Terza e quarta settimana di sviluppo embrionale

Terza settimana di sviluppo

Capitolo 10: Gastrulazione

Durante la terza settimana avviene uno dei processi più importanti dell'embriogenesi definita gastrulazione. Si tratta del passaggio dal foglietto bilaminare, costituito da epiblasto ed ipoblasto, che costituisce l'embrione fino a questo momento, ad un foglietto trilaminare con il differenziamento dei tre foglietti embrionali, ectoderma, mesoderma ed endoderma, che determineranno il successivo differenziamento di tutte le strutture del nuovo organismo.

Nei primi giorni della terza settimana, sotto lo stimolo di molecole segnale derivanti dalle cellule dell'ipoblasto, si forma un ispessimento dell'epiblasto detta linea primitiva, che si forma nella regione caudale o posteriore dell'embrione sulla linea mediana. Quest'ultima è il sito a livello del quale le cellule dell'epiblasto vanno incontro a un cambiamento morfo-funzionale e si invaginano al di sotto dell'ectoderma primitivo mediante il solco primitivo.

La linea primitiva si prolunga anteriormente verso la regione cefalica fino a coprire metà della lunghezza del disco embrionale e, formata l'estremità cefalica, si forma intorno un rilevo detto nodo primitivo o nodo di Hensen negli uccelli, che circonda una depressione detta fossetta primitiva. La porzione di disco dove si forma la linea primitiva sarà la futura regione posteriore o caudale, e questo ci permette di definire sia l'asse longitudinale rostro-caudale o antero-dorsale, sia l'asse bilaterale destra-sinistra del corpo.

Meccanismi della gastrulazione

I meccanismi responsabili della formazione della linea primitiva non sono del tutto conosciuti, ma studi su uccelli e roditori hanno dimostrato che si basano sull'azione di proteine come Nodal, BMP e WNT. Inoltre, inizialmente tutte le cellule dell'epiblasto sono in grado di rispondere a questi segnali, tuttavia la loro azione viene limitata da antagonisti molecolari quali Cer1 e Lefty1 prodotti carnalmente da una regione chiamata endoderma viscerale anteriore (AVE).

Le cellule dell'epiblasto formulano una lamina compatta e affinché si proceda nella gastrulazione e le cellule si invaginino lungo il solco primitivo, avviene un cambiamento detto transizione epiteliomesenchimale. Questo processo differenziativo porta le cellule dell'epiblasto ad acquisire la capacità di migrare e in una forma prima a fiasco e poi stellata tipica delle cellule mesenchimali. Il processo a livello molecolare è strettamente legato alla proteina WNT.

Una volta migrate, le cellule si organizzano negli epiteli embrionali endoderma e mesoderma, andando prima incontro a un processo inverso al precedente detto transizione mesenchima epiteliale.

Formazione dei foglietti embrionali

A partire dal 16^o-17^o giorno, il solco primitivo rappresenta la via di accesso per le cellule dell'epiblasto. Queste si muovono in due ondate, di cui la prima va a sostituire le cellule dell'ipoblasto formando l'endoderma definitivo. Inoltre, in questa prima ondata si formano la placca precordale, ovvero la porzione endodermica della membrana buccofaringea, e il processo notocordale, ovvero il cordone cellulare che si origina dal nodo primitivo e che formerà la notocorda.

Nella seconda ondata, dopo la formazione dell'ipoblasto, un gran numero di cellule migra al di sotto dell'epiblasto per formare una lamina di cellule che si interpone tra epiblasto ed endoderma per formare il mesoderma embrionale. Le cellule del mesoderma migrano in tutte le direzioni formando una lamina discontinua cranialmente a livello della membrana buccofaringea e caudalmente a livello della membrana caudale, rispettivamente il futuro inizio e fine del tubo digerente. Ciò che resta dell'epiblasto formerà ectoderma definitivo e, di conseguenza, tutti e tre i foglietti embrionali derivano dal primitivo epiblasto.

Sviluppi successivi

Al polo anteriore o craniale, dove il mesoderma embrionale è in contatto con quello extraembrionale, si forma un ispessimento verso il giorno 22, detto setto trasverso, che a seguito dei ripiegamenti della quarta settimana si sposta inferiormente alla zona cardiogena e formerà parte del diaframma toracico.

La regione cardiogena, che si forma intorno al 19^o giorno, è invece uno spazio a forma di ferro di cavallo che si interpone tra l'estremità craniale del disco trilaminare germinativo e la membrana buccofaringea. All'estremità caudale dell'embrione dal sacco vitellino si sviluppa una struttura detta allantoide che, negli embrioni di alcune specie, funge da organo respiratorio, mentre negli embrioni umani ha una funzione non del tutto chiara ma si crede sia coinvolto nella formazione della vescica e nello sviluppo dei vasi ombelicali.

Alla fine della terza settimana, l'embrione risulta molto allungato e la linea primitiva che ricopriva metà dell'embrione, inizia un processo di regressione che porterà quest'ultima ad essere confinata all'estremità caudale del disco.

Transizione epitelio-mesenchimale

(Da processi e molecole): La transizione epitelio-mesenchimale è l'espressione della grande plasticità della cellula che cambia il suo aspetto morfofunzionale e acquisisce la capacità di migrare da una regione a un'altra. Esistono tre tipi di processo: la transizione EM di tipo 1 che è associata con la gastrulazione e induce la formazione di endoderma, mesoderma e cellule della cresta neurale; quella di tipo 2 associata ai processi infiammatori e rigenerazione epiteliale; e quella di tipo 3 associata a cellule neoplastiche che acquisiscono fenotipo maligno.

Il tipo di transizione associata alla gastrulazione risulta controllata dai fattori WNT, la cui azione è controllata dalle proteine nodal e Vg1. La fase finale del processo risulta legata all'espressione del fattore Snail/Slug, che è un repressore trascrizionale che inibisce l'azione dell'E-caderina. Recentemente è stato dimostrato che anche l'ipossia (scarsa tensione di ossigeno) causa la transizione EM mediante l'attivazione del fattore HIF-1.

Notogenesi

Come abbiamo detto, dal nodo primitivo si sviluppa il processo notocordale, un cordone di cellule mesodermiche che si dispone tra ectoderma e mesoderma raggiungendo la placca precordale. Questo processo, tra il 17^o e 19^o giorno di sviluppo, darà origine alla notocorda attraverso tre fasi:

• Durante la prima fase, il processo presenta una cavità centrale che viene definita canale cordale.
• Durante la seconda fase, il margine ventrale del canale aderisce all'endoderma e induce la morte cellulare programmata, perdendo così la sua parete ventrale e determinando un ispessimento della sua parete dorsale e ventrale che prendono il nome di placca cordale. Inoltre, con la degenerazione della parete ventrale, si forma un temporaneo collegamento tra sacco amniotico e vitellino detto canale neuroenterico.
• Infine, durante la terza fase, la placca cordale si ripiega su se stessa formando un cordoncino compatto e continuo chiamato notocorda. Inoltre, la proliferazione delle cellule dell'endoderma obliterano definitivamente il canale neuroenterico.

La notocorda formatasi avrà un ruolo primario nello sviluppo di diverse strutture:

• Costituisce un asse di sostegno flessibile per l'embrione in queste prime fasi di sviluppo.
• Determina l'allungamento lungo l'asse longitudinale dell'embrione.
• Fa da asse per la formazione dei corpi vertebrali intorno ad essa.
• Induce il differenziamento delle cellule.