Biologia dello sviluppo Prof. Luzzati

THE HAIR CYCLE

La matrice generativa che produce il pelo dopo vari cicli tende a spegnersi. Il pelo

cade ma altri ne ricrescono. Nel topo, nelle prime fasi dello sviluppo, la crescita dei

peli è molto coordinata, ci sono momenti di crescita chiamati Anagen, momenti di

distruzione chiamati Catagen e un periodo di riposo chiamato Telogen, dopodichè

riparte la fase di crescita.

Che cosa produce l'accensione di questo sistema?

C'è un cellula madre che da origine a dei progenitori intermedi che ad un certo punto

si spengono. La cellula staminale rimane sempre attiva e fa ripartire il nuovo pelo

mettendo in piedi un sistema di sviluppo

Le cellule staminali si trovano al lato del pelo sotto le ghiandole sebacee. In questa

zona troviamo un piccolo bulge ( grumi di cellule) . Questi grumi di cellule sono il

punto in cui si trovano le cellule staminali. Alla base del pelo c'è una papilla dermica.

Inoltre sono presenti strati di cellule ( in mezzo alla quale troviamo anche

imelanociti) che proliferano e producono le cellule che costruiranno il pelo. Questa è

una matrice germinativa.

Le cellule del bulge sono state identificate e contengono anche cheratina e integrine.

SISTEMA TET-OFF

Questo è un sistema con la quale venne creato un transgenico all'interno del quale vi

è un promotore che porta alla produzione di un trans-attivatore ( molecola capace di

regolare la trascrizione). Nel sistema tet-off questo trans-attivatore si lega al suo

elemento 3 e blocca la traduzione di un gene.

Il gene reporter Lac-Z è un gene che permette lo “spegnimento” di quest'ultimo.

Mettendo, infatti, il gene insieme a un repressore del gene stesso studio un sistema

per lasciarlo spento.

Questo repressore voglio poterlo modulare. Per fare questo, il repressore è in grado di

legare la tetraciclina, ne provoca il distacco dal suo elemento 3 ( parte di dna che

viene legata) e il mio gene reporter comincia ad essere espresso: abbiamo quindi

messo un promotore CMW.

Per fare questo transgene che ci interessa è stato preso un promotore specifico:

cheratina 5 (K5). Questo inibisce l'espressione del repressore che va a legarsi

all'elemento 3 inibendo l'espressione del gene H2B (istone)-GFP. Quando do la

doxiciclina le cellule dell'epitelio esprimono tutte K5. Quindi se non do doxociclina i

nuclei saranno verdi. Quando ho la doxociclina l'epsressione della GFP viene

interrotta ma non immediatamente. Tutto dipende dalla velocità di divisione.

Se ho un nucleo verde e lo faccio dividere, il verde si diluirà perchè ha molto meno

istone. Dopodichè si dividerà ancora ma ad un certo punto dopo un tot di divisioni i

nuclei diventeranno bianchi.

Come faccio a non avere la diluizione?

Devo fare una modificazione genetica a livello del nucleo del marcatore cosicchè

tutte le cellule figlie continuino ad esprimerlo.

La cellula staminali si divide poco e all'inizio del sistema rigenerativo. Quasi tutte le

cellule, quando parte la formazione del pelo (P29), si dividono ma solo per un attimo

e poi non si dividono più lasciando i progenitori intermedi a produrre il pelo, questi

progenitori non sono self -renew, ma vivono solo per poco tempo fino a che questa

matrice di progenitori intermedi si esaurisce e muore. Con il Catagen i progenitori si

esauriscono e smettono di produrre cellule indiferenziate.

La nicchia all'intenro del quale sono contenute le stem cell sono in contatto la papilla

dermica.

Ci sono inoltre delle cellule a stretto contatto ( congiunzioni aderenti). In questo caso

le cellule staminali sono colorate in rosa. Nell'immagine si vede la sezione di un

bulbo in telogen e la parte verde sono le cellule figlie delle cellule staminali ma che

non sono staminali e ne modulano la quiescenza e impediscono alle cellule staminali

di proliferare grazie alla produzione delle molecole FGF. Ci possono essere poi

elementi che cercano di superare la quiescenza.

Dall'esterno arrivano diversi tipi di segnali. La papilla dermica è uno degli elementi

determinanti che produce gli inibitori delle BMP e attivatori della via di WNT e da il

via alla proliferazione.

La telogen-anogen-transition è la fase in cui si ritorna alla formazione del pelo.

CELLULE STAMINALI NEURONALI IN VITRO

In un'esperienza sono state messe cellule di cervello in coltura che hanno fatto

ottenere cellule, che in vitro sono capace di fare self-renew e se tolgo i fattori di

crescita danno:

astrociti

– neuroni

– oligodentrociti.

–

Queste le chiamiano cellule staminali neuronali in un cervello adulto.

A-P SPECIFICATION AND NEURONAL INDUCTION

-(specificazione dell'asse antero posteriore)-

Queste fasi sono determinate da varie popolazione cellulari che hanno come

caratteristica il fatto che il loro destino si restringa.

Si parte dalla blastocisti dove troveremo un inter cell mass che contiene le cellule

neuronali. L'epiblasto si dividerà in ectoderma e in altri due derivativi (prodotti da

cellule che si invaginano): mesoderma e endoderma. Questo sarà l'embrione.

L'ectoderma da origine alla superificie del corpo, il mesoderma si divide in una serie

di sottoparti ciascuno del quale avrà una funzione e infine l'ectoderma darà origine al

sistema nervoso.

Partiamo dall'oocita e dallo xenopus. L'uovo di xenopus è già polarizzato. In questo

caso partiamo con una situazione in cui qualcosa è gia stato definito. Abbiamo un

polo animale e uno vegetativo dove è concentrato gran parte del tuorlo. Il polo

animale è distinto dalla presenza di pigmento.

L'asse dorso-ventrale del futuro embrione viene definito dal punto in cui è arrivato lo

spermatozoo ovvero dal polo animale. Il punto d' ingresso dello spermatozoo

definisce anche l'asse antero-posteriore. Con l'ingresso dello spermatozoo la parte

corticale del citoplasma fa una rotazione, così abbiamo definito la parte dorsale e la

parte ventrale. Si parla ancora di blastula.

La prima segmentazione avverà parallelamente a questo asse e dividerà la parte

destra dalla sinistra. Dal momento in cui questa parte del polo animale è pigmentata,

se la si ruota si noterà una parte con meno pigmento , questo è molto interessante

perchè si riconosce il labbro dorsale del blastoporo.

Arrivato lo spermatozoo avviene il primo solco di divisione. Questa è una

segmentazione oloblastica ineguale perchè i solchi arrivano ritardati nella parte

ventrale del tuorlo. Il risultato è che nella parte dorsale abbiamo tante piccole cellule

mentre nella pate ventrale abbiamo meno cellule e più grasse perchè sono piene di

tuorlo. Dopo la fase di morula, inizia a formarsi una cavità e le cellule

rimpiccioliscono. La cavità formata prende il nome di blastocele

Questa struttura che si forma si chiama BLASTULA e se la marchiamo con del

colore riusciamo ad individuare il cammino delle cellule. La parte in azzurro

diventerà l'epidermide, in basso abbiamo cellule che diventeranno mesoderma mentre

in basso cellule che diventeranno endoderma. Il fatto che noi sappiamo le varie

funzioni dell cellule non vuoldire che siano già mesoderma o ectoderma. C'è un

processo progressivo che passa attraverso la specificazione e la determinazione.

ANATOMIA

Nella blastula e specificatamente nella semi luna grigia inizierà la gastrulazione,

processo con la quale il mesoderma viene invaginato nell'endoderma. Le cellule che

si invaginano si piegano e l'invaginazione prosegue fino a formare una zona circolare

che prende tutto l'embrione. Questo è il margine dorsale del blastoporo. Le cellule in

questo punto acquisiscono un fenotipo particolare. Le chiamaremo cellule a fisco

(bottle cell). Le cellule a fisco trascinano con se un sacco di tessuto che in parte era

già presente e in parte in via di formazione. La tasca che si forma si chiama

archenteron. Il blastocele si chiude e nel frattempo abbiamo formato i tre foglietti. La

parte posteriore sarà il futuro ano. Quello che migra in avanti rappreseterà la futura

testa.

Abbiamo quindi fissato i punti cardinali dell'embrione

Come si fa a capire quando la testa diventa realmente testa?

Uno dei primi approcci fu quello di colorare le cellule,ma non funzionò. Si fecero

quindi dei trapianti. Spemann si occupò dell'uovo di tritone e ne prese due specie

diverse: una colorata e una bianca. Il fatto di avere cellule colorate da la possibilità di

prendere e avere una marcatura genetica. Spemann cominciò quindi a chiedersi

quando questi tessuti cominceranno a prendere la vera e propria forma che nel futuro

assumeranno. Prende un pezzo della parte di ectoderma neurale e lo trapianta in un

pezzo di ectoderma che avrebbe dovuto diventare altro. Nota, che quando finisce la

gastrulazione il tessuto è diventato ectoderma, ( sarebbe diventato tessuto nervoso se

tutto sarebbe stato lasciato come nel principio), quindi il tessuto viene rispecificato.

Se però si attende un po' di tempo e si prende una gastrula un po' più avanti nello

sviluppo ( di poche ore) si nota che trapiantato in una zona che sarebbe dovuta

diventare ectoderna, si ottiene invece un tessuto nervoso

L'esperimento più spettacolare è stato quello di Mangold e Spemann: il blastoporo

appena formatosi viene trapiantato. Notano che si forma un secondo asse del corpo,

quindi un' altra larva e una seconda testa. Da qui, la cosa interessante che viene messa

in evidenza è il fatto che vengono usate cellule marcate, quindi grazie a ciò, si può

capire se il secondo asse è formato da cellule pigmentate o meno. Inoltre viene

osservato che le cellule si sono integrate, è presente tessuto nervoso e mesodermico,

si ha la presenza della notocorda ma tutto il resto delle cellule del secondo asse del

corpo non sono pigmentate. Questo labbro dorsale del blastoporo ha una capacità

eccezionale di organizzare i tessuti che lo circondano durante la gastrulazione. Viene

chiamato questo labbro dorsale del blastoporo: THE ORGANIZER. È un punto che si

trova nel punto che chiamiamo lato dorsale della nostra blastula invaginata.

L'ORGANIZER

-( parte dorsale dell'embrione)-

Chi induce l'organizer? Come acquisisce il suo fate, il suo fenotipo? Chi sono gli

induttori? Come fa a specificare l'asse antero posteriore?

Chi induce l'organizzatore?

Nieuwkoop decide di staccare i 3 foglietti ( ectoderma, endoderma e mesoderma). Se

viene staccato l'ectoderma esso rimane tale, viene quindi associato al polo vegetativo

che ne determina una trasformazione. Questo vuoldire che queste cellule vengono

indotte da qualche cosa che c'è nell'endoderm