Los espermatocitos son un tipo de gametocito masculino en los animales. Derivan de células germinales inmaduras llamadas espermatogonias . Se encuentran en el testículo , en una estructura conocida como túbulos seminíferos . [1] Existen dos tipos de espermatocitos, los espermatocitos primarios y secundarios. Los espermatocitos primarios y secundarios se forman a través del proceso de espermatocitogénesis . [2]
Los espermatocitos primarios son células diploides (2N). Después de la meiosis I , se forman dos espermatocitos secundarios. Los espermatocitos secundarios son células haploides (N) que contienen la mitad del número de cromosomas. [1]
En todos los animales, los machos producen espermatocitos, incluso los hermafroditas como C. elegans , que existen como macho o hermafrodita. En C. elegans hermafrodita , la producción de espermatozoides se produce primero y luego se almacenan en la espermateca . Una vez formados los óvulos , son capaces de autofecundarse y producir hasta 350 crías . [3]
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En la pubertad , las espermatogonias ubicadas a lo largo de las paredes de los túbulos seminíferos dentro del testículo se iniciarán y comenzarán a dividirse mitóticamente , formando dos tipos de células A que contienen un núcleo de forma ovalada con un nucléolo unido a la envoltura nuclear; una es oscura (Ad) y la otra es pálida (Ap). Las células Ad son espermatogonias que permanecerán en el compartimento basal (región externa del túbulo); estas células son células madre espermatogoniales de reserva que generalmente no experimentan mitosis. El tipo Ap son células madre espermatogoniales en división activa que comienzan la diferenciación a espermatogonias de tipo B, que tienen núcleos redondos y heterocromatina unida a la envoltura nuclear y al centro del nucléolo. [4] Las células de tipo B se moverán al compartimento adluminal (hacia la región interna del túbulo) y se convertirán en espermatocitos primarios; este proceso tarda unos 16 días en completarse. [2] [5]
Los espermatocitos primarios dentro del compartimento adluminal continuarán hasta la meiosis I y se dividirán en dos células hijas, conocidas como espermatocitos secundarios, un proceso que tarda 24 días en completarse. Cada espermatocito secundario formará dos espermátidas después de la meiosis II . [1]
Aunque los espermatocitos que se dividen mitóticamente y meióticamente son sensibles a la radiación y al cáncer , las células madre espermatogoniales no lo son. Por lo tanto, después de terminar la radioterapia o la quimioterapia , las células madre espermatogénias pueden reiniciar la formación de espermatogénesis. [6]
La formación de espermatocitos primarios (un proceso conocido como espermatocitogénesis ) comienza en los humanos cuando un hombre alcanza la madurez sexual en la pubertad , alrededor de los 10 a 14 años. [7] La formación se inicia con las oleadas pulsadas de hormona liberadora de gonadotropina (GnRH) del hipotálamo , que conduce a la secreción de la hormona folículo estimulante (FSH) y la hormona luteinizante (LH) producidas por la glándula pituitaria anterior . La liberación de FSH en los testículos mejorará la espermatogénesis y conducirá al desarrollo de células de Sertoli , que actúan como células de lactancia donde las espermátidas madurarán después de la meiosis II . La LH promueve la secreción de testosterona por parte de las células de Leydig en los testículos y la sangre, que inducen la espermatogénesis y ayudan a la formación de características sexuales secundarias. A partir de este punto, la secreción de FSH y LH (que induce la producción de testosterona) estimulará la espermatogénesis hasta que el hombre muera. [8] El aumento de las hormonas FSH y LH en los varones no aumenta la tasa de espermatogénesis. Sin embargo, con la edad, la tasa de producción disminuirá, incluso cuando la cantidad de hormona secretada sea constante; esto se debe a mayores tasas de degeneración de las células germinales durante la profase meiótica . [1]
En la siguiente tabla, la ploidía, el número de copias y los recuentos de cromosomas y cromátidas que se enumeran corresponden a una sola célula, generalmente antes de la síntesis y división del ADN (en G 1, si corresponde). Los espermatocitos primarios se detienen después de la síntesis del ADN y antes de la división. [1] [2]
Los espermatocitos superan regularmente las roturas de doble cadena y otros daños del ADN en la etapa de profase de la meiosis . Estos daños pueden surgir por la actividad programada de Spo11 , una enzima empleada en la recombinación meiótica, así como por roturas no programadas en el ADN, como las causadas por radicales libres oxidativos producidos como productos del metabolismo normal. Estos daños son reparados por vías de recombinación homóloga y utilizan RAD1 y γ H2AX , que reconocen roturas de doble cadena y modifican la cromatina , respectivamente. Como resultado, las roturas de doble cadena en las células meióticas, a diferencia de las células mitóticas, normalmente no conducen a la apoptosis o muerte celular. [9] La reparación recombinacional homóloga (HRR) de las roturas de doble cadena ocurre en ratones durante etapas secuenciales de la espermatogénesis , pero es más prominente en los espermatocitos. [10] En los espermatocitos, los eventos de HRR ocurren principalmente en la etapa de paquiteno de la meiosis y el tipo de conversión génica de HRR es predominante, mientras que en otras etapas de la espermatogénesis el tipo de intercambio recíproco de HRR es más frecuente. [10] Durante la espermatogénesis del ratón, las frecuencias de mutación de las células en las diferentes etapas, incluidos los espermatocitos de paquiteno, son de 5 a 10 veces más bajas que las frecuencias de mutación en las células somáticas . [11] Debido a su elevada capacidad de reparación del ADN , los espermatocitos probablemente juegan un papel central en el mantenimiento de estas tasas de mutación más bajas y, por lo tanto, en la preservación de la integridad genética de la línea germinal masculina.
Se sabe que los reordenamientos cromosómicos heterocigóticos conducen a alteraciones o fallas espermatogénicas; sin embargo, los mecanismos moleculares que causan esto no son tan conocidos. Se sugiere que un mecanismo pasivo que involucra la agrupación de regiones asinápticas en los espermatocitos es una posible causa. Las regiones asinápticas están asociadas con la presencia de BRCA1 , quinasa ATR y γ H2AX en los espermatocitos paquitenos . [12]
El gen Stimulated By Retinoic Acid 8 ( STRA8 ) es necesario para la vía de señalización del ácido retinoico en humanos, que conduce a la iniciación de la meiosis . La expresión de STRA8 es mayor en los espermatocitos preleptotenos (en la etapa más temprana de la profase I en la meiosis) que en las espermatogonias . Se ha demostrado que los espermatocitos mutantes de STRA8 son capaces de iniciar la meiosis; sin embargo, no pueden completar el proceso. Las mutaciones en los espermatocitos leptotenos pueden dar lugar a una condensación cromosómica prematura. [13]
Se ha demostrado que las mutaciones en Mtap2 , una proteína asociada a los microtúbulos , observadas en los espermatocitos mutantes repro4 , detienen el progreso de la espermatogénesis durante la profase de la meiosis I. Esto se observa por una reducción en la presencia de espermátidas en los mutantes repro4 . [14]
Pueden producirse mutaciones defectuosas recombinantes en los genes Spo11 , DMC1 , ATM y MSH5 de los espermatocitos. Estas mutaciones implican un deterioro de la reparación de la rotura de la doble cadena, lo que puede provocar la detención de la espermatogénesis en la etapa IV del ciclo del epitelio seminífero. [15]
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El proceso de espermatogénesis ha sido dilucidado a lo largo de los años por investigadores que dividieron el proceso en múltiples etapas o fases, dependiendo de factores intrínsecos (células germinales y de Sertoli) y extrínsecos (FSH y LH). [16] El proceso de espermatogénesis en los mamíferos en su conjunto, que involucra la transformación celular, la mitosis y la meiosis, ha sido bien estudiado y documentado desde la década de 1950 hasta la de 1980. Sin embargo, durante las décadas de 1990 y 2000, los investigadores se han centrado en aumentar la comprensión de la regulación de la espermatogénesis a través de genes, proteínas y vías de señalización, y los mecanismos bioquímicos y moleculares involucrados en estos procesos. Más recientemente, los efectos ambientales sobre la espermatogénesis se han convertido en un foco de atención a medida que la infertilidad masculina en los hombres se ha vuelto más frecuente. [17]
Un descubrimiento importante en el proceso de la espermatogénesis fue la identificación del ciclo epitelial seminífero en los mamíferos, trabajo realizado por CP Leblound e Y. Clermont en 1952, que estudió las espermatogonias, las capas de espermatocitos y las espermátidas en los túbulos seminíferos de la rata. Otro descubrimiento fundamental fue el de la cadena hormonal hipotálamo-hipofisaria-testicular, que desempeña un papel en la regulación de la espermatogénesis; esto fue estudiado por RM Sharpe en 1994. [17]
Los cilios primarios son orgánulos comunes que se encuentran en las células eucariotas y desempeñan un papel importante en el desarrollo de los animales. Los cilios primarios de los espermatocitos de Drosophila tienen propiedades únicas: son ensamblados por cuatro centriolos de forma independiente en la fase G2 y son sensibles a los fármacos dirigidos a los microtúbulos . Normalmente, los cilios primarios se desarrollarán a partir de un centriolo en la fase G0/G1 y no se ven afectados por los fármacos dirigidos a los microtúbulos. [18]
Mesostoma ehrenbergii es un platelminto rabdocele con una etapa de meiosis masculina distintiva dentro de la formación de espermatocitos. Durante la etapa de preanafase, se forman surcos de segmentación en las células de los espermatocitos que contienen cuatro cromosomas univalentes . Al final de la etapa de anafase , hay uno en cada polo que se mueve entre los polos del huso sin tener interacciones físicas entre sí (también conocido como segregación a distancia). Estos rasgos únicos permiten a los investigadores estudiar la fuerza creada por los polos del huso para permitir que los cromosomas se muevan, el manejo de los surcos de segmentación y la segregación a distancia. [19] [20]
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