Morfogenesi

Morfogenesi

Differenziamento: lo sviluppo di tipi cellulari specializzati, a partire da cellule pluripotenti

indifferenziate. Avviene mediante un cambio evidente della biochimica e delle funzioni

cellulari, preceduto dall’impegno della cellula verso un certo destino.

Specificazione: il destino di una cellula è specificato quando questa è capace di differenziare

autonomamente se posta in un ambiente neutrale( come una piastra di laboratorio).

Sviluppo dell’ectoderma

Il sistema nervoso deriva dall’ectoderma. Più precisamente quest’ultimo darà origine:

Ectoderma superficiale cha darà origine all’epidermide e agli annessi come capelli,

⇒ ghiandole, unghie, cornea, cristallino ecc;

Cresta neurale che darà origine al sistema nervoso periferico, melanociti, dentina dei denti,

⇒ ecc.;

Tubo neurale che darà origine al cervello, al midollo, alla retina, all’ipofisi, ecc.

⇒ I Vertebrati usano due diversi modi per formare il tubo neurale:

neurulazione primaria

• neurulazione secondaria: I [Pesci] hanno solo la neurulazione secondaria. Negli [Anfibi,

• Uccelli e Mammiferi] solo la parte più caudale del tubo neurale si forma per

neurulazione secondaria.

Negli uccelli la neurulazione avviene molto precocemente nella pozione anteriore.

Neurulazione primaria

La neurulazione primaria ha come protagonisti: la notocorda e il sovrastante ectoderma.

*La notocorda è una struttura che percorre dorsalmente in senso antero-posteriore quasi

tutto l'embrione e che si forma durante la gastrulazione.

1. La prima fase della neurulazione primaria è lo shaping: il

mesoderma, migrato ventralmente all’ectoderma, lo induce

ad una trasformazione, dove viene alterato lo spessore

delle cellule. Le cellule laterali s’ingrandiscono, mentre

quelle centrali si assottigliano creando un fosso centrale:

s’inizia a formare la piastra neurale nella parte anteriore-

dorsale dell’embrione; è posta al disopra del mesoderma

faringeo e cefalico, che inducono quelle cellule

ectodermiche a quel destino.

*le cellule laterali interne formeranno le creste neurali

mentre quelle più esterne l’epidermide; mentre le cellule

centrali sono quelle del neuro-ectoderma e costituiscono la

piastra neurale.

2. La seconda fase è il folding o ripiegamento: al centro della piastra si forma una regione di

cellule appiattite che consentono il ripiegamento dei due lembi. Le cellule centrali si

assottigliano a formare una lamina piatta: è costituita dalle cellule MHP (punto di cardine

nella linea mediana). Le MHP sono attaccate alla notocorda e diventano un cardine affinché le

2 lamine laterali della piastra neurale si rialzino.

*la notocorda è il mesoderma che ha indotto la piastra neurale ad assumere questa struttura.

Man mano che il processo va avanti si definisce l’asse antero-posteriore.

3. Il terzo passaggio è l’elevazione. I due lembi sfruttano il cardine

e si avvicinano. Questo movimento è anche spinto dalla

proliferazione delle cellule della cresta neurale.

4. La quarta fase è la convergenza: si formano altri cardini DLHP

(dorso-lateral hinge point) tra le cellule della piastra neurale e

quelle della cresta neurale che permettono la convergenza tra le

pieghe della piastra neurale.

5. L’ultima fase è la chiusurè. Grazie alla convergenza i due gruppi

di cellule delle creste neurali si fondono per il tubo neurale. Il

tubo neurale e la cresta neurale sovrastante, vengono ricoperti

dalle cellule dell’epidermide. Successivamente le cellule della

cresta neurale di distaccano e migreranno nell’embrione. Alla

fine avremo un tubo neurale appena sotto l’ectoderma

(ðepidermide).

Nell’[uomo] la chiusura del tubo neurale avviene con un andamento non uniforme, ma si

chiude prima la regione centrale all’embrione e, a partire dal centro la chiusura procede nelle

due direzioni, verso la parte anteriore e quella posteriore, un po’ come 2 una zip: si chiuderà

seconda la regione anteriore del capo, lasciando un buco nella porzione occipitale; infine si

chiude la regione più posteriore.

Importanza delle caderine

Una principale proteina nella chiusura del tubo neurale è la caderina, proteina d’adesione. La

prima azione del mesoderma sull’ectoderma è l’induzione a produrre le molecole di adesione.

L’epidermide e la piastra neurale hanno diverse caderine, che consentono l’adesione solo tra

caderine dello stesso tipo: le E-caderina sono proteine di superficie che consentono l’adesione

nell’epidermide; mentre le N-caderina sono specifiche della piastra neurale.

Le caderine presenti sulla superficie delle cellule si riconoscono e permettono alle cellule di

un determinato tessuto di comportarsi in maniera autonoma durante la neurulazione.

per dimostrare la specificità delle caderine: sono state iniettate le caderine in

àEsperimento

regioni a caso dell’ectoderma. Le cellule interagiscono tutte le une con le altre, i tessuti non si

dividono in gruppi cellulari e non si forma il tubo neurale. Neurulazione secondaria

La neurulazione secondaria ha luogo nelle porzioni più caudali dell’embrione. Avviene a

partire da un cordone cellulare che viene cavitato per morte cellulare programmata delle

cellule al suo interno. Da una struttura a cordone si forma una cavità centrale che forma il

tubo neurale. Avviene nella porzione molto posteriore del midollo spinale della coda degli

animali. Formazione dell’encefalo

La porzione del tubo neurale che formerà il cervello è composta da diverse vescicole.

La cavità del tubo neurale è riempita di liquido cerebrospinale, composto da materiale secreto

dalle cellule nervose.

Modificazioni del mesoderma circostante, che si sta trasformando in muscolo, costringono la

regione anteriore del tubo neurale: il liquido cerebrospinale continua ad essere secreto e

riempie la regione a monte della costrizione; il liquido accumulato comporta la dilatazione del

tubo. Alla fine del processo la costrizione è tolta e il liquido si distribuisce, ma la dilatazione

ormai permane.

Si formano così delle vescicole che dipendono dalla apacità elastica delle cellule che le

rivestono.

Inizialmente si formano solo 3 vescicole nella parte anteriore del tubo neurale. La regione

dell’encefalo più anteriore è il prosencefalo, quella centrale mesencefalo e quella più caudale,

vicina al collo, si chiama rombo-encefalo. Al microscopio il rombo-encefalo presenta piccole

strutture a forma di rombo: sono le cellule della cresta neurale, che migrano in modo

specifico, rimanendo in un perimetro a forma di rombo.

Grazie a dilatazioni successive queste vescicole diventano 5: il proencefalo si divide in

telencefalo e diencefalo; il mesencefalo rimane un'unica vescicola; mentre il rombo-encefalo

si divide in metencefalo e mielencefalo.

La formazione delle vescicole è un fenomeno meccanico che porta ad un accrescimento delle

cellule alla base della porzione del tubo neurale che darà vita all’encefalo provocando una

costrizione; questa costrizione farà si che aumenti la pressione del liquido all’interno del tubo

neurale anteriore formando le 3 vescicole. Dopo la formazione delle 3 vescicole la costrizione

si riassorbe. Formazione dell’occhio

La vescicola del diencefalo si allunga lateralmente a formare due cavità simmetriche, una

destra e una sinistra: sono le vescicole ottiche, rivestite da tessuto ectodermico. Ogni

vescicola ottica si ripiega completamente su se stessa per formare la coppa ottica, con una

tipica struttura dell’estremità a semiluna. Contemporaneamente l’ectoderma di superficie si

sta ripiegando a formare la coppa del cristallino, più esterna che darà origine al cristallino;

mentre la coppa ottica originerà la retina. La cornea invece si forma da una porzione di

ectoderma superficiali, l’ectoderma di rivestimento vero e proprio, che non si riarrangia a

formare la coppa del cristallino. Il differenziamento del cristallino è terminale.

Le coppe vanno incontro ad riarrangiamento: l’ectoderma nervoso (ðretina) si fonde con

l’ectoderma superficiale (ðcristallino e cornea).

La coppa del cristallino si richiude su se stessa per formare la sfera del cristallino;

La retina è un organo composto da diverse classi di neuroni che si differenziano in destini

diversi. Precocemente le cellule della retina sono tutte uguali, ma alla fine del processo si

differenziano e si suddividono in 3 strati: partendo dall’alto troviamo i fotorecettori immersi

nel pavimento pigmentato, poi uno strato di neuroni bipolari connessi allo strato delle fibre

dei neuroni del nervo ottico.

*il nervo ottico è la continuazione della coppa ottica all’interno del cervello.

Le creste neurali

Le cellule della cresta neurale si trovano tra il tubo neurale e l’epidermide. In seguito le cellule

migrano per dare origine ad un gran numero di tessuti. Sono cellule di origine ectodermica.

A seconda della localizzazione lungo il tubo neurale si distinguono in:

Cresta neurale craniale: porzione più posteriore dell’encefalo.

• Cresta neurale cardiaca:

• Cresta neurale vagali

• Cresta neurale del tronco

• Cresta neurale sacrali

•

Dalle creste neurali si originano diversi tessuti: l SNP dell’intestino, che consente la peristalsi;

le cellule della regione midollare della ghiandola surrenale; i gangli delle radici dorsali dei

nervi spinali (SNP); i melanociti della pelle; strutture scheletriche e muscolari della faccia.

Cresta neurale del tronco

Le cellule della cresta neurale del tronco migrano seguendo due percorsi:

1. dorso-laterale, verso l’esterno, immediatamente sotto l’ectoderma di rivestimento,

scivolando sopra il dermamiotomo.

Migrano verso il derma per originare i melanociti.

2. ventrale, scivolano ventralmente al tubo neurale e attraversano la porzione anteriore

dei somiti, costituita dallo sclerotomo.

Migrano verso regioni specifiche del mesoderma parassiale, da cui si originano le

ð

vertebre. In queste regioni le cellule della cresta neurale formano le strutture delle

radici dorsali dei nervi spinali: per questo motivo devono prendere contatto con le

cellule delle vertebre in formazione.

* Le vertebre hanno una particolare simmetria e formano forami, per consentire ai

nervi spinali di uscire dal midollo spinale.

Sulla superficie posteriore dei somiti non ci sono le molecole di adesione che consentono la

migrazione. Durante la migrazione, infatti, le cellule della cresta neurale si trovano all’interno

della trama formata dalla matrice extracellulare: le cellule, mediante pseudopodi, prendono

connessione con proteine e molecole di adesione della matrice extracellulare della porzione

anteriore o ventrale dei somiti.

una sezione longitudinale, e quindi separando la regione ventrale da quella

àAttraverso