Appunti esame biologia dello sviluppo

Regolazione del ciclo cellulare durante lo sviluppo embrionale

Nell'embrione all'inizio dello sviluppo e nelle fasi successive, il ciclo cellulare è controllato dal fattore MPF, ossia il fattore promuovente la mitosi. MPF è formato da cdc2, che è una proteina chinasi che, una volta attivata, può fosforilare molte proteine, e dalla ciclina B. Il complesso ciclina-chinasi permette alla subunità cdc2 di essere fosforilata su residui di treonina-14, di tirosina-15 e di treonina-161. La fosforilazione di T-161 è necessaria per l'attività di MPF, mentre la fosforilazione di T-14 e Y-15 la inibisce. Perciò, quando vengono fosforilate in questa posizione, le chinasi rimangono inattive ma potenzialmente funzionali.

In Drosophila, la fosfatasi cdc25 catalizza la defosforilazione in queste posizioni e la mitosi può quindi iniziare. Inizialmente, durante i primi 13 cicli cellulari, la fosfatasi cdc25 viene sintetizzata dall'mRNA immagazzinato nell'oocita.

fase di degradazione della ciclina. Tuttavia, se si impedisce la degradazione della ciclina, l'MPF resta attivo. L'oocita maturo di rana arresta la divisione cellulare producendo una proteina chiamata fattore citostatico CSF. Questa proteina sembrerebbe agire bloccando la degradazione della ciclina. Poiché la ciclina non viene degradata, l'MPF resta attivo e l'oocita rimane bloccato nella metafase della seconda divisione meiotica. Il rilascio di ioni calcio durante la fecondazione attiva una proteasi che degrada in modo specifico il CSF. Quando il CSF viene degradato, la ciclina può essere a sua volta degradata e la cellula può tornare alla fase S.

Gastrulazione

Con il processo di segmentazione l'uovo fecondato si è diviso in un cospicuo numero di cellule che si dispongono in modo da formare una blastula. Durante il successivo stadio di sviluppo le cellule della blastula, i blastomeri, disposte in uno o più strati, vanno incontro a riorganizzazione.

assumendo nuove posizioni e nuove relazioni spaziali edando luogo, in tal modo, al piano corporeo tipico di ciascuna specie. Il primo stadio di questo processo è detto gastrulazione poiché durante questo processo si forma un rudimentale intestino, e gastrula è detto l'embrione durante questo processo. Con il processo di gastrulazione si vengono a formare i 3 foglietti embrionali: quello a contatto con l'ambiente esterno è denominato ectoderma e darà origine all'epidermide e a tutti i derivati dell'epidermide e al sistema nervoso; quello più interno è denominato endoderma e formerà l'intestino primitivo o archenteron; il terzo foglietto, denominato mesoderma, si localizza tra i primi due e formerà la maggior parte delle rimanenti strutture dell'embrione e si divide in mesoderma dorsale, mesoderma intermedio, mesoderma laterale e mesenchima. Con il processo di gastrulazione ha inizio la morfogenesi.

dell’embrione in quanto i marcati movimenti che contraddistinguono questa fase dello sviluppo embrionale determinano una ridistribuzione delle singole cellule o dilamine epiteliali per cui la forma dell’embrione cambia progressivamente: per tal motivo l’insieme di tali eventi è indicato con il termine di morfogenesi o movimenti morfogenetici. Alcune ricerche hanno evidenziato che tutte le cellule di un embrione inizialmente esprimono i medesimi geni. Le cellule in un primo momento sono programmate a esprimere determinati geni master i quali, a turno, coordinano l’espressione di altri geni che hanno funzioni più limitate. Quest’ultimi includono, per esempio, i geni coinvolti nell’espressione di molecole di adesione o di specifiche proteine responsabili del movimento cellulare e dei cambiamenti di forma delle cellule. Nel corso della gastrulazione e dell’organogenesi, lamine formate da cellule epiteliali e mesenchimali si muovono in una

molteplicità di combinazioni. I più frequenti movimenti morfogenetici nel corso della gastrulazione sono i seguenti:

• epibolia– il movimento di lamine epiteliali (generalmente ectoderma) anziché di singole cellule, che si estendono in maniera unitaria ad avvolgere gli strati più profondi dell’embrione;
• invaginazione– il ripiegarsi all’interno di una regione cellulare, in maniera molto simile all’infossamento di una palla di gomma soffice, quando viene schiacciata;
• involuzione/embolia– l’infossarsi di un foglietto che si trova all’esterno, così che esso si espanda sulla superficie interna delle cellule che rimangono all’esterno;
• ingressione– la migrazione verso l’interno dell’embrione di singole cellule dai foglietti superficiali;
• delaminazione– il dividersi di una lamina cellulare in due lamine più o meno parallele;
• estensione convergente– l’allungamento di una lamina epiteliale.

In unadimensione e accorciamento in un'altra; - movimenti passivi → movimenti per cui una parte di lamina è trascinata o spinta verso un'altra parte.

La gastrulazione interessa l'intero embrione e offre all'embriologo uno spettacolo di movimenti cellulari coordinati che non è secondo a nessun altro processo di sviluppo. Essa fornisce inoltre l'opportunità di analizzare i meccanismi con cui le differenti regioni embrionali sono in rapporto tra loro.

La gastrulazione nei ricci di mare. I ricci di mare rappresentano un modello di indagine ottimale per l'analisi dei processi di gastrulazione. La blastula di riccio di mare si presenta di forma sferica, formata da circa 1000 cellule che delimitano un blastocele centrale, ampio e ripieno di un fluido gelatinoso. Nell'emisfero animale si riscontrano 16 mesomeri disposti in 2 strati indicati come animale 1 (an), seguono altri 2 strati di 16 mesomeri indicati come animali 2 (an), a cui

Fanno seguito, nell'emisfero vegetativo, un primo strato di 8 macromeri indicati come vegetativi (veg), un secondo strato di 8 macromeri detti vegetativi 2 (veg), 8 grandi micromeri e, infine, 4 piccoli micromeri. I blastomeri localizzati in prossimità del polo animale, sono dotati di lunghe ciglia apicali che nel loro insieme formano un lungo ciuffo. I blastomeri dell'emisfero animale e lo strato veg formeranno l'ectoderma; i blastomeri veg daranno luogo all'endoderma e a parte del mesoderma, mentre i grandi e i piccoli micromeri del polo vegetativo dell'blastula formeranno il resto del mesoderma. Al termine della segmentazione, quando l'embrione si è liberato della membrana di fecondazione, l'emisfero vegetativo comincia ad appiattirsi formando la piastra vegetativa. La gastrulazione ha inizio con un processo di ingressione da parte di un esiguo gruppo di blastomeri, che derivano dai grandi micromeri, posto al centro della piastra vegetativa.

I blastomeri che per primi migrano nel blastocele formano le cellule del mesenchima primario; queste daranno origine ai cordoni sinciziali. I cordoni sinciziali formeranno le spicole di carbonato di calcio dello scheletro del pluteo, lo stadio larvale tipico dei ricci di mare. Le cellule che derivano dai grandi micromeri migrano grazie a diversi segnali e istruiscono a loro volta altre cellule. Tra questi segnali i più importanti sono: meso 1 (responsabile dei cambiamenti di affinità); fibronectina (400 kDa presente sulle fibre della matrice extracellulare), integrine, laminine, caderine; proteoglicani solfati (presenti sulla superficie dei micromeri in migrazione). Il movimento di ingressione dipende anche dalla presenza del proteoglicano condroitinsolfato. In B si osserva l'effetto della privazione di solfato sulla migrazione del mesenchima primario. Appena iniziata la migrazione delle cellule del mesenchima primario, le rimanenti cellule della piastra vegetativa cominceranno

A formare l'archenteron o intestino primitivo. La formazione dell'archenteron nel riccio di mare avviene in più fasi: nella prima fase si forma il blastoporo grazie a un processo di invaginazione della piastra vegetativa; segue una seconda fase di allungamento dell'archenteron per estensione convergente (da largo e breve tubo si trasforma in un tubo sottile); in una terza fase le cellule del mesenchima secondario alla sommità dell'archenteron contribuiscono all'allungamento di quest'ultimo. Queste cellule emettono filopodi che si allungano e prendono contatto con la superficie interna della parete del blastocele; successivamente i filopodi si accorciano, tirando l'archenteron verso il blastoderma. L'estremità dell'archenteron prende ora contatto con una piccola depressione presente sulla superficie dell'ectoderma corrispondente allo stomodeo; la fusione dello stomodeo con l'archenteron dà luogo

Alla bocca del pluteo, mentre il blastoporo diventerà l'ano. Quando l'estremità dell'archenteron si avvicina allo stomodeo, le cellule del mesenchima secondario danno luogo a due masse su ciascun lato dell'archenteron, da cui derivano le vescicole celomatiche, che formeranno il celoma.

a) cambiamenti di forma

b) ridistribuzione delle cellule senza cambiamenti di forma

Altre cellule derivate dal mesenchima secondario formeranno cellule pigmentate, muscoli e cellule che rimangono libere nel blastocele. Le cellule del mesenchima secondario possono partecipare, inoltre, alla formazione dello scheletro. In conclusione, la gastrulazione nel riccio di mare si realizza grazie a differenti tipi di movimenti morfogenetici. Il mesoderma si forma per un processo di ingressione e l'endoderma si forma per un processo di invaginazione della piastra vegetativa seguita da un'estensione convergente dell'archenteron. Quest'ultima attività è

basata sull'intercalazione di cellule e sui