Appunti di Biologia dello sviluppo animale

L’oocita primario, una volta formato, non entra subito in meiosi II, ma prima procede a

diversi stadi di crescita e maturazione:

• Crescita primaria: Durante la crescita primaria appaiono i cosiddetti nucleoli

(diversi dal nucleolo del nucleo), sede dell’rRNA materno, perché nel primo stadio

dello sviluppo embrionale lo zigote non trascrive e quindi ha bisogno di usare gli

RNA materni. Questo processo si chiama amplificazione dei geni ribosomiali,

cioè dei geni che contribuiscono a tenere in vita lo zigote permettendo la sintesi di

proteine. Durante questa fase si assiste anche alla formazione dei corpi balbiani e

alla sintesi dei precursori dell’involucro dell’oocita. I corpi balbiani sono

componenti citoplasmatici di materiale elettrondenso, RNA e mitocondri. Poco

prima della fecondazione, quando l’oocita è maturo, vanno in tutto l’uovo in forma di

masserelle e contengono i determinanti citoplasmatici.

• Crescita secondaria : Durante questa fase si ha l’accumulo del vitello e la

formazione dei granuli corticali, strutture delimitate da membrana omologhe alla

vescicola acrosomiale dello spermatozoo, contenenti enzimi proteolitici; dopo

l’entrata del primo spermatozoo vengono rilasciati ed impediscono la polispermia.

• Maturazione: In questa fase c’è la ripresa della meiosi con espulsione del primo

globulo polare, cui segue l’idratazione della cellula uovo. A questo punto inizia la

meiosi II che si blocca nella fase tipica della classe.

Il precursore del vitello è la vitellogenina, che nella maggior parte dei casi è

eterosintetica, cioè viene sintetizzata da cellule diverse dalla cellula uovo, come il fegato

per i pesci e gli anfibi o il follicolo di Graaf per i mammiferi. La vitellogenina viene poi

tagliata proteoliticamente in due proteine: ipovitellina e fosvitina, che vengono montate a

formare il vitello.

Nei mammiferi l’oocita si trova dentro il follicolo di Graaf e sia l’oocita sia il follicolo

formano microvilli che permettono lo scambio di nutrienti. In Drosofila, invece, gli oociti si

trovano in delle camere ovariche che sono composte dall’oocita e cellule nutrici, collegate

da ponti citoplasmatici. L’unica cellula con 4 ponti citoplasmatici è l’oocita.

Controllo ormonale dell’oogenesi

Come per il controllo della spermatogenesi, l’ipotalamo produce GnRH, che regola la

produzione ipofisaria di LH e FSH. Questi due ormoni raggiungono le cellule follicolari,

inducendo la produzione degli estrogeni, che vengono trasportati al fegato e stimolano la

produzione di vitello. Invece il corpo luteo, sempre sotto il controllo di LH e FSH, produce

il progesterone, che induce la rottura della vescicola germinale (nucleo dell’oocita), che

comporta la maturazione meiotica e quindi l’ovulazione.

Le molecole di origine materna nell’oocita

Ci sono due categorie di molecole di origine materna che aiutano l’embrione nelle prime

fasi del suo sviluppo:

• Molecole maggiordomo: consentono il mantenimento delle necessità energetiche

dell’uovo. Sono proteine materne e rRNA.

• Molecole informazionali : Dicono ai blastomeri il loro destino differenziativo. Alcuni

esempi di molecole di questo tipo sono Vg1 e i determinanti citoplasmatici.

Infatti si sono fatti esperimenti di distruzione degli RNA informazionali e si è visto che lo

zigote rimane indifferenziato. Vg1 è espresso come RNA nello Xenopus e quando si ha la

prima segmentazione (2blastomeri) si sposta quasi tutto nel blastomero di destra e in

seguito solo nel polo vegetale. E’ uno dei fattori dorsalizzanti.

Rivestimenti esterni dell’oocita

I rivestimenti esterni dell’oocita sono composti da matrice extracellulare, proteine e

glicoproteine. Il loro numero non è fisso da una specie all’altra, ma possono essere

distribuiti e accoppiati in maniere diverse (v. slide per i particolari). Si possono suddividere

in rivestimenti di tipo:

• Primario : è un involucro le cui molecole sono sintetizzate dall’oocita. Un esempio è

la membrana vitellina.

• Secondario : è un involucro sintetizzato dalle cellule follicolari e non esiste se non

c’è l’involucro primario. Un esempio è la jelly coat per gli echinodermi, che riveste

l’uovo di sostanze antibatteriche ed è coinvolta nelle prime fasi della fecondazione

in Xenopus (dove però è terziaria); serve inoltre anche ad ancorare l’uovo alle

rocce.

• Terziario : è un involucro sintetizzato da strutture specifiche dell’apparato genitale

femminile, deposto generalmente dopo la fecondazione. Un esempio è il guscio

calcareo di rettili e uccelli, prodotto dalle ghiandole dell’ovidutto dopo la

fecondazione.

Nei pesci si hanno involucri misti e sul corion (cioè l’involucro primario dei pesci o

membrana vitellina dei pesci) è presente il micropilo, un buco nel corion nel quale

possono entrare gli spermatozoi; infatti gli spermatozoi dei pesci non hanno l’acrosoma.

La zona pellucida dei mammiferi è una massa di filamenti proteici fibrillo-granulari

presente fino allo stadio di blastocisti; in seguito l’embrione ne esce in vista dell’impianto.

Si tratta di una massa eterogenea di oligosaccaridi legati ad amminoacidi o-linked e n-

linked. E’ il sito del blocco secondario della polispermia. Nello specifico, è formata da tre

glicoproteine e in grado di indurre la reazione acrosomiale: ZP1, ZP2 e ZP3. Monomeri di

ZP2 e ZP3 si assemblano, congiunti da dimeri di ZP1. E’ stato visto che togliendo ZP3 la

zona pellucida non si forma per niente. Queste tre glicoproteine nel topo sono prodotte

direttamente dall’oocita. Lo ZP-domain è molto conservato e costituisce anche il corion dei

pesci, la cuticola di nematodi e Drosofila ed è importante nella motilità dell’occhio.

La fecondazione

La fecondazione può essere esterna o interna. Ci sono diverse tappe:

• Riconoscimento specie specifico tra i gameti.

• Regolazione dell’entrata dello spermatozoo e blocco della polispermia.

• Fusione del materiale genico.

• Attivazione del metabolismo dello zigote.

Per quel che riguarda la fecondazione interna, gli spermatozoi non sono in grado muoversi

per andare a fecondare l’uovo appena entrano in contatto coi genitali femminili, ma

devono subire un processo detto capacitazione: l’involucro protettivo messo

nell’epididimo che proteggeva da reazioni acrosomiali spontanee viene tolto e lo

spermatozoo diventa in grado di muoversi e fecondare.

Nei mammiferi la zona pellucida è coinvolta nel riconoscimento specie specifico. Nel

momento in cui c’è il riconoscimento sulla membrana (non più sulla zona pellucida) c’è il

blocco veloce della polispermia: infatti, c’è una temporanea depolarizzazione della

membrana per che impedisce la polispermia. Il legame del primo spermatozoo attiva

anche il pathway molecolare che attiverà il blocco lento della polispermia. Quest’ultima si

concreta nel rilascio dei granuli corticali nello spazio tra la membrana dell’oocita e la zona

pellucida. Infatti, l’incontro dei gameti attiva il pathway metabolico con una reazione

mediata da IP3, che apre i canali del calcio, cosa che permette il rilascio dei granuli

corticali nello spazio tra le membrane pellucida e plasmatica e viene impedita l’entrata di

altri spermatozoi.

Nel riccio di mare, prima che lo spermatozoo si leghi alla membrana plasmatica, avviene

la reazione acrosomiale a livello del jelly coat. Infatti la jelly coat fa da primo setaccio per

gli spermatozoi e induce la reazione acrosomiale, che permette l’esposizione del processo

acrosomiale. L’esposizione del processo acrosomiale (detto anche dito di guanto) avviene

perché la g-actina (actina globulare) diventa f-actina (actina filamentosa). Intanto

l’acrosina lisa il jelly coat esponendo la membrana vitellina dell’uovo. Sulla membrana

interna dello spermatozoo (cioè sul processo acrosomiale) c’è la bindina, il cui recettore è

sulla membrana vitellina. A questo punto c’è il match molecolare tra bindina e recettore

che permette la fusione delle membrane interne.

Nel topo durante la fecondazione avviene uno srotolamento del DNA dello spermatozoo.

ZP3 ha una porzione saccaridica che dà la specie specificità e una porzione proteica che

induce la reazione acrosomiale. Ora, quando la testa dello spermatozoo entra in contato

con la zona pellucida, ZP3 induce la reazione acrosomiale ; a questo punto la testa dello

spermatozoo si piega un po’, entra nella zona pellucida e si ha la reazione corticale.

E’ stato fatto un esperimento sulle ZP per capirne la funzione: sono state isolate ZP1, ZP2

e ZP3 e le si è messe in tre colture diverse con l’oocita e la sua zona pellucida. Dove

presenti solo ZP1 o solo ZP2 la fecondazione avviene normalmente, mentre dove

presente solo ZP3 le uova non si fecondano perché le ZP3 libere si legano allo

spermatozoo, che ha così tutti i siti di legame occupati e non può legarsi all’uovo (però non

si sa cosa riconosce, forse sp56) e ha una reazione acrosomiale precoce. Invece gli

spermatozoi con in cui era già avvenuta la reazione acrosomiale si legano a ZP2, che

quindi è il secondo recettore che reagisce con la membrana interna del processo

acrosomiale; la proteina riconosciuta da ZP2 tiene legato uovo e spermatozoo per un po’.

La segmentazione

Introduzione

Subito dopo la fecondazione c’è l’unione dei nuclei e da questo momento si può parlare di

zigote, che è lo stadio zero dello sviluppo embrionale. Immediatamente dopo avviene la

segmentazione, nella quale non avvengono delle vere e proprie divisioni mitotiche, ma

solo delle duplicazioni dei nuclei, mentre il citoplasma non aumenta e viene ripartito tra i

blastomeri, che risultano diversi tra loro perché hanno parti diverse del citoplasma e

diversi determinanti citoplasmatici materni. In questo momento la trascrizione è bloccata.

Esistono diversi tipi di segmentazione a seconda della quantità e della distribuzione del

vitello:

• Segmentazione oloblastica : l’uovo si segrega completamente, ma il vitello deve

essere presente in tutta la cellula uovo.

• Segmentazione meroblastica: si segmenta solo il polo animale.

• Segregazione sinciziale: avviene per le uova telolecitiche e le centrolecitiche; si

creano nuovi nuclei, ma non membrane nuove.

Per i mammiferi il primo piano di divisione è meridiano, il secondo è meridiano ma

perpendicolare al primo, il terzo è un piano equatoriale. In seguito i piani equatoriale e

meridiano si alternano e si ottiene la blastula.

Non è det