Sviluppo della corteccia cerebrale

IBRIDAZIONE IN SITU (DESTINO CELLULARE)

Ci sono dei geni che sono espressi selettivamente in alcune strutture in fasi precoci dello

sviluppo (geni che presiedono alla morfogenesi), attribuendo loro delle identità

specifiche, un destino, un pattern iniziale. Per osservare questi mRNA espressi

selettivamente (che codificano per questi geni) usiamo l’ibridazione in situ:

Si prendono delle sezioni di tessuto o un intero embrione

• Si generano dei cRNA (RNA complementari) complementari all’mRNA d’interesse

• (di cui si conosce la sequenza)

Questi RNA si generano in presenza di nucleotidi modificati con l’aggiunta di

• digossigenina (DIG), molecola steroidea utilizzata come sonda.

Il cRNA e l’mRNA d’interesse si appaiano tramite ponti idrogeno.

• Si utilizzano anticorpi specifici coniugati con la fosfatasi alcalina (AP)àblu

• In questo modo posso localizzare l’mRNA d’interesse, però bisogna somministrare

• al tessuto lo specifico substrato per questo anticorpo AP

mRNA localizzati con questa tecnica:

Foxg1 (nella regione che dà origine agli emisferi cerebrali e ai nuclei della base)

• Otx2 (nell’organizzatore istmico)

• Pax5 (nel mesencefalo)

• FGF8 (tra mesencefalo e rombencefalo, a livello dell’organizzatore istmico)

•

Tutti questi geni sono espressi in stadi nei quali non ci sono ancora neuroni, ma solo

progenitori indifferenziati e proliferanti (somigliano a cellule gliali immature)àcellule

staminali del SNC embrionale.

EMX2àgene omeobox, disposto secondo un gradiente:

Alta concentrazione verso la linea mediana e posteriormente

• Bassa concentrazione verso la linea laterale e anteriormente

•

PAX 6àgradiente al contrario

Regione Màsi formerà il lobo frontale (area motoria)

Regione Sàarea somatosensoriale

Regione Aàlobo temporale (area auditiva)

Regione Vàlobo occipitale (area visiva)

EMX2-àaumenta l’area motoria e diminuisce il resto

PAX6-àaumenta il resto e diminuisce l’area motoria

Unici fattori di trascrizione coinvolti nell’arealizzazione cerebrale, collaborando con FGF8

che si legano ai recettori delle cellule target. FGF8 è espresso anteriormente, dove si

genererà la corteccia prefrontale (area motoria). FGF8 da solo è sufficiente a spingere

verso il destino di corteccia motoria.

PATTERN degli EMISFERI CEREBRALI

Ci sono gli stessi neuroni in tutte le aree ma in proporzioni diverse (es. motoneuroni più

abbondanti nell’area motoria)àmigrano e si posizionano in aree distinte della corteccia

DIVISIONE DEI PROGENITORI

Cellule staminali:

1. Divisione simmetricaàtessuto che deve ancora crescere e raggiungere un numero

di progenitori indifferenziati sufficiente per far nascere tutti i neuroni che dovranno

essere nel tessuto. Il numero si deve moltiplicare esponenzialente.

2. Divisione asimmetricaà dopo che si è raggiunto un numero sufficiente di

progenitori

Questi progenitori hanno l’aspetto di cellule bipolari disposte in un centro germinativo

pseudo-stratificato: contattano con la m.basale e con il lume dei ventricolià contengono

il liquido cerebrospinale che è un promotore della divisione dei progenitori.

Durante il processo quello che cambia è la posizione del corpo cellulare, nonostante

rimanga ancorato al polo ventricolare, in modo da accomodare più cellule in un volume

piccoloàmigrazione nucleare intercinetica (avviene sincronamente alle fasi del ciclo

cellulare).

Progenitori in Fase M: divisione simmetricaàdue progenitori: quindi il numero di

progenitori duplica ad ogni ciclo, fino ad arrivare al numero sufficiente, e il tubo neurale in

formazione aumenta di volumeàdivisione asimmetricaàproduzione neuroni: una cellula

rimane ancorata al margine apicale e l’altra si stacca e esce dall’epitelio germinativo e

diventa un neurone. Ad ogni ciclo cellulare nasce un neurone e i progenitori non crescono

Come mai una delle due cellule figlie si stacca?

Nel polo basale le integrine si ancorano alle cellule della m.basale, ma nel polo

ventricolare invece le cellule si ancorano l’una con l’altra (adesioni omofiliche tra

caderine). Quando il piano di divisione cambiaà una delle due cellule figlie eredita tutte

le caderine e l’altra rimane senza giunzioni aderentiàva in fase G0 (perché non ha più

accesso ai fattori di crescita)àesce dal ciclo

Dal giorno 11 al giorno 16 la corteccia produce il massimo numero di neuroni e le fasi del

ciclo restano della stessa durataà l’unica fase che cambia è G1 che diventa sempre più

lunga perché le cellule hanno maggiore tendenza ad uscire dal ciclo perché vengono

esposte a dei fattori di trascrizione che promuovono il differenziamento neuronale e

contrastano il rientro nel ciclo (riduzione della neurogenesi).

Mutazioni dei geni che regolano la neurogenesiàviene limitata soprattutto la fase di

espansione del numero dei progenitoriàcervello grande come l’uomo di Neanderthal

Mutazione di MCPH5 (microencefalia)

• Mutazione ASPM (fuso mitotico anormale)-->è un gene che codifica per una

• proteina che mantiene stabile il fuso mitotico in modo che il piano di clivaggio sia

verticale e le cellule figlie possano rimanere staminali.

In questa mutazione quidni il fuso mitotico tenderà ad essere obliquo e quindi ci

sarà una prematura uscita dal ciclo (perché la maggiorparte delle caderine vengono

ereditate da una sola cellula).

ASPM è espresso vicino al polo apicale, ma con i passare del tempo il suo livello di

espressione cala Non tutte le divisioni

avvengono all’interfaccia tra il

lume ventricolare e la zona

ventricolare, alcune avvengono

nella zona sub-ventricolare

(che a sua volta si divide in

inner-zone e outer-zone)

formando progenitori basali

(BP) che si trovano a distanza

dal lume. Questi progenitori

effettuano un ciclo di divisione

in piùàraddoppio numero tot

di neuroniàaumento superficie

della corteccia cerebraleànon

potendosi espandere troppo si

formano sulchi e giri Proprietà delle specie che hanno una corteccia giroencefalica

(mammiferi). Nei topi ci sono pochissimi progenitori basaliàcorteccia lissencefalica

MIGRAZIONE DEI NEURONI

I neuroni una volta nati devono migrare verso la loro sede definitiva. Migrano radialmente

dall’interno verso l’esterno (perché nascono all’interfaccia con il lume).

Stadio pre-plate (PP): stadio

• puramente proliferativo,

distinguiamo una zona

ventricolare (VZ) e delle cellule

disordinate tangenziali alla

superficie, sopra la zona ventricolare

Suddivisione in zona

• marginale(MZ) e sub-plate (SP):

tra questi due mstrati si formerà

tutta la corteccia migrando

I neuroni nati prima saranno i primi

• a formare uno strato chiamato

cortical plate (CP), il primo strato

della cortecciaàcellule piramidali

triangolari. Tutti gli altri neuroni si

posizionano sopra di essa