Appunti biologia dello sviluppo

MAPPA DI DESTINO DELL’EMBRIONE (presuntiva)

Tecnica utilizzata per capire l’origine dei diversi tessuti nell’organismo adulto, a partire dalle

singole cellule o gruppi di cellule che lo compongono, in uno stato di sviluppo embrionario.

Mappare la struttura larvale o adulta sulla regione dell’embrione dalla quale tale struttura deriverà.

Mappe del destino di alcuni embrioni (diverse classi di vertebrati) nello stadio di gastrula precoce.

Nonostante la differenza anatomica nello stato adulto, le mappe di destino mostrano una certa

somiglianza tra gli embrioni: à

cellule che formeranno la notocorda posizione dorsale centrale;

• à

cellule dell’ectoderma neurale anteriormente la “notocorda”;

• àcircondano

cellule ectoderma dorsale l’ectoderma neurale;

•

* la linea tratteggiata indica dove avviene l’invaginazione, ovvero il percorso che le cellule

seguiranno per migrare dall’esterno all’interno dell’embrione.

1) Osservazione di embrioni vivi: in alcuni vertebrati gli embrioni sono trasparenti e composti di

poche cellule le figlie delle quali rimangono in posizioni adiacenti, quindi “facilmente”

individuabili: permette di tracciare linee di discendenza cellulare.

à Conklin costruì una mappa presuntiva dell’embrione del tunicato Styela partita, in cui ogni

cellula contiene un distinto pigmento. Seguì il destino dei singoli blastomeri attraverso esperimenti

di estirpazione cellulare: (Es) eliminando le cellule che avrebbero portato alla formazione dei

muscoli della coda (pigmento giallo) ne risultava un organismo adulto senza queste strutture.

2) Marcatura con traccianti vitali. la maggior parte degli embrioni non hanno così poche cellule o

non permettono una colorazione tanto evidente.

à Vogt studiò il destino di diverse aree dell’uovo di anfibio, mediante l’utilizzo di coloranti vitali

che colorano la cellula senza ucciderla. Mischiò colorante con agar e lo dispose sopra un embrione

di tritone: è un metodo che marca cellule specifiche della superficie dell’embrione, per studiare poi

la migrazione di queste cellule negli stadi successivi.

3) Marcatura con radioisotopi. Un’area dell’embrione viene resa radioattiva: si incuba un embrione

in terreno contenente timidina radioattiva (che verrà incorporata nel DNA delle cellule che si

replicano); l’area di interesse viene espiantata e con essa si sostituisce la regione corrispondente

in un embrione incubato in terreno “freddo” (condizioni normali). Le cellule “marcate”

verranno riconosciute nell’embrione “non marcato” mediante tecniche autoradiografiche. Vogt.

4) Marcatura con traccianti fluorescenti.

à Rosenquist risolve il problema dei traccianti vitali e radioisotopi: si diluiscono ad ogni

divisione cellulare, per questo vengono utilizzati marcatori fluorescenti (es. carbocianine), tanto

intensi da essere trasmessi alla progenie della cellula marcata.

- Tali coloranti vengono microiniettati nella cellula(e) d’interesse, la cui discendenza sarà

tutta marcata.

- Alternativamente, l’iniezione del colorante fluorescente “inattivo” (caged) avviene ai

primissimi stadi di sviluppo in modo che diffonda nell’intero embrione. Successivamente,

mediante un laser, si colpisce la cellula(e) d’interesse nella quale il colorante verrà “liberato” e

diverrà fluorescente. In questo modo si rimanda il difficile processo di microiniezione di

blastomeri specifici a stadi più avanzati di sviluppo.

Embrione di zebra fish - cellule iniettate con marcatore fluorescente: il marcatore viene attivato con

laser in una piccola regione con cellule in stato di segmentazione tardiva.

In seguito alla formazione del sistema nervoso le cellule marcate sono visibili con luce fluorescente.

5) Marcatura genetica - tracciante cellulare esogeno trapiantato - è un metodo permanente e porta

alla formazione di embrioni “chimera”, con cellule geneticamente differenti.

à Le Douarin Trapianto di cellule di quaglia in embrione di pollo: lo sviluppo embrionale

precoce è molto simile, quindi le cellule trapiantate porteranno alla formazione del tubo neurale

(A). Dopo alcuni giorni le cellule di quaglia essere evidenziate utilizzando un anticorpo per

proteine specifiche della quaglia (B). Le cellule dei due esemplari si possono distinguere grazie

all’eterocromatina dei nuclei ( quella di quaglia è concentrata attorno al nucleolo).

MIGRAZIONE CELLULARE

Le mappe presuntive hanno permesso di dimostrare una intensa migrazione cellulare durante lo

sviluppo.

à

Rawles I melanociti (cellule pigmentate) di pollo di originano dalla cresta neurale (strato

transitorio di cellule che unisce il tubo neurale con la epidermis). Prelevò piccole regioni di tessuto

contenenti la cresta neurale da una stirpe di pollo pigmentata e le trapiantò, in una posizione

analoga, in un embrione di stirpe non pigmentata: le cellule migravano verso l’epidermide di ali e

piume per formare melanociti.

à

Ris la maggior parte dei pigmenti esterni dell’embrione provengono dalla migrazione delle

cellule della cresta neurale, mentre i pigmenti della retina si formano nella retina stessa e non

dipendono dalla migrazione cellulare.

⇒ la migrazione delle cellule della cresta neurale dà origine a: - melanociti

- neuroni periferici

- midollo surrenale

⇒

✚ Cellule germinali primordiali migrano dalle cellule del sacco vitellino fino alle gonadi per

formare i gameti (uovo e spermatozoi)

⇒

✚ Precursori cellulari sanguinei [vertebrati] passano per varie migrazioni fino a raggiungere il

fegato e il midollo osseo. Embriologia evolutiva

- studia come cambiamenti nello sviluppo possano causare cambiamenti evolutivi;

- studia come l’ancestore di un organismo abbia limitato i vari tipi di cambiamenti possibili;

Attraverso lo studio delle forme embrionali si può ricostruire la relazione genetica di diversi gruppi

di animali. Le forme larvali vennero utilizzate anche per la classificazione tassonomica.

OMOLOGIA EMBRIONALE

Strutture OMOLOGHE - sono simili in quanto derivano da una struttura ancestrale comune (ala

uccelli – braccio uomo).

Strutture ANALOGHE – la similitudine dipende dal fatto che le due strutture compiono funzioni

simili (ala ucello – ala farfalla). Teratologia

Studia le anomalie dello sviluppo – lo studio delle alterazioni congenite può dare dare informazione

su come il corpo umano si sviluppa e organizza: il 2% dei neonati nascono con malformazioni

congenite.

Alterazioni dello sviluppo sono causate da:

Eventi genetici: mutazioni genetiche, aneuploidia (variazione numero cromosomi) e

• à à

traslocazione cromosomale malformazioni sindrome malformazioni frequenti in cui

si presentano più anomalie simultaneamente.

Es: ll piebaldismo è un disturbo autosomico dominante raro dovuto a una mutazione dominante nel

gene KIT (cromosoma 4). Si manifesta con aree di cute e peli depigmentati - mancanza di

melanociti nella pelle e nei follicoli piliferi.

Il gene KIT codifica per proteine espresse nelle cellule delle creste neurale, responsabili della

pigmentazione. La mutazione porta alla formazione di una proteina che inibisce la proliferazione

cellulare. Senza questa proteina le cellule delle creste neurali – che generano la pigmentazione –

non si moltiplicano quanto dovrebbero.

✚ KIT codifica anche per i precursori delle cellule sanguigne (provocando anemia) o per le cellule

germinali (producendo sterilità).

✚ Modelli animali delle malattie = vengono studiate le sindromi umane e le loro cause attraverso

lo studio di animali affetti dalla stessa sindrome.

Agenti esterni: agenti teratogeni (virus, agenti chimici, radiazione o ipertemia) portano a

• alterazioni chimiche.

Es: la focomelia è una anomalia provocata dalla talidomide, medicina preso dalle donne in

gravidanza : porta alla riduzione/assenza degli arti superiori.

CICLO DI VITA

Fecondazione: fusione del materiale genetico a partire da due gameti, spermatozoi e cellula uovo,

per la formazione di uno zigote che inizia lo sviluppo.

Embriogenesi: fasi di sviluppo tra la fecondazione e la nascita.

Morfogenesi: una volta che le cellule si sono differenziate, l’organo deve sviluppare la propria

morfologia: le cellule prendono relazioni tra di loro per organizzarsi in tessuti con specifica

morfologia.

Parallelamente ai processi di differenziamento e morfogenesi, le cellule vanno in contro a vari cicli

di replicazione, che cambiano in base al tipo di cellule (i neuroni hanno un grande sviluppo iniziale,

che si blocca e riattiva durante lo sviluppo dell’individuo).

1. SEGMENTAZIONE

– Tappa molto rapida di divisioni mitotiche: il grande volume del citoplasma dello zigote è

diviso in numerose cellule, i blastomeri.

– Alla fine della tappa queste cellule formano una sfera, la blastula.

2. GASTRULAZIONE

La blastula contiene una cavità interna, il blastocele, che consente il movimiento e le

–

migrazioni dei gruppi di cellule verso le posizioni finali, dove daranno origine alle

strutture intermedie dell’embrione.

– Diminuita la divisione mitotica, c’è una fase di riorganizzazione cellulare: i blastomeri si

muovono e scambiano le loro posizioni reciproche.

– L’embrione è nello stadio di gastrula, formata dai tre foglietti embrionali.

3. ORGANOGENESI

– Riorganizzazione cellulare per formare tessuti e organi.

– Migrazione cellulare fino alla posizione definitiva (precursori delle cellule sanguinee,

linfatiche, del pigmento e dei gameti).

* Molti organi contengono cellule proveniente da più di un foglietto embrionale.

Es : l’epidermide (strato esterno della pelle) proviene dall’ectoderma, mentre il

1

derma (strato interno) dal mesoderma.

4. GAMETOGENESI

– Sviluppo dei gameti: non si completa fino alla maturazione sessuale dell’organismo,

quando i gameti si liberano e possono partecipare alla fecondazione di un nuovo embrione.

à cellule germinali = gameti e precursori (per formare una nuova generazione).

à cellule somatiche = tutte le altre (formano il corpo dell’individuo).

Una porzione specializzata del citoplasma dello zigote da’ origine alle cellule precursore dei

gameti: le cellule germinali migrano alle gonadi, dove si differenziano in gameti.

* in molte specie l’uovo o l’organismo che nasce non è sessualmente maturo. l’organismo

giovane è una larva, molto differente dall’adulto. Lo stato larvare è utilizzato per alimentarsi

e disperdersi e spesso è più lungo dello stadio maturo che serve solo per riprodursi.

* Origine embrionale d