Universidade de Brasília (UnB) Universidade Aberta do Brasil (UAB) Aula 1: Gametogênese

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1 Universidade de Brasília (UnB) Universidade Aberta do Brasil (UAB) Aula 1: Gametogênese Síntese: Aspectos morfogenéticos da formação dos gametas masculino e feminino 1

2 Informações gerais da aula 1- Objetivos: geral e específicos 2- Conteúdo da aula: Gametogênese 2.1- Introdução 2.2- Divisão meiótica: a questão cromossômica na formação dos gametas masculino e feminino Espermatogênese 2.4- Ovulogênese 3- Metodologia 4- Recursos de apoio ao estudo 5- Tutoria e Acompanhamento 6- Avaliação da Aprendizagem 7- Bibliografia 2

3 1- Objetivos 1.1- Objetivo geral A aprimorar e aprofundar os conhecimentos sobre a Gametogênese em geral como suporte para compreensão e desenvolvimento crítico nas áreas de Morfologia e Fisiologia Objetivos específicos Entender e definir a gametogênese Caracterizar as estruturas morfológicas das gônadas masculina e feminina envolvidas na formação dos gametas Reconhecer as estruturas morfológicas envolvidos na espermatogênese Reconhecer as estruturas morfológicas envolvidos na ovogênese Reconhecer e diferenciar os mecanismos envolvidos na espermatogênese Reconhecer e diferenciar os mecanismos envolvidos na ovogênese. 2. Conteúdo da aula: Gametogênese 2.1- Introdução A gametogênese consiste em um complexo conjunto de processos envolvendo cromossomos, divisão e diferenciação celular, produção hormonal com o objetivo de formar os gametas masculino e feminino. A gametogênese não é objeto direto de estudo da Embriologia, porém o seu conhecimento permite melhor compreender não apenas os mecanismos envolvidos na fecundação, mas também todo o conjunto de processos de formação e diferenciação das gônadas e do sistema genital como um todo. Nosso estudo está baseado em três tópicos fundamentais: a divisão meiótica, a espermatogênese e a ovulogênese. No texto aparecerão indicações com a letra n que representa o número de cromossomos da célula envolvida. A bibliografia citada é apenas sugestão já que este assunto está mais diretamente ligado aos objetos de estudo dos conteúdos de Biologia Celular e Genética. 3

4 2.2- Divisão meiótica: a questão cromossômica na formação dos gametas masculino e feminino. Na Figura 1 é apresentado o esquema da espermatogênese e ovogênese ou ovulogênese com a divisão meiótica para formação dos gametas masculinos e femininos respectivamente. Estão esquematizadas uma espermatogônia (2n) e uma ovogônia (2n) que por mitose, a partir de duas divisões meióticas produzem sequencialmente duas e quatro células diploides (2n) idênticas às originais precursoras dos espermatozoides e dos óvulos, respectivamente. Nesta etapa ocorrem as fases de multiplicação e crescimento celular. Na etapa seguinte tanto as espermatogônias quanto as ovogônias, agora células 2n com seus cromossomos duplicados passam a ser chamadas respectivamente de espermatócito primário ou espermatócito 1 e ovócito primário ou ovócito 1. Portanto, estas células são células diploides com cromossomos duplicados que ainda foram dividias. Na meiose a célula diploide passa por um processo de duas divisões consecutivas dando origem a quatro células haploides masculinas e uma célula haploide feminina. Na primeira divisão também denominada processo Reducional (R!) ocorre redução dos cromossomos dos espermatócitos e ovócitos primários à metade, havendo separação dos homólogos, porém mantendo-se duplicados, isto é transformam-se em n duplicados. Ver na Fig. 1 esta etapa mostrada em linha tracejada, primeira divisão meiótica originando dois espermatócitos secundários ou espermatócitos 2 e um ovócito secundário ou ovócito 2, agora já células n. Observar que no caso da ovogênese ocorreu a formação de um único ovócito secundário e do primeiro corpúsculo polar (no esquema representado como glóbulo polar). Seguindo ainda a Fig. 1, na segunda divisão também denominada Equacional (E!), ver a linha tracejada, há manutenção do mesmo número de cromossomos, ocorrendo apenas a separação das cromátides. Como resultado formam-se quatro espermátides a partir da disjunção dos cromossomos de dois espermatócitos e no caso da ovogênese, um único óvulo e o segundo corpúsculo polar. No esquema mostra ainda a possibilidade de divisão do primeiro corpúsculo polar, porém sem a possibilidade de formação de um óvulo a partir desta estrutura. 4

5 Figura 1 - Representação esquemática da espermatogênese e ovulogênese. Adaptação de (LIMA, 1978) 5

6 A próxima etapa, representada na Figura 2, consiste em um complexo processo de transformação das espermátides envolvendo a perda de parte do conteúdo celular, transformação do conteúdo do aparelho de Golgi em acrossomo, condensação de mitocôndrias entre outras que irão formar o espermatozoide propriamente dito. Figura 2 - Formação do espermatozoide a partir da espermátides. (MOORE, 2010) Na gametogênese, os gametas são formados em locais diferentes denominados glândulas masculinas e femininas, testículos e ovários respectivamente exceto em indivíduos protrândricos (do grego: pros = primeiro + andros = homem, pela derivação: glândula > primeiro > macho) que formam em uma mesma glândula que na maioria das vezes é denominada ovoteste. 6

7 2.3- Espermatogênese É o processo em que ocorre a formação do gameta masculino cujo início se dá ainda na fase embrionária com a origem das células germinativas primordiais (CGP). Nas aves, a formação ocorre em um região denominada crescente germinativo e nos mamíferos na vesícula vitelina, mais especificamente nas paredes do endoderma e, daí migram para a região das gônadas em formação para originar os gonócitos grandes e pequenos. (do grego: gónos = sexo; origem; semente + kýtos= célula; cavidade). Os gonócitos grandes dão origem às espermatogônias enquanto que os pequenos às células de Sertoli Multiplicação Nesta etapa há formação de espermatogônias a partir da divisão e diferenciação dos gonócitos ou de sua própria divisão mitótica. Nesta etapa estes gonócitos se transformam em espermatogônias arredondadas posicionadas sobre a membrana basal dos túbulos seminíferos conservando sua capacidade de divisões mitóticas repetitivas Crescimento Neste período algumas espermatogônias interrompem normalmente suas divisões aumentando de tamanho passando por diferentes etapas mitóticas específicas formando as espermatogônias A, intermediárias I1, I2 e B Maturação Ocorre a formação dos espermatócitos de primeira ordem ou espermatócitos 1 que, a partir da primeira divisão meiótica darão origem aos espermatócitos 2 que por sua vez formarão as espermátides Diferenciação Consiste no processo denominado espermiogênese em que ocorre a formação dos espermatozoides partindo das espermátides. As espermátides penetram nas extremidades periféricas das células de Sertoli onde ocorre uma série da modificações como a perda de parte do seu conteúdo celular, formação da cauda se diferenciando em espermatozoides conforme indicado na Fig. 2 Após a formação estas células se desprendem das células de Sertoli e migram para a cauda do epidídimo permanecendo ali em repouso por volta de 40 a 50 dias. 7

8 Figura 3 é mostrada a estrutura morfológica do túbulo seminífero em corte com as células de Sertoli, espermatogônias, as células em divisão e os espermatozoides. Observar a posição dos espermatócitos 1 e 2 indicados por cito I e cito II, das espermátides e dos espermatozoides ligados à célula de Sertoli. Observar as espermatogônias apoiadas na lâmina basal e as células de Leydig externamente aos fibroblastos indicados em amarelo. Figura 3 Corte transversal esquemático do túbulo seminífero 8

9 Vitalidade dos espermatozoides A média de vida na tuba uterina é de 24h podendo variar entre 24 e 48h. Em morcegos de clima temperado podem permanecer vivos durante todo o inverno. Em aves podem permanecer nas vias genitais por três semanas. Em tartarugas a literatura nos informa ter duração de quatro anos. Em abelhas de um a cinco anos Estrutura do espermatozoide Na Figura 4, é mostrada a morfologia geral do espermatozoide no final da espermiogênese. Figura 4 Estrutura geral do espermatozoide. (MOORE, 2010) 9

10 Regulação hormonal da espermatogênese Os testículos apresentam a função exócrina na produção de líquido testicular e espermatozoides e endócrina na produção da testosterona. As células de Leydig produzem 95% da testosterona circulante e os 5% restantes é produzido na adrenal. A concentração de testosterona nos túbulos seminíferos é 200 vezes maior que na circulação sistêmica. A testosterona dos túbulos seminíferos atua na proliferação e na diferenciação das células espermatogênicas, no epitélio seminífero. A função dos hormônios andrógenos, principalmente da testosterona é estimular o desenvolvimento das células germinativas conforme descrito e apresentado na Figura 3. Na Figura 5 é apresentado um esquema geral dos mecanismos hormonais que atuam na formação dos espermatozoides conforme a descrição abaixo. Estes mecanismos não são objetos de estudo diretos da Embriologia mas sim da Fisiologia, nossa proposta aqui é apenas dar uma orientação para melhor compreensão da gametogênese. No hipotálamo produção dos fatores liberadores de gonadotrofina. Estes fatores atuam na adenohipófise. Na adenohipófise ocorre a produção do hormônio luteinizante, o LH que estimula as células de Leydig a produzir andrógenos. A prolactina juntamente com o LH aumenta a atividade esteroidogênica. A testosterona por sua vez, atua na circulação controlando a produção de LH e no estímulo para o desenvolvimento das células germinativas. A função do hormônio do folículo estimulante FSH/ICSH juntamente com a testosterona estimula as células de Sertoli produzirem espermatozoides (estas células são as reguladoras primárias da espermatogênese). Para isso as células de Sertoli atuam na produção de uma proteína, denominada ABP (proteína fixadora de andrógenos) que mantém as concentrações de testosterona 200 vezes maior no interior dos túbulos seminíferos para a sua atuação na espermatogênese. As células de Sertoli por sua vez, produzem a inibina que é um fator hormonal controlador da produção de FSH, transportador de nutrientes, fagocitante de corpos residuais da espermatogênese, removedor das células germinativas em degeneração. 10

11 Figura 5 Esquema geral da regulação hormonal da gametogênese 11

12 2.4- Ovogênese Os gametas femininos derivam de células chamadas ovogônias conforme esquematizado na Figura 1. Estas células tiveram origem das células germinativas primordiais que ainda no período embrionário migraram para a região da crista gonadal que no futuro dará origem ao ovário. Estas células, presentes no feto, se caracterizam como células tronco embrionárias. Assim como na formação do gameta masculino, no gameta feminino ocorrem também a multiplicação, o crescimento e a maturação. Antes do nascimento e durante o período de multiplicação da ovogênese, as ovogônias passam por várias divisões mitóticas até alcançaram um determinado número. Por ocasião do nascimento formam-se os folículos primordiais, composto por uma única camada de células pavimentosas que envolvem os ovócitos 1 já com a divisão celular interrompida, na maioria das espécies de mamíferos, exceto em hamster e na coelha que ainda permanece na fase de ovogônia (2n). No período de crescimento, com o aumento do tamanho, as ovogônias se transformam em ovócitos 1, que na maioria dos mamíferos cujo gestacional é mais longo, ocorre por volta do terceiro mês de gestação. Portanto, no sexo feminino, a meiose tem início ainda na fase fetal e com a duplicação dos cromossomos dá origem ao ovócito 1, desta forma ao nascer, na maioria dos mamíferos não existem mais ovogônias e sim somente ovócitos 1 que interrompe a sua divisão. Após o nascimento os folículos, denominados pré antrais continuarão desenvolvendo até que se formem os corpúsculos de Call-Exnner que são as estruturas percussoras do líquido folicular originando assim os folículos antrais conforme mostrado Figura 6 O período que corresponde à infância das meninas é chamado de pré púbere nas demais fêmeas de mamíferos. Neste período não há ação de hormônios gonadotróficos. Nesta fase o desenvolvimento dos folículos acompanha o crescimento normal de cada animal. No período pré púbere há pouca diferenciação estrutural dos folículos pois sua modificação é dependente da ação de hormônios específicos. Os folículos pré antrais permanecerão praticamente inalterados até estas fêmeas entram na puberdade e iniciem a produção hormonal responsável pelo desenvolvimento das células constituintes. Neste período as células foliculares secretam uma substância inibidora da maturação do ovócito (OMI) cuja função é impedir a precocidade do amadurecimento. Conforme inicia a ação gonadotrófica, as células foliculares vão perdendo a capacidade de produção da OMI desencadeando assim a formação dos folículos antrais até atingir a fase de folículo maduro, conforme apresentado na Figura 6. Em todas as espécies apenas alguns folículos iniciam o seu desenvolvimento em cada ciclo sexual e nas espécies uníparas (gestação de um único filhote) apenas um ovócito será liberado por ciclo, originado do folículo dominante que desenvolve mais rápido que os demais e inibe o desenvolvimento pleno dos demais que então sofrem atresia, originando os folículos atrésicos. Mesmo em espécies multípara que liberam mais de um ovócito também há dominância folicular. 12

13 Figura 6 Estrutura geral do ovário. (ROSS e PAWLINA, 2008) 13

14 Ao atingir a maturidade sexual ocorre a produção e a ação dos hormônios gonadotróficos que proporcionam a retomada do processo de divisão meiótica interrompida no nascimento. Na Figura 7, à esquerda está descrito o conjunto de processos envolvidos no desenvolvimento do ovócito. Na sequencia central são mostrados os eventos que ocorrem desde as células germinativas primordiais até a fecundação (aqui indicado por fertilização). Antes da seta indicando nascimento observa-se a multiplicação celular e a migração destas células para a crista gonadal (gônada em formação). Observar que existem algumas espécies que ao nascer apresentam ovogônias ou oogônias, nestas espécies estas células não entram em divisão meiótica no período fetal são exemplos delas coelhos, hamsters, a doninhas, furões e arganaz. Continuando com o mesmo raciocínio anterior, na sequencia central após alguns eventos forma-se o ovócito 1 (2n duplicado), ver Figura 1. Ao atingir esta fase ocorre o nascimento da maior parte dos mamíferos, isto é, nascem com a meiose interrompida na fase de ovócito 1 (ainda não ocorreu a primeira divisão meiótica, apenas a duplicação dos cromossomos). Durante o período pré púbere ocorre um pequeno crescimento do ovócito e do folículo acompanhando apenas o desenvolvimento da estrutura corporal. Ao atingir a puberdade ocorre a maturação folicular e em algumas fêmeas: raposa, cadela e égua ocorrem a ovulação, ou seja, liberação do ovócito 1 ainda com sua meiose interrompida. Para o término desta meiose será necessário a entrada do espermatozoide no ovócito, o que irá desencadear a primeira e a segunda divisão meiótica. Portanto nestas espécies as duas divisões meióticas são pós ovulatórias. Nas demais espécies, com o ovócito 1 ainda no ovário, ocorre a primeira divisão meiótica e na égua, cadela e raposa, caso haja entrada do espermatozoide (fertilização) ocorrerá também a primeira divisão, caso contrário haverá degeneração do ovócito 1. A ovulação nas demais espécies ocorrerá com a liberação do ovócito 2 e nela se houver a penetração do espermatozoide terminará a divisão e ocorrera a formação do óvulo. Nestas espécies a primeira divisão é intraovariana e apenas a segunda é pós ovulatória. Com a fecundação haverá disjunção das cromátides e formação do segundo corpúsculo polar e do óvulo. Na Ovogênese, a maior parte da maturação ou toda ela ocorre antes do término da divisão meiótica enquanto que na Espermatogênese a maior parte da maturação (formação do espermatozoide) ocorre somente após o término da divisão meiótica a partir da diferenciação das espermátides (Espermiogênese). 14

15 Figura 7 Desenvolvimento do ciclo vital da célula germinativa feminina. Adaptado de (HAFFEZ, 2004) 15

16 3- Metodologia Leitura atenta dos conteúdos da aula e redação das respostas. Nem sempre somente essa leitura será suficiente, portanto, para melhor compreensão do assunto complemente a leitura com a bibliografia indicada e com os conteúdos adquiridos em outras disciplinas estudadas. O recurso fundamental para o seu estudo e para as respostas da atividade é este guia de aula, nele encontrarão a maior parte das informações sobre gametogênese. É importante ressaltar que para se adquirir conhecimentos mais aprofundados e críticos e respostas mais completas das atividades propostas são necessárias apoiar em outras informações contidas não somente na bibliografia indicada mas também de outras bibliografias de áreas complementares sobretudo de morfologia e fisiologia. 4- Atividade de aprendizagem Responder as quatro questões propostas após o texto explicativo. Para responder as questões das atividades propostas é necessário estar atento aos objetivos da aula, pois eles serão os guias e suportes correções de cada uma das respostas. Como já afirmado anteriormente, para responder as atividades é necessário leitura complementar que está indicada na bibliografia da aula ou da disciplina, além de conteúdos de outras disciplinas da área de Morfologia. Questões 1.1- Definir e caracterizar a gametogênese Caracterizar as estruturas morfológicas das gônadas masculina e feminina envolvidas na formação dos gametas Explique a formação do gameta masculino Explique a formação do gameta feminino. 16

17 5- Avaliação da atividade Esta atividade tem valor de 10 pontos sendo, cada resposta com valor máximo de 2,5 que deverá ser original, redigida em no mínimo 10 e máximo 20 linhas e não serão aceitas cópias de textos, livros ou similares. Caso seja enquadrado nesta situação será atribuída nota zero para a atividade além de poder haver punição por plágio. 6- Bibliografia 1- ALBERTS et al. Biologia molecular da célula. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, p. 2- CARNEIRO, J., JUNQUEIRA, L. C. Biologia celular e molecular. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, p. 3- GARCIA, S. M. L., CASEMIRO, G. F. Embriologia. 3. ed. Porto Alegre: ArtMed, p. 4- HAFEZ, E. S. A. Reprodução animal. 7. ed. São Paulo: Manole, p. 5- LIMA, C. P. de Genética humana.1. ed. São Paulo: Moderna, p. 6- MOORE, K, L., PERSAUD, T.V.N. Embriologia clínica. 9. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, p. 7- ROSS, M. H., PAWLINA, W. Histologia: texto e atlas. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008, 928p. 8- WOLPERT, L. Princípios de biologia do desenvolvimento. 3. ed. Porto Alegre: ArtMed, 2008, 576p. 17