Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

25.1: Spermatogenese
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Spermatogenesis
 
TRANSCRIPT

25.1: Spermatogenesis

25.1: Spermatogenese

Spermatogenesis is the process by which haploid sperm cells are produced in the male testes. It starts with stem cells located close to the outer rim of seminiferous tubules. These spermatogonial stem cells divide asymmetrically to give rise to additional stem cells (meaning that these structures “self-renew”), as well as sperm progenitors, called spermatocytes. Importantly, this method of asymmetric mitotic division maintains a population of spermatogonial stem cells in the male reproductive tract, ensuring that sperm will continue to be produced throughout a man’s lifespan. As spermatogenesis proceeds, spermatocytes embark on meiosis, and each ultimately divides to form four sperm—each with only 23 chromosomes— that are expelled into the male reproductive tract. Interestingly, this is in contrast to oogenesis in women, during which only a single egg is generated for every progenitor cell.

Spermatogenesis and Capacitation

At the end of spermatogenesis, sperm demonstrate their characteristic shape: a “head” harboring minimal cytoplasm and a highly condensed nucleus, as well as a motile tail (flagellum). They are small cells, with no organelles such as ribosomes, ER or Golgi, but do have many mitochondria around the flagellum for power. Just below the head is the acrosomal vesicle which contains hydrolytic enzymes to penetrate the egg outer coat—the contents are released by exocytosis.

Sperm cells endure an additional maturation process after spermatogenesis termed capacitation. Interestingly, capacitation only occurs in sperm once these cells have been introduced into the female genital tract. Here, components of the female environment—like mucus—elicit critical changes in these gametes, among them the removal of cholesterol from their membranes. This enables different molecules to enter into sperm, such as bicarbonate ions, which can activate new proteins and increase tail movements. Such rigorous motions help sperm to navigate towards, and ultimately infiltrate, the thick protein-based zona pellucida surrounding an egg cell. In addition, cell membrane alterations lead to an increase in the concentration of calcium ions in sperm, which is also necessary for zona pellucida penetration. Thus mature sperm, demonstrating rapid tail activity and the ability to locate, bind and penetrate an egg, require the unique conditions of the female reproductive organs.

Factors that Affect Spermatogenesis

Several factors can affect sperm production. One well-documented influence is exposure to heat in the scrotum: men shown to sit for long periods of time (like cab drivers) or metal welders demonstrate increased risk of infertility or sperm with decreased motility. In addition to temperature, certain drugs have also been determined to have adverse effects on spermatogenesis. These include hormone antagonists used to address prostate conditions, cancer treatments, and even specific antibiotics. As a result, some professionals are emphasizing the need to warn men of the effects of these drugs on their reproductive health, rather than only focusing on what medications a woman planning a pregnancy should avoid.

Spermatogenese is het proces waarbij haploïde zaadcellen worden geproduceerd in de mannelijke testikels. Het begint met stamcellen die zich dicht bij de buitenrand van tubuli seminiferi bevinden. Deze spermatogoniale stamcellen delen asymmetrisch om te zorgen voor extra stamcellen (wat betekent dat deze structuren zichzelf vernieuwen), evenals spermavoorlopers, spermatocyten genaamd. Belangrijk is dat deze methode van asymmetrische mitotische deling een populatie van spermatogoniale stamcellen in het mannelijke voortplantingsstelsel in stand houdt, waardoor wordt gegarandeerd dat sperma gedurende de hele levensduur van een man wordt geproduceerd. Naarmate de spermatogenese vordert, beginnen spermatocyten aan meiose en delen ze zich uiteindelijk om vier sperma te vormen - elk met slechts 23 chromosomen - die in het mannelijke voortplantingsstelsel worden uitgestoten. Interessant is dat dit in tegenstelling is tot oögenese bij vrouwen, waarbij slechts één ei wordt gegenereerd voor elke voorlopercellen.

Spermatogenese en capacitatie

Aan het einde of spermatogenese tonen sperma hun karakteristieke vorm: een "kop" met minimaal cytoplasma en een sterk gecondenseerde kern, evenals een beweeglijke staart (flagellum). Het zijn kleine cellen, zonder organellen zoals ribosomen, ER of Golgi, maar hebben wel veel mitochondriën rond het flagellum voor kracht. Net onder de kop bevindt zich het acrosomale blaasje dat hydrolytische enzymen bevat om de buitenste laag van het ei binnen te dringen - de inhoud wordt vrijgegeven door exocytose.

Spermacellen ondergaan een bijkomend rijpingsproces na spermatogenese genaamd capacitatie. Interessant is dat capacitatie pas in sperma optreedt als deze cellen in het vrouwelijke geslachtsorgaan zijn geïntroduceerd. Hier veroorzaken componenten van de vrouwelijke omgeving - zoals slijm - kritische veranderingen in deze gameten, waaronder de verwijdering van cholesterol uit hun membranen. Hierdoor kunnen verschillende moleculen het sperma binnendringen, zoals bicarbonaationen, die nieuwe eiwitten kunnen activeren en de staartbeweging kunnen vergrotenments. Dergelijke rigoureuze bewegingen helpen het sperma om te navigeren naar en uiteindelijk te infiltreren in de dikke op eiwitten gebaseerde zona pellucida die een eicel omgeeft. Bovendien leiden veranderingen in het celmembraan tot een verhoging van de concentratie van calciumionen in het sperma, wat ook nodig is voor penetratie van zona pellucida . Volwassen sperma, dat een snelle staartactiviteit vertoont en het vermogen om een ei te lokaliseren, te binden en binnen te dringen, vereist dus de unieke omstandigheden van de vrouwelijke voortplantingsorganen.

Factoren die de spermatogenese beïnvloeden

Verschillende factoren kunnen de productie van zaadcellen beïnvloeden. Een goed gedocumenteerde invloed is blootstelling aan hitte in het scrotum: mannen waarvan is aangetoond dat ze lange tijd zitten (zoals taxichauffeurs) of metalen lassers vertonen een verhoogd risico op onvruchtbaarheid of sperma met verminderde beweeglijkheid. Naast temperatuur is ook vastgesteld dat bepaalde geneesmiddelen nadelige effecten hebben op de spermatogenese. Deze omvatten hormoonantagonisten die worden gebruikt om prostaataandoeningen aan te pakkenionen, kankerbehandelingen en zelfs specifieke antibiotica. Als gevolg hiervan benadrukken sommige professionals de noodzaak om mannen te waarschuwen voor de effecten van deze medicijnen op hun reproductieve gezondheid, in plaats van alleen te focussen op welke medicijnen een vrouw die een zwangerschap plant, moet vermijden.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter