Biologia dello sviluppo animale

Knock-out di + BP-1:

letale: no vita embrionale dopo il 15 ° giorno

fenotipo: - ipoplasia del fegato (sottosviluppo)

- anemia dovuta ad assenza di globuli rossi

*fegato è importante per emopoiesi

XBP-1: fattore trascrizionale attivato da accumulo di proteine misfoldate, tramite splicing citoplasmatico e traslocazione nel nucleo dove attiva processi differenziativi necessari per la sopravvivenza degli epatociti

*delezione di XBP-1 nell'adulto provoca danni epatici;

apparato respiratorio

estroflessione pari dell'endoderma che origina trachea e polmoni

*geni coinvolti: es. Wnt

*differenziamento dell'epitelio ciliato

*gemmazione continua

*albero respiratorio

Formazione degli arti

*parte dell'organogenesi = processo durante il quale organi precisi si formano mediante meccanismi geneticamente determinati in momenti prestabiliti

gemme degli arti: protuberanze embrionali che presentano ectoderma apicale in punta e mesoderma che viene

colonizzato da varie cellule compresequelle provenienti dai somiti2 fenomeni:

1. crescita di dimensioni: proliferazione cellulare
2. differenziamento cellulare

struttura arto adulto:

• varie componenti:
• muscoli
• ossa
• nervi
• sistema vascolare
• ognuno con una forma ben definita

alterazioni teratogeniche:

• arti sovranumerari
• possono essere dovuti a infezioni batteriche
• formazione dell'arto è dovuta a fattori genetici e a fattori ambientali

nel mesoderma:

ZPA = zona polarizzante apicale

• zona più importante del mesoderma
• se trapiantata in un altro embrione genera arti sovranumerari e spesso speculari
• dà anche informazioni posizionali grazie a Shh
• cellule migranti devono continuare a proliferare raggiunto il sito definitivo perché il numero di cellule che migrano non è sufficiente per tutto l'arto adulto

punti di riferimento:

• parte dorsale/parte ventrale
• parte anteriore/parte posteriore
• parte distale/parte prossimale

• AER

(Apical Ectodermal Region) →distale e ventrale• ZPA → prossimale e posteriorealterazioni genetiche possono indurre alterazioni simmetriche es: fusione dita, morfologia alterata (geniHox)alterazioni della migrazione e della transizione epitelio-mesenchimale dai somiti → NO muscoli néstruttura scheletrica

*AER produce FGF che provoca proliferazione dei fibroblasti → crescita arto*se sotto AER viene trapiantato mesenchima non dell'arto → NON si forma l'arto*se sotto AER dell'arto anteriore viene trapiantato mesenchima dell'arto inferiore → si forma un artoinferiore→AER riceve in formazioni dal mesenchima sottostante

*se mesenchima di un arto giovane viene trapiantato in un arto più avanti nello sviluppo → inducenuovamente le strutture prossimali (duplicazione di radio e ulna)*se viene trapiantato mesenchima più vecchio in un arto giovane → si sviluppano solo le strutture distali→controllo

prosegue fino alla nascita. Il cuore si forma a partire da un tubo cardiaco primitivo che si sviluppa nel mesoderma. Questo tubo si divide in quattro camere: due atrii e due ventricoli. Le valvole cardiache si formano per separare le camere e garantire un flusso sanguigno corretto. Durante lo sviluppo, il cuore si connette ai vasi sanguigni che si sviluppano per fornire ossigeno e nutrienti all'embrione. Il sistema cardiovascolare si sviluppa in modo coordinato con gli altri sistemi del corpo per garantire un corretto funzionamento dell'organismo.

Il cuore progredisce per tutta la vita embrionale fino alla nascita quando si chiude il foro ovale.

1) Il cuore è un vaso lineare in cui si distinguono diverse parti:

• Tronco arterioso - associato al ventricolo
• Vene vitelline - associate all'atrio

2) Intorno al cuore si sviluppa uno spesso strato di muscolatura che formerà il miocardio.

3) Il cuore si avvolge su sé stesso ma il flusso di sangue rimane lineare: dalle vene vitelline al tronco arterioso.

*Esistono messaggeri per lo sviluppo del cuore! Senza questi si può verificare l'aborto.

Vascologenesi = formazione dei grandi vasi sanguigni.

Angiogenesi = gemmazione di capillari per la vascolarizzazione di tutti gli organi. Questi processi avvengono solo durante lo sviluppo embrionale.

*Eccezioni:

• Aumento dello spessore della mucosa uterina: durante ogni ciclo mestruale si formano nuovi capillari che poi degenerano.
• Tumori: sono in grado di creare nuovi vasi sanguigni per sostentarsi.

1. Transizione di cellule del mesoderma in emangioblasti.

2. Formazione dei vasi.

differenziamento degli emangioblasti in cellule endoteliali→ all’esterno dei vasi si formano la tonaca muscolare e la tonaca elastica processo regolato da recettori:

• Fgf R
• VEGF R-1 e 2 (Vascular Endothelial Grow Factor Receptor)

ligando: VEGF → produzione stimolata da ipossia→ formazione progressiva delle isole del sangue = raggruppamenti di cellule mesenchimali che si differenzieranno in cellule del sangue→ intorno alle isole del sangue si creano le cellule endoteliali per un nuovo vaso

*mutanti vegf → NO vascolarizzazione del sacco vitellino → morte embrionale

organizzazione posizionale dei vasi sanguigni→ semaforine = proteine transmembrana o secrete multi-dominio che interagiscono con plexine altre proteine transmembrana

* ogni classe di semaforine è espressa in una determinata zona embrionale

*mutazioni nei geni per semaforine portano a disorganizzazione del sistema vascolare o a disturbi della contrazione cardiaca (se

promiscuità di legame tra semaforine e plexine: più semaforine legano una plexina → la combinazione di semaforine legate a plexine porta a differenziamento

legame con plexina porta a:

• rimodellamento del citoscheletro
• signaling intracellulare a cascata che attiva geni specifici

Formazione sistema linfatico → importante per riassorbimento di acqua e per il passaggio di cellule immunitarie dal sangue ai tessuti

formato da:

• dotti linfatici
• noduli linfatici in cui si accumulano cellule immunitarie

si forma per gemmazione da sistema vascolare

Emopoiesi

precursore cellule del sangue: cellula staminale ematopoietica (HSC)

linfociti eritrociti piastrine

HSC è presente anche nell'adulto → nel midollo osseo rosso

nell'embrione HSC sono presenti nelle isole del sangue

Timo in posizione ventrale

organo grande nell'embrione mentre relativamente più piccolo nell'adulto molto vascolarizzata e ricco di vasi

linfatici→ educazione di cellule T, alcune cellule B e cellule dendritiche (APC)

Borsa di Fabrizio: (Uccelli) maturazione e educazione cellule B

Riconoscimento del self

La creazione di chimere con trasferimenti di cellule da un embrione ad un altro è possibile solo durante le prime fasi embrionali, poi → rigetto

durante lo sviluppo embrionale le cellule vengono istruite a riconoscere il self dal non-self

APC = Antigen Presenting Cell

macrofago che una volta digerito un corpo estraneo espone sulla superficie frammenti proteici riconosciuti dal sistema immunitario che attiva la risposta immunitaria: produzione anticorpi da parte delle cellule B ed eliminazione corpo estraneo da parte delle cellule T

Educazione cellule T

1. arrivo del linfocita T nel timo
2. contatto cellule T con APC nella parte midollare del timo
3. eliminazione dei timociti specifici per l'antigene presente normalmente in quel tessuto

APECED = malattia autoimmune→ produzione di anticorpi contro

auto-antigeni→ dovuta al fallimento del processo di educazione delle cellule T durante lo sviluppo embrionale*mutazione nel FT AIRE espresso nel timo che permette l'espressione di geni espressi in altri tessuti dell'adulto→ in questo modo nel timo embrionale si generano anche auto-antigeni tipici dell'adulto* se AIRE è mutato, questi NON vengono espressi

Interazioni molecolari embrionali

Wnt=molecola extracellulare↳lega Frizzled = recettore↳attiva DSH = vari percorsi segnale:APC → attiva B-catenina↳B- catenina trasloca nel nucleo e attiva il FT TCF

* DSH lega APC; B-catenina è quindi libera di andare nel nucleo e attivare TCF

* se non c'è Wnt, APC sequestra B-catenina e promuove la sua ubiquitinazione

*mutanti apc: sviluppo embrionale normale, con il passare del tempo sviluppano noduli (tumori benigni) lungo il tubo digerente→APC è un inibitore del cancro colon-retto

*B-catenina è espressa vicino alla membrana

plasmatica→ essenziale per organizzare i filamenti di actina a valle della caderina embrionale↳ importante nel compattamento→ delezioni della B-catenina sono letali*mutanti wnt:↳famiglia di geni differenzialmente espressi → essenziali per crescita ed espansione*mutanti frizzled:geni frizzled 1 e 2 sono ridondanti!→ singolo mutante non dà fenotipo alterato→ doppio mutante: difetti nella formazione del setto interventricolare Sviluppo Drosophila Nobel 1995 sviluppo veloce: 10 gg a 30°C 1. fecondazione 2. larva 3. pupa 4. metamorfosi 5. adulto *diminuendo la temperatura lo sviluppo rallenta permettendo una maggior manipolazione dell'embrione *mutanti quantitativi: fenotipo "minuto" : più piccolo; dovuto a insufficienza ribosomale→ fenotipo normale ma più piccolo→ nei mammiferi non è così: spesso mutazioni qualitative e non quantitative sviluppo uovo fertilizzato di Drosophila: 1. mitosi del nucleo → sincizio2.

migrazione nuclei verso la superficie

3. cellularizzazione

a 10h: dall'esterno si identifica una segmentazione dell'embrione→ corrisponde a grandi linee alla segmentazione del corpo adulto: capo, torace, addome

corrispondenza precisa ma non identica:

adulto:

• 3 segmenti cefalici (C1-3)
• 3 segmenti toracici con 1 paio di zampe ciascuno (T1-3)
• 8 segmenti addominali (A1-8)

questi 14 segmenti corrispondono a grandi linee ai 14 parasegmenti embrionali ma non del tutto:

→ ogni parasegmento embrionale si divide in 2 andando a formare la parte posteriore del segmento

più cefalico e la parte anteriore del segmento più caudale