Appunti esame Biologia dello sviluppo

Trapianto di tessuto e sviluppo neurale

Un metodo presuntivo per determinare la potenzialità delle cellule ectodermiche nel dare origine al neuroectoderma è quello di espiantare un frammento di ectoderma da un embrione donatore e inserirlo nel lato ventrale di un embrione ospite. Se questo viene fatto prima che l'ectoderma dorsale sia raggiunto dal mesoderma (gastrula precoce), allora il frammento trapiantato nella nuova posizione darà origine all'epidermide. Ciò significa che questo frammento di tessuto non ha ancora ricevuto quei segnali che invece, se fosse stato lasciato al suo posto, lo avrebbero indirizzato ad un destino neurale. Se questo frammento viene prelevato dopo che è stato raggiunto dal mesoderma sottostante, allora il frammento trapiantato darà origine alla piastra neurale (gastrula tardiva). Nel periodo di tempo che intercorre tra lo stadio di gastrula precoce e lo stadio di gastrula tardiva, i segnali induttivi rilasciati dal labbro dorsale del blastoporo inducono un destino neurale in questo frammento di tessuto (la potenzialità delle cellule ectodermiche viene...)

ristretta versodestini specifici durante la gastrulazione). Lecapacità induttive del labbro dorsale del blastoporo sono regionalmente specificheesperimento di Otto Mangold: il labbro dorsaleviene prelevato da una gastrula precoce etrapiantato con una tecnica che prevede laformazione di una piccola apertura sul latoanimale della gastrula ospite, attraverso laquale viene inserito il frammento del labbrodorsale; l’apertura poi si rimargina. I movimentidella gastrulazione spingono il frammentotrapiantato nella parte ventrale dell’embrione,dove comunque eserciterà la sua capacità induttiva. Se il labbro è prelevato da una gastrula precoce, inducestrutture anteriori dorsali (testa), quando è trapiantato in gastrule iniziali. Se il labbro è prelevato da unagastrula tardiva, e viene trapiantato in una gastrula iniziale, induce strutture dorsali più posteriori (coda otronco). Ciò ha senso se consideriamo che le cellule del

allo stadio di bottone caudale, marcate su un lato dell'embrione; per esempio, si ritrova nel mesoderma laterale e somiti. Tuttavia, se espiantiamo C3 dall'embrione allo stadio di 32 cellule, e lo facciamo sviluppare autonomamente (saggio di specificazione), ci accorgiamo che la progenie non dà origine al mesoderma, bensì all'ectoderma. Lo stato di specificazione allo stadio di 32 cellule non è ancora mesodermico, ma è ectodermico. Esperimenti simili a questo possono essere effettuati anche in stadi più avanzati dello sviluppo. Immaginiamo di avere un embrione allo stadio di blastula tardiva, e di espiantare un frammento di cellule della calotta animale per metterlo in una soluzione salina neutra. Questo frammento ci dà ectoderma; lo stato di specificazione delle cellule animali è ectodermico non neurale. Se preleviamo cellule dalla parte presuntiva ventrale della zona marginale, si forma mesenchima e sangue. Se preleviamo cellule dalla

zonapresuntiva dorsale marginale, si forma la notocorda. Infine, se preleviamo le cellule della porzione vegetativa,si forma tessuto a carattere endodermico. Questo esperimento può essere ripetuto prelevando cellule da tuttala porzione animale, e potremmo constatare che tutte la parte animale dell’embrione allo stadio di blastula sitrova nello stesso stato di specificazione: frammenti prelevati da qualsiasi parte in questa area darannoectoderma non neurale, simile ad epidermide. Nella zona marginale, invece troviamo due diversi stati dispecificazione: 1) porzione presuntiva dorsale: stato di specificazione di notocorda e mesoderma dorsale; 2)porzione presuntiva ventrale: stato di specificazione di mesenchima e sangue.Nieuwkoop ha dimostrato che le cellule della zona marginale (equatoriale)vengono indotte a formare mesoderma da segnali induttivi che sonorilasciati dalle cellule vegetative. Il suo esperimento consisteva nelprelevare cellule della porzione vegetativa

(endoderma presuntivo) e cellule della parte animale (ectoderma presuntivo) di una blastula, mettendole insieme in un coniugato animale-vegetativo; lasciandocrescere per un tempo adeguatamente lungo, si notava la comparsa di mesoderma nella zona di confine. Importante notare che le cellule animali espiantate e isolate danno ectoderma non neurale, ovvero epidermide, mentre quelle vegetative danno endoderma; quindi, né le prime né le seconde portano alla formazione di mesoderma. Però, se i due espianti vengono coniugati assieme, compaiono cellule mesenchimali, muscolo e notocorda, ovvero tipi differenziati di mesoderma di vario genere. In particolare, marcando le cellule animali con un tracciante, è possibile capire che il mesoderma che coniugato deriva proprio da esse le cellule animali differenziano il mesoderma rispondendo a dei segnali che arrivano dalle cellule vegetative. Quindi, non solo le cellule vegetative rilasciano segnali di induzione mesodermica,

sviluppo di un asse dorsale. Si parla di centro di Nieuwkoop: centro segnalatore che si trova nel lato dorsale vegetativo di una blastula precoce ed è in grado di indurre l'organizzatore. L'organizzatore non è più primario perché viene indotto dal centro di Nieuwkoop.

Notare che le cellule della zona vegetativa dorsale, nella mappa presuntiva, non daranno tessuto quindi, non sono corrispondenti all'organizzatore. Tuttavia, il risultato che si ha con il loro trapianto nel lato vegetativo ventrale, è in grado di promuovere lo sviluppo di un asse. Quindi, dato che loro non sono l'organizzatore (non danno notocorda), evidentemente sono in grado di indurre sul lato ventrale, nella zona marginale ad essi sovrastante, l'organizzatore di Spemann. Una volta che l'organizzatore è stato indotto dal centro di Nieuwkoop, mantiene una sua specificazione autonoma e non può più

tornareindietro; va quindi ad influenzare il destino delle regioni circostanti e guida il successivo sviluppo organizzandoun asse embrionale.

Questa serie di esperimenti, oltre a mostrarci che il mesoderma della zonamarginale viene indotto da segnali che provengono dalla zona vegetativa, ci diceanche che la natura di questi segnali è diversa tra la porzione ventrale e dorsaleper spiegare l'induzione modello a due segnali del mesoderma: i quadrantivegetativi dorsale (presenta il centro di Nieuwkoop) e ventrale hanno capcitàinduttive diverse e inducono rispettivamente il mesoderma dorsale (organizzatore)e il mesoderma ventro-laterale. Infatti, andando a guardare la mappa dispecificazione, vediamo che alla fine della segmentazione il mesoderma si trovain due stati di specificazione distinti: quello dorsale si trova nello stato dispecificazione della notocorda (organizzatore), quello nella restante parte della zona marginale si trova nellostato di specificazione di

Mesenchima e sangue (ventro-laterale). Esperimenti più accurati, di trapianto e ricombinazione nell'embrione di Xenopus (Dale e Slack), hanno cercato di mostrare qual è il carattere dorsoventrale del mesoderma che viene a formarsi, a seconda del tipo di endoderma sottostante che invia il segnale. I quattro blastomeri vegetativi (D1, D2, D3, D4) hanno capacità induttive diverse quando vengono coniugati con le calotte animali degli embrioni presi allo stadio di blastula precoce (stadio di 32 cellule). Per esempio, D1 (centro di Nieuwkoop) nella maggior parte degli espianti induce mesoderma dorsale, in una minor quota di espianti produce mesoderma intermedio, e in nessun espianto induce mesoderma ventrale. Usando blastomeri via via più ventrali, cambia il tipo di mesoderma che viene indotto nelle cellule animali, che sarà sempre più ventrale gradiente di segnali induttivi che influenzano il carattere del mesoderma indotto nella zona marginale: