Spermiogénese do Introsperm
Introsperm são produzidos por todos os cefalópodes, os neomenioides (Aplacophora), alguns bivalves, e muitos grupos de gastrópodes incluindo os caenogastrópodes, opisthobranchs e pneumáticos. Os introspermas dos moluscos são extremamente variáveis e mais complexos em estrutura, com uma variedade de modificações nas regiões da cabeça, do meio da peça e da cauda. As alterações morfológicas que ocorrem durante a espermatogênese, portanto, refletem essa variabilidade. Os espermatismos precoces, como os de aquaspermes, tendem a ter um núcleo esférico com uma manta de retalhos de heterocromatina (Fig. 2(A)), e durante esta fase o material denso de elétrons chamado placas pode se formar no pólo posterior futuro ou pólos anterior e posterior da superfície nuclear. A placa anterior é geralmente composta de uma camada de material extranuclear, enquanto a placa posterior parece ser causada pelo espessamento da membrana nuclear interna. Nos espermatismos iniciais o citoplasma tem numerosas mitocôndrias, freqüentemente mais de um corpo de Golgi, retículo endoplasmático bem desenvolvido, e um ou dois centrioles (algumas dessas características mostradas nas Figuras 2(A) e (B)). À medida que o espermatide amadurece, ele se prolonga durante o qual o núcleo muda de forma, e a condensação da cromatina prossegue.
Fig. 2. Representação esquemática (interpretada a partir de imagens de microscópio eletrônico de transmissão) de alguns estágios da espermiogênese introspérmica em alguns taxa moluscos. A, Espermatideos precoces mostrando núcleos com uma manta de retalhos de cromatina. B e C. Espermas médios nos quais a cromatina está se tornando granular. Note o desenvolvimento da polaridade da célula com a vesícula acrossômica (AV) posicionada no pólo anterior. D. Espermatozóide tardio com cromatina fibrosa no núcleo. Notar as microtubículas (MT) que circundam o núcleo. E. Espermatida média com condensação de cromatina começando na periferia do núcleo. O núcleo também invaginou posteriormente para formar a fossa posterior do núcleo que abriga o complexo centriolar (EC). F. Espermatídeo tardio com núcleo alongado e peça média. A cromatina é agora de aspecto fibroso e o núcleo invaginou completamente para formar um canal central que abriga o complexo centriolar (EC) e axoneme (AX). G e H. Secções longitudinais através de espermatismos tardios mostrando estágios no desenvolvimento da derivada mitocondrial (MD). I. Secções transversais através da peça média na fase inicial de formação da derivada mitocondrial. J. Corte transversal através da peça média de uma fase tardia de formação da derivada mitocondrial. AP, pedestal acrossômico; AV, vesícula acrossômica; AX, axoneme; BP, placa basal; CE, centríolos do complexo centríolar; CF, fibra grossa; F, flagelo; G, corpo de Golgi; GH, hélice de glicogênio; M, mitocôndria; MD, derivada mitocondrial; MT, microtubular; N, núcleo; RER, retículo endoplasmático rugoso; seta, ponte citoplasmática. Não desenhado exatamente à escala.
A-D: um decápodo cefalópode (modificado de Healy, J., 1990. Ultra-estrutura de espermatozóides e espermiogênese em espiral de espirula (L.): Importância sistemática e comparação com outros cefalópodes. Helgoländer Meeresuntersuchungen 44, 109-123); E e F: um caenogastropod (modificado de Buckland-Nicks, J., Williams, D., Chia, F-S., Fontaine, A., 1983. Estudos sobre os espermatozóides polimórficos de um caracol marinho. 2. Génese do espermatozóide eupyrene. Gamete Research 7, 19-37); G-J: um gastrópode pulmonar (modificado de Healy, J., 2001. Espermatogénese e oogénese. In: Barker, G.M. (ed.), The Biology of Terrestrial Molluscs. Oxon: CABI Publishing, pp. 357-382).
Nos cefalópodes decápodes (chocos e lulas) existe uma fase granular de condensação de cromatina (Fig. 2(B)) semelhante à descrita para os espermatideos iniciais do aquasperm. Os grânulos de 20 nm distribuem-se de forma homogénea por todo o núcleo. À medida que o espermatide amadurece, estes grânulos de cromatina são transformados estrutural e bioquimicamente. Os grânulos são remodelados em fibras finas (cerca de 35 nm de diâmetro) com uma orientação antero-posterior (Fig. 2(D)) que contém histonas hiperacetiladas e um precursor de protamina (Chiva et al., 2011). A espessura das fibras aumenta então para cerca de 50 nm de diâmetro com um aumento do precursor da protamina e uma diminuição do histone hiperacetilado. Finalmente, as fibras mais espessas coalescem, o que resulta num núcleo uniformemente denso de electrões e, nesta fase, a protamina está agora associada ao ADN. Nos cefalópodes de polvos, a transição proteica nuclear durante a espermiogénese é semelhante à dos decápodes, mas a condensação da cromatina é um pouco diferente na medida em que começa nas regiões polares (desenvolvendo anterior e posterior do esperma) do núcleo e não simultaneamente ao longo de todo o núcleo. A condensação da cromatina espalha-se então progressivamente ao longo de todo o núcleo. Em muitos caenogastrópodes, após a fase granular fina, a condensação da cromatina ocorre primeiro na periferia do núcleo (Fig. 2(E)), espalhando-se para dentro, enquanto que nos pneumáticos, a condensação da cromatina ocorre uniformemente em todo o núcleo. Segue-se então a fase fibrilar (Fig. 2(F) e (G)), durante a qual as histórias são gradual e continuamente transformadas através de uma série de precursores de protamina em protaminas (Chiva et al., 2011). A fase final da mudança da cromatina envolve uma fase lamelar, as lamelas eventualmente coalescendo para resultar no núcleo uniformemente denso de elétrons.
Durante a condensação da cromatina, a mudança na forma nuclear do introspermatozóide pode ser profunda. A mudança de forma começa com o núcleo invaginando posteriormente para formar o que se tornará a fossa de implantação do(s) centríolo(s) ou derivado centríolar (Fig. 2(C)-(H)). Em alguns caenogastrópodes o núcleo espermatóide alongado desenvolve-se como um tubo longo devido à formação de um canal intranuclear central (Fig. 2(F)). Isto é provocado pelo aprofundamento gradual da fossa de implantação. À medida que a fossa aprofunda, o(s) centríolo(s) ou derivado(s) centríolar(es) migra(m) para o canal juntamente com o axoneme que, portanto, penetra no comprimento do núcleo (Fig. 2(F)). Em outros gastrópodes como os opisthobranchs, pneumáticos e alguns cefalópodes, o núcleo dos espermatideos posteriores sofre alguma torção (Fig. 2(H)), tornando-se helicoidal ou helicoidalmente descascado.
O desenvolvimento do acrossoma começa nos espermatideos precoces frequentemente após a polaridade do núcleo ter sido estabelecida. No Neritimorfa (Gastropoda), a formação do acrossoma começa com a produção de várias pequenas vesículas proacrosômicas de membrana, densas em elétrons, pelo corpo do Golgi, localizado basicamente. Na maioria dos outros taxa o complexo ou complexos de Golgi segregam uma única vesícula proacrosomal (Fig. 2(A)). Conforme o espermatide amadurece, a vesícula migra anteriormente e se posiciona no meio da placa nuclear anterior. Nos caenogastrópodes a migração da vesícula é frequentemente acompanhada pelo corpo do Golgi que continua a produzir material para o acrossoma em desenvolvimento (Fig. 2(E) e (F)). O corpo do Golgi também pode estar associado ao retículo endoplasmático. Durante a migração da vesícula acrossômica ele geralmente adquire material extravesicular e estruturas que eventualmente formam material subvesicular, uma placa basal, ou um pedestal entre o acrossomo e o núcleo (Fig. 2(E)-(H)).
A peça média do introspermatozóide molusco com seu centríolo, centríolo, ou derivado centríolar e mitocôndria varia em complexidade e, portanto, mudanças estruturais durante a espermatogênese também são altamente variáveis. Em cefalópodes que não o Octopoda, numerosas pequenas mitocôndrias não modificadas reúnem-se na extremidade posterior em desenvolvimento do núcleo de espermatide média a tardia para se localizarem dentro de um esporão ou bainha da membrana celular que é adjacente ou circunda a secção anterior da cauda (Fig. 2(C) e (D)). Nos espermatozóides médios dos polvos mitocondriais ocorre a fusão mitocondrial à medida que as mitocôndrias se dispõem ao redor do axônio na base do núcleo. Nos espermatismos médios a tardios dos caenogastrópodes as mitocôndrias também começam a se acumular na região basal do núcleo (Fig. 2(E)) onde se fundem (Fig. 2(F)) para formar elementos mitocondriais modificados que variam em número, comprimento e complexidade estrutural interna entre os taxa. Como o espermatide e seus axonemas se alongam, os elementos mitocondriais rodeiam e se estendem ao longo do axoneme. Em algumas espécies os elementos mitocondriais da espermatozóide média começam a formar uma espiral solta ao redor do axoneme e pelo estágio tardio da espermatida são dispostos como elementos helicoidais contínuos. À medida que as mitocôndrias se fundem, as cristas podem formar uma membrana contínua ou se transformar em estruturas semelhantes a placas.
Em gastrópodes superiores, como os pneumáticos e opisthobranchs, à medida que a espermiogênese prossegue, as axônias continuam a se alongar e as pequenas mitocôndrias migram posteriormente, onde se aglomeram ao longo do axoneme, onde começam a se fundir (Fig. 2(G) e (I)). Ao mesmo tempo, nove fibras de origem desconhecida tornam-se associadas e envolvem o axoneme (Fig. 2(I) e (J)). À medida que a espermatida amadurece, as mitocôndrias continuam a se fundir e se envolvem ao redor do axonêmico como uma bainha (Fig. 2(I) e (J)). À medida que o revestimento progride, o material mitocondrial é transformado e pela espermátida tardia é organizado como camadas paralelas circulares de material de matriz paracristalina no que é referido como uma derivada mitocondrial que se espalha ao longo do axoneme (Healy, 2001). Durante o enrolamento e transformação um ou mais canais tubulares desenvolvem-se dentro da derivada mitocondrial. No esperma maduro esses canais adquirem glicogênio e por isso são chamados de hélices de glicogênio (Fig. 2(H) e (J)). O glicogênio é uma característica dos espermatozóides de muitos moluscos. Este produto de armazenamento geralmente aparece tardiamente na espermiogênese. É frequentemente depositado intra-axonemal e, além disso, uma secção do axoneme (frequentemente a secção posterior) dos espermatideos tardios de caenogastropodes e opisthobranchs torna-se rodeada de glicogénio para formar uma região chamada peça de glicogénio. Até hoje o mecanismo de absorção do glicogênio nos espermatids não foi explicado.
Uma característica da espermiogênese tardia de muitos moluscos taxa é a eliminação do excesso de citoplasma dos espermatids nuclear, das regiões do meio da peça ou da cauda. O excesso de citoplasma com organelas como o corpo de Golgi e retículo endoplasmático pode ser descartado por sloughing citoplasmático e/ou reduzido por autofagia e atividade lisossômica. Uma outra característica da espermiogênese tardia de cefalópodes, alguns caenogastrópodes e pneumáticos é o desenvolvimento de um anel de microtúbulos (chamado manchette) ao redor do núcleo condensador e/ou peça média do espermatide (Fig. 2(C), (D), (H) e (J)). O papel preciso dos microtubulos não foi estabelecido, embora tenha sido sugerido que em algumas espécies eles desempenham um papel em ajudar a formar a forma do espermatozóide.