Appunti di Biologia dello Sviluppo

Lo sviluppo nei mammiferi

Lo sviluppo dei mammiferi è difficile da studiare perché la fecondazione e lo sviluppo avvengono all'interno della madre e inoltre il numero di embrioni che sono disponibili è basso.

La fecondazione avviene a livello dell'infundibolo (regione delle tube di Falloppio), dove entra l'ovocita che è stato appena ovulato. Dopodiché le prime fasi di segmentazione avvengono lungo la tuba uterina e sono libere. Soltanto quando l'embrione raggiunge l'utero può perdere la zona pellucida che lo circonda e impiantarsi nella parete uterina (arriva nell'utero allo stato di morula e l'impianto avviene solo dopo che si è trasformato in blastocisti).

Segmentazione oloblastica rotazionale

Segmentazione di tipo oloblastico: tutta la cellula si divide (segmentazione completa). È di tipo rotazionale. Le uova sono piccole, la madre non fornisce grandi quantità di nutrimento per le prime fasi.

Lo sviluppo dell'embrione inizia con la segmentazione, che è la divisione ripetuta del zigote in cellule più piccole chiamate blastomeri. Questo processo avviene nella tuba di Falloppio e nell'utero, prima che l'embrione si impianti nella parete uterina. Durante la segmentazione, il nutrimento arriva all'embrione attraverso la placenta. La prima divisione è di tipo meridiano, mentre la seconda è mista, con alcune cellule che si dividono ancora con una divisione di tipo meridiano e altre con una divisione ortogonale. Le divisioni sono lente e asincrone, cioè non sono completamente sincronizzate. La divisione è lenta perché c'è un'attivazione precoce della trascrizione embrionale, cioè le informazioni fornite dall'embrione vengono attivate molto precocemente, in particolare allo stadio di 2 cellule per il topo e a quello di 4 cellule per l'uomo. L'immagine A riassume il processo di segmentazione. Il processo di oogenesi richiede circa 2 settimane, con accumulazione all'interno dell'ovocita di proteine e RNA materno. Quest'ultimo, a differenza di Xenopus e del riccio di mare, viene degradato molto velocemente, già allo stadio di 4 cellule non.

è più presente), mentre si osserva un’attivazione del genoma embrionale ad uno stadio precoce. Come si può verificare l’attivazione del genoma embrionale?

Il genoma embrionale è diverso dal genoma materno perché ogni gene è formato da un allele dato dalla madre e unodato dal padre → posso avere un marcatore paterno e andare a vedere se allo stadio di 2 cellule c’è dell’mRNA cheproviene dal padre (trascrizione di questi geni). Altro modo: fornire delle molecole che bloccano la trascrizione → siosserva che inizialmente viene attivata la traduzione, in condizioni normali la traduzione viene attivata e poi riprendeperché viene attivata anche la trascrizione embrionale mentre in queste condizioni se uso queste molecole ho un calodella traduzione perché non c’è la possibilità di utilizzare RNA embrionale e quello materno è già stato degradato (giàvisto nel

riccio di mare). Qui l'RNA materno è stato degradato subito quindi se diamo questo tipo di molecole questi embrioni non si sviluppano perché lo sviluppo non può proseguire → mutazioni che bloccano immediatamente lo sviluppo. Nell'img A poi si osserva la modificazione della zona pellucida (prima verde poi rossa) → strategia per evitare polispermia. Altra caratteristica del processo di segmentazione: tra lo stadio a 4 cellule e lo stadio di morula si ha la compattazione della cellula: inizialmente le cellule sono una separata dall'altra, sono identificabili separatamente; negli stadi successivi, man mano che si procede nello sviluppo, i confini delle cellule diventano sempre meno identificabili e sembrano un tutt'uno gli embrioni sembrano essere rivestiti da un rivestimento continuo che circonda tutte le cellule (processo di compattazione). Immagine che mostra come uomo e topo subiscono processi simili con piccole variazioni temporali o

Compattazione e polarizzazione

Img1 al microscopio: le cellule non compattate sono identificabili l'una rispetto l'altra, hanno forma sferica. Quando è avvenuto il processo di compattazione l'embrione sembra essere rivestito da una superficie continua. I confini delle cellule a mano a mano che si procede nello sviluppo diventano sempre meno identificabili e sembrano un tutt'uno, è successo che fra le cellule (soprattutto quelle sulla superficie esterna) cominciano a svilupparsi tutta una serie di giunzioni occludenti che si basano su caderine che isolano la superficie esterna dell'embrione. Oltre a questo processo c'è anche un processo di polarizzazione delle cellule: sulla superficie apicale sono presenti dei microvilli (le cellule sono polarizzate, non sono uguali in tutti

i loro "lati"). Quali proteine sono coinvolte nel processo di compattazione? Se voglio unire la superficie esterna di tutte le cellule devo necessariamente utilizzare le giunzioni. Proteine importanti per le giunzioni sono le caderine.

Altro sistema per evitare processo di compattazione: chelare il calcio (Ca2+). Quindi la formazione delle giunzioni strette è molto importante per questo processo di compattazione. Alla fine del processo di compattazione le cellule presentano giunzioni strette all'esterno e giunzioni

Comunicanti all'interno. Nella fase successiva avviene il processo di cavitazione.

Cavitazione. A cosa servono queste giunzioni strette? Servono ad isolare l'embrione nel suolato esterno. In questo modo se l'embrione è isolato all'esterno e invece all'interno contiene pompe che pompano verso l'interno delle cellule ioni sodio, questi richiamano acqua e così si attiva il processo di cavitazione. Le cellule vengono spinte piano piano verso la superficie esterna e ciò crea una cavità molto consistente, il blastocele, all'interno dell'embrione che a questo punto è arrivato allo stadio di blastocisti. Lo stadio di blastocisti è poi quello che va ad impiantarsi nella cavità uterina. Img rappresenta come lo strato di cellule esterno sia diverso dalla massa cellulare interna.

È un processo che abbiamo già visto con lo Xenopus (le cellule facevano uscire gli ioni sodio che richiamavano)

• Cellule del trofoblasto: rivestimento esterno che poi andrà a formare le strutture del corion e della placenta;
• Cellule della massa cellulare interna: sono quelle che daranno origine all'embrione (e ad alcuni annessi embrionali).

cellulare interna e diventeranno o cellule pluripotenti dell'epiblasto (danno embrione) o cellule dell'endoderma primitivo (danno annessi embrionali). Colorate in maniera diversa: producono molecole diverse. Le prime pluripotenti producono Nanog, Oct4, Sox2 che sono molecole della staminalità (già trovate quando abbiamo parlato di cellule staminali indotte). All'inizio le cellule sono mescolate e poi successivamente quelle pluripotenti dell'epiblasto sono circondate da una parte dalle cellule del trofoectoderma e dall'altra dell'endoderma primitivo.

In sintesi... Scelta del precursore totipotente (dallo zigote allo stadio 8 cellule):

• Prima scelta:
  • Produco Cdx2 → trofoectoderma
  • Produco Oct4 → massa cellulare interna
• Seconda scelta:
  • Produco Gata6 → endoderma primitivo
  • Produco Nanog → epiblasto

Lo stadio a 8 cellule nell'immagine è rappresentato con tutte cellule dello stesso colore, queste

Solo Cdx2 daranno trofoectoderma.

Grafico: come procede la trascrizione embriona