Segmentazione e gastrulazione

Ingresso: migrazione di singole cellule dallo strato superficiale verso l’interno. Molto simile

⇒ alla delaminazione, la differenza consiste nel fatto che il foglietto dal quale se ne origina un

altro per ingresso, si riduce a causa del distacco di cellule e non dalla mitosi dei blastomeri.

Nei [mammiferi placentati] l'embrioblastema della blastocisti si divide in due parti

riducendosi e dando origine all'endoderma. Segmentazione echinodermi

Nel [riccio di mare] la segmentazione è completa sull’uovo isolecitico, secondo direzione

radiale.

1) Il primo piano di segmentazione è meridiano, taglia dal polo animale al vegetativo il fuso

mitotico, che 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.

2) Il secondo piano di segmentazione è sempre meridiano ma perpendicolare al precedente, ciò

porta alla formazione di quattro blastomeri di uguali dimensioni.

3) Il terzo piano di segmentazione è equatoriale, portando così alla formazione di otto

blastomeri: quattro al polo animale e quattro al polo vegetativo.

4) 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 (⇒ ectoderma).

I fusi mitotici dei blastomeri dell'emisfero vegetativo sono invece fortemente spostati

• verso il margine del polo vegetativo, e il piano di segmentazione è equatoriale, portando

alla formazione di blastomeri di grandezza diversa: i macromeri (⇒ endoderma) e

micromeri (⇒ mesoderma).

5) Durante la quinta divisione di segmentazione:

I mesomeri 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 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.

6) La sesta divisione di segmentazione porterà alla formazione di un embrione di 60 cellule.

Mesomeri si dividono secondo piani di divisione meridiani;

• I macromeri 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 divisioni l'embrione raggiungerà lo stadio di blastula (128 blastomeri)

caratterizzata dalla presenza del blastocele, prima cavità dell’embrione, piena di fluido

proteico, che permetterà i movimenti gastrulativi. Con il proseguire delle divisioni i mesomeri

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 conferiscono all'embrione la capacità di ruotare

all'interno della membrana di fecondazione. Le cellule del polo vegetativo invece iniziano ad

ispessirsi portando alla formazione di una piastra 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.

Nel riccio di mare la segmentazione si completa in 10 ore e in 18-24 ore la larva, pluteo, è

pronta: il sistema digerente primitivo le permette di filtrare l’acqua e autoalimentarsi.

Nello stadio di transizione di blastula intermedia, l’embrione inizia a trascrivere i propri geni.

Si rallentano le divisioni cellulari e la regolazione genica attiva movimenti diversi: le cellule si

associano in tessuti (hanno trascritto in modo diversificato il loro genoma) per formare una

gastrula. Può avviarsi la gastrulazione. Gastrulazione echinodermi

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

specificazione condizionata (induzione). 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.

Esperimenti di Hoerstadius: induzione di un asse secondario

à

Dei micromeri vengono espiantati per impiantarli in un altro embrione nella regione

sbagliata, al disopra dei mesomeri. Si forma una larva con due tubi digerenti: i micromeri soli

possono dare istruzioni allo sviluppo e indurre l’invaginazione dell’ectoderma presuntivo per

formare una nuova serie di cellule di mesenchima (tessuto connettivo embrionale); inoltre

inducono le cellule animali (mesomeri) con cui sono in contatto a diventare cellule

endodermiche della piastra vegetativa.

B) Se la metà animale di un embrione di riccio di mare viene isolata (solo mesomeri) 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.

C) 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, con uno strato di rivestimento superficiale (ectoderma), uno

scheletro interno di origine micromerica e un intestino che i mesomeri si adattavano a fare

seguendo le istruzioni dei micromeri.

In conclusione, i micromeri sono fondamentali per avviare i processi di gastrulazione.

Schema generale dei movimenti gastrulativi

1. Ingresso. Formazione del mesenchima primario e secondario.

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

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

mesoderma. Questo foglietto embrionale darà origine al mesenchima primario e secondario,

che a loro volta formeranno lo scheletro e i muscoli della larva.

*In questo stadio permane la m. di fecondazione, dove l’embrione nuota grazie a dei peli.

* il mesenchima è un tessuto di origine mesodermica di cellule molto indifferenziate, i

fibroblasti (precursori cellule mesodermiche) con morfologia non ben definita.

2. Invaginazione. Formazione del tubo digerente (endoderma).

Dopo l’ingresso, i micromeri lasciano spazio ai macromeri che svolgeranno il secondo

movimento della gastrulazione. La piastra vegetativa si appiattisce, successivamente si piega e

si estende verso l’interno per un terzo dello spazio disponibile. La regione invaginata è

chiamata archenteron. Ingresso

Ruolo della beta-catenina

La Beta-catenina è fondamentale per la trasduzione del segnale nel primo stadio della

gastrulazione: fornisce informazioni sul comportamento dei micromeri che la contengono.

Capta segnali esterni e migra nel nucleo dove attiva una cascata di regolazione

dell’espressione genica, che modifica il comportamento della cellula.

Generalmente si trova nelle cellule della regione corticale del citoplasma, al disotto della m.

plasmatica. Entra nel nucleo e attiva altri geni cambiando il loro profilo di espressione genica.

per capire il ruolo della beta-catenina nella specificazione del polo vegetale.

àEsperimenti

A. Esperimento di localizzazione della beta-catenina.

Embrione con beta-catenina colorata per ibridazione in situ: la beta-catenina è molto

espressa nei micromeri, dove è molto concentrata, e nei macromeri in quantità minori.

B. Il gene della beta-catenina si trova in tutte le cellule: si altera la trascrizione del gene in

modo da far esprimere la proteina anche nelle cellule che solitamente non lo fanno.

Provoca l’invaginazione delle cellule in cui è espressa e l’embrione invagina su se

stesso più volte.

C. Viene fatta esprimere solo nel citoplasma e non nel nucleo dei micromeri: rimane una

blastula circolare senza movimenti di gatrulazione. Conferma che i micromeri sono

fondamentali per dare inizio dei movimenti gastrulativi.

Migrazione dei micromeri

(Questa fase interessa le cellule del polo vegetativo dell’embrione, che si trovano nella regione

dove è appiattita la piastra neurale.)

La membrana di fecondazione, nello strato interno, è rafforzata da uno strato di ialina,

proteina molto densa che solidifica.

I micromeri:

Esternamente in contatto, mediante ciglia, con lo strato ialino della m. di fecondazione.

• Internamente, sono in contatto con la membrana basale del blastocele.

•

Un segnale mediato dalla beta-catenina, induce i micromeri a modificare la loro struttura e ad

assumere un aspetto a fiasco con polarità definita: Da un lato perdono

•

l’affinità biochimica con lo

strato ialino della m. di

fecondazione;

Dall’altro, acquistano

•

maggiore affinità con la

membrana basale che

riveste il blastocele.

Ne risulta che lentamente

diminuisce la superficie

d’interazione con lo strato ialino e aumenta con la membrana basale del blastocele.

* Cambia l’affinità e le molecole interagiscono con uno strato piuttosto che l’altro.

Il micromero scivola verso il blastocele, perdendo le interazioni con le cellule circostanti.

I micromeri entrano nell’ingresso e si distribuiscono nel blastocele: cominciano a mostrare

movimenti pulsanti sulla loro superficie, che espande e ritrae lunghi e sottili processi chiamati

fillopodi che esplorano la cavita interna, ricercando dei precisi recettori dove ancorarsi.

La superficie interna del blastocele è formata da cellule ectodermiche, che presentano regioni

di ancoraggio per i micromeri.

Formazione mesenchima primario

Raggiunti i primi contatti, i micromeri fondono insieme il loro citoplasma: si forma un sincizio,

un citoplasma comune contenente i nuclei di tutti i micromeri. Il sincizio servirà per

sincronizzare l’attività nucleare.

Questi sincizi iniziano a riempirsi di carbonati di calcio prodotti dal mesenchima. Per

accumulazione del carbonato di calcio, si formano fibre, chiamate spigole, che al fine del

processo daranno origine allo scheletro interno della larva.

La cavita del blastocele si è formata per apoptosi di cellule e richiamo di acqua dall’ambiente

esterno: contiene quindi acqua e materiale secreto dalle cellule superficiale dei blastomeri del

polo animale. Infatti il polo animale produce molecole dense che garantiscono l’allineamento

delle corde sinciziali all&r