Sviluppo del Sistema Nervoso
Lo sviluppo embrionale inizia con la fertilizzazione
From Conception to 8 days
1
Zigote
2 Cellule
4 Cellule
8 Cellule
Morula
Trofoectoderma
Epiblasto
Blastocele
Blastula
GASTRULAZIONE
IL MOMENTO PIU’ IMPORTANTE DELLA NOSTRA VITA!
2
Mediante un processo di gastrulazione
dalla 3a settimana si forma un disco
trilaminare
Trofoectoderma
Epiblasto
Blastocele
Blastula
Alcune cellule epiblastiche migrano ventralmente dal ‘bordo primitivo’
alla linea dorsale del disco a formare il mesoblasto
ECTODERMA
MESODERMA
ENDODERMA
3a settimana
• ENDODERMA: rivestimenti interni di vie
respiratorie e digerenti
• MESODERMA: connettivo propriamente
detto, ossa, cartilagini, muscoli, derma,
sangue e linfa
• ECTODERMA: epiteli di rivestimento e
specializzati, S.N.C. e S.N.P.
3
TUBO NEURALE
S.N.C
CRESTA NEURALE
S.N.P.
SOMITI
Vertebre,
muscoli scheletrici...
SVILUPPO DEL SNC
•EVENTI PRODUTTIVI
•EVENTI SOTTRATTIVI
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EVENTI PRODUTTIVI NELLO
SVILUPPO DEL SNC
•Formazione del tubo neurale
•Generazione delle principali strutture
cerebrali
-micro (3 fasi principali):
•Proliferazione
•Migrazione
•Differenziamento
Six Stages of Nervous System Development
5
DALL’ECTODERMA AL SNC
LA PLACCA NEURALE
Fattore di induzione (Shh)
3-4a settimana
Formation of the Neural Plate with the thickening of Ectoderm
6
Embryonic Development of Nervous System
•
•
•
•
•
Neural plate to neural tube
Neural crest–PNS
Anterior forms brain
– Forebrain
– Midbrain
– Hindbrain
Hollow ventricles
Spinal cord
Figure 9-2: The embryonic
nervous system develops into a
tube
4a settimana
7
4a settimana
Formation of the Brain, Spinal Cord and PNS
(Neuroectoderm)
8
Ectoderm to Neuroectoderm: 20 days to 30 days
28 gg
36 gg
48 gg
Paleopallio
(Olfattivo)
Rinencefalo
Archipallio
(Ippocampo)
Telencefalo
Prosencefalo
(forebrain)
Vescicola ottica
Emisferi corticali
Ipotalamo
Diencefalo
Talamo
Tubo neurale
anteriore
Mesencefalo
(Midbrain)
Acquedotto cerebrale
Ponte
Metencefalo
Romboencefal
o
(Hindbrain)
Cervelletto
Mielencefalo
Midollo
9
10
Embryonic Development of Nervous System
Figure 9-3 a-c: The neural tube specializes into the six major regions of the nervous system.
Homeotic genes - Homeogenes
11
Dorsoventral Patterning of the Spinal
Cord
Tanabe
and
Jessell
(1996),
Science
274:
1115
The pattern of differentiation of cells
along the D/V axis of the spinal cord
depends on ventral and dorsal signals
BMPs
Shh
Pax3
Pax7
Shh
ventralizzazione
12
Shh - sonic hedgehog
Sonic hedgehog is, in fact, named after
the character from the popular Sega
Genesis video game.
The original hedgehog gene was found
in Drosophila and was named for the
appearance of the mutant phenotype
which causes an embryo to be covered
with pointy denticles resembling a
hedgehog.
The first two homologues of
hedgehog were named after
species of hedgehog and the
third was named after the video
game character (Gilbert, 2000).
13
The Shh signaling pathway involves two
transmembrane proteins
activation
secretion
In the absence of ligand, Ptc interacts with and inhibits Smo. This inhibition activates
a transcriptional repressor ( e.g. Gli in vertebrates).
Dorsal
Ventral
A
P
14
bHLH transcription factors
15
MATH1 expression in mouse embryo
bHLH expression in mouse neural tube
16
17
Neural crest cell migration
Neural Crest Lineages
facial structures
cardiac outfl ow tracts
crani al
crest
etc...
pigment cells
peripheral gli a
neur al crest
sensory neurons
(dor sal root, cranial
sensory ganglia)
nonmyelinating gli a
S chwann cell
parasympathetic NS
trunk
crest
enteric NS
sympathoadrenal
sympathetic neuron
adrenal chr om affi n cell
(adrenal medull a)
18
Between 4 weeks and 9 months the brain undergoes rapid
development
PROLIFERAZIONE
• La maggior parte dei neuroni viene generata
durante la prima metà della gravidanza, tra il
giorno 42° e 125° di vita embrionale
• Neuroni
e
cellule
gliali
derivano
dalla
proliferazione delle medesime cellule progenitrici
(staminali)
• Diversi tempi di genesi: i neuroni originano più
precocemente, la glia più tardivamente
19
Neuronal Proliferation
NEURONI E GLIA VENGONO GENERATI NELLA
“ZONA PROLIFERATIVA”
•Neuroni e cellule gliali si formano dalle cellule
dell’ectoderma embrionale
•La zona proliferativa (ZP) è formata da un singolo
strato di cellule che iniziano a dividersi a ED28
20
NUCLEOCINESI
NEURONI E GLIA VENGONO GENERATI NELLA
“ZONA PROLIFERATIVA”
Dal ED28 fino al ED42 la divisione cellulare è ”simmetrica”;
and ogni ciclo replicativo il numero di cellule raddoppia
nella ZP. Le cellule prodotte durante questo periodo sono
dei “progenitori” che daranno origine a tutte le cellule gliali
e neuronali che formeranno il sistema nervoso.
Dopo ED42 inizia la divisione “asimmetrica”; alcune delle
cellule neoformate smettono progressivamente di dividersi,
iniziano a migrare lontano dalla ZP e raggiungono diverse
regioni dell’encefalo.
21
22
Bray Nature Reviews Molecular Cell Biology 7, 678–689 (September 2006) | doi:10.1038/nrm2009
NEURONI E GLIA VENGONO GENERATI NELLA
“ZONA PROLIFERATIVA”
•La “data di nascita di una cellula” viene definita
come il giorno in cui una singola cellula smette di
dividersi e migra al di fuori della zona proliferativa
•Questa cellula viene anche definita come
“neurone primitivo”
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DIFFERENZIAMENTO CELLULARE
Una volta raggiunta la destinazione finale, i neuroni:
• Generano assoni e dendriti
• Producono enzimi necessari a produrre
neurotrasmettitori
• Producono recettori per i neurotrasmettitori
• Attivano la trasmissione sinaptica
NEURONI
Progenitori
Cellule Staminali del SNC
1) Propagazione
2) Pluripotenza
GLIA
24
Models for nervous system cell fate
determination
bHLH basic helix–loop–helix
BMPs bone morphogenetic proteins
25
AEP anterior entopeduncular
MGE medial ganglionic eminence
LGE lateral ganglionic eminence
vLGE ventral LGE
dLGE dorsal LGE
VP ventral pallium
LP lateral pallium
DP dorsal pallium
MP medial pallium
CH cotical hem
telencephalic vesicles at E12.5
bHLH transcription factors
Ngn1
Ngn2
Mash1
homeodomain proteins
Emx1, Emx2
Lhx2
Pax6
homeodomain transcription factors
Gsh1, Gsh2
Dlx1, Dlx2, Dlx5 and Dlx6
Lhx6, Lhx7
Nkx2.1
Arrows: positive interations
T-bars: inhibitory control
From Guillemot et al. 2002
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EVENTI SOTTRATTIVI NELLO SVILUPPO DEL SNC
Morte cellulare spontanea
•Nel corso normale dello
sviluppo si osserva morte
neuronale (dal 20 all’80%) in
differenti regioni del SCN
Tale effetto è:
•..parte del ciclo vitale della
cellula?
•..parte del programma
genetico?
•.. un effetto di fattori ambientali
locali?
High release of glutamate
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Motorneuron death
Removal of Brain Cells during Early Childhood
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EVENTI SOTTRATTIVI NELLO SVILUPPO
DEL SNC
•Processi di competizione agiscono nella
regolazione del numero di connessioni
•Attivazione del sistema neuronale è cruciale nel
determinare quali connessioni saranno
mantenute e quali saranno perse
Il normale sviluppo del SNC è in funzione degli
inputs che riceve
29
Experience can Modify Brain Cell Connections
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