background image

Genital System  

Prof. Dr. Malak A. Al-yawer  


background image

Learning Objectives  

 At the end of this lecture, the 1

st

 medical student will be 

able to:    

 State  the role of the Y chromosome in sex determination. 
 Compare between male & female  gonad development 
 State the molecular regulation of genital duct development   
 Compare between male & female duct development 

(mesonephric/paramesonephric ducts) . 

 Compare between male and female external genitalia 

development   

 List the differences  between the descent of the gonads in 

male and female  

 State some clinical correlates  


background image

Sex differentiation 

 is a complex process that 

involves many genes, including 

some that are autosomal.  

 The key to sexual dimorphism 

is the Y chromosome, which 

contains the testis determining 

gene called the SRY (sex-

determining region on Y) gene 

on its short arm.  

 SRY gene  
 under its influence, male 

development occurs;  

 in its absence, female 

development is established. 
 

 the sex of the embryo is 

determined genetically at the 
time of fertilization 

 the gonads do not acquire 

male or female 
morphological characteristics
 
until the 7

th

 week of 

development.  
 


background image

The genital or gonadal ridges 

• Gonads appear initially as a pair 

of longitudinal ridges, the genital 
or gonadal ridges
  

• They are formed by proliferation 

of the epithelium and a 
condensation of underlying 
mesenchyme.  

• Germ cells do not appear in the 

genital ridges until the 6

th

 week 

of development

 
 


background image

Primordial germ cells 

• Primordial germ cells originate in 

the epiblast, migrate through the 

primitive streak, and by the 3

rd

 

week reside among endoderm cells 

in the wall of the yolk sac close to 

the allantois.   

• During the 4th week, they migrate 

by amoeboid movement along the 

dorsal mesentery of the hindgut 

,arriving at the primitive gonads at 

the beginning of the 5

th

 week and 

invading the genital ridges in the 6

th

 

week.  

• If they fail to reach the ridges, the 

gonads do not develop. Hence, the 

primordial germ cells have an 

inductive influence on development 

of the gonad into ovary or testis.  

 


background image

Indifferent gonad 

• Shortly before and during arrival of primordial germ cells, the 

epithelial cells of the genital ridge proliferates, and penetrate 

the underlying mesenchyme  and they form a number of 

irregularly shaped cords called  the primitive sex cords.  

• In both male and female embryos, these cords are connected to 

surface epithelium, and it is impossible to differentiate between 

the male and female gonad. Hence, the gonad is known as the 

indifferent gonad


background image

Testis 

 Under influence of the SRY gene on the Y 

chromosome, the primitive sex cords 

continue to proliferate and penetrate deep 

into the medulla to form the testis or 

medullary cords 

 Toward the hilum of the gland, the cords 

break up into a network of tiny cell strands 

that later give rise to tubules of the rete 

testis

 During further development, a dense layer of 

fibrous connective tissue, the tunica 

albuginea ,

  separates the testis cords from 

the surface epithelium. 

 In the 4

th

 month, the testis cords  

 become horseshoe shaped, and their 

extremities are continuous with those of the 

rete testis  

 are composed of primitive germ cells and 

sustentacular cells of Sertoli derived from the 

surface epithelium of the gland. 

 remain solid until puberty, when they acquire 

a lumen, thus forming the seminiferous 

tubules.  

 Once the seminiferous tubules are canalized, 

they join the rete testis tubules, which in turn 

enter the ductuli efferentes.  

 


background image

Interstitial cells of Leydig 

• derived from the original mesenchyme of the 

gonadal ridge which  lie between the testis 
cords.  

• They begin development shortly after onset of 

differentiation of these cords.  

• By the 8

th

 week of gestation, Leydig cells begin 

production of testosterone, and the testis is 
able to influence sexual differentiation of the 
genital ducts and external genitalia. 


background image

Ovary 

• In female embryos

primitive sex cords 

dissociate into irregular cell clusters

• These clusters, containing groups of 

primitive germ cells, occupy the 

medullary part of the ovary. Later, they 

disappear and are replaced by a vascular 

stroma that forms the ovarian medulla

• The surface epithelium of the female 

gonad, unlike that of the male, continues 

to proliferate. In the 7

th

 week, it gives 

rise to a second generation of cords

cortical cords, which penetrate the 

underlying mesenchyme but remain 

close to the surface. 

• At the 3rd monthCortical cords split 

into isolated cell clusters, with each 

surrounding one or more primitive germ 

cells.  

• Germ cells subsequently develop into 

oogonia, and the surrounding epithelial 

cells, descendants of the surface 

epithelium, form follicular cells 
 


background image

Influence of primordial germ cells on 

indifferent gonad  


background image

 
 
 
 
Molecular Regulation of Genital Duct Development 
In both males and females, SOX9 and WNT4 are 
expressed in the gonadal ridges 
 
 
 

 


background image

Molecular Regulation of Genital Duct 

Development in male  

• SRY appears to act in conjunction with the autosomal gene 

SOX9

• Initially, SRY and/or SOX9 

induce the testes to secrete FGF9 

that causes tubules from the mesonephric duct to penetrate 
the gonadal ridge. 

• Next, SRY either directly or indirectly (through SOX9) up 

regulates production of steroidogenesis factor 1 (SF1) that 
stimulates differentiation of Sertoli and Leydig cells.   

• SF1 working with SOX9 elevates the concentration of AMH 

leading to regression of the paramesonephric (müllerian) 
ducts. 
 


background image

Molecular Regulation of Genital Duct 

Development in female  

• WNT4 is the ovary-determining gene. This gene up regulates 

DAX1, a member of the nuclear hormone receptor family, that 
inhibits the function of SOX9.  

• WNT4 regulates expression of other genes responsible for 

ovarian differentiation 

• Estrogens are also involved in sexual differentiation and under 

their influence, the paramesonephric (müllerian) ducts are 
stimulated to form the uterine tubes, uterus, cervix, and upper 
vagina
. In addition, estrogens act on the external genitalia at the 
indifferent stage to form the labia majora, labia minora, clitoris, 
and lower vagina  


background image

Indifferent Stage  

• Initially, both male and female embryos have two pairs of genital 

ducts:  

1. mesonephric (wolffian) ducts and  
2. paramesonephric (müllerian) ducts
 . 
• The paramesonephric duct arises as a longitudinal invagination of 

the epithelium on the anterolateral surface of the urogenital 

ridge. Cranially, the duct opens into the abdominal cavity with a 

funnel-like structure. Caudally, it first runs lateral to the 

mesonephric duct, then crosses it ventrally to grow 

caudomedially. 


background image

• In  the midline, the 

paramesonephric  duct comes in 

close contact with the 

paramesonephric duct from the 

opposite side. 

• The two ducts are initially 

separated by a septum but later 

fuse to form the uterine canal.  

• The caudal tip of the combined 

ducts projects into the posterior 

wall of the urogenital sinus, where 

it causes a small swelling, the 

paramesonephric or müllerian 

tubercle 

• The mesonephric ducts open into 

the urogenital sinus on either side 

of the müllerian tubercle


background image

 

Genital Ducts in the Male 

 

• As the mesonephros regresses, a few 

excretory tubules, the epigenital tubules
establish contact with cords of the rete 
testis and finally form the Efferent 
ductules of the testis . 

• Excretory tubules along the caudal pole 

of the testis, the paragenital tubules, do 
not join the cords of the rete testis .Their 
vestiges are collectively known as the 
paradidymis

• Except for the most cranial portion, the 

appendix epididymis, the mesonephric 
ducts persist and form the main genital 
ducts : 
 

 the (ductus) epididymis.  
 the ductus deferens.  
 the ejaculatory duct.  

 


background image

 

Genital Ducts in the Female 

  

• The paramesonephric ducts 

develop into the main genital 

ducts of the female. 

•  Initially, three parts can be 

recognized in each duct( : 

1. a cranial vertical portion that 

opens into the abdominal cavity  ,

(  

2. a horizontal part that crosses the 

mesonephric duct, and 

3. a caudal vertical part that fuses 

with its partner from the opposite 

side. 

• With descent of the ovary, the first 

two parts develop into the uterine 

tube and the caudal parts fuse to 

form the uterine canal . 


background image

• When the second part of the paramesonephric ducts moves 

mediocaudally, the urogenital ridges gradually come to lie in a 

transverse plane

• After the ducts fuse in the midline, a broad ligament of the uterus is 

established  which  extends from the lateral sides of the fused 

paramesonephric ducts toward the wall of the pelvis.  The uterine tube 

lies in its upper border, and the ovary lies on its posterior surface . 

• The fused paramesonephric ducts give rise to the corpus and cervix of 

the uterus. They are surrounded by a layer of mesenchyme that forms 

the muscular coat of the uterus, the myometrium, and its peritoneal 

covering, the perimetrium. 
 
 


background image

Vagina 

• Shortly after the solid tip of the 

paramesonephric ducts reaches 

the urogenital sinus, two solid 

evaginations (sinovaginal bulbs) 

grow out from the pelvic part of 

the sinus. 

• The sinovaginal bulbs, proliferate 

and form a solid vaginal plate

• Proliferation continues at the 

cranial end of the plate, 

increasing the distance between 

the uterus and the urogenital 

sinus.  

• (A:9weeks; B: end of 3

rd

 month) 


background image

• By the 5

th

  month, the vaginal 

outgrowth is entirely canalized. 
The wing-like expansions of the 
vagina around the end of the 
uterus, the vaginal fornices, are 
of paramesonephric origin . 

• Thus, the vagina has a dual 

origin, with the upper portion 
derived from the uterine canal 
and the lower portion derived 
from the urogenital sinus. 

• (C: Newborn) 

 


background image

The hymen 

The lumen of the vagina remains separated from that of the 
urogenital sinus by a thin tissue plate, the hymen, which 
consists of 

1.  the epithelial lining of the sinus and 
2.  a thin layer of vaginal cells.  

It usually develops a small opening during perinatal life


background image

Uterine and Vaginal Defects 

• Duplications of the uterus result from lack of fusion of the 

paramesonephric ducts in a local area or throughout their 

normal line of fusion. 

• If the sinovaginal bulbs fail to fuse a double vagina results  
•  If the sinovaginal bulbs do not develop at all, atresia of the 

vagina, results  

 


background image

Vestigial Structures Derived 

from Embryonic Genital Ducts  

 Mesonephric Duct Remnants in Males  

• The cranial end of the mesonephric duct 

may persist as an appendix of the 

epididymis 

• Some mesonephric tubules may persist 

as a small body, the paradidymis.  

 Paramesonephric Duct Remnants in 

Males  

• The cranial end of the paramesonephric 

duct may persist as a vesicular appendix 

of the testis 

• The prostatic utricle, a small saclike 

structure that opens into the prostatic 

urethra, is homologous to the vagina.  

• The seminal colliculus, a small elevation 

in the posterior wall of the prostatic 

urethra, is the adult derivative of the 

sinus tubercle. It is homologous to the 

hymen in the female. 
 


background image

Mesonephric Duct Remnants in 

Females  

• The female may retain some 

remnants of the cranial and 
caudal excretory tubules in the 
mesovarium, where they form 
the epoophoron  and 
paroophoron
, respectively. 

• The cranial end of the 

mesonephric duct may persist 
as an appendix vesiculosa 
found in the epoophoron  

• a small caudal portion  of 

mesonephric duct  may be 
found in the wall of the uterus 
or vagina. Later in life it may 
form Gartner's cyst.  


background image

External Genitalia /Indifferent Stage 

• In the 3

rd

 week of development, 

mesenchyme cells originating in the 

region of the primitive streak migrate 

around the cloacal membrane to 

form a pair of slightly elevated 

cloacal folds  

• Cranial to the cloacal membrane the 

folds unite to form the 

genital 

tubercle.  

• Caudally the folds are subdivided 

into 

urethral folds

 anteriorly and 

anal folds

 posteriorly. 

• Another pair of elevations, the 

genital swellings, becomes visible on 

each side of the urethral folds.  

• These swellings later form the scrotal 

swellings in the male and the labia 

majora in the female 

• At the end of the 6th week

however, it is impossible to 

distinguish between the two sexes. 
 
 


background image

External Genitalia in the Male  (phallus) 

• Development of the external genitalia in the 

male is under the influence of androgens 

secreted by the fetal testes and is 

characterized by rapid elongation of the 

genital tubercle, which is now called the 

phallus. 

• During this elongation, the phallus pulls the 

urethral folds forward so that they form the 

lateral walls of the urethral groove.  

• This groove extends along the caudal aspect 

of the elongated phallus but does not reach 

the most distal part, the glans. 

•  The epithelial lining of the groove, which 

originates in the endoderm, forms the 

urethral plate 

• At the end of the 3rd month, the two 

urethral folds close over the urethral plate

forming the penile urethra.  

• This canal does not extend to the tip of the 

phallus.  


background image

External Genitalia in the Male 

 (external urethral meatus) 

• The most distal portion of the 

urethra is formed during the 4

th

 

month 

• Ectodermal cells from the tip of 

the glans penetrate inward and 
form a short epithelial cord.  

• This cord later obtains a lumen

thus forming the external 
urethral meatus


background image

External Genitalia in the Male 

 (Scrotal swellings) 

• The genital swellings, known in 

the male as the scrotal swellings
arise in the inguinal region. 

• They move caudally, and each 

swelling then makes up half of 
the scrotum.  

• The two are separated by the 

scrotal septum. 


background image

 

D

efects in the Male Genitalia 

  

•  In Hypospadias, fusion of the 

urethral folds is incomplete, and 

abnormal openings of the urethra 

occur along the inferior aspect of 

the penis, usually near the glans, 

along the shaft, or near the base 

of the penis . In rare cases, the 

urethral meatus extends along the 

scrotal raphe. 

• Epispadias is a rare abnormality in 

which the urethral meatus is 

found on the dorsum of the penis.  

• Although epispadias may occur as 

an isolated defect, it is most often 

associated with exstrophy of the 

bladder.  


background image

Defects in the Male Genitalia 

• Micropenis occurs 

when there is 
insufficient androgen 
stimulation
 for growth 
of the external 
genitalia.  

• Micropenis is usually 

caused by primary 
hypogonadism or 
hypothalamic or 
pituitary dysfunction.  

• Bifid penis ( double 

penis) may occur if the 

genital tubercle splits

 


background image

External Genitalia in the Female  

• Estrogens stimulate development of 

the external genitalia of the female. 

• The genital tubercle elongates only 

slightly and forms the clitoris  

• Urethral folds do not fuse, as in the 

male, but develop into the labia 

minora 

• Genital swellings enlarge and form 

the labia majora . 

• The urogenital groove is open and 

forms the vestibule.  

• Although the genital tubercle does 

not elongate extensively in the 

female, it is larger than in the male 

during the early stages of 

development.  

• In fact, using tubercle length as a 

criterion (as monitored by ultrasound) 

has resulted in mistakes in 

identification of the sexes during the 

third and fourth months of gestation.  

 


background image

Descent of the gonads 

• Both male and female gonads descend from the 

10th thoracic level 

• Females descend less than males 

• In Males there are 3 phases of the descent 

1)

 Caudal displacement due to regression of the 

mesonephic kidneys 

2)

 Transabdominal descent to the Inguinal ring 

caused by regression of the Mullerian ducts 

3)

 Transinguinal descent into the scrotum guided by 

the gubernaculum into the vaginal process 


background image

Descent of the Testes 

• Toward the end of the 2

nd

  

month, the urogenital 
mesentery
 attaches the 
testis and mesonephros to 
the posterior abdominal 
wall. 

• With degeneration of the 

mesonephros, the 
attachment serves 

as a 

mesentery for the gonad. 


background image

Descent of the Testes 

 

• Caudally, it becomes 

ligamentous and is known 
as the caudal genital 
ligament
.  

• Also extending from the 

caudal pole of the testis is a 
mesenchymal condensation 
rich in extracellular 
matrices, the 
Gubernaculum . 


background image

The Gubernaculum 

• Prior to descent of the testis, the Gubernaculum terminates 

in the inguinal region between the differentiating internal 

and external abdominal oblique muscles. 

•  Later, as the testis begins to descend toward the inguinal 

ring, an extra-abdominal portion of the gubernaculum forms 

and grows from the inguinal region toward the scrotal 

swellings.  

• When the testis passes through the inguinal canal, this extra-

abdominal portion contacts the scrotal floor (the 

gubernaculum forms in females also, but in normal cases it 

remains rudimentary). 

 


background image

 
 

• Normally, the testes 

reach

 the inguinal region 

by approximately 

12 

weeks’

 gestation, 

 * 

migrate

 through the 

inguinal canal by 

28 

weeks, and 

 * 

reach

 the scrotum by 

33 

weeks.  

• The process is influenced 

by hormones, including 
androgens. 

•  During descent, blood 

supply to the testis from 
the aorta is retained, and 
testicular vessels extend 
from their original lumbar 
position to the testis in 
the scrotum. 


background image

Processus vaginalis 

• Independently from descent of the 

testis, the peritoneum of the 

abdominal cavity forms an 

evagination on each side of the 

midline into the ventral abdominal 

wall.  

• This evagination, the Processus 

vaginalis ,follows the course of the 

gubernaculum testis into the scrotal 

swellings . 

• Hence the processus vaginalis, 

accompanied by the muscular and 

fascial layers of the body wall, 

evaginates into the scrotal swelling, 

forming the Inguinal canal. 
 


background image

Hernias and Hydrocele 

• The connection between the abdominal cavity and the processus 

vaginalis in the scrotal sac normally closes in the first year after 

birth.  

• If this passageway remains open, intestinal loops may descend into 

the scrotum, causing a congenital inguinal hernia (A) . 

• Sometimes obliteration of this passageway is irregular, leaving small 

cysts along its course. Later these cysts may secrete fluid, forming a 

hydrocele of the testis and/or spermatic cord (B). 


background image

Cryptorchidism   

• In 97% of male newborns, testes are present in the 

scrotum before birth. 

•  In most of the remainder, descent will be completed 

during the first 3 months postnatally.  

• However, in less than 1% of infants, one or both 

testes fail to descend. The condition is called 

Cryptorchidism and may be caused by decreased 

androgen (testosterone) production.  

• The undescended testes fail to produce mature 

spermatozoa and the condition is associated with a 

3% to 5% incidence of renal anomalies.  


background image

Descent of the Ovaries  

Descent of the gonads is considerably less in the female than 

in the male, and the ovaries finally settle just below the rim 

of the true pelvis.  

The cranial genital ligament forms the suspensory ligament 

of the ovary 

the caudal genital ligament forms  

1. the ligament of the ovary proper and  
2. the round ligament of the uterus which extends into the 

labia majora


background image

Summary  

• The genital system consists of (a) gonads or primitive sex glands, (b) genital 

ducts, and (c) external genitalia. All three components go through an indifferent 
stage in which they may develop into either a male or a female. 

• Y chromosome carries, on its short arm, SRY gene. Under its  influence, male 

development occurs and in its absence female character is established 

• Sex of the embryo is determined at the time of fertilization  
• The gonads do not acquire male or female morphological characteristics until 

the 7th week of development.  

• The primordial germ cells have an inductive influence on development of the 

gonad into ovary or testis.  

• Genes downstream from SRY include SOX9 and steroidogenesis factor (SF1) 

that stimulate differentiation of Sertoli and Leydig cells in the testes. 

• WNT4 is the master gene for ovarian development. It upregulates DAX1 that 

inhibits the expression of SOX9. Then, WNT4 together with other downstream 
genes causes formation of ovaries 
 
 


background image

 

Thank you  

Next lecture :  Eye 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 13 عضواً و 128 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