Biologia dello sviluppo animale

Neurogenesi nell'adulto

Neurogenesi avviene anche nell'adulto attraverso il differenziamento e la migrazione dei neuroblasti dalla zona subventricolare alla zona marginale. Questo è un processo limitato nello spazio e, man mano, la parte marginale diventerà più spessa. Anche la finestra temporale in cui i neuroni migrano è geneticamente determinata, con un percorso di migrazione ben definito.

Nel frattempo, si formano anche cellule della glia radiale, che creano raggi dalla zona ventricolare alla zona marginale, i quali i neuroni seguono per migrare. Questo è importante nello sviluppo embrionale, ma rimane anche in alcune strutture adulte:

• Nella retina: cellule di Muller
• Nello strato molecolare del cervelletto: glia di Bergmann

Crescita assonale

Una volta raggiunto il punto di destinazione finale, un neurone invia un processo, l'assone, per raggiungere il neurone bersaglio. Questo è fondamentale per la formazione del sistema nervoso. Il cono di crescita è la parte del neurone in crescita che interagisce con l'ambiente circostante attraverso filopodi che trovano la strada giusta seguendo segnali chemoattraenti e chemorepellenti.

Nell'assone, i microtubuli formano una struttura stazionaria, mentre nel cono di crescita prevalgono i filamenti di actina, creando una struttura dinamica. Esempi di segnali sono:

Segnali chemoattraenti: caderine

Segnali chemorepellenti: semaforine e netrine

I recettori per semaforine sono i plexine. Mutazioni in semaforina3C portano a fenotipi aortici, come l'assenza di fusione tra arco aortico e arco polmonare. Le stesse molecole che guidano la ramificazione del sistema nervoso guidano anche quella del sistema vascolare.

Nell'adulto, una lesione ai nervi determina la perdita di connessione neuronale, con plasticità molto ridotta. Nei mammiferi, la crescita assonale è inibita da molecole come Nogo e MAG, mentre in altri animali, come gli anfibi, la crescita neuronale continua anche nell'adulto, consentendo la rigenerazione del sistema nervoso.

Matching dei neuroni e delle cellule bersaglio

Il matching avviene mediante la creazione di molti più neuroni di quelli necessari, seguita dalla apoptosi dei neuroni che non trovano un match. Il picco di degenerazione dei neuroni si verifica intorno al 5° - 6° giorno di sviluppo embrionale, seguito da una stabilizzazione. Il numero di neuroni che sopravvive è direttamente proporzionale al numero di cellule da innervare.

Malattie neurodegenerative possono causare la morte di un neurone, portando alla morte di tutti i neuroni della catena che lo innervava. Nel 1982, Levi-Montalcini e Cohen hanno scoperto il primo fattore neurotrofico, l'NGF (Neuro-Growing Factor), che permette la sopravvivenza del neurone e il suo matching con la cellula bersaglio. L'NGF mantiene in vita neuroni del sistema nervoso simpatico e fa parte della famiglia delle neurotrofine, ciascuna in grado di mantenere in vita una specifica classe di neuroni.

La struttura dell'NGF è simile a quella dell'insulina: una molecola simmetrica e un dimero legato da ponti disolfuro. Queste molecole legano recettori Trk (Tirosina chinasi), specifici per le varie classi di neurotrofine. Questi recettori dimerizzano dopo il legame con le neurotrofine e attivano segnali a cascata intracellulari che attivano geni di sopravvivenza, i quali si comportano come oncogeni se attivati indipendentemente dalle neurotrofine.

Caspase-9 è una proteasi che determina la morte neuronale programmata. Mutazioni nel gene Caspase-9 portano a malformazioni del sistema nervoso. La mielinizzazione è il processo di avvolgimento della guaina mielinica intorno all'assone, un doppio strato fosfolipidico che isola l'assone elettricamente e permette la trasmissione veloce dell'impulso, prodotto da:

• Oligodendrociti: SNC; un oligodendrocita, più assoni
• Cellule di Schwann: SNP; una cellula di Schwann, un assone

I segnali di mielinizzazione provengono dal neurone stesso. Lo sviluppo del sistema nervoso continua anche dopo la nascita, con la corteccia prefrontale che completa la sua maturazione solo dopo l'adolescenza.

Endoderma e suoi derivati

I derivati dell'endoderma includono:

• Intestino
• Fegato
• Pancreas
• Polmone
• Tiroide

Questi sono tutti organi vitali. A seconda della loro posizione, gli organi originano rispettivamente da endoderma anteriore (polmone, faringe, esofago e stomaco) e da endoderma posteriore (intestino, pancreas e fegato). Questa divisione spaziale è determinata da segnali posizionali.

L'endoderma ventrale origina il fegato, con segnali Hnf diversi per vari tipi cellulari. L'endoderma dorsale origina due precursori pancreatici:

• Endocrino: segnali Pax4
• Esocrino: segnali Pdx1

Questi segnali possono essere utilizzati nella medicina rigenerativa per recuperare tipi cellulari danneggiati. La notocorda è strettamente associata all'endoderma e induce il differenziamento del pancreas e del fegato, con diversi tipi di cellule:

• Epatociti: maggioranza delle cellule; capaci di rigenerazione
• Cellule di Kupffer: macrofagi che riassorbono emoglobina dagli eritrociti alla fine del loro ciclo vitale
• Cellule stellate: deposizione di matrice extracellulare

Durante lo stadio 4-8 somiti, si verifica l'induzione del fegato, con una gemma epatica che prolifera e si differenzia nei tre tipi cellulari. La sua dimensione molto grande conferisce al fegato una grande capacità rigenerativa, permettendo di recuperare fino alla metà delle dimensioni originali dopo una lesione.