Spermiogeneza Introspermelor
Introspermenele sunt produse de toate cefalopodele, neomenioidele (Aplacophora), câteva bivalve și multe grupuri de gasteropode, inclusiv caenogastropode, opistobranhice și pulmonate. Introspermele moluștelor sunt extrem de variabile și au o structură mai complexă, cu o varietate de modificări ale regiunilor capului, ale părții centrale și ale cozii. Modificările morfologice care apar în timpul spermiogenezei reflectă, prin urmare, această variabilitate. Spermatozoizii timpurii, precum cei de acvaforte, tind să aibă un nucleu sferic cu un mozaic de heterocromatină [Fig. 2(A)], iar în timpul acestui stadiu se poate forma un material electronic-dens numit plăci la viitorul pol posterior sau la polii anterior și posterior ai suprafeței nucleare. Placa anterioară este de obicei compusă dintr-un strat de material extranuclear, în timp ce placa posterioară pare să fie cauzată de îngroșarea membranei nucleare interne. La spermatozoizii timpurii, citoplasma are numeroase mitocondrii, adesea mai mult de un corp Golgi, reticul endoplasmatic bine dezvoltat și unul sau doi centrioli [unele dintre aceste caracteristici sunt prezentate în Fig. 2(A) și (B)]. Pe măsură ce spermatozoizii se maturizează, se alungesc, timp în care nucleul își schimbă forma și are loc condensarea cromatinei.
Fig. 2. Reprezentarea schematică (interpretată pe baza imaginilor de la microscopul electronic cu transmisie) a unor etape ale spermiogenezei introspermale la unii taxoni de moluște. A, Spermatozoizi timpurii care prezintă nuclee cu un mozaic de cromatină. B și C. Spermatide medii în care cromatina devine granulară. Observați polaritatea în curs de dezvoltare a celulei, cu vezicula acrozomală (AV) poziționată la polul anterior. D. Spermatidă târzie cu cromatină fibroasă în nucleu. Observați microtubulii (MT) care înconjoară nucleul. E. Spermatidă mijlocie cu condensarea cromatinei care începe la periferia nucleului. De asemenea, nucleul s-a invaginat posterior pentru a forma fosa nucleară posterioară care găzduiește complexul centriolar (CE). F. Spermatidă târzie cu nucleul și piesa mediană alungite. Cromatina are acum un aspect fibros, iar nucleul s-a invaginat complet pentru a forma un canal central care găzduiește complexul centriolar (CE) și axonemul (AX). G și H. Secțiuni longitudinale prin spermatozoizii târzii care arată etapele de dezvoltare a derivatului mitocondrial (MD). I. Secțiune transversală prin piesa mediană în faza timpurie de formare a derivatului mitocondrial. J. Secțiune transversală prin piesa mediană într-o fază târzie de formare a derivatului mitocondrial. AP, piedestal acrozomal; AV, veziculă acrozomală; AX, axonem; BP, placă bazală; CE, centrioli ai complexului centriolar; CF, fibră grosieră; F, flagel; G, corp Golgi; GH, helix de glicogen; M, mitocondrion; MD, derivat mitocondrial; MT, microtubuli; N, nucleu; RER, reticul endoplasmatic dur; săgeată, punte citoplasmatică. Nu este desenată exact la scară.
A-D: un cefalopod decapod (modificat după Healy, J., 1990. Ultrastructura spermatozoizilor și spermiogeneza la Spirula spirula (L.): Importanță sistematică și comparație cu alte cefalopode. Helgoländer Meeresuntersuchungen 44, 109-123); E și F: un caenogastropod (modificat după Buckland-Nicks, J., Williams, D., Chia, F-S., Fontaine, A., 1983. Studii privind spermatozoizii polimorfi ai unui melc marin. 2. Geneza spermatozoizilor eupireni. Gamete Research 7, 19-37); G-J: un gasteropod pulmonat (modificat după Healy, J., 2001. Spermatogeneza și oogeneza. În: Barker, G.M. (ed.), The Biology of Terrestrial Molluscs (Biologia moluștelor terestre). Oxon: CABI Publishing, pp. 357-382).
La cefalopodele decapode (sepie și calmar) există o fază granulară de condensare a cromatinei (Fig. 2(B)) similară cu cea descrisă pentru spermatidele timpurii ale aquaspermului. Granulele de 20 nm devin distribuite omogen în tot nucleul. Pe măsură ce spermatida se maturizează, acești granule de cromatină se transformă structural și biochimic. Granulele sunt remodelate în fibre subțiri (cu un diametru de aproximativ 35 nm) cu o orientare antero-posterioară (Fig. 2(D)) care conțin histone hiperacetilate și un precursor al protaminei (Chiva et al., 2011). Grosimea fibrelor crește apoi până la aproximativ 50 nm în diametru, cu o creștere a precursorului de protamină și o scădere a histonei hiperacetilate. În cele din urmă, fibrele mai groase se unesc, ceea ce are ca rezultat un nucleu uniform de densitate electronică, iar în acest stadiu protamina este acum asociată cu ADN-ul. La cefalopodele octopode, tranziția proteinelor nucleare în timpul spermiogenezei este similară cu cea de la decapode, dar condensarea cromatinei este oarecum diferită prin faptul că începe în regiunile polare (dezvoltarea anterioară și posterioară a spermatozoizilor) ale nucleului, mai degrabă decât simultan în întregul nucleu. Apoi, condensarea cromatinei se răspândește progresiv în tot nucleul. La multe caenogastropode, după faza granulară fină, condensarea cromatinei are loc mai întâi la periferia nucleului [Fig. 2(E)], răspândindu-se spre interior, în timp ce la pulmonate, condensarea cromatinei are loc în mod uniform în tot nucleul. Aceasta este urmată apoi de faza fibrilară (Fig. 2(F) și (G)), timp în care histonele sunt transformate treptat și continuu, printr-o serie de precursori de protamină, în protamină (Chiva et al., 2011). Faza finală a schimbării cromatinei implică o fază lamelară, lamelele coalizându-se în cele din urmă pentru a rezulta nucleul uniform de densitate electronică.
În timpul condensării cromatinei, schimbarea formei nucleare a introspermului poate fi profundă. Schimbarea formei începe mai întâi cu nucleul care se invaginează posterior pentru a forma ceea ce va deveni fosa de implantare pentru centriolul (centrii) sau derivatul centriolar (Fig. 2(C)-(H)). La unele caenogastropode, nucleul spermatidic alungit se dezvoltă ca un tub lung din cauza formării unui canal intranuclear central [Fig. 2(F)]. Acest lucru este determinat de adâncirea treptată a fosei de implantare. Pe măsură ce fosa se adâncește, centriolul (centriolele) sau derivatul centriolar migrează în canal împreună cu axonemul care, prin urmare, pătrunde pe toată lungimea nucleului [Fig. 2(F)]. La alte gasteropode, cum ar fi opistobranhiile, pulmonatele și unele cefalopode, nucleul spermatidelor mai târzii suferă o oarecare torsiune [Fig. 2(H)], devenind elicoidal sau cu cheiță elicoidală.
Dezvoltarea acrozomului începe la spermatidele timpurii, adesea după ce polaritatea nucleului a fost stabilită. La Neritimorpha (Gastropoda), formarea acrozomului începe cu producerea mai multor vezicule proacrozomale mici, legate de membrană și dense din punct de vedere electronic, de către corpul Golgi situat la bază. La majoritatea celorlalți taxoni, complexul sau complexele Golgi secretă o singură veziculă proacrozomală [Fig. 2(A)]. Pe măsură ce spermatidul se maturizează, vezicula migrează anterior și se poziționează în mijlocul plăcii nucleare anterioare. La caenogastropode, migrarea veziculei este adesea însoțită de corpul Golgi, care continuă să producă material pentru acrozomul în curs de dezvoltare [Fig. 2(E) și (F)]. Corpul Golgi poate fi, de asemenea, asociat cu reticulul endoplasmatic. În timpul migrării veziculei acrozomale, aceasta dobândește de obicei material extravesicular și structuri care în cele din urmă formează material subvesicular, o placă bazală sau un piedestal între acrozom și nucleu (Fig. 2(E)-(H)).
Piesa mediană a introspermului de moluște cu centriolul, centriolele sau derivatul centriolar și mitocondriile sale variază în complexitate și, prin urmare, modificările structurale în timpul spermiogenezei sunt, de asemenea, foarte variabile. La cefalopode, altele decât Octopoda, numeroase mitocondrii mici și nemodificate se adună la capătul posterior în curs de dezvoltare al nucleului spermatidelor medii sau târzii pentru a se localiza în interiorul unui pinten sau înveliș al membranei celulare care este adiacent sau înconjoară secțiunea anterioară a cozii [Fig. 2(C) și (D)]. În cazul spermatidelor mijlocii ale octopodelor, fuziunea mitocondrială are loc pe măsură ce mitocondriile se aranjează în jurul axonemului de la baza nucleului. La spermatidele mijlocii și târzii ale caenogastropodelor, mitocondriile încep, de asemenea, să se acumuleze în regiunea bazală a nucleului [Fig. 2(E)], unde fuzionează [Fig. 2(F)] pentru a forma elemente mitocondriale modificate care variază în funcție de taxon în ceea ce privește numărul, lungimea și complexitatea structurală internă. Pe măsură ce spermatidul și axonemul său se alungesc, elementele mitocondriale înconjoară și se extind de-a lungul axonemului. La unele specii, elementele mitocondriale ale spermatidei mijlocii încep să formeze o spirală liberă în jurul axonemului, iar în stadiul de spermatidă târzie sunt dispuse ca elemente elicoidale continue. Pe măsură ce mitocondriile fuzionează, cristele pot forma o membrană continuă sau se pot transforma în structuri asemănătoare unor plăci.
La gasteropodele superioare, cum ar fi pulmonatele și opistobranhii, pe măsură ce spermiogeneza avansează, axonemul continuă să se alungească, iar mitocondriile mici migrează posterior, unde se grupează de-a lungul axonemului, unde încep să fuzioneze (Fig. 2(G) și (I)). În același timp, nouă fibre de cursă de origine necunoscută se asociază cu axonemul și îl înconjoară (Fig. 2(I) și (J)). Pe măsură ce spermatozoidul se maturizează, mitocondriile continuă să fuzioneze și se înfășoară în jurul axonemului sub forma unui înveliș (Fig. 2(I) și (J)). Pe măsură ce înfășurarea progresează, materialul mitocondrial se transformă și, până la spermatida târzie, se organizează sub formă de straturi circulare paralele de material matriceal paracristalin în ceea ce se numește un derivat mitocondrial care se înfășoară în spirală de-a lungul axonemului (Healy, 2001). În timpul înfășurării și transformării se dezvoltă unul sau mai multe canale tubulare în cadrul derivatului mitocondrial. În spermatozoizii maturi, aceste canale capătă glicogen și, prin urmare, se numesc elice de glicogen [Fig. 2(H) și (J)]. Glicogenul este o caracteristică a spermatozoizilor multor moluște. Acest produs de stocare apare de obicei târziu în spermiogeneză. Este adesea depozitat intra-axonemial și, în plus, o secțiune a axonemului (adesea secțiunea posterioară) a spermatidelor târzii ale caenogastropodelor și opistobranhilor devine înconjurată de glicogen pentru a forma o regiune numită bucată de glicogen. Până în prezent, mecanismul de absorbție a glicogenului în spermatozoizi nu a fost explicat.
O caracteristică a spermiogenezei târzii a multor taxoni de moluște este eliminarea excesului de citoplasmă din regiunile nucleară, a piesei medii sau a cozii spermatidelor. Excesul de citoplasmă cu organite, cum ar fi corpul Golgi și reticulul endoplasmatic, poate fi eliminat prin sloughing citoplasmatic și/sau redus prin autofagie și activitate lizozomală. O altă caracteristică a spermiogenezei târzii la cefalopode, la unele caenogastropode și la pulmonate este dezvoltarea unui inel de microtubuli (numit manțetă) în jurul nucleului de condensare și/sau a părții centrale a spermatidei [Fig. 2(C), (D), (H) și (J)]. Rolul precis al microtubulilor nu a fost stabilit, deși s-a sugerat că, la unele specii, aceștia joacă un rol în a ajuta la formarea formei spermatozoidului.
.