DESTINO EMBRIOLOGICO
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DESTINO EMBRIOLOGICO • • • • PROBLEMI: Nella blastula le cellule sono “tutte uguali”? E’ possibile “predire” il destino delle cellule? L’eventuale “predizione” è affidabile? Le cellule “predestinate” possono deviare dal loro percorso? APPROCCI POSSIBILI: • Marcare le cellule allo stadio di blastula, in modo da poterne seguire il destino mappe di prelocalizzazione • Dopo aver marcato le cellule, cercare di modificarne il destino mediante: – Trapianti di blastomeri – Distruzione di blastomeri – Separazione di blastomeri DESTINO EMBRIOLOGICO • Si può studiare il destino di cellule dell’embrione costruendo delle mappe presuntive • Mappe presuntive possono essere ottenute mediante marcatura con opportune sostanze o con marcatura genetica …ma come si costruisce una mappa di prelocalizzazione? • Si lascia sviluppare un embrione fino allo stadio di blastula, quindi si marcano alcune cellule con: – Coloranti vitali – Sostanze fluorescenti ad alto peso molecolare – Isotopi radioattivi • Si lascia proseguire lo sviluppo attraverso la gastrulazione e le prime fasi organogenetiche e si osservano le cellule marcate, domandandosi: – Quale posizione hanno assunto? – Quali caratteristiche morfologiche hanno acquisito? – Quali componenti molecolari le distinguono dalle altre (rivelati attraverso altre indagini)? Blastula acqua paraffina Agar colorato MAPPA DI PRELOCALIZZAZIONE DEL RICCIO DI MARE - “LINEAGES” CELLULARI Le mappe di prelocalizzazione ci mostrano nella blastula i territori presuntivi endodermici, mesodermici ed ectodermici Stadio di 64 cellule DESTINO EMBRIOLOGICO, SPECIFICAZIONE E DETERMINAZIONE Come viene indotta la specificazione cellulare? SPECIFICAZIONE AUTONOMA E CONDIZIONATA • Specificazione autonoma: un meccanismo di “commitment”cellulare che coinvolge la segregazione di determinanti citoplasmatici durante la segmentazione Se un blastomero viene eliminato, il resto dell’embrione mancherà delle cellule (e quindi degli organi) che avrebbe formato il blastomero mancante SVILUPPO A MOSAICO • Specificazione condizionata: un meccanismo di “commitment”cellulare che coinvolge l’interazione con altre cellule Se un blastomero viene eliminato, il resto dell’embrione si riorganizza e supplisce alle funzioni del blastomero mancante SVILUPPO REGOLATIVO SVILUPPO A MOSAICO E SVILUPPO REGOLATIVO • • Stile ciascuna cellula è Se il“europeo”: destino embriologico di una determinata in base ai prevalentemente propri cellula è determinato progenitori. dalla sua “ascendenza”si ha uno sviluppo a mosaico • Stile “americano: vi è un gran tra le cellule di e una • mescolamento Se il destino embriologico ciascuna cellula viene in cellula dipende anchedeterminata dalle interazioni base a quali sonocircostante i suoi vicini(vicinanza con l’ambiente fisica ad altre cellule, esposizione a fattori diffusibili) si parla di sviluppo regolativo EMBRIOLOGIA SPERIMENTALE • Un nuovo campo dell’embriologia sperimentale nasce con il lavoro di Wilhelm Roux (1888) sulla “Entwicklungsmechanik” (meccanica dello sviluppo). • Roux introduce infatti un approccio fisiologico all’embriologia, rendendola scienza indipendente dagli studi evoluzionistici. • Gli esperimenti sono volti a chiarire se i blastomeri siano rigidamente determinati fin dai primi stadi SPECIFICAZIONE AUTONOMA E CONDIZIONATA Approcci sperimentali • • • • Esperimenti Esperimenti Esperimenti Esperimenti di di di di distruzione isolamento ricombinazione trapianto EMBRIOLOGIA SPERIMENTALE • Sulla base di esperimenti su embrioni precoci di anfibio tenuti in condizioni esterne alterate, che tuttavia si sviluppavano normalmente, Roux si convinse che vigesse il principio di auto-differenziamento. • Secondo Roux, almeno la prima fase di sviluppo degli organi era diretta da fattori interni ereditati dall’uovo, sottolineando l’importanza del nucleo. • Propose quindi una teoria di divisione cellulare qualitativa, secondo la quale il materiale nucleare viene segregato in maniera differente nelle cellule figlie ESPERIMENTI DI ROUX (1888) • Per verificare la teoria proposta, Roux ideò un esperimento su embrioni di rana, consistente nell’eliminare un blastomero allo stadio di due cellule ed analizzare il destino del blastomero rimasto. ESPERIMENTI DI ROUX RISULTATI • Si forma un “emiembrione” INTERPRETAZIONE • I blastomeri contengono un’informazione differenziale • La potenzialità prospettica coincide con il destino prospettico ESPERIMENTI DI DRIESCH (1892) • Introdusse la tecnica dell’isolamento dei blastomeri (realizzata su riccio di mare), preferendola a quella della distruzione. ESPERIMENTI DI DRIESCH RISULTATI • Si formano embrioni normali INTERPRETAZIONE "The relative position of a blastomere within the whole will probably, in a general way, determine what shall come from it; if it be situated differently, then it will give rise to something else; or stated another way: its prospective relation is a function of its place." • I blastomeri sono riprogrammabili • La potenzialità prospettica è maggiore del destino prospettico N.B. Nel 1910 Clendon dimostrò che blastomeri isolati di rana si comportavano come nel riccio ESPERIMENTI DI ROUX/DRIESCH Contraddittorietà dei risultati dovuta alle diverse condizioni sperimentali: • Roux uccide il blastomero, ma lo lascia in sede • Driesch separa i blastomeri • Il destino dei blastomeri è influenzato dalle cellule circostanti • La comunicazione cellulare è indispensabile al corretto sviluppo REGOLAZIONE NEL RICCIO DI MARE COSA SUCCEDE SE GLI ESPERIMENTI DI ISOLAMENTO VENGONO EFFETTUATI SU BLASTULE PIU’ AVANZATE? REGOLAZIONE NEL RICCIO DI MARE ESPERIMENTI DI HORSTADIUS ISOLAMENTO • Separando i blastomeri per via meridiana si ottengono plutei normali • Separando i blastomeri per via equatoriale si ottengono plutei anomali, MA… REGOLAZIONE NEL RICCIO DI MARE ESPERIMENTI DI HORSTADIUS RICOMBINAZIONE • Se i blastomeri animali si ricombinano con i micromeri, si ottengono plutei completi SPECIFICAZIONE E DETERMINAZIONE NELLO SVILUPPO DEL RICCIO DI MARE • Alla nona-decima divisione la maggior parte delle cellule è specificata ma non determinata • La specificazione di queste cellule è condizionata • Solo i micromeri a questo stadio sono determinati • La determinazione dei micromeri è autonoma
