Biologia dello sviluppo, lezioni

UOVA MESOLECITICHE

(anfibi)

Gli anfibi presentano molto citoplasma nel polo vegetativo, quando inizia la divisione di segmentazione che parte

sempre dal polo animale al polo vegetativo la quantità di tuorlo rallenta la citodieresi al punto tale che nel momento in

cui parte il secondo o terzo piano di divisione il primo piano

non si è ancora completato, in seguito a ciò per un certo periodo

di tempo tale struttura condividerà nella regione vegetativa tutto

il tuorlo, ci sarà un momento in cui i nuclei saranno suddivisi

nella parte

animale

con i

citoplasmi

che

avranno una composizione diversa rispetto al polo vegetativo che

condivideranno il citoplasma; man mano che la segmentazione

va avanti si completa anche la citodieresi ed si ha la formazione del blastocele.

del blastocele, proprio perché è costituita dal punto di vista

All’interno

morfologico con tipologie di cellule che sono ben caratterizzabili,

marcando tali cellule è possibile disegnare nella blastula delle mappe

prospettiche ed è possibile stabilire a partire da ogni singola regione a

quale struttura del corpo darà origine; ad esempio la regione centrale

formerà molti dei derivati mesodermici (rene, sangue, gonadi) nella

regione del polo vegetativo si originerà l’endoderma, la regione

ectodermica può essere suddivisa in due porzioni: una che darà origine al

sistema nervoso ed una che darà origine al derma. 9

Quando si lavora con gli anfibi si ha già un’idea della disposizione differenziale delle molecole all’interno del

citoplasma degli oociti, è presente metà oocita molto scuro (polo animale) e metà oocita molto chiaro (polo

vegetativo); quando lo spermatozoo penetra si ha una rotazione del citoplasma ed invece di due regioni se ne

evidenziano tre; la terza regione è detta La prima divisione di segmentazione divide il citoplasma

semiluna grigia.

dello zigote in due metà perfettamente identiche, in particolare la semiluna grigia è ripartita equamente nei due

blastomeri che ne derivano; se si separano i due blastomeri essi riprendono lo sviluppo embrionale dando origine a due

larve gemelle.

Semiluna grigia Spemann è stato in grado di alterare il piano

di divisione nella prima divisione di

segmentazione facendo in modo che la

semiluna grigia andasse solo in uno dei due

blastomeri, poi dividendo i due blastomeri ha

scoperto che il blastomero che comprendeva

la semiluna grigia si è sviluppato

normalmente mentre l’altro ha dato origine

ad una struttura abortiva, da ciò si deduce che

la semiluna grigia contiene dei determinanti in grado di dirigere lo sviluppo

Ciò è stato fatto quando l’embrione è ancora allo stadio di due cellule. Se si lavora quando l’embrione si

embrionale.

trova in uno stadio tardivo, per esempio nel momento in cui inizia la gastrulazione; prendendo due embrioni di

salamandra le cellule presenti sulla blastula sono tutte equivalenti? Se le cellule si manipolano e si spostano come si

comportano?

Sono stati fatti tanti esperimenti: sono stati presi due embrioni, è stato preso un pezzetto di un embrione ed è stato

dell’altro in posizioni diverse,

messo sulla superficie dopo diverse prove è stata isolata una regione che corrisponde

alla regione in cui iniziano dei movimenti di gastrulazione e vi è un punto in cui le cellule iniziano a formare un poro

costituito da due labbra che a sua volta sono costituite da una regione

dorsale ed una regione ventrale.

È stato preso un embrioncino, sono state tagliate le cellule delle labbra

dorsali del blastoporo e tale embrione è inserito anche nel punto

opposto da dove è iniziata la gastrulazione, quindi si ha una embrione

già con le labbra dorsali del blastoporo che sta iniziando la

gastrulazione, in seguito è stato preso un altro embrione ed è stato

introdotto dall’altra parte osservando inzia un’altra gastrulazione,

che

cioè nello stesso embrione ci sono due punti di inizio della

gastrulazione; le due gastrulazioni vanno avanti fino a formare due

larve che condividono gli stessi organi e tessuti ( siamesi).

sviluppo anche all’inizio della

La capacità di regolazione dello

gastrulazione è molto elevata, esistono però le cellule delle labbra

dorsali del blastoporo in grado di indirizzare lo sviluppo delle altre cellule (come i micromeri nel riccio di mare).

dell’embrione fino ad un certo stadio non sono committed verso il destino

Concludendo si può affermare che le cellule

cellulare ed esiste una specifica porzione della blastula in grado di indirizzare lo sviluppo delle cellule adiacenti al

punto in cui si trovano , da qui nasce il concetto di organizzatore di Spemann.

Innovazione di Spemann (1923)

Le cellule sono ancora pluripotenti ma esistono delle cellule che corrispondono

(cellule dell’organizzatore) che

alle cellule del labbro dorsale del blastoporo

sono in grado di indirizzare lo sviluppo delle cellule che sono ancora

pluripotenti.

Basi molecolari dell’organizzatore di Spemann:

le basi molecolari sono complesse e per la loro complessità definiamo le

componenti molecolari come perché sono

agenti morfogenetici o morfogeni, 10

classificati in base alla funzione e non alla categoria chimica (un morfogeno può essere un mRNA o una proteina).

Caratteristica dell’attività del morfogeno è quella di lavorare sul gradiente di concentrazione (come per esempio nella

chemiotassi dove si ha un punto in cui il chemioattraente è molto concentrato che è quello della sorgente che poi si

diluisce nel liquido), si avranno delle cellule del labbro dorsale del blastoporo che producono i morfogeni e nel punto

di produzione dei morfogeni la concentrazione sarà molto alta e via via si diluirà nei punti sempre più distanti del

morfogeno. Le cellule inizialmente uguali (pluripotenti) sono indotte a differenziarsi dal morfogeno rispondendo ad un

gradiente di concentrazione. Se per esempio si ha una stringa di cellule uguali ed una cellula che secerne il

morfogeno: ci saranno dei punti in cui la concentrazione è molto evidente, ci sono

dei punti soglia di risposta delle cellule, cioè al di sopra di tale concentrazione il

gruppo di cellule prenderà una certa via differenziativa e diventerà per esempio

A, all’interno

cellula della concentrazione le cellule risponderanno alla

concentrazione di morfogeno dando origine alle cellule B.

La concentrazione del morfogeno definisce il destino differenziativo delle cellule

che sono in grado di rispondere al morfogeno.

Tale modello è stato chiamato modello della bandiera francese.

Tutte Le cellule possono rispondere al morfogeno, ma in base alla concentrazione

del morfogeno il destino differenziativo sarà diverso.

Sistema di reazione- diffusione

Sono presenti tanti morfogeni; ad influenzare la

concentrazione del morfogeno possono anche

essere delle sostanze che inibiscono la sintesi del

morfogeno.

La produzione da parte della sorgente stessa, del

morfogeno e dell’inibitore del morfogeno isolano

delle regioni in cui il pattern via via si evidenzia.

Con questo sistema è possibile spiegare tutti i

pattern di regolazione e non solo quello del

modello francese.

Utilizzando il sistema di reazione- diffusione è possibile anche

spiegare la crescita del pelo, piume, capelli sulla pelle che sono

distanziati in maniera ordinata ed uniforme.

Tutti gli sperimenti che hanno portato Spemann a prendere il premio nobel sono stati fatti da

Mangold. Equivalenza dei nuclei

È stato fatto un altro esperimento sui nuclei. La cellula

è composta dal citoplasma e dal nucleo.

Chi dirige lo sviluppo embrionale?

In figura è presente un embrione a 4 cellule che si

dividerà in 8 cellule:

Spemann strozza uno dei blastomeri in modo che il

da una parte mentre dall’altra parte è

nucleo rimanga

presente il citoplasma senza nucleo; lega il blastomero,

aspetta che lo sviluppo proceda fino allo stadio di 16

allenta il nodo in modo che il nucleo passi dall’altra parte, poi strozza nuovamente l’embrione separandolo

blastomeri,

ottenendo due larve.

Da questo esperimento è stato dedotto che allo stadio di 16 cellule il nucleo dei blastomeri sono in grado di ridirigere

dall’inizio facendo in modo che il citoplasma che è isolato, ma che è comunque già allo

lo sviluppo embrionale fin

stadio di 4 cellule, nel momento in cui nel citoplasma ritorni il nucleo il blastomero è in grado di riniziare lo sviluppo.

fatto l’esperimento l’embrione moriva.

È stato anche nello stadio di sviluppo successivo ma è stato osservato che

Per quanto riguarda la salamandra i nuclei sono in grado di riorganizzare lo sviluppo embrionale fino allo stadio di 16

cellule e ricominciare un nuovo sviluppo embrionale dando origine a due gemelli.

s

vitello

D

Dimensioni 11

12

14/11/2014

ESPERIMENTO DI HANS SPEMANN-EQUIVALENZA DEI NUCLEI.

aver manipolato l’embrione

Hans Spemann(biologo della riproduzione e dello sviluppo) dopo di salamadra il suo

al termine della segmentazione e all’inizio

oggetto di studio riposizionando dei gruppi di cellule della gastrulazione,

“ l’organizzatore’ ’cioè il fenomeno dell’induzione. l’embrione

scoprì La domanda che si pose è la seguente: è così

avanti nel differenziamento (cellule terminalmente differenziate) che in presenza di altri tipi di cellule con

caratteristiche di indurre il differenziamento delle cellule che stanno attorno queste ultime non sono più in grado di

rispondere? E trasferendo questa domanda dalla cellula intera alle componenti cellulari ad es. il nucleo distinto nelle

due componenti principali nucleo e citoplasma la successiva domanda che si pose è: quando durante lo sviluppo

embrionale la componente citoplasmatica o la componente cellulare non sono più in grado di riorganizzare lo sviluppo

e quindi di riprendere un successivo sviluppo embrionale o non rispondere più al gruppo di cellule che hanno la

All’epoca poichè

caratteristica di indurre il differenziamento in altre cellule? non si conoscevano i ruoli del nucleo e

l’embrione della salamandra

del citoplasma, (stadio di embrione a 8 blastomeri) è stato strozzato con un capello in

modo da separarlo in due componenti: una componente citoplasmatica priva di nuclei, e una componente nucleare e

cellulare. Però la strozzatura non divide in due l’embrione, semplicemente stringe l’embrione in modo da lasciare

ma

un varco che allargato al successivo stadio di svilupp