Genetica 2

Il differenziamento cellulare

Il differenziamento cellulare è determinato da segnali ambientali come:

• l'inibizione laterale: fluttuazioni casuali fanno sì che una cellula si differenzi producendo una sostanza che inibisce l'uguale differenziazione nelle cellule ad essa adiacenti.
• l'interazione delta-notch: la cellula che inizia ad esprimere delta va ad inibire la produzione di notch nelle cellule adiacenti permettendo la formazione con pattern specifico di cellule sensoriali.
• il gradiente di morfogeni: meccanismo di induzione generato da segnali morfogeni che stimolano una determinata specializzazione a seconda del gradiente a cui è soggetta la cellula. Ad esempio, la specializzazione dei territori presuntivi per zampe e antenne.

Struttura del sistema modello:

1. 2 ali
2. 2 antenne
3. testa + 3 segmenti toracici (T1, T2, T3) ognuno dei quali porta un paio di zampe e una serie di segmenti addominali.

Sviluppo: nella prima fase si forma un sincizio di nuclei (i nuclei si dividono senza...

geni.I geni fondamentali per la specificazione cellulare nelle prima fasi dello sviluppo sono di due tipi:

• geni ad effetto materno che vengono ereditati dalla madre e sono presenti nella cellula uovoaccesi all'interno zigote
• geni ad effetto zigotico sono geni che vengonoDei mutanti precoci per queste due categorie di geni sono letali

geni selettori (o omeotici) sono responsabili della formazione di una determinata strutturai geni materni sono espressi prima della fecondazione, quelli ad effetto zigotico solo dopo.

A valle di questi geni, ci sono dei geni che determinano una mortalità precoce, sono quelli checontrollano i gruppi di segmenti e la polarità. I geni che controllano l'identità del singolo segmentosono detti geni selettori.

Possiamo studiarli guardando la loro espressione genica, facendo un'ibridazione che mi permette divisualizzare l'mRNA, oppure con esperimenti con anticorpi specifici.

1.3 ibridazione per KRUPPEL: uno dei geni

che definisce la porzione dei segmenti che sono espressi nella porzione mediale dell'embrione. 1.4 un altro strumento importante per capire il ruolo di questi geni nelle prime fasi dello sviluppo è l'utilizzo di trapianti di cellule, ovvero gli sperimentatori si sono chiesti cosa succederebbe se prendessimo una porzione di cellule che stanno nella porzione anteriore e le mettessimo nella porzione addominale. Volevano vedere se il programma differenziativo è cell-autonomus, ovvero intrinseco nella cellula, oppure se dipende anche dall'ambiente. Risposta: espressione ectopica: ovvero prendo un gene espresso solitamente in un determinato territorio e lo cambio di posto. 1.5 Come posso capire se il programma differenziativo è intrinseco della cellula? esperimento di PAX6: metodo 1: faccio esprimere il gene PAX6 gene master per la formazione dell'occhio in un territorio differente dal normale (espressione ectopica). L'occhio si andrà a formare.

correttamente (pur non essendo funzionale) metodo 2: faccio il knock-out di un determinato gene, se la struttura in sua assenza non si forma allora vorrà dire che il gene era fondamentale.

1.6 I geni ad effetto materno nella drosophila danno le 4 coordinate fondamentali per l'organizzazione della cellula uovo:

• bicoid definisce la porzione anteriore
• nanos definisce la porzione posteriore
• torso definisce la porzione delle estremità
• toll definisce la porzione ventrale

BICOID: è il gene più importante per la formazione delle strutture anteriori. Se aumento la sua quantità vedo che il territorio presuntivo che originerà la testa viene ampliato, a spese del resto del corpo.

esperimento: facendo incrociare gli individui eterozigoti lo zigote che ottiene entrambi gli alleli mutati non nasce mentre l'altro sì. Tuttavia nella progenie successiva se l'omozigosi recessiva è nel maschio non ho problemi, se l'omozigosi è

da parte della madre questa sarà sterile perché la cellulauovo non avrà i geni ad effetto materno necessari alla differenziazione (anche se il maschio presentagli alleli corretti). L'mRNA di bicoid è posizionato nella parte anteriore della cellula e la proteina che produce viene diffusa a gradiente partendo dalla zona anteriore, la stessa cosa avviene per nanos al contrario formando così due gradienti che, a diverse concentrazioni, permetteranno lo sviluppo di determina cellule. Quindi: se dovessi stabilire se un gene è importante per lo sviluppo dello zigote, incrocio 2 individui eterozigoti, entrambi portatori della mutazione per il gene ad effetto zigotico. L'embrione che riceve entrambi gli alleli mutati, se il gene è trascritto nello zigote, NON nasce = letale embrionale. Se facciamo lo stesso incrocio con un gene ad effetto materno, ovvero già presente nella cellulauovo in RNA e proteine, mi aspetto che chi ha ricevuto gliaffinità per bicoid, in quanto è presente in concentrazioni basse.

affinità per bicoid. Opposto speculare per bicoid.1.8

ESPERIMENTO DI OVERESPRESSIONE: aumento bicoid nell'embrione così amplio la testa (amplio la regione che riceve un'elevata concentrazione della proteina), rimpicciolendo il corpo. Quindi Bicoid funziona come un gradiente morfogeno, una molecola diffusibile prodotta da un tipo di cellula che controlla i pattern di differenziamento delle altre cellule, ovvero in grado di generare una forma, un'asimmetria particolare, tramite la formazione di un gradiente.

Si parte da una concentrazione di mRNA prevalentemente ancorato nella posizione anteriore, da questo mRNA viene quindi tradotta una proteina che diffonde attraverso un meccanismo di gradiente di diffusione, l'accensione e lo spegnimento differenziale dei geni a valle che rispondono a bicoid e nanos (huckback e krupper) che sono i 2 geni a valle che rispondono a concentrazioni diverse e con siti di affinità diversi ai geni.

Bicoid tende a promuovere

L'attivazione di huckback in modo cooperativo, ovvero ci sono tanti siti di bicoid tutti ad un'affinità bassa, per cui solo se abbiamo tanto bicoid, si avrà il legame al primo sito, che promuoverà il legame al sito successivo, così ci si assicura che huckback viene attivato solo se vi è tanto bicoid. Major target

Meccanismo: bicoid agisce sia come fattore trascrizionale attivando e reprimendo geni, sia come repressore traduzionale, per bloccare la traduzione dell'mRNA del gene Casual.

Per ora abbiamo visto gradienti continui, ma sappiamo che esistono anche gradienti che determinano delle strisce. Come si potrebbe creare un pattern di strisce discrete? Il trucco per poter passare da una serie di gradienti continui, a un'espressione molto ben definita è quello di controllare l'espressione del gene in questione, sotto sequenze regolative diverse.

GENI DI SEGMENTAZIONE

Geni coinvolti nello sviluppo:

Geni ad effetto materno, pre

fecondazione

1. Geni gap, che danno un'organizzazione in regioni generali (kruppel) si chiamano così perché nel mutante c'è un gap, ovvero manca un'intera regione dell'embrione, che non viene specificata.
2. A valle abbiamo i geni pair-rule, che seguono la regola dell'espressione a segmenti alterni.
3. 3.1 cosa succede se faccio un mutante per Gooseberry? Perdo i confini tra un segmento e l'altro, ottengo segmenti speculari, composti o da 2 regioni anteriori o posteriori. Serve quindi determinare il confine, e va mantenuto. Esistono dei segmenti di segnalazione fra cellule vicine, in modo da mantenere i confini. All'inizio quindi, questa specificazione avviene attraverso gradienti continui, il trucco per passare a quelli sfumati è avere sequenze regolative diverse per ciascuna striscia. (Pagina 163 per esempi).

3.1 GENI HOX sono i geni selettori (o omeotici) che identificano quale parte specifica di uno specifico segmento deve

fare la cellula. Sono i geni in assoluto più conservati tra specie. Sono dotati di un omeodominio (dominio proteico che quando espresso si può legare al DNA) e sono espressi nell'ordine in cui sono presenti sul DNA: i geni in posizione 5' saranno espressi nella zona anteriore, quelli in 3' nella zona posteriore. Si dividono in due categorie: antennapedia (che identifica testa e torace) e bithorax (che identifica torace e parte terminale). Sono i geni che ci dicono quale parte specifica di quel dato segmento deve costituire la cellula. Sono anche detti selector genes. I geni hox sono capaci di codificare per fattori trascrizionali e hanno caratteristiche particolari. Sono dotati di un omeodominio, una porzione che codifica per 60 aa e la loro caratteristica, anche se non vera al 100%, è che sono espressi collinearmente, ovvero l'ordine con cui si trovano sul cromosoma coincide con l'ordine nell'asse antero-posteriore, con cui vengono