CELLULE GERMINALI: CARATTERISTICHE, FORMAZIONE, TIPI, MIGRAZIONE - BIOLOGIA - 2025

Le cellule germinali sono le cellule precursori dei gameti negli animali con riproduzione sessuale. Sono precursori embrionali che si differenziano da più lignaggi di cellule somatiche (soma = corpo) molto presto nello sviluppo della maggior parte delle specie.

Praticamente tutti gli organismi che si riproducono sessualmente nascono dalla fusione di due cellule gametiche. I gameti sono cellule specializzate che trasportano metà delle informazioni genetiche dell'individuo che li produce, il padre e la madre (sono cellule aploidi).

Cellule staminali embrionali umane in coltura cellulare. Ryddragyn su Wikipedia in inglese

Tutti i gameti prodotti da un animale sono formati da una linea speciale di cellule nota come linea germinale, che si sviluppa secondo un insieme complesso di segnali specifici. Queste cellule rappresentano la principale via di "trasferimento" del genoma e dei componenti citosolici da una generazione all'altra.

Le cellule germinali sono responsabili dei processi di speciazione ed evoluzione, poiché sono i cambiamenti che avvengono in queste che vengono trasmessi da una generazione all'altra. Inoltre, queste cellule sono quelle che mediano la trasmissione di malattie ereditarie dai genitori ai loro figli, soprattutto negli esseri umani.

Caratteristiche delle cellule germinali

Le cellule germinali sono cellule embrionali "pluripotenti" o "totipotenti", cioè possono differenziarsi in quasi tutti i tipi di cellule nelle giuste condizioni e segnali. Inoltre, sono cellule competenti per il loro "autorinnovamento", in quanto responsabili della loro stessa rigenerazione.

Queste cellule sono le uniche in grado di produrre gameti, che sono le cellule che possono formare un nuovo organismo, una proprietà che le altre cellule di un embrione perdono nel differenziarsi.

Alcuni autori le considerano, quindi, come le "cellule staminali" di una specie, poiché non formano organi ma nuovi individui. Allo stesso modo, queste cellule sono il mezzo principale con cui le specie si evolvono e sono i veicoli per la trasmissione di malattie ereditarie, soprattutto nell'uomo.

Le cellule germinali producono gameti attraverso processi noti come meiosi e gametogenesi (oogenesi e spermatogenesi in molti animali), che sono caratteristici e unici di questo gruppo di cellule.

Tubuli seminiferi con sperma maturo. nefrone

Formazione

Le cellule germinali si distinguono precocemente dalle altre linee cellulari somatiche durante lo sviluppo embrionale.

Come accade in alcuni invertebrati?

Mosca della frutta Drosophila melanogaster. Tratto e modificato da: Sanjay Acharya

In molte specie, come il moscerino della frutta D. melanogaster, queste cellule sono formate da cellule primordiali della blastula che hanno "ereditato" un determinante citosolico noto come "germoplasma" o "germoplasma", cioè, blastomeri molto particolari.

Detto germoplasma contiene elementi strutturali e alcuni RNA messaggero e durante oogenesi e fecondazione subisce diversi movimenti citosolici, per formare successivamente ammassi di cellule primordiali nello stadio di blastula, che daranno origine a cellule germinali primordiali.

I blastomeri che hanno il "germoplasma" si dividono asimmetricamente, ereditando il germoplasma ad una singola cellula figlia. Quando l'embrione raggiunge lo stadio della gastrula, inizia la divisione equivalente di queste cellule e la popolazione di cellule primordiali nella linea germinale si espande.

Come accade negli esseri umani?

In mammiferi come l'uomo, invece, non è stato segnalato il coinvolgimento di un “plasma germinale” durante il processo di formazione delle cellule germinali primordiali, ma piuttosto la specificazione di questa linea è determinata dalle interazioni cellula-cellula.

Le cellule germinali primordiali, durante le prime fasi dell'embriogenesi, si trovano in una sorta di compartimento extraembrionale e, nell'uomo, ciò avviene intorno alla terza settimana di sviluppo.

Una volta definita la linea di cellule primordiali, queste migrano verso le gonadi femminili o maschili, dove si attivano rispettivamente i processi di oogenesi o spermatogenesi.

L'interazione delle cellule primordiali con le cellule somatiche delle gonadi, oltre alla presenza di cromosomi sessuali e altri fattori materni, è ciò che definisce la determinazione del sesso nella linea germinale, sebbene questo processo possa variare notevolmente tra una specie e un altro.

Espressione genica differenziale

Affinché avvenga la "separazione" iniziale di cellule somatiche e cellule germinali, la prima cosa che si verifica è un'espressione differenziale di geni, poiché nella linea germinale vengono repressi i geni caratteristici delle linee somatiche per avviare il "programma" Genetica delle cellule germinali.

Durante il loro processo di formazione, queste cellule migrano anche da dove hanno origine al luogo specifico in cui si formeranno le gonadi, che sono i tessuti produttori di gameti nell'adulto.

La migrazione cellulare si ottiene anche attraverso l'attivazione di un intero "macchinario" migratorio e diversi meccanismi di "guida", che hanno a che fare con molteplici fattori genetici ed epigenetici (che non hanno a che fare con la modifica della sequenza nucleotidica ).

Migrazione

Le cellule germinali primordiali, quelle che danno origine alle “vere” cellule germinali, si formano lontano da dove si sviluppano e, per stabilirsi, devono migrare verso le sedi in cui si trovano le ovaie ei testicoli, che sono le gonadi femminile e maschile. .

Le cellule germinali primordiali sono inizialmente viste durante la gastrulazione come un ammasso di cellule alla base dell'allantoide, che è una membrana extra-embrionale che si forma come un deflusso dal tratto digestivo primario dell'embrione.

Gastrulazione di un animale diblastico. 1-Blastula. 2-Gastrula. Pidalka44

In questa fase, le cellule primordiali acquisiscono una morfologia polarizzata e alcuni esperimenti hanno dimostrato che estendono lunghi processi man mano che vengono mobilitate.

Successivamente, questi diventano evidenti nell'intestino e poi emergono dal dorso intestinale e migrano lateralmente, colonizzando le creste genitali.

Quando le cellule primordiali si spostano dall'intestino posteriore al tessuto connettivo circostante, quest'ultimo si allunga, formando il mesentere intestinale (il tessuto che riveste l'intestino tenue e lo collega alla parete addominale), un processo che si verifica durante le cellule emergono attraverso la parete dell'intestino.

Meccanismi di controllo

L'arrivo delle cellule precursori al tessuto gonadico è controllato dalle cellule somatiche di queste strutture, che apparentemente esercitano un effetto "chemioattrattivo" sulle prime.

È stato dimostrato sperimentalmente che l'espressione di un gene noto come fragilis ha molto a che fare con lo sviluppo della motilità nelle cellule germinali primordiali.

Questo gene è coinvolto nei processi di adesione cellula-cellula e nel controllo del ciclo cellulare, quindi si sospetta che la regolazione dei processi di adesione possa essere cruciale per l'avvio del processo migratorio.

Tuttavia, alcuni autori ritengono che il percorso di migrazione di queste cellule sia controllato a livello ambientale, invece di essere un processo autonomo.

Nel loro percorso verso le gonadi e una volta dentro, queste cellule si moltiplicano per mitosi, generando più cloni che riescono ad aumentare il numero di individui nella popolazione cellulare.

Tipi di cellule germinali

Una volta che le cellule germinali primordiali raggiungono i loro tessuti definitivi, si sviluppano in cellule germinali femminili o cellule germinali maschili, a seconda dei casi e dei segnali endogeni ed esogeni che ricevono.

Le gonadi femminili sono le ovaie e le gonadi maschili sono i testicoli. Una volta in questi tessuti, le cellule primordiali si moltiplicano rapidamente, ma i modelli di questa proliferazione mitotica differiscono tra i due.

Esistono, quindi, due tipi di cellule germinali note come oogonia e spermatogonia.

Cellule germinali femminili: oogonia

Oogonia. Fonte: Chassot AA, Gregoire EP, Lavery R, ​​Taketo MM, de Rooij DG, et al.

Gli oogonia sono cellule mitoticamente attive. Si dividono intensamente durante lo sviluppo embrionale, in particolare dal secondo al quinto mese di gravidanza nell'uomo, formando così fino a più di 7 milioni di queste cellule, anche se alcune degenerano naturalmente.

Queste cellule non si dividono nuovamente per mitosi nelle fasi postnatali, ma si differenziano periodicamente. Durante le ultime fasi dello sviluppo fetale, però, iniziano a dividersi per meiosi, processo che rimane "in arresto" fino all'inizio della pubertà.

Cellule germinali maschili: spermatogonia

La proliferazione della spermatogonia è in qualche modo diversa da quella dell'oogonia, perché nonostante il fatto che queste inizino a formarsi e moltiplicarsi nei testicoli embrionali, mantengono la loro capacità di dividersi praticamente per tutta la vita postnatale.

I dotti seminiferi dei testicoli sono delimitati internamente da spermatogoni germinativi e alcune delle popolazioni composte da queste cellule si dividono per mitosi. All'inizio della pubertà, gruppi di spermatogoni (spermatociti primari) iniziano a dividersi per meiosi per formare gli spermatociti secondari che daranno origine agli spermatidi aploidi.

mutazioni

Le cellule germinali sono le "fabbriche" dove vengono prodotti i "veicoli" per la trasmissione delle informazioni da una generazione all'altra. Inoltre, queste cellule sono di grande importanza per i processi evolutivi, poiché quasi tutte le modifiche che subiscono verranno impresse sulla prole.

Possiamo dire che il DNA di tutte le cellule di un organismo è soggetto a mutazioni e sebbene le mutazioni nelle cellule somatiche siano importanti nel contesto di molte malattie e altre condizioni, non sempre si estendono oltre la vita del individuo che li porta.

Le mutazioni della linea germinale, d'altra parte, contribuiscono direttamente ai processi genetici evolutivi, poiché questi cambiamenti possono essere trasmessi da una generazione all'altra attraverso gameti e zigoti.

Per questi motivi, le mutazioni delle cellule germinali possono essere visibili solo nella progenie e questo dipende, molto spesso, dall'omozigosi o eterozigosità dei geni affetti in ciascun genitore.

Le cause delle mutazioni germinali sono molteplici, poiché possono verificarsi in risposta a segnali endogeni o esogeni. Alcune di queste mutazioni producono malattie che possono essere ereditate per linea materna o per linea paterna, a seconda dei casi.

Tumori a cellule germinali

La divisione incontrollata delle cellule in quasi tutti i tessuti del corpo umano, così come in altri animali, può provocare la formazione di tumori, che possono essere benigni o maligni.

Quelle che derivano dalle cellule germinali sono solitamente chiamate neoplasie e possono essere:

- Germinomi

- Teratomi

- Carcinomi embrionali

- Tumori del seno endodermico

- Coriocarcinomi

Questi tumori possono verificarsi regolarmente nelle regioni interne delle gonadi, sebbene possano anche essere correlati alla proliferazione o alla migrazione aberrante delle cellule germinali primordiali, il che implica che possono comparire in diverse aree del corpo.

Micrografia elettronica di una neoplasia a cellule germinali intratubulari nei testicoli o "seminoma" (Fonte: Nephron tramite Wikimedia Commons)

I tumori associati alla linea di cellule germinali primordiali sono noti come germinomi, mentre i carcinomi embrionali sono quelli che derivano da cellule "staminali" embrionali o cellule derivate.

Di solito, le cellule germinali primordiali che si formano nei siti extragonadici vengono eliminate, ma i teratomi sono escrescenze aberranti di cellule germinali extragonadali che sono riuscite a sopravvivere e sono costituite da miscele casuali di tessuti differenziati come cartilagine, pelle, capelli o denti.

I tumori del seno endodermico sono quelli che si formano da cellule derivate da tessuti extraembrionali e che sono differenziati, che formano il sacco vitellino endodermico. Se, al contrario, il tumore si forma nello strato trofoblastico, si chiama coriocarcinoma.

I tumori germinali delle ovaie rappresentano circa il 20% di tutti i tumori ovarici, sono comuni nelle ragazze e nei giovani adulti fino a circa 20 anni di età e sono quasi sempre teratomi di natura maligna.

Tra questi si sono distinti i disgerminomi, che sono tumori solidi e carnosi che hanno una copertura morbida, composti da aggregati di cellule di aspetto poligonale, con membrane plasmatiche prominenti e un gran numero di granuli citosolici.

Riferimenti

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