Biologia dello sviluppo

Principi di base del differenziamento cellulare e dello sviluppo

All'interno di organismi pluricellulari i gruppi di cellule si specializzano per determinate funzioni, perdendo l'autonomia.

Blocco in G (quiescenza)

Le cellule differenziate non si dividono ma possono rientrare nel ciclo in determinate circostanze fisiologiche. Molte cellule tumorali nascono perché le cellule staminali si trasformano in cellule tumorali. Alla fine della M, le cellule possono uscire dal ciclo e entrare in G₀, transitoriamente (fase di quiescenza, durante la quale le cellule sono uscite dal ciclo ma potrebbero rientrarci) o permanentemente (le cellule si differenziano e non entrano più nel ciclo).

Cellule staminali

• Determinazione: processo che indirizza le cellule verso una via differenziativa; non è la differenziazione.
• Differenziamento: processo che induce un gruppo di cellule a esprimere i caratteri fenotipici propri di un tessuto.

Una cellula è determinata se incanalata irreversibilmente verso un destino differenziativo ma non manifesta caratteristiche morfologiche tipiche di un tessuto; è differenziata se esprime tratti morfologici e funzionali terminali e specifici. Eritroblasto è la cellula determinata che può solo diventare eritrocita. L'eritrocita ha una grande quantità di Hb e non possiede nucleo; l'eritroblasto ha nucleo, per cui ha ancora le caratteristiche di una cellula indifferenziata.

Per sapere che una cellula è determinata, ci sono degli esperimenti, compiuti a livello embrionale: ho un embrione allo stadio iniziale, se non lo modifico, una data parte mi dà origine a una zona dell'organismo (libro fig. 16.7). Se trasferite in un posto diverso, se si sono differenziate come se fossero rimaste al loro posto, allora erano determinate.

Quali segnali e quali meccanismi regolano determinazione e differenziamento?

Le due cellule dopo la prima divisione dello zigote sono totipotenti, se separate, ma, se rimangono insieme, si scambiano segnali che inibiscono la totipotenza, perché una dà origine a metà organismo e l'altra all'altra metà. Se uccido uno dei due blastomeri, senza staccarlo, si origina un emiorganismo, che non sarà vitale. Un teratoma è un embrione umano che ha perso la giusta disposizione geometrica, ci sono tutti i tessuti ma sono disposti in modo scorretto.

Induzione permissiva dell'ectoderma nella determinazione del mesoderma dell'arto

Ad un certo punto nell'embrione si vedono gli abbozzi degli arti, in cui ci sono due tipi di tessuto: uno determinato e staccato, cioè l'ectoderma che originerà l'epidermide; e il mesoderma, che darà origine a cellule muscolari e tessuto osseo. Perché l'arto sia funzionante, le ossa e i tessuti si devono formare nel modo giusto. Se, quando comincia a formarsi l'abbozzo, tolgo lo strato più esterno (ectoderma), l'omero si forma, ci sono radio e ulna ma basta. Questo esperimento dice che l'ectoderma esterno influisce sul mesoderma, perché se tolgo l'ectoderma il mesoderma non differenzia bene.

Induzione permissiva significa che l'ectoderma è essenziale per lo sviluppo del mesoderma interno ma l'induzione non costringe il mesoderma a differenziare in un certo tipo, bensì manda dei segnali al mesoderma che permettono a lui di differenziare. L'ectoderma non dice al mesoderma cosa fare ma dà segnali per sviluppare il mesoderma. L'induzione istruttiva invece costringe a differenziare in un certo modo.

Determinazione ed induzione nello sviluppo

L'ectoderma induce lo sviluppo del mesoderma: se tolgo l'ectoderma, si blocca il processo di determinazione. Il mesoderma è già determinato. Per sapere se una regione è determinata, prendo una parte di abbozzo di tessuto e lo trasferisco: se il tessuto non era ancora determinato, il tessuto che si formerà sarà simile a quello in situ di dove l'ho trapiantato; se si forma qualcosa di diverso (es. ala invece che zampa), allora il mesoderma era già determinato. I meccanismi che regolano l'induzione sono simili tra specie diverse.

Induzione permissiva nello sviluppo del cristallino

La parte esterna dell'epidermide, interagendo con il mesoderma, dà origine al cristallino: mesoderma ed ectoderma si mandano dei messaggi. Segnali induttivi di tipo permissivo stimolano lo sviluppo di cellule già determinate (cioè cellule in cui uno specifico corredo genetico è stato già fissato). Segnali induttivi di tipo istruttivo stimolano lo sviluppo di cellule non ancora determinate (regolano lo stabilirsi di uno specifico corredo genetico).

Induzione istruttiva nello sviluppo dell'arto

Le dita si raddoppiano perché ci sono segnali specifici che guidano questo sviluppo.