Sviluppo embrionale - Anatomia comparata

Segmentazione

La segmentazione consiste in una serie di rapide divisioni mitotiche mediante le quali lo zigote unicellulare si trasforma in un embrione multicellulare, la blastula, ad un foglietto (blastoderma), costituita da tanti blastomeri che delimitano una cavità, il blastocele, ripiena di acqua e proteine. Il blastocele è posto al centro nelle blastule che derivano da uova oligolecitiche mentre è situato verso il polo animale in quelle che derivano dalle uova con più tuorlo. Il ciclo di divisioni termina quando si è raggiunto il rapporto nucleo/citoplasma caratteristico delle specie. Durante la segmentazione non si ha accrescimento citoplasmatico: il volume totale dell'embrione non aumenta e i blastomeri divengono sempre più piccoli. Il tipo di segmentazione dipende dalla quantità e dalla distribuzione del tuorlo: - Oloblastica radiale (totale) → tipica delle uova oligolecitiche e mesolecitiche (urocordati, anfiosso, lamprede,

attinopterigi non teleostei, dipnoi, anfibi);- Meroblastica discoidale (parziale)→ tipica delle uova macrolecitiche (missine, condroitti,teleostei, celacanti, rettili, uccelli, mammiferi monotremi);- Oloblastica rotazionale (totale)→ tipica delle uova alecitiche (mammiferi marsupiali e placentati);Segmentazione oloblastica radiale (anfibi):Uovo mesolecitico, avviene in ambiente acquatico.Lo strato esterno di blastomeri forma delle giunzioni strette isolando il blastocele dall’ambienteesterno. I blastomeri interni, invece, sono uniti da giunzioni comunicanti. La cavità del blastocele siforma per secrezione di acqua da parte dei blastomeri. La blastula è pluristratificata.Segmentazione meroblastica discoidale (uccelli, rettili e mammiferi monotremi):Uovo macrolecitico.La segmentazione avviene nell’ovidotto. Interessa solo una limitata regione citoplasmaticadell’uovo, priva di vitello, definita come blastodico o disco

citoplasmatico. All'inizio il blastoderma è monostratificato. Poi, divisioni equatoriali e ventricolari suddividono il blastoderma in un tessuto dello spessore di 5-6 strati di cellule. Il blastoderma costituisce l'epiblasto. Tra esso e il tuorlo si trova uno spazio denominato cavità subgerminale, contenente un fluido. Pertanto, nel blastoderma è possibile identificare un'area pellucida formata da cellule al di sopra della cavità subgerminale, delimitata da un'area opaca, in cui le cellule sono attaccate al tuorlo. L'area pellucida è un monostrato di cellule del blastoderma degli uccelli, situato sopra il blastocele, che forma la maggior parte dell'embrione. L'area opaca è un anello di cellule del blastoderma situato alla periferia del blastocele, sopra le cellule profonde negli uccelli. Tra le due aree si trova un sottile strato di cellule detto zona marginale posteriore. Per delaminazione dell'epiblasto

(strato di cellule del disco embrionale) si forma l'ipoblasto primario. Dalla migrazione dei cellule della zona marginale posteriore dell'epiblasto, ovvero dalla Falce di Koller, un ispessimento dell'epiblasto che induce la formazione del nodo di Hansen, si forma un ipoblasto secondario.

Lo spazio tra epiblasto e ipoblasto costituisce il blastocele. Dall'epiblasto origina l'intero embrione e la maggior parte degli annessi embrionali. Dall'ipoblasto origina il sacco vitellino.

Segmentazione oloblastica rotazionale (mammiferi marsupiali e placentati): Uovo alecitico. Avviene nell'ovidotto. È un processo irregolare, ovvero che i piani di segmentazione hanno orientamento differente nei primi due blastomeri, lento e asincrono per cui i blastomeri possono essere anche dispari. Ci sono 5 divisioni:

I° → 2 cellule, longitudinale;

II° → 4 cellule, mista (longitudinale per un blastomero ed equatoriale per l'altro);

III° → 8 cellule,

compattazione (E-caderina), i blastomeri non sono più totipotenti;

IV° → 16 cellule, morula;

V° → 32 cellule, blastula (blastocisti);

La blastocisti è costituita da uno strato esterno detto trofoblasto che contribuirà a formare la placenta, e da una massa cellulare interna detta embrioblasto o nodo embrionale che darà origine all'embrione e alla maggior parte degli annessi embrionali.

A questo stadio la blastocisti sguscia dalla membrana di fecondazione che l'ha finora circondata e che viene digerita dalle cellule del trofoblasto.

La blastocisti si impianta nell'utero attraverso le cellule del trofoblasto che penetrano nei tessuti della parete uterina (endometrio) attraverso il rilascio di enzimi litici. La massa cellulare interna si dispone su due strati a dare il disco germinativo bilaminare, formato da uno strato superiore o epiblasto, da cui deriverà l'embrione e uno inferiore o ipoblasto che partecipa alla formazione

degli annessi embrionali. Alla fine della segmentazione è possibile tracciare le mappe dei territori presuntivi, destinati a dare successivamente i diversi foglietti embrionali e quindi gli organi. Si lascia sviluppare un embrione fino allo stadio di blastula, quindi si marcano alcune cellule con coloranti vitali o fluorescenti. Si lascia proseguire lo sviluppo attraverso la gastrulazione e le prime fasi dell'organogenesi, e si osservano le cellule mature marcate.

Negli anfibi l'analisi della mappa dei destini dei territori ha rivelato che la semiluna grigia corrisponde alla regione che al termine della segmentazione dà inizio ai processi di gastrulazione formando il labbro dorsale del blastoporo.

GASTRULAZIONE

La gastrulazione è la fase caratterizzata da movimenti morfogenetici mediante i quali le cellule dell'embrione cambiano forma e posizione, migrando dalla superficie in zone più profonde, trasformando la blastula in gastrula tristratificata, i cui 3

foglietti embrionali primitivi corrispondono ai futuri tessuti embrionali: ectoderma, endoderma e mesoderma.

Durante lo sviluppo embrionale le cellule possono essere di tipo:

• Epiteliale→ le cellule sono a contatto le une con le altre attraverso complessi giunzionali, costituendo l'epitelio. Poggiano su una lamina basale ricca di proteine, proteoglicani e glicoproteine. Sono generalmente cellule polarizzate;
• Mesenchimale→ le cellule in genere di forma irregolare, sono disperse nell'ECM che presenta consistenza gelatinosa. Le cellule mesenchimali non hanno una forma definita né specializzazioni. In genere non sono a contatto tra loro;

La gastrulazione implica cambiamenti nella forma cellulare, nella motilità e nell'adesione. In questi processi sono coinvolti citoscheletro, ECM e molecole di adesione. I principali tipi di movimenti che avvengono sono:

• Invaginazione→ ripiegamento di una lamina epiteliale verso l'interno;
• Ingressione o

migrazione di singole cellule di un foglietto dalla superficie all'interno; - Involuzione: ripiegamento e scorrimento di una lamina epiteliale in modo da accollarsi alla superficie interna dello strato superficiale; - Epibolia: espansione di cellule in superficie in modo da ricoprire e circondare quelle più interne. Un esempio è l'intercalazione radiale, dove le cellule determinano un assottigliamento dello strato di cellule; - Intercalazione: cellule disposte in foglietti diversi si intercalano le une alle altre formando un foglietto più lungo e sottile; Gastrulazione degli anfibi: L'inizio coincide con la comparsa di un solco a livello della semiluna grigia, ovvero quella porzione di citoplasma che si forma alla fecondazione per la rotazione del citoplasma corticale rispetto a quello interno. Il solco si forma per invaginazione di poche cellule vegetative dette cellule abottiglia, le quali si formano per

contrazione degli anelli di actina apicale. La parte dorsale del solco origina il labbro dorsale del blastoporo. Le cellule a bottiglia forzano i macromeri vegetativi (blastomeri più grandi) ad introflettersi per involuzione. Parallelamente i micromeri animali (blastomeri più piccoli) involvono inserendosi tra le cellule superficiali e i macromeri, in direzione della futura estremità anteriore dell'embrione. La fessura del blastoporo si estende lateralmente e ventralmente fino a far assumere al blastoporo una forma circolare.

Al termine della gastrulazione si ha che:

• dai micromeri si forma il mesoderma;
• dai macromeri origina l'endoderma che riveste l'archenteron;
• dalle cellule superficiali origina l'ectoderma che ricopre l'embrione;

I segnali che inducono la formazione del mesoderma nella regione equatoriale sono generati dalla segmentazione nella regione del polo vegetativo della blastula: si verifica un evento di induzione primaria,

L'induzione del mesoderma. La ricombinazione della calotta animale e vegetale origina strutture mesodermiche. I blastomeri vegetativi della blastula inducono le cellule della regione equatoriale a differenziarsi in mesoderma generico. Il centro di Niewkoop, nel quadrante dorso-vegetativo, induce la formazione del labbro dorsale del blastoporo, nella zona equatoriale dorsale da cui deriveranno il mesoderma cefalico e quello dorsale. Il labbro dorsale del blastoporo promuove i movimenti della gastrulazione e induce la formazione di: mesoderma dorsale parassiale ed intermedio, endoderma faringeo, parte dell'archenteron e parte del tubo neurale.

Gastrulazione del pollo (uccelli): Nell'area pellucida le cellule dell'epiblasto anteriore alla falce di Koller si ispessiscono formando la linea primitiva, che si estende cranialmente segnando la futura regione cefalica e forma un solco. Anteriormente alla linea primitiva si sviluppa il nodo di Hensen, ovvero la parte terminale della linea.

Al centro di esso si crea una fossetta.

Le cellule dell'epiblasto immigrano attraverso il nodo e si portano in direzione anteriore formando l'endoderma dell'intestino anteriore e il mesoderma cefalico. Esse spingono verso l'alto la regione anteriore dell'epiblasto e formano il processo cefalico.

Anteriormente al nodo di Hensen si forma il capo dell'embrione, mentre le cellule che migrano successivamente attraverso il nodo daranno origine al cordomesoderma (notocorda).

Le cellule dell'epiblasto che passano attraverso le parti posteriori della linea primitiva originano la maggior parte dell'endoderma e del mesoderma. Le cellule epiblastiche rimaste rimangono in superficie formando l'ectoderma.

NB. tutti e 3 i foglietti germinativi derivano dell'epiblasto!

La linea primitiva viene così a definire gli assi embrionali: divide l'embrione in una parte destra e una sinistra, estendendosi dalla parte posteriore (falce di Koller) a

quella anteriore (nodo di Hensen), e le cellule in proliferazione migrano dalla parte dorsale a quella ventrale.