DESTINO EMBRIOLOGICO
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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
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•
•
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
