background image

Gametogenesis

  

Prof. Dr. Malak A. Al-yawer 


background image

Objectives

 

At the end of this lecture, the medical student will 
be able to 

Identify the different stages of gametogenesis in 
males and females 

Name the functions of sertoli cells  and 
granulosa cells  

Outline the stages of spermiogenesis   


background image

Gametogenesis

 

Is the process of formation of 
gametes from germ cells in the 
testes and ovaries 

Many principles are the same 
in both male and female 

Is divided into 4 stages 

1.

Extragonadal origin of 
primordial germ cells  

2.

Proliferation of germ cells 
by mitosis  

3.

Meiosis  

4.

Structural and functional 
maturation of ova and 
spermatozoa  


background image

primordial germ cells 

Gametes are derived 

from 

primordial germ 

cells (PGCs) 

that are 

formed in the 

epiblast

 

during the second week 

and that move to the 

wall of the yolk sac


background image

primordial germ cells

 

During the fourth week, these 

cells begin to migrate ,by 

ameboid movement , from the 

yolk sac  toward the 

developing gonad

, where 

they arrive by the end of the 

fifth week 

Mitotic divisions increase their 

number during their migration 

and also when they arrive in 

the gonad.  
 
 


background image

Oropharnyngeal teratoma

 

These tumors may arise from 
pluripotent cells  

1.

primordial germ cells or from  

2.

epiblast cells  

Tissues within the tumors 
include derivatives of all 
three germ layers and may 
include gut, bone, skin, teeth, 


background image

Oogenesis

 

Is the process whereby oogonia 
differentiate into mature oocytes  


background image

Oogenesis

 

 

Maturation of Oocytes Begins before Birth 

 

Once 

primordial germ cells 

have arrived in the 

gonad of a genetic female, they differentiate 
into 

oogonia

 . 

 
 


background image

Oogonia 

undergo a number of 

mitotic divisions, 

by the end of the third 

month, they are arranged

 

in clusters 

surrounded by 

a layer of flat epithelial 

cells( follicular cells), 

originate from surface 

epithelium covering the 

ovary. 

The majority of oogonia 

continue to divide by 

mitosis, but some of them  

give rise to primary 

oocytes that enter 

prophase of the first 

meiotic division.  

 

 


background image

By 

the fifth month of 

prenatal development

, the 

total number of germ cells 

in the ovary reaches its 

maximum (7 million). At 

this time, cell death begins, 

and many oogonia as well 

as primary oocytes become 

atretic. 

 

By the seventh month

, the 

majority of oogonia have 

degenerated except for a 

few near the surface. All 

surviving primary oocytes 

have entered prophase of 

meiosis I, and most of them 

are individually 

surrounded by a layer of 

flat epithelial 

cells(primordial follicle 

).  

 


background image

Maturation of the oocytes  
At birth and during childhood  

 

Near the time of birth, 

all 

primary oocytes 

have started 

prophase of meiosis I, but instead 

of proceeding into metaphase, they 

enter 

the diplotene stage 

, a 

resting stage during prophase that 

is characterized by a lacy network 

of chromatin . 

Primary oocytes remain arrested in 

prophase and do not finish their 

first meiotic division before 

puberty is reached. This arrested 

state is produced by 

oocyte 

maturation inhibition (OMI

a small peptide secreted by 

follicular cells.  

The total number of primary 

oocytes at birth is estimated to 

vary from 

700,000 to two million 

During childhood, most oocytes 

become atretic; only approximately 

400,000

 are present by the 

beginning of puberty, and fewer 

than 500 will be ovulated.  


background image

The diplotene stage is the most suitable phase to 
protect the oocyte against environmental influences ?   

Some oocytes that reach maturity late in life 

have been dormant in the diplotene stage of the 

first meiotic division for 40 years or more before 

ovulation.  

The fact that the risk of having children with 

chromosomal abnormalities increases with 

maternal age indicates that primary oocytes are 

vulnerable to damage as they age. 
 


background image

Ovarian Cycle

  

At puberty, the female begins to undergo regular 
monthly cycles.  

Gonadotropin-releasing hormone (GnRH), 
produced by the hypothalamus, acts on cells of 
the anterior pituitary gland, which in turn 
secrete gonadotropins. These hormones, follicle-
stimulating hormone (FSH) and luteinizing 
hormone (LH), stimulate and control cyclic 
changes in the ovary  


background image

Each month, 15 to 20 follicles selected from the pool 

of primordial follicles  begin to mature and  passing 

through three stages: 

(1) primary,  

(2) secondary or antral, and  

(3) Tertiary  or mature vesicular (Graafian) follicle.  

The antral stage is the longest, whereas the mature 

vesicular stage encompasses approximately 37 hours 

before ovulation. 

Under normal conditions, only one of these follicles 

reaches full maturity, and the others degenerate and 

become atretic.  

corpus atreticum: When a follicle becomes atretic, 

the oocyte and surrounding follicular cells 

degenerate and are replaced by connective tissue 

 


background image

Unilaminar primary follicle  

Primary oocyte 
surrounded by a layer 
of cuboidal epithelium  

Beginning of zona 
pellucida  

A

  

Primordial follicle

 

B

  

Primary follicle

 

1

  

Oocyte 

 

2

 

Follicular epithelium

 

 


background image

Multilaminar primary follicle  

Follicular cells proliferate 

under the influence of FSH 

and produce a stratified 

epithelium of granulosa cells  

Zona pellucida a layer of 

glycoproteins on the surface 

of the oocytes secreted by the 

Granulosa cells and the 

oocytes. 

A basement membrane 

separating the granulosa cells 

from the theca folliculi   


background image

Secondary ( vesicular , antral ) 

fluid –filled spaces appear between the granulosa cells .coalescence of 

these spaces form the antrum which is crescent shaped, but with time, 

it enlarges . Granulosa cells surrounding the oocyte remain intact and 

form the cumulus oophorus. 

The follicle is surrounded by the theca interna, which is composed of 

cells having characteristics of steroid secretion, rich in blood vessels, 

and the theca externa, which gradually merges with the ovarian 

connective tissue  


background image

Tertiary follicle 

there is an abrupt increase in 

LH that causes the primary 

oocyte to complete meiosis I 

and the follicle to enter the 

preovulatory stage. 


background image

Maturation of the oocyte. 

Meiosis I is completed, resulting in formation of two 

daughter cells of unequal size, each with 23 double-

structured chromosomes . One cell, the secondary oocyte, 

receives most of the cytoplasm; the other, the first polar 

body, receives practically none. The first polar body lies 

between the zona pellucida and the cell membrane of the 

secondary oocyte in the perivitelline space. 

The cell then enters meiosis II but arrests in metaphase 

approximately 3 hours before ovulation. 


background image

Meiosis II is completed only if the oocyte is 
fertilized; otherwise, the cell degenerates 
approximately 24 hours after ovulation.  

The first polar body may undergo a second 
division 
 


background image

Ovulation  

The oocyte, in metaphase of 

meiosis II, is discharged from 

the ovary together with a 

large number of cumulus 

oophorus cells.  

Some of the cumulus 

oophorus cells then rearrange 

themselves around the zona 

pellucida to form the corona 

radiata  

Follicular cells remaining 

inside the collapsed follicle 

differentiate into lutean cells.  


background image

Ovulation 

is  generally accompanied by a 
rise in basal temperature &  

there is  middle pain  


background image

Corpus Luteum

  

After ovulation, 

granulosa 

cells 

remaining in the wall of the 

ruptured follicle, together with 

cells from the theca interna

are vascularized by surrounding 

vessels. 

 

Under the influence of LH

these cells develop a yellowish 

pigment and change into lutean 

cells, which form the corpus 

luteum and secrete the hormone 

progesterone . 

 Progesterone, together with 

estrogenic hormones, causes the 

uterine mucosa to enter the 

progestational or secretory stage 

in preparation for implantation 

of the embryo. 


background image

Fate of the corpus luteum 

If  fertilization does not 

occur

, the corpus luteum 

reaches maximum 

development approximately 9 

days after ovulation.  

 Subsequently, the corpus 

luteum shrinks because of 

degeneration of lutean cells 

and forms a mass of fibrotic 

scar tissue, the 

corpus 

albicans.  

If the oocyte is fertilized

, the 

corpus luteum continues to grow and 

forms the 

corpus luteum of 

pregnancy 

(corpus luteum 

graviditatis). 

 By the end of the third month, this 

structure may be one third to one 

half of the total size of the ovary. 

 Yellowish luteal cells continue to 

secrete progesterone until the end of 

the fourth month; thereafter, they 

regress slowly as secretion of 

progesterone by the trophoblastic 

component of the placenta becomes 

adequate for maintenance of 

pregnancy.  

Removal of the corpus luteum of 

pregnancy before the fourth month 

usually leads to abortion

.  


background image

Three moments in the life of a woman are apparent in which atresia 

takes place more rapidly

.

 

The largest decrease 

occurs in the 

20th week after the maximum 
number of 7 million germ cells (per 
ovary) is reached, thus still in the 
fetal period

 Immediately following birth a 
further, 

short period of 

accelerated decline happens

.  

The third, 

temporally longest 

period, of increased decline 

takes place during puberty


background image

Spermatogenesis

 

Is a complex series of changes by 
which spermatogonia are 
transferred into spermatozoa . 
 


background image

In the male infant  

Germ cells 

can be 

recognized in the 

sex 

cords of the testis 

as large, 

pale cells surrounded by 

supporting cells . 

 

Supporting cells

, which are 

derived from the surface 

epithelium of the gland in the 

same manner as follicular 

cells, become 

sustentacular 

cells, or Sertoli cells

 .   


background image

Shortly before puberty,  

the sex cords acquire a lumen 
and become the seminiferous 
tubules.  

Maturation of Sperm Begins at 
Puberty 

At about the same time, 
primordial germ cells give rise 
to spermatogonial stem cells.  
 


background image

Spermatogenesis 

can be divided into 3 phases : 

 

 

a. spermatocytosis  

b. meiosis  

C. spermiogenesis   
 


background image

spermatocytosis 

Spermatogonia proliferate by mitotic division to 
replace themselves and to produce primary 
spermatocytes  


background image

Meiosis  

2 successive 
divisions  

Meiosis I produce 
secondary 
spermatocytes  

Meiosis II produce 
spermatids  


background image

The progeny of a single spermatogonium form a clone of 
germ cells that maintain contact throughout differentiation 

Spermatogonia and 

spermatids remain 

embedded in deep 

recesses of Sertoli cells 

throughout their 

development. 


background image

 

The sertoli cells are supporting cells that 

have several functions

 

They form the blood-testes 

barrier: nutrients, and 

circulating substances do 

not directly reach the germ 

cells 

They form invaginations 

surrounding the 

spermatocytes, spermatids 

and developing 

spermatozoa and are 

nutritive to them. 

 They also produce 

antigen-binding proteins, 

which are necessay for 

spermiogenesis.   

 


background image

Spermiogenesis 

The series of changes resulting in the transformation of spermatids into 

spermatozoa include  

(a) formation of the acrosome, which covers half of the nuclear surface and 

contains enzymes to assist in penetration of the egg and its surrounding 

layers during fertilization ;  

(b) condensation of the nucleus; 

(c) formation of neck, middle piece, and tail; and 

(d) shedding of most of the cytoplasm.  


background image

In humans, the time required 

for a spermatogonium to 

develop into a mature 

spermatozoon is 

approximately 74 days, and 

approximately 300 million 

sperm cells are produced daily. 

 
 

When fully formed, 

spermatozoa enter the lumen 

of seminiferous tubules. From 

there, they are pushed toward 

the epididymis by contractile 

elements in the wall of the 

seminiferous tubules. 

 Although initially only slightly 

motile, spermatozoa obtain 

full motility in the epididymis. 


background image

Clinical Correlates

 

 

Abnormal Gametes 

A. Primordial follicle with two oocytes.  

B. Trinucleated oocyte.  

C. Various types of abnormal spermatozoa.  


background image

Thank you  

 

Next Lecture:  

 

Fertilization  


background image

Key words of Fertilization  

Capacitation  

acrosome reaction  

Fast block to polyspermy 

Slow block to poly spermy  

Contraceptive Methods 

Infertility 

In vitro Fertilization (  IVF ) 

Intracytoplasmic sperm injection  
 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 14 عضواً و 162 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل