Biologia molecolare

NERULAZIONE

Dopo abbiamo al neurulazione – formazione del SN che è semplice ma non strettamente conservato

in tt gli esseri vivi enti (2 tipi)

Processo di formazione del tubo neurale, in cui si ha un cambiamento conformazione delle cellule

dell’ectoderma ed è un processo che dipende da BMP.

Il tessuto al disotto dell’epidermide è ectoderma piatto ed è una struttura chiamata piastra neurale,

che per poter formare il tubo neurale deve ripiegarsi su se stessa – le cellule della piastra devono

cambiare forma affinché le cellule cilindriche rettangolari possano avere un punto di cardine su sui

ripiegarsi.

Le cellule del punto di cardine assumono una struttura a cuneo che consente il ripiegamento dei due

lati che si avvicinano a formare un tubo.

I geni che determinano dei cambiamenti morfologici sono i geni responsivi alle BMP – se i livelli di BMP

sono alti esse si legano ai propri recettori che tetramerizzano con conseguente attivazione delle

SMAD e questo determina un non ripiegamento e quindi la piastra rimane piatta – viceversa quando i

livelli di BMP sono bassi – le cellule cambiano forma e diventano a cuneo.

Non tutto il tubo neurale si forma in questo modo con il ripiegamento della piastra, abbiamo due

modi: - Neurulazione primaria: coinvolge la piastra neurale, che deriva da una pt dell’ectoderma

che sta in una regione centrale dell’embrione specialmente dell’uomo e del pollo. Sta sopra

GENETICA

la notocorda che manda dei segnali (induce) l’ecotderma sovrastante a fare delle

determinanti cose. La induce a piegarsi a formare un avvallemento vs l’esterno per formare

un tubo – la regione sopra viene tirata vs l’interno mentre le porzioni più esterne vanno

verso l’alto ripiegandosi, formando le pliche neurali fondendosi l’una con l’altra. Nella

regione di fusione esiste una popolazione cellulare importante che si stacca dalle pliche

neurali e migra in altri territori. Le cellule sono quelle delle creste neurali che migrano in

distretti ≠ dove andranno a differenziarsi in melanociti (nei), neuroni, glia, celluel di Shawn e

cellule midollari della ghiandola del surrene. Ci sono due geni responsabili della loro

migrazione: sox9 e sox10 – se mutano abbiamo difetti in alcune di queste strutture.

Come si chiude? La notocorda è una struttura che caratterizza tt i cordati (tutti quegli

organismi che la posseggono) deriva dal mesoderma. Nell’uomo adulto della notocorda

rimangono tra i dischi intervertebrali.

Cosa fa piegare le celluel della piastra neurale? Segnali mandati dalla notocorda e recepito

dalla piastra – via di segnalazione di BMP (famiglia dei TGF beta, con BMP receptor 1 e 2 –

legano tanti ligandi 19≠, e a lvl intracitoplasmatico va ad attivare le smad 2,5 e 8)…

La via fa ripiegare la piastra neurale – a seconda dei vari processi di ripiegamento abbiamo

≠ livelli di segnalazione di BMP (è un morfogeno per questo che a seconda della

concentrazione agisce in maniera diversa). A livello intermedi (a livelli alti le cellule

rimangono nella piastra con la loro forma) nel pt più vicino alla notocorda cominciano a

cambiare la loro forma le cellule e diventano celluel a forma di cuneo, cambiando la loro

forma e se si stringono all’apice si potano dietro le altre cellule. BMP si attacca al recettore

e attiva il pathway e finché ce n’è tanto le celluel mantengono la loro forma, ma se sono

sequestrate dal nogging (proteina) cambiano forma e perdono la loro forma rettangolare /

cilindrica per diventare a cuneo. Parte anteriore del sistema nervoso. Da origine al cervello

e al SN del tronco.

- Neurulazione secondaria: in pt diversi del sn o in organismi diversi. Si forma sempre la

stessa cosa. Non si parte dalla piastra neurale ma da un cordone di celluel pieno che si

deve cavitare – si parte dalle celluel del mesenchima (sempre dell’ectoderma). Porzione

posteriore del sn e forma il tubo neurale lombo sacrale.

- C’è una porzione di giunzione tra i due, regione giunzionale – nell’’intermezzo del SN che ha

un processo sia di neurulazione primaria e secondaria. Nel senso che esistono delle regioni

giunzionali in cui il tubo neurale si forma un po’ per cavitazione e un po’ per ripiegamento

delle pliche

Non tutti gli organismi hanno un processo di neurulazione primaria e secondaria.

Come si chiudono le pliche delle creste neurali? Le celluel di una plica neurale prendono contatto

con quella vicina emettendo dei filopodi che sono dei prolungamenti della cellula che sono come

della gambette che contengono filamenti di actina del citoscheletro e possono essere protratti vs la

cellula adiacente così che si fondano. Tutto questo non è dato dalle cellule del tubo neurale ma dalle

cellule dell’ectoderma che ricopre esso.

Chi sono le molecole che fondono? Le n-caderine che sono molecole di adesione che a seconda del

tessuto sono diverse. Se non ho le n caderine posso avere difetti nella chiusura del tubo neurale. I

difetti accadono anche nell’uomo, sia nell’uomo che nel topo. il tubo neurale si chiude in pt ≠ e si

pensa in 5 pt diversi (inizialmente) e alla fine rimangono aperti due neuro pori Che sono quello

GENETICA

anteriore (cefalico) e uno posteriore (caudale) – questi due sono a contatto con il liquido amniotico.

Siamo circa al 23 giorno.

Le regioni adiacenti alle n cederine esprimono le e caderine e sono quelle che esprimono i filopodi e

che andranno a formare l’ectoderma sovrastante il t neurale.

La neurulazione che non va nel modo giusto porta a delle patologie che sono piuttosto frequenti

(1:1000) e nelle forme piu gravi si ha un morte perche se non si è chiuso correttamente il tubo e il

tessuto esce la condizione vitale è impattata. Ci sono diversi gradi di gravità di non chiusura (ad

esempio il cervello puo non esserci o essere uscito) – quelli del neuroporo posteriore sono più

compatibili con la vita perche sono spina bifida (possono essere corretti anche nell’utero) – i difetti di

sviluppo possono essere molto molto lievi. Se l’estensione dell’apertura è più grande ci sono problemi

gravi. Tanto piu è anteriore il difetto di chiusura tanto più la parte del SN sara esposta al liquido

amniotico e tanto è più grave il fenotipo.

Quando si verificano difetti di chiusura allora si potranno avere piu punti a contatto con il liquido

amniotico e si avrà una degenerazione delle strutture.

Se il tubo non si chiude nella porzione anteriore si ha exencefalia (fuoriuscita del cervello) o

anencefalia (mancata formazione del sn anteriore) – se non si chiude dietro si può avere spina bifida o

mielomeningocele (porzione più posteriore del tubo neurale in cui le meningi fuoriescono per

mancata chiusura del tubo)

La neurulazione si completa prima che la donna sappia che è incita ma per prevenire bisogna avere

delle precauzioni prima: carenza di acido folico, per questo di solito alle donne si consiglia di

assumerlo prima di iniziare una gravidanza (è un problema metabolico!). Anche dei diserbanti

utilizzati come il rotenone etc causano dei difetti di chiusura, e facendo degli studi epidemiologici con

quelle donne che lavoravano in quell’ambito avevano gravidanze con difetti molto elevati. Quindi

supplementazione almeno un paio di mesi prima! Ci puo essere una base genetica.

I difetti di chiusura si scoprono al 5 n mese quando si fa la morfologica.

SEGNALI CHE REGOLANO LO SVILUPPO E IL DIFFERENZIAMENTO DEL MESODERMA

Come si sviluppa e differenzia il mesoderma?

Da principalmente muscoli e ossa. È il foglietto piu complicato perche porta allo sviluppo tante

strutture diverse – sono presenti tante vie di differenziazione (BMP4 nel mesoderma, Shh nella

notocorda, WNT)

Le varie regioni del mesoderma sono:

- Sotto il tubo neurale ce la notocorda che poi regredisce, che manda dei segnali al tubo

neurale, specialmente nella parte che inizia a ripiegarsi. È il cosiddetto chordo-mesoderma

che è tipico dei cordati e che genera la nostra struttura assile (in fase embrionale è la

notocorda) – è un cordone di cellule che forma una struttura cellulare che regredisce

durante lo sviluppo e rimane solo nei dischi intraverterbali dell’uomo.

- Mesoderma parassiale, a lato dell’asse, quidni ai lati del tuo neurale. Da esso originano i

somiti - ai lati del tubo neurale ci sono delle masse di mesoderma che sono i somiti, che

all’interno contengono diverse zone diverse – dalla stessa struttura si devono originare

GENETICA

cellule muscolari e cellule dell’osso. Le celluel della regione piu dorsale più vicino

all’epidermide daranno origine alle cellule muscolari, mentre quelle piu vicine alla pt

ventrale daranno origine alle ossa (quella parte della somite è la parte della sclerotomo). I

somiti sono mesoderma para assiale (ai lati dell’asse centrale) – il mesoderma assile è la

notocorda. Il mesoderma è regionalizzato grazie a nodal che lo induce. Ai lati dei somiti c’è

il mesoderma intermedio da cui si formano le gonadi e i reni – il mesoderma piu distante si

chiama mesoderma della piastra laterale che da origine al circolatorio, vasi e cuore. Dai

somiti originiamo il dermatomo (da cui si specifica il derma e alcune cellule endoteliali),

mitomo (dalla quale si origina il muscolo scheletrico) e sclerotomo (cartilagine, ossa).

Quali sono i meccanismi in cui agisce il pathway di WNT?

Questo succede nell’embrione durante la formazione dei somiti (somitogenesi) in senso cefalo

caudale – il mesoderma che inizialmente è un foglietto unico non si divide in somiti dubito, ma prima

si formano i somiti a coppie un po’ alla volta partendo da avanti andando indietro. Quando BMP4 è

alto la via è spenta e non segmenta e viceversa.

In sostanza i somiti iniziano a formarsi anteriormente a coppie simmetriche dx e sx. In una regione del

mesoderma che deve diventare una coppia di somiti i livelli di BMP4 devono essere bassi. I livelli di

BMP sono alti in tt il mesoderma laterale ma bassi nel mesoderma presomitico.

Contando i somiti si riesce a capire a che pt dello sviluppo si trova un embrione perche si formano ad

intervalli regolari e ben precisi – ad esempio nello zebrafish si forma 1 ogni mezz’ora mentre negli

uomini i tempi sono più lunghi.

Cosa dice ad una coppia di somiti che devono diventare somiti e non quelli subito adiacente? Clock

and wave front. Via di segnalazione che accende dei programmi specifici e poi se ne va (è un’onda) –

determina di volta in volta una coppia di somiti. Coinvolge sia un’accensione (clock) di geni in un

punto sia il passaggio di morfogeni come un’onda (wave) che induce l’attivazione di questi geni.

Chi fa questa onda e quelli sono i segnali