Appunti biologia dello sviluppo

SEGMENTAZIONE

ha luogo principalmente nel blastodisco, ovvero in quella regione sottile di citoplasma che è privo

di vitello e che si trova al polo animale. Le divisioni non dividono completamente l'uovo e per

questo si definisce meroblastica discoidale (interessa solo il blastodisco). Le onde di calcio, che

iniziano in seguito alla fecondazione, stimolano la contrazione del citoscheletro actinico che va a

spremere il citoplasma del polo animale. L'uovo acquista così una forma piriforme con il

blastodisco in posizione apicale.

Le prime divisioni sono meridiane ed equatoriali, sono rapide e durano circa 15 minuti ciascuna. Le

prime 12 divisioni sono sincrone e portano alla formazione di un piccolo cumulo di cellule al polo

animale, che costituisce il blastoderma, e che sta al di sopra della grande cellula del tuorlo. In questa

fase le cellule mantengono connessioni le une con le altre e si ha così il passaggio di molecole.

Dalla 10ima divisione si ha la MBT come in Xenopus, inizia la trascrizione dei geni dello zigote e

le divisioni cellulari rallentano. Si identificano tre diverse popolazioni cellulari:

strato sinciziale del vitellino = si forma quando le cellule al margine vegetativo del

✗ blastoderma si fondono con la sottostante del vitello. Si ha una disposizione anulare dei

nuclei in seno a quella parte del citoplasma che si trova subito al di sotto del blastoderma.

Si forma poi lo strato sinciziale del vitellino interno = ottenuto dallo spostamento di alcuni

nuclei del sincizio al di sotto del blastoderma dovuto alla espansione di quest'ultimo verso

il polo vegetativo e dell'avvolgimento della cellula del vitello. Altri nuclei invece si

spostano in direzione del polo vegetativo e si arrestano davanti al margine del blastoderma

formando lo strato sinciziale esterno.

Strato di rivestimento o EVL = è formato dalle cellule più superficiali del blastoderma che

✗ formano una lamina epiteliale monostratificata. Esso diviene poi il periderma che è un

rivestimento extraembrionale con funzione protettiva

cellule profonde = sono le cellule tra lo strato di rivestimento e lo strato sinciziale e che

✗ daranno origine all'embrione vero e proprio.

Il destino delle cellule viene determinato poco prima che inizi la gastrulazione.

GASTRULAZIONE

il primo movimento è l'epibolia delle cellule del blastoderma al di sopra del vitello: le cellule

profonde si spostano verso l'esterno intercalandosi tra quelle più superficiali. Queste cellule poi si

spostano verso il polo vegetativo, sulla superficie del vitello. Tale movimento però non è dovuto ai

blastomeri stessi ma è una conseguenza della espansione dello strato sinciziale dentro alla cellula

del vitello. È stato visto che se si interrompe la connessione tra YSL e EVL le cellule di quest'ultimo

e quelle profonde tornano indietro alla sommità del tuorlo, mentre Ysl continua la sua espansione

attorno alla cellula del tuorlo.

Mentre procede l'epibolia le cellule del blastoderma profondo colmano lo spazio che si viene a

formare tra lo strato sinciziale e quello di rivestimento. Nel corso dell'epibolia un lato del

blastoderma diviene più spesso dell'altro e questa sarà la sede della futura superficie dorsale

(scoperto tramite esperimenti di marcatura cellulare).

Dopo che è avvenuta circa il 50% dell'epibolia si ha un ispessimento del margine del blastoderma

che effettua l'epibolia e diviene l'anello germinativo. Esso è formato da uno strato superficiale,

chiamato epiblasto, che darà origine a vari precursori neurali e all'epidermide e uno profondo,

chiamato ipoblasto, che darà origine ai precursori del mesoderma e dell'endoderma.

La formazione dell'epiblasto e dell'ipoblasto si forma attraverso due processi che si pensa

avvengano insieme:

delaminazione, ovvero spostamento verso l'interno delle cellule che formeranno l'ipoblasto

• epibolia delle cellule superficiali del blastoderma e loro migrazione verso il polo animale

• sempre per formare lipoblasto.

Una volta formati questi due strati alcune cellule dell'uno e dell'altro si intercalano nel futuro lato

dorsale formano un ispessimento localizzato che prende il nome di scudo embrionale. Esso è

l'equivalente dal punto di vista funzionale del labbro dorsale del blastoporo visto negli anfibi (è in

grado di indurre la formazione di un secondo asse embrionale quando viene trapiantato in un

embrione ospite). A partire dallo scudo l'epiblasto si allunga in tutta la linea dorsale dell'embrione

per estensione convergente e si riconosce in questa zona il cordomesoderma, che formerà la

notocorda. Ai suoi lati troviamo poi il mesoderma parassiale che contiene le cellule che formeranno

i somiti mesodermici dai quali poi si otterrà la muscolatura.

I movimenti di convergenza e di estensione dell'epiblasto portano le cellule neurali presuntive nella

linea mediana dorsale dove formano la chiglia o carena o piastra neurale. Essa è una larga fascia di

precursori neurali che si estendono sopra il mesoderma parassiale e assiale. Invece le cellule che

restano nell'epiblasto formeranno l'ectoderma.

Al polo vegetativo si chiude infine l'anello che formava lo scudo e si forma così l'embrione vero e

proprio con un'epibolia al 100%. A questa stadio di possono già osservare diversi foglietti

embrionali.

FORMAZIONE ASSI

lo scudo embrionale è di importanza notevole per poter stabilire l'asse dorso-ventrale. È in grado di

convertire il mesoderma laterale e ventrale in dorsale ed è in grado di indurre l'ectoderma a divenire

neurale invece che epidermico. Questi dati sono stati ottenuti da trapianti dello scudo nelle varie

zone di embrioni. →dimostrazione che esso è l'omologo del labbro dorsale del blastoporo degli

anfibi.

Lo scudo forma la placca precordale e la notocorda e i precursori di questi due sono responsabili

dell'induzione dell'ectoderma neurale. I pesci specificano l'epidermide con proteine morfogenetiche

dell'osso BMP e con alcune Wnt. Come negli anfibi le BMP e certe Wnt prodotte nelle regioni

ventrali e laterali indurrebbero la formazione di epidermide a partire da ectoderma. La notocorda

secerne fattori che bloccano tale induzione e permette così all'ectoderma di divenire neurale. Nei

pesci la proteina BMP2B induce le cellule embrionali a diventare ventrali e laterali e Wnt8 le

induce a divenire laterali, ventrali e posteriori.

Il cordomesoderma poi, produce un fattore paracrino detto Chordino che si lega alla BMP2B e la

inattiva permettendo la formazione del tubo neurale. Se il gene che codifica per esso è mutato il

tubo neurale non si forma correttamente. Inoltre se i suoi omologhi noggin e follistation, sono

inattivati il tubo non si forma proprio.

Esistono poi Fattori FGF che sono prodotti dalle regioni dorsali e che inibiscono l’espressione

genica di BMP, e i Fattori IGF (insulin growth factor) che sono prodotti in tutto l'embrione ma

sono attivati solo nella parte anteriore. Essi aumentano la trascrizione di Chordino e di goosecoid

che sono gli inibitori di BMP. a

I morfolini antisenso di Wnt8 e Wnt3 portano a un'anteriorizzazione che fa pensare che gli inibitori

di Wnt siano coinvolti nella formazione della testa.

Riveste un ruolo importante anche la β-catenina che viene accumulata nei nuclei di quella parte

dello strato sinciziale vitellino che diverranno appunto lo scudo embrionale. Essa contraddistingue

la strato sinciziale dorsale dalle regioni laterali e ventrali. Se infatti la iniettiamo in regioni ventrali

esse diverranno dorsalizzate e si avrà la formazione di un secondo asse. La βcatenina si combina

con altri fattori e agisce come fattore di trascrizione sui geni Squint e Bozozok che sono simili alle

proteine che attuano il mesoderma negli anfibi.

Quindi la parte dorsale della cellula del tuorlo ed i blastomeri marginali dorsali precursori delle

cellule di Kupferr sono considerate il centro di Nieuwkoop dell’embrione dei pesci teleostei,

(analogamente a quanto osservato negli anfibi).

L'asse antero-posteriore si forma grazie a un

gradiente di espressione dell'acido

retinoico che agisce come morfogeno

e che induce alla posterizzazione,

assieme FGF e Wnt. Il suo gradiente

si forma sulla base di regolatori che si

trovano a monte. FGF e Wnt attivano

un gene che codifica per VitA che poi

viene convertito in acido retinoico.

FGF e Wnt hanno poi, anche la

funzione di inibire due diverse vie del segnale. Wnt inibisce l'espressione di geni anteriori e FGF e

l'acido attivano i geni posteriori. Tutto il processo sembra coordinato dall'azione dell'enzima 4

idrossilasi dell'acido retinoico. Il gene che codifica per esso è espresso nella parte anteriore, esso

reprime l'accumulo di AR in tale zona e così blocca l'espressione dei geni posteriori. Al contrario

Wnt e FGF sono espressi posteriormente inibiscono l'espressione di tale gene. L'AR agisce come

morfogeno e regola le proprietà della cellula in base alla sua concentrazione.

→ asse D/S= Zebrafish ha delle asimmetrie che si distinguono nelle aree del cervello e del cuore.

Importante per la differenziazione dell'asse destro-sinistro è la vescicola di Kuppfer un organo

transitorio contenente fluido che deriva da un gruppo di cellule dorsali vicine allo scudo germinale.

Attraverso un movimento ciliare si forma una corrente di ioni Ca che stimola Notch, Nodal e Pitx2

che portano alla specificazione della parte sinistra. La parte destra dell'embrione si sviluppa in

seguito a esposizione al segnale FGF.

Riassumendo:

Wnt inibiti nella parte dorsale

FGF inibiscono dorsalmente le BMP

IGF aumentano la trascrizione di chordino e goosecoid

β-catenina deriva da mRNA materni e si accumula nello strato sinciziale del tuorlo che si trova sotto

alle cellule che formeranno lo scudo.

→ Zebrafish nella ricerca biomedica

approccio forward = uso una molecola che mi provoca una mutazione e poi vado a studiare

➔ la mutazione ottenuta

approccio reverse = so quale gene è coinvolto in quella patologia umana , lo modifico in

➔ zebrafish e vedo cosa succede;

uso il morpholino = è una molecola con sequenze antisenso ad una regione o a un tRNA

➔ oppure blocco lo splicing oppure la traduzione e si osserva cosa accade nell'embrione. È una

modificazione transiente poiché il suo effetto dura un giorno solo.

TALENs e CRISPR/Cas9 inducono mutazioni in punti specifici (delezioni o mutazioni

➔ puntiformi).

Talidomide = è un antidolorifico che, se assunto da donne incinte, con molta probabilità dà

➔ origine a figli senza arti superiori. Nel momento in cui si espongono gli embrioni a tale

composto si ha la formazione di una larva senza pinne laterali.<