## 2.1 Man - Productie van gameten: spermatogenese

## 2.1.1 Anatomie van gameetproducerende geslachtsorganen bij de man

In figuur 2.1 is schematisch de anatomie van de mannelijke geslachtsorganen weergegeven.

De productie van spermatozoa (mannelijke gameten) vindt, onder een temperatuur van 33-34 graden Celsius, plaats in de beide testes, die zijn verdeeld in compartimenten (figuur 2.2). In ieder compartiment bevindt zich een zeer lange, opgekrulde buis (tubulus seminiferus).

Tijdens de embryonale fase ontstaan de primordiale kiemcellen als aparte cellen in de epiblast. Na enige tijd gaan deze primordiale kiemcellen migreren naar de genitale plooien waar de gonaden zich ontwikkelen (zie hoofdstuk 14). Als de primordiale kiemcellen zijn aangekomen in de gonaden noemen we ze gonocyten. Deze gonocyten worden omgeven door steuncellen. De steuncellen zijn afkomstig van het oppervlakte-epitheel van de testis en worden Sertolicellen genoemd.

Vóór de puberteit bevatten de seminifere buizen nog geen lumen. In de eerste 3-4 jaar na de geboorte van een jongetje differentiëren de gonocyten naar spermatogonia. Net voor de puberteit verandert de structuur van de buis: er ontstaat een lumen en de cellen in de wand beginnen zich verder te differentiëren. Dit proces wordt in gang gezet door de hormonale veranderingen in de puberteit (zie 2.1.3). De spermatogonia kunnen zich nu gaan ontwikkelen tot spermatozoa. Dit proces wordt spermatogenese (productie van spermatozoa) genoemd.

## 2.1.2 Spermatogenese

De spermatogenese bestaat uit drie fasen.

Fase 1 ■ De ontwikkeling van spermatogonium tot spermatide (figuur 2.3)

Aan het begin van de puberteit ontwikkelen de primordiale kiemcellen in de buitenste cellaag van de tubulus seminiferus zich tot spermatogoniale stamcellen (spermatogonia). Deze cellen bevatten de elementen behorende bij een ‘gewone’ (= somatische of lichaams-)cel, waaronder een celkern met 46 chromosomen, cytoplasma met mitochondriën, Golgi-apparaat en celorganellen. Spermatogonia kunnen zich op twee manieren ontwikkelen:

1. Volgens het delingsproces mitose, waarbij uit één spermatogonium met 46 chromosomen twee nieuwe spermatogonia met ieder 46 chromosomen ontstaan (2n, 2c).
2. Volgens het proces van rijping, waarbij het spermatogonium zich in verschillende stappen ontwikkelt tot spermatide. Tijdens dit proces gebeurt het volgende:
   Het spermatogonium ontwikkelt tot primaire spermatocyt (nog steeds 2n, 2c). Vóór de celdeling wordt van ieder chromosoom het aantal chromatiden verdubbeld (2n, 4c). De primaire spermatocyt ondergaat nu meiose I. In tegenstelling tot de deling bij mitose wordt bij meiose I niet één chromatide van ieder chromosoom aan de nieuwe cel afgestaan, maar wordt van ieder chromosomenpaar één chromosoom met twee chromatiden aan de nieuwe cel afgestaan (1n, 2c). Tijdens meiose I vindt uitwisseling plaats van het ouderlijk genetisch materiaal (‘crossing-over’), waardoor genetische variatie ontstaat. De cellen die nu zijn ontstaan zijn haploïd (half aantal chromosomen) en worden secundaire spermatocyten genoemd. Bij de volgende celdeling, meiose II, wordt van ieder chromosoom één chromatide aan de nieuwe cel afgestaan (1n, 1c). Deze cellen worden spermatiden genoemd.

- n staat voor de hoeveelheid chromosomen per uniek chromosoom, bijv. chromosoom 1. Dat is dus 2n als je zowel een chromosoom 1 van je vader als van je moeder hebt.
- Dit is onafhankelijk van het aantal chromatiden per chromosoom, dat kan worden weergegeven met c (wat wordt opgeteld per uniek chromosoom).

Fase 2 ■ De ontwikkeling van spermatide tot niet-functionele spermatozoön

De vorm van de spermatiden is nog steeds die van een ‘gewone‘ cel. Om de taak van gameet goed te kunnen uitvoeren zal de vorm van de cel moeten veranderen zodat deze zich makkelijk over een grote afstand kan verplaatsen. Hiervoor moeten alle overtollige celstructuren worden afgestoten en zal de cel een ‘staart’ ontwikkelen om zich voort te kunnen bewegen (figuur 2.4).

Het vormveranderingsproces van spermatide tot spermatozoön wordt spermiogenese genoemd. De volgende veranderingen treden op:

1. De mitochondriën hergroeperen zich langs de staart van de spermatide. Zij zijn immers de ‘motoren’ voor de cel.
2. Op de ‘kop’ van de spermatide vormt zich het acrosoom, dat een groot deel van de oppervlakte van de celkern bedekt. Hierin bevinden zich enzymen, o.a. hyaluronzuur. Deze enzymen zullen later bij de bevruchting een belangrijke rol spelen.
3. De rest van het cytoplasma wordt afgestoten. De vorm van het spermatozoön is nu geschikt voor een snelle voortbeweging, maar kan dat in deze fase nog niet zelfstandig. Door het afstoten van het cytoplasma heeft het spermatozoön in de huidige vorm geen eigen energiereserves meer. Het spermatozoön is voor de glucosevoorziening van zijn omgeving afhankelijk en is nu klaar om zich los te maken van de wand van de tubulus seminiferus.

Door ritmische contracties van de tubulus seminiferus worden de spermatozoa in de richting van de epididymis (bijbal) gestuwd. De spermatozoa verblijven één à twee weken in de epididymis. In de epididymis (figuur 2.1) worden de spermatozoa vermengd met vocht waardoor zij verder zelfstandig kunnen voortbewegen. In dit stadium is het spematozoön nog niet in staat tot het bevruchten van de vrouwelijke gameet (oöcyt; eicel). In de epididymis wordt het oppervlaktemembraan van het spermatozoön voorzien van een complement van oppervlaktemoleculen (bestaande uit eiwitten en koolhydraten), dat de vorm van een T heeft. Vanuit de vesiculae seminales (zaadblaasjes; figuur 2.1) wordt het complement van oppervlaktemoleculen op het oppervlaktemembraan bedekt met een eiwit-‘coating’, afkomstig uit het vocht (semen) in deze vesiculae.

Fase 3 ■ De functionele rijping van het spermatozoön

De functionele rijping van het spermatozoön vindt pas plaats op het moment dat het spermatozoön in de uterus (baarmoeder) is binnengedrongen en zich heeft vermengd met vocht uit de uterus. De eiwit-coating en een groot deel van de oppervlaktemembraanmoleculen van de spermatozoön worden daar verwijderd (capacitatie). Het resterend deel van de oppervlaktemoleculen is dan in staat zich te binden aan de zona pellucida van de oöcyt (Hoofdstuk 3). Het spermatozoön kan nu de oöcyt bevruchten.

Het rijpingsproces van een spermatogonium tot rijp spermatozoön duurt 72-74 dagen. Dagelijks worden er ongeveer 300 miljoen spermatozoa geproduceerd.

## 2.1.3 Hormonale regulatie van de spermatogenese

In de hypothalamus wordt het gonadotropine releasing hormone (GnRH) geproduceerd (figuur 2.5). Het hormoon bestaat uit tien aminozuren en wordt door verschillende kernen in de hypothalamus uitgescheiden. De productie en afgifte van het hormoon wordt gereguleerd onder invloed van verschillende neurotransmitters, zoals noradrenaline, dopamine, serotonine, en endogene opioïden. GnRH stimuleert de voorkwab van de hypofyse tot de productie van gonadotrofinen: het luteïniserend hormoon (LH) en het follikel stimulerend hormoon (FSH), beide glycoproteïnen. Onder invloed van LH zullen de Leydigcellen in de interstitiële ruimte van de testis testosteron produceren. FSH stimuleert samen met testosteron de Sertolicellen tot het aanzetten van de spermatogenese.