Biologia dello Sviluppo - Appunti

SEGMENTAZIONE E GASTRULAZIONE NEGLI ECHINODERMI

Dopo la fecondazione lo zigote è pronto per entrare nel successivo stadio del ciclo vitale.

La segmentazione. Le uova dell'echinoderma riccio di mare sono isolecitiche, quindi

vanno incontro a segmentazione oloblastica radiale, cioè la formazione del solco di

segmentazione coinvolgerà completamente lo zigote. Il primo piano di segmentazione è

meridiano e attraversa il polo animale-vegetativo, il fuso mitotico è disposto all'equatore

della cellula ed è orientato perpendicolarmente all'asse animale vegetativo, lo zigote viene

suddiviso in due cellule (blastomeri) di uguali dimensioni. Il secondo piano di

segmentazione è sempre meridiano ma perpendicolare al precedente, ciò porta alla

formazione di quattro blastomeri di uguali dimensioni. Il terzo piano di segmentazione è

equatoriale, portando così alla formazione di otto blastomeri; quattro al polo animale e

quattro al polo vegetativo. Durante la quarta divisione, i blastomeri del polo animale si

dividono secondo un piano meridiano portando alla formazione di otto blastomeri di media

grandezza noti come mesomeri (daranno vita all’ectoderma). I fusi mitotici dei blastomeri

dell'emisfero vegetativo sono invece fortemente spostati vero il margine del polo

vegetativo, e il piano di segmentazione è equatoriale, portando alla formazione di

blastomeri di grandezza diversa che chiameremo macromeri (daranno vita all’endoderma)

quelli più grandi e micromeri (daranno vita al mesoderma e saranno importantissimi per i

movimenti gastrulatori) quelli più piccoli. Durante la quinta divisione di segmentazione, i

blastomeri del polo animale si dividono sempre secondo un piano di divisione meridiano

portando alla formazione di due file di bastomeri noti come an1 e an2. I macromeri si

dividono invece secondo un piano di divisione meridiano portando alla formazione di una

fila di otto macromeri; i micromeri si dividono equatorialmente e in maniera diseguale

portando alla formazione di micromeri di grandezza diversa, noti come grandi micromeri e

piccoli micromeri. La sesta divisione di segmentazione porterà alla formazione di un

embrione di 60 cellule. Durante tale divisione le cellule del polo animale si dividono

secondo piani di divisione meridiani, i macromeri del polo vegetativo si dividono secondo

piani di divisione equatoriali, portando alla formazione di due file di blastomeri che

chiameremo veg1 e veg2; i micromeri più grandi andranno incontro a divisione cellulare

mentre i piccoli micromeri salteranno questo ciclo di divisione cellulare. Con il proseguire

delle divsioni l'embrione raggiungerà lo stadio di blastula (128 blastomeri) caratterizzata

dalla presenza di un ampia cavità nota come blastocele una cavità piena di fluido proteico

che rappresenta la prima cavità dell'embrione. Con il proseguire delle divisioni le cellule

del polo animale si dispongono in un unico strato portando alla formazione del

blastoderma che delimita il blastocele. In seguito sulla superficie dei blastomeri del polo

animale si vengono a creare numerose ciglia particolarmente lunghe che danno la

possibità all'embrione di ruotare all'interno della membrana di fecondazione, le cellule del

polo vegetativo invece iniziano ad ispessirsi portando alla formazione di una piasta

vegetativa. Inoltre le cellule dell'emisfero animale iniziano a sintetizzare e rilasciare

specifici enzimi che avranno la funzionalità di degradare la membrana di fecondazione,

una volta che ciò sarà avvenuto l'embrione sarà libero di nuotare nell'ambiente marino

circostante e continuare il suo sviluppo.

La capacità induttrice dei micrometri

Il destino dei blastomeri del riccio di mare allo stadio di blastula è acquisito per

specificazione condizionata. Le uniche cellule che sono specificate in modo autonomo

sono i micromeri, che formano lo scheletro. Infatti se vengono isolati, posti in provetta e

lasciati sviluppare formeranno delle spicole scheletriche. I micromeri hanno anche notevoli

capacità induttrice. Se vengono trapiantati nella regione animale della blastula essi

inducono un sito secondario di gastrulazione, si invaginano nel blastocele formando una

nuova serie di cellule di mesenchima primario e inducono le cellule animali con cui sono in

contatto a diventare cellule endodermiche della piastra vegetativa. In conclusione

inducono un asse secondario. Se la metà animale di un embrione di riccio di mare viene

isolata e lasciata sviluppare non gastrula e dà origine ad un embrione di forma sferica

costituito da cellule ectodermiche ciliate, privo di strutture endodermiche e mesodermiche,

che prende il nome di blastula animalizzata (dauerblastula). Se si ricombinano micromeri

isolati con la calotta animale isolata, i micromeri inducono le cellule della calotta animale a

formare strutture endodermiche e mesodermiche; si svilupperà quindi una larva quasi

normale.

Al centro della piastra vegetativa neoformata della blastula, piccole cellule, che derivano

dai micromeri, cominciano a mostrare movimenti pulsanti sulla loro superficie, che

espande e ritrae lunghi e sottili processi chiamati fillopodi, successivamente esse si

isolano l'una dall'altra e migrano all'interno del blastocele, andando a formare il

mesenchima primario; quindi si localizzano nella regione ventrale del blastocele, danno

origine a delle spicole scheletriche e si fondono in un cordone sinciziale che formerà l'asse

dello scheletro di carbonato di calcio del pluteo. Quando le cellule del mesenchima

primario perdono il contatto con il blastoderma i microtubuli si distribuiscono

disordinatamente, successivamente penetrano nei fillopodi delle cellule migranti e più tardi

si troveranno nei cordoni sinciziali. Dopo l'ingressione delle cellule mesenchimali la piastra

vegetativa si appiattisce sempre più, successivamente si piega e si estende verso l'interno

per un terzo dello spazio disponibile. Quindi l'invaginazione cessa improvvisamente. La

regione invaginata è chiamata archenteron e l'apertura dell'archenteron blastoporo. Dopo

una breve pausa comincia la seconda fase della formazione dell'archenteron. Si formano

le cellule del mesenchima secondario sulla cupola dell'archenteron. Da queste cellule si

sviluppano dei fillopodi che si allungano nel liquido del blastocele fino a prendere contatto

con la superficie interna della parete del blastocele. I fillopodi si ancorano prima, in zone

specifiche del blastocele, alla parete delle giunzioni fra le cellule, quindi si accorciano. Nel

punto di contatto dell'archenteron con la parete si formerà la bocca, mentre il blastoporo

marca la posizione dell'ano, secondo la caratteristica dei deuterostomi. La β-catenina è

una proteina disposta nel nucleo dei micromeri che attiva determinati geni che mediano

l'invaginazione. Attivando la β-catenina in tutte le cellule dell'embrione si vede che tutte

cercheranno di invaginarsi nel blastocele.

SEGMENTAZIONE E GASTRULAZIONE NEGLI ANFIBI

Segmentazione oloblastica mesolicitica con simmetria radiale. La fecondazione avviene

ovunque nell’emisfero animale dell’embrione degli anfibi. Il sito d’ingresso determina

l’orientamento dorso-ventrale del girino. Il sito d’ingresso contrassegnerà il lato ventrale

mentre il lato opposto ne segnerà il lato dorsale. Il sito opposto al sito d’ingresso sarà

riconosciuto da una mezzaluna grigia e sarà proprio qui che avrà inizio la gastrulazione.

Ricordiamo che l’uovo dell’anfibio è ricco di tuorlo concentrato nell’emisfero vegetativo. La

prima divisione inizia nel polo animale e si estende lentamente verso il basso. Mentre il

primo solco sta ancora dividendo il citoplasma ricco di tuorlo è già comparso il secondo

solco ad angolo retto rispetto al primo (anch’esso meridiano). Il terzo solco sarà sul piano

equatoriale spostato leggermente verso il polo animale. Questo solco divide l’embrione in

4 micromeri al polo animale e 4 macromeri al polo vegetativo. Con il procedere della

segmentazione, la regione animale viene stipata in numerose piccole cellule, mentre la

regione vegetativa contiene un numero limitato di voluminosissimi macromeri. Un

embrione formato da 64 cellule è definito morula, mentre un embrione di 128 cellule, in cui

risulta evidente il blastocele, è definito blastula. Il blastocele ha la funzione di creare

spazio per i movimenti gastrulatori e impedisce alle cellule a esso sottostanti di interagire

con quelle soprastanti. Il blastocele si forma alla prima divisione dell’embrione e man

mano che le divisioni aumentano si allarga. La EP-caderina è importante per la formazione

del blastocele in quanto è una proteina di adesione.

Alla 12 divisione l’embrione incomincia a trascrivere il suo genoma e non più quello

materno conservato sotto forma di mRNA nell’oocita iniziale (midblatula). Quando l’mRNA

materno sta per finire e finiscono quindi anche gli mRNA per gli istoni, proteine

fondamentali nella compattazione del DNA, è proprio la mancanza di questa proteina che

avvia la trascrizione del genoma embrionale.

La gastrulazione posiziona il mesoderma tra l’ectoderma esterno e l’endoderma interno.

Questi movimenti iniziano immediatamente al di sotto dell’equatore, nella zona marginale,

dove si incontrano l’emisfero animale e quello vegetativo, nella regione della semiluna

grigia. Perché proprio qui? Perché, dopo la fecondazione, proprio qui si vengono a trovare

alcuni determinanti citoplasmatici derivati dalla madre. Qui le cellule si invaginano

formando un blastoporo, che ha l’aspetto di una fessura. Le cellule che formano il

blastoporo sono definite a fiasco perché hanno il corpo principale spostato verso l’interno

dell’embrione. Il labro dorsale del blastoporo è fondamentale perché è definita come zona

marginale che attua l’embolia. Le fasi successive della gastrulazione quindi sono l’embolia

delle cellule della zona marginale e l’epibolia delle cellule del polo animale che

convergono nel blastoporo. Quando le cellule marginali migranti raggiungono il blastoporo

e diventano il labro dorsale del blastoporo voltano verso l’interno e si spostano lungo la

superficie interna delle cellule esterne dell’emisfero animale (il tetto del blastocele). Le

cellule che quindi compongono il labbro dorsale cambiano continuamente. Oltre hai

movimenti di epibolia ed embolia esistono altri movimenti, chiamati nell’insieme rotazione

vegetativa, che attua l’endoterma vegetativo per dare “una spinta” all’entrata del

mesoderma dal blastoporo. L’ordine di marcia all’interno dell’embrione è determinato dalla