Il controllo gene1co della forma del corpo: geni archite7 e regolazione genica durante lo sviluppo embrionale. Simona Casarosa Laboratorio di Neurobiologia dello Sviluppo Centro Interdipar5mentale per la Biologia Integrata (CIBIO) Università di Trento [email protected] Che cos’è lo sviluppo? Lo sviluppo è il processo aFraverso cui da una unica cellula (zigote) viene formato un organismo complesso formato da organi e tessu5 La Biologia dello Sviluppo studia lo sviluppo embrionale degli organismi pluricellulari Lo sviluppo embrionale umano dal concepimento alla 9a seJmana di gestazione I fenomeni fondamentali delle prime fasi dello sviluppo embrionale sono: • La divisione cellulare • La migrazione cellulare • Il differenziamento cellulare La segmentazione é cos5tuita da una serie di divisioni mito5che estremamente rapide, in cui l’enorme volume dello zigote viene suddiviso in numerose cellule più piccole. Queste cellule sono chiamate blastomeri, e alla fine della segmentazione di solito formano una sfera cava chiamata BLASTULA La segmentazione degli Anfibi hFp://www.xenbase.org/ Successivamente al rallentamento delle divisioni mito5che, i blastomeri compiono ampi movimen5 con i quali cambiano posizione gli uni rispeFo agli altri. Questo processo si chiama GASTRULAZIONE. Come risultato della gastrulazione gli embrioni possiedono tre foglieJ embrionali, l’ECTODERMA, l’ENDODERMA ed il MESODERMA. La gastrulazione degli Anfibi Differenziamento: la formazione di 5pi cellulari specializza5 e diversifica5 a par5re da una singola cellula (zigote) Differenziamento: la formazione di 5pi cellulari specializza5 e diversifica5 a par5re da una singola cellula (zigote) Espressione genica differenziale I nuclei di tuFe le cellule contengono il genoma completo formatosi nell’uovo fecondato. In termini molecolari, i DNA di tuFe le cellule differenziate sono uguali. I geni che non vengono usa5 in cellule differenziate non vengono muta5 né distruJ, e mantengono la potenzialità di essere espressi. Solo una piccola percentuale del genoma si esprime in ciascuna cellula, e una porzione dell’RNA sinte5zzato nella cellula è specifico per quel 5po cellulare. QUINDI: LE CELLULE SONO DIVERSE PERCHE’ ESPRIMONO RNA DIVERSI Chordin Animali modello I vantaggi della Drosophila: gene5ca, mutan5 e screening gene5ci bithorax antennapedia The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1995 "for their discoveries concerning the gene5c control of early embryonic development"
Edward B. Lewis Chris5ane Nüsslein-­‐Volhard Eric F. Wieschaus Using Drosophila Nüsslein-­‐Volhard and Wieschaus were able to iden5fy and classify a small number of genes that are of key importance in determining the body plan and the forma5on of body segments. Lewis inves5gated how genes could control the further development of individual body segments into specialized organs. He found that the genes were arranged in the same order on the chromosomes as the body segments they controlled. "The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1995". Nobelprize.org. 22 Mar 2012 hFp://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1995/ La Drosophila presenta un’organizzazione segmentale a par5re dall’embrione, nella larva e nell’adulto PaFern di espressione dei geni omeo5ci I meccanismi molecolari per la costruzione degli organismi sono ampiamente conserva5 Geni omologhi ai geni omeo5ci di Drosophila sono presen5 anche nei Vertebra5: i geni Hox
-­‐ Colinearità spazio-­‐temporale -­‐ Bordo anteriore d’espressione neFo -­‐ Specificano l’iden5tà posizionale lungo l’asse AP per neuroectoderma e mesoderma I geni Hox hanno un bordo anteriore di espressione neFo HoxD2
HoxD4 Se un gene Hox viene perso lo sviluppo dei rombomeri si altera, e di conseguenza anche quello degli archi branchiali, delle struFure del collo o della testa hFp://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1995/illpres/consequences.html Conservazione evolu5va del codice Hox: la combinazione di geni Hox espressi determina il 5po di vertebra L’eliminazione di tuJ i paraloghi Hox10 converte le vertebre lombari in toraciche. E’ una trasformazione omeo5ca Alterazioni nell’espressione dei geni Hox possono portare a gravi difeJ dello sviluppo embrionale quindi a gravi malformazioni EffeFo di dosi crescen5 di acido re5noico (derivato della Vit.A, è presente in farmaci usa5 per curare l’acne cis5co) sullo sviluppo dello scheletro: l’acido re5noico agisce modificando l’espressione dei geni Hox hFp://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1995/illpres/consequences.html
