Spermiogenese af introspermier
Introspermier produceres af alle blæksprutter, neomenioiderne (Aplacophora), nogle få toskallede dyr og mange grupper af snegle, herunder caenogastropoder, opisthobranchier og pulmonater. Indadgående bløddyr er yderst variable og mere komplekse i deres struktur med en række forskellige modifikationer i hoved-, midter- og haleregionerne. De morfologiske ændringer, der sker under spermiogenese, afspejler derfor denne variabilitet. Tidlige spermatider, som dem fra akvaspermer, har tendens til at have en kugleformet kerne med et kludetæppe af heterokromatin (Fig. 2(A)), og i denne fase kan der dannes elektrontæt materiale kaldet plaques ved den fremtidige bagpol eller forreste og bageste pol af kerneoverfladen. Den forreste plaque består normalt af et lag af ekstranukleært materiale, mens den bageste plaque synes at være forårsaget af en fortykkelse af den indre kernemembran. I tidlige spermatider har cytoplasmaet talrige mitokondrier, ofte mere end ét Golgi-legeme, et veludviklet endoplasmatisk retikulum og en eller to centrioler (nogle af disse træk er vist i fig. 2(A) og (B)). Efterhånden som spermatiden modnes, strækker den sig, og i løbet af denne periode ændrer kernen form, og kromatinkondensationen fortsætter.
Fig. 2. Diagrammatisk fremstilling (fortolket ud fra transmissionselektronmikroskopiske billeder) af nogle stadier af introsperm spermiogenese hos nogle bløddyrs taxa. A, Tidlige spermatider, der viser kerner med et kludetæppe af kromatin. B og C. Midt-spermatider, hvor kromatinet er ved at blive granulært. Bemærk udviklingen af cellens polaritet med den akrosomale vesikel (AV) placeret ved den forreste pol. D. Sen spermatid med fibrøst kromatin i kernen. Bemærk mikrotubuli (MT), der omgiver kernen. E. Mid-spermatid med kromatinkondensering, der begynder ved kernenes periferi. Kernen er også invagineret bagtil for at danne den bageste kernefossa, som huser centriolærkomplekset (CE). F. Sen spermatid med forlænget kerne og midterstykker. Kromatinet har nu et fibrøst udseende, og kernen er invagineret fuldstændigt for at danne en central kanal, der huser centriolærkomplekset (CE) og axonem (AX). G og H. Længdesnit gennem sene spermatider, der viser stadier i udviklingen af mitokondrielle derivater (MD). I. Tværsnit gennem midterstykket i den tidlige fase af dannelsen af det mitokondrielle derivat. J. Tværsnit gennem midterstykket i en sen fase af dannelsen af mitokondrielle derivater. AP, acrosomal pedestal; AV, acrosomal vesikel; AX, axoneme; BP, basalplade; CE, centrioler i centriolærkomplekset; CF, grov fiber; F, flagellum; G, Golgi-legeme; GH, glykogen-helix; M, mitokondrion; MD, mitokondrielt derivat; MT, mikrotubulus; N, kerne; RER, ru endoplasmatisk reticulum; pil, cytoplasmatisk bro. Ikke nøjagtigt i målestok.
A-D: en decapoden blæksprutte (modificeret fra Healy, J., 1990. Ultrastruktur af spermatozoer og spermiogenese hos Spirula spirula (L.): Systematisk betydning og sammenligning med andre blæksprutter. Helgoländer Meeresuntersuchungen 44, 109-123); E og F: en caenogastropod (modificeret fra Buckland-Nicks, J., Williams, D., Chia, F-S., Fontaine, A., 1983. Undersøgelser af polymorfe spermatozoer fra en havsnegl. 2. Genese af den eupyreniske sædcelle. Gamete Research 7, 19-37); G-J: en lungesnegl (modificeret fra Healy, J., 2001. Spermatogenese og oogenese. In: Barker, G.M. (red.), The Biology of Terrestri Molluscs. Oxon: CABI Publishing, pp. 357-382).
I de decapode blæksprutter (blæksprutter og blæksprutter) er der en granulær fase af kromatinkondensering (Fig. 2(B)), der ligner den, der er beskrevet for de tidlige spermatider af akvaspermer. Granulerne på 20 nm bliver homogent fordelt i hele kernen. Efterhånden som spermatiden modnes, omdannes disse kromatingranuler strukturelt og biokemisk. Granulerne omdannes til tynde fibre (ca. 35 nm i diameter) med en antero-posterior orientering (Fig. 2(D)), der indeholder hyperacetylerede histoner og en protamineprækursor (Chiva et al., 2011). Fibertykkelsen øges derefter til ca. 50 nm i diameter med en stigning i protaminprækursor og et fald i den hyperacetylerede histon. Til sidst samler de tykkere fibre sig, hvilket resulterer i en ensartet elektrontæt kerne, og på dette tidspunkt er protamin nu associeret med DNA’et. Hos blæksprutteblæksprutter ligner kerneproteinovergangen under spermiogenesen den hos dekapoder, men kromatinkondensationen er noget anderledes, idet den begynder i kernen ved de polære regioner (der udvikler sig fortil og bagtil i sædcellerne) i stedet for samtidig i hele kernen. Kromatinkondensationen spredes derefter gradvist ud over hele kernen. Hos mange caenogastropoder sker kromatinkondensationen efter den fine granulære fase først i kernenes periferi (Fig. 2(E)), hvorefter den breder sig indad, mens kromatinkondensationen hos pulmonater sker ensartet i hele kernen. Derefter følger fibrillærfasen (fig. 2(F) og (G)), hvor histonerne gradvist og kontinuerligt omdannes gennem en række protaminprækursorer til protaminer (Chiva et al., 2011). Den sidste fase af kromatinforandringen omfatter en lamelformet fase, hvor lamellerne til sidst smelter sammen og resulterer i den ensartet elektrontætte kerne.
Under kromatinkondensationen kan ændringen i kerneformen af introsperm være dybtgående. Formændringen begynder først med, at kernen invagineres bagud for at danne det, der bliver implantatfossaen for centriol(er) eller centriolderivat (Fig. 2(C)-(H)). Hos nogle caenogastropoder udvikler den langstrakte spermatidkerne sig som et langt rør på grund af dannelsen af en central intranukleær kanal (Fig. 2(F)). Dette skyldes den gradvise uddybning af implantationsfossaen. Efterhånden som fossaen bliver dybere, vandrer centriolen/centriolerne eller centriolderivatet ind i kanalen sammen med axonemet, som derfor trænger ind i kernen i hele dens længde (fig. 2(F)). Hos andre snegle som f.eks. opisthobranchier, pulmonater og nogle blæksprutter gennemgår kernen i senere spermatider en vis torsion (Fig. 2(H)) og bliver spiralformet eller spiralformet kølformet.
Den akrosome udvikling begynder i tidlige spermatider ofte efter at kernen har fået sin polaritet. Hos Neritimorpha (Gastropoda) begynder akrosomdannelsen med produktion af flere små membranbundne, elektrontætte proakrosomale vesikler af det basalt beliggende Golgi-legeme. Hos de fleste andre taxa udskiller Golgikomplekset eller -komplekserne en enkelt proakrosomal vesikel (fig. 2(A)). Efterhånden som spermatiden modnes, vandrer vesiklen fremad og placerer sig midt i den forreste kerneplak. Hos caenogastropoder ledsages vesikelvandringen ofte af Golgi-legemet, som fortsætter med at producere materiale til det udviklende akrosom (Fig. 2(E) og (F)). Golgi-legemet kan også være forbundet med endoplasmatisk reticulum. Under migrationen af det akrosomale vesikel får det normalt ekstravesikulært materiale og strukturer, der til sidst danner subvesikulært materiale, en basalplade eller en sokkel mellem akrosomet og kernen (Fig. 2(E)-(H)).
Midterstykket af bløddyrsintrospermien med dens centriol, centrioler eller centriolderivat og mitokondrier varierer i kompleksitet, og derfor er de strukturelle ændringer under spermiogenesen også meget variable. Hos andre blæksprutter end Octopoda samles talrige små umodificerede mitokondrier ved den udviklende bageste ende af kernen af midterste til sene spermatider for at blive placeret inden for en cellemembranspore eller kappe, der støder op til eller omgiver den forreste del af halen (Fig. 2(C) og (D)). I de midterste spermatider hos blæksprutter sker der en mitokondriel fusion, idet mitokondrierne bliver arrangeret omkring axonemet ved kernenes basis. I de midterste til sene spermatider hos caenogastropoder begynder mitokondrierne også at samle sig i kerneens basale region (Fig. 2(E)), hvor de fusionerer (Fig. 2(F)) for at danne modificerede mitokondrielementer, der varierer i antal, længde og intern strukturel kompleksitet fra taxa til taxa. Efterhånden som spermatiden og dens axoneme strækker sig, omgiver og udvider de mitokondrielle elementer sig langs axonemet. Hos nogle arter begynder mitokondrieelementerne i den midterste spermatid at danne en løs spiral omkring axonemet, og i det sene spermatidstadium er de arrangeret som kontinuerlige spiralformede elementer. Når mitokondrierne smelter sammen, kan cristae’erne danne en sammenhængende membran eller blive omdannet til pladelignende strukturer.
I højere sneglearter, såsom pulmonater og opisthobranchier, fortsætter axonemet med at strække sig, efterhånden som spermiogenesen skrider frem, og de små mitokondrier vandrer bagud, hvor de klumper sig sammen langs axonemet, hvor de begynder at smelte sammen (Fig. 2(G) og (I)). Samtidig bliver ni kursusfibre af ukendt oprindelse forbundet med og omgiver axoneme (fig. 2(I) og (J)). Efterhånden som spermatiden modnes, fortsætter mitokondrierne med at smelte sammen og omslutter axonemet som en kappe (fig. 2(I) og (J)). Efterhånden som indpakningen skrider frem, omdannes det mitokondrielle materiale, og ved den sene spermatid er det organiseret som cirkulære parallelle lag af parakrystallinsk matrixmateriale i det, der betegnes som et mitokondrielt derivat, der spiralerer langs axonemet (Healy, 2001). Under indpakning og transformation udvikles en eller flere rørformede kanaler inden for mitokondrialderivatet. I den modne sædcelle får disse kanaler glykogen, og de kaldes derfor glykogenspiraler (fig. 2(H) og (J)). Glykogen er et kendetegn ved spermatozoerne hos mange bløddyr. Dette lagringsprodukt optræder normalt sent i spermienogenesen. Det deponeres ofte intra-axonemalt, og desuden bliver en del af axonemet (ofte den bageste del) af de sene spermatider hos caenogastropoder og opisthobranchier omgivet af glykogen og danner et område, der kaldes glykogenstykket. Indtil nu er mekanismen for optagelsen af glykogen i spermatiderne ikke blevet forklaret.
Et træk ved den sene spermiogenese hos mange bløddyrtaxa er eliminering af overskydende cytoplasma fra spermatisernes kerne-, midtstykke- eller haleområder. Det overskydende cytoplasma med organeller såsom Golgi-legemet og det endoplasmatiske retikulum kan bortskaffes ved cytoplasmatisk afsmeltning og/eller reduceres ved autofagi og lysosomal aktivitet. Et andet træk ved sen spermiogenese hos blæksprutter, nogle caenogastropoder og lungedyr er udviklingen af en ring af mikrotubuli (kaldet en manchette) omkring den kondenserende kerne og/eller midterstykket af spermatiden (Fig. 2(C), (D), (H) og (J)). Mikrotubulienes præcise rolle er ikke blevet fastlagt, selv om det er blevet foreslået, at de hos nogle arter spiller en rolle ved at hjælpe med at danne sædcellens form.