y cromatina dispersa1.La capa basal de las clulas germinales se adosa a la membrana basal, rodeada por una lmina propia en la que existen varias capas de miofibroblastos y fibroblastos fusiformes. Se forman uniones ntimas tanto entre las mismas clulas, y estas con las clulas germinales en desarrollo. Se sabe que para la produccin y maduracin de las clulas espermatognicas es esencial que existan concentraciones elevadas de hormonas andrognicas secretadas por las clulas de Leydig del mesotelio reticular. Las clulas de Sertoli secretan una protena captadora de andrgenos que transporta la testosterona y la dihidrotestosterona hacia la luz del tubulo seminifero. Dichas hormonas son tambin necesarias para la funcin del epitelio de la rete testis y del epiddimo; la produccin de esta protena de unin parece depender de una gonadotropina hipofisaria, la hormona estimulante del folculo(FSH).Un ciclo espermatognico tiene una duracin aproximada de 2 meses. Las espermatogonias estn en mitosis durante 16 das, dando lugar a los espermatocitos primarios. Estos tardan 24 das en completar la primera meiosis y dar lugar a los espermatocitos secundarios, los cuales tardarn horas en convertirse en espermtides. Las espermtides tienen que diferenciarse, como se ha comentado anteriormente, tardando otros 24 das para ese proceso. La diferenciacin de espermtida a espermatozoide ocurre dentro de los testculos. Una vez que salen del testculo, se quedan en el epdimo para madurar y activar su movilidad. Cuando esta fase ha terminado, los espermatozoides se acumulan en el conducto eferente, donde van a ser almacenados hasta la eyaculacin. Si sumamos todo obtenemos unos 64 das desde el paso de espermatogonias hasta espermatozoides.Al realizarse la fecundacin, estos espermatozoides antes de salir pasan por el epiddimo del testculo, donde se realiza la espermiohistognesis, y obtienen la acrosoma, un estilo de casco en el espermatozoide hecho de enzimas, y una glicolema (capa), que la protege del pH de la vagina. Esta capa (glicolema), se pierde en la diferenciacin natural, que desaparece antes de llegar al vulo para lograr entrar en l con la fuerza del acrosoma. Recordemos adems, que el espermatozoide est formado por una zona intermedia donde se alojan numerosas mitocondrias que garantizan el aporte energtico, tambin estn formados por un flagelo constituido por un filamento axial rodeado por una vaina fibrosa, que permite la movilidad.

Efecto de la temperatura en la espermatognesisTodo el proceso ocurre en el testculo y a travs del epiddimo llega hasta el pene desembocando al exterior. El testculo es una glndula secretora suspendida en una bolsa suelta de piel, denominada bolsa escrotal. La finalidad de mantener el testculo fuera del cuerpo es para que la temperatura de la glndula sea tres grados menor que la del cuerpo, debido a que la temperatura ptima de funcionamiento ptimo de las polimerasas que llevan a cabo todas las actividades enzimticas en la espermatognesis tienen una T ptima de unos 34C.Por tanto, se concluye que en la mayora de los mamferos la temperatura tiene un efecto inhibitorio sobre la espermatognesis, al afectar a los siguientes factores: Bloqueo de la maduracin de las espermatogonias a la temperatura corporal. La -polimerasa y la recombinasa espermatognica tienen un temperatura ptima de funcionamiento ligeramente inferior (1-3C) a la temperatura corporal. Temperaturas superiores a la ptima inhibe su actividad notablemente. Para evitar estos efectos de inhibicin por calor los testculos estn dispuestos en el exterior en la mayora de los mamferos. El escroto no contiene grasa y sus msculos reaccionan al calor extendiendo o contrayendo la piel. El sistema arterial (calor) y venoso (fro) tambin interviene en la regulacin de la temperatura escrotal.