Dalla cellula uovo all’embrione: la cosa piu’ difficile che abbiate fatto durante la vostra vita Simona Casarosa Laboratorio di Biologia Cellulare e dello Sviluppo Dipartimento di Biologia La Biologia dello Sviluppo studia lo sviluppo embrionale degli organismi pluricellulari Che cos’è lo sviluppo? Lo sviluppo è il processo attraverso cui da una unica cellula (zigote) viene formato un organismo complesso formato da organi e tessuti I fenomeni fondamentali delle prime fasi dello sviluppo embrionale sono: •La divisione cellulare •La migrazione cellulare •Il differenziamento cellulare La segmentazione e’ costituita da una serie di divisioni mitotiche estremamente rapide, in cui l’enorme volume dello zigote viene suddiviso in numerose cellule piu’ piccole. Queste cellule sono chiamate blastomeri, e alla fine della segmentazione di solito formano una sfera cava chiamata BLASTULA Successivamente al rallentamento delle divisioni mitotiche, i blastomeri compiono ampi movimenti con i quali cambiano posizione gli uni rispetto agli altri. Questo processo si chiama GASTRULAZIONE. Come risultato della gastrulazione gli embrioni possiedono tre foglietti embrionali, l’ECTODERMA, l’ENDODERMA ed il MESODERMA. Differenziamento: la formazione di tipi cellulari specializzati e diversificati a partire da una singola cellula (zigote) Differenziamento: la formazione di tipi cellulari specializzati e diversificati a partire da una singola cellula (zigote) Espressione genica differenziale I nuclei di tutte le cellule contengono il genoma completo formatosi nell’uovo fecondato. In termini molecolari, i DNA di tutte le cellule differenziate sono uguali. I geni che non vengono usati in cellule differenziate non vengono mutati né distrutti, e mantengono la potenzialità di essere espressi. Solo una piccola percentuale del genoma si esprime in ciascuna cellula, e una porzione dell’RNA sintetizzato nella cellula è specifico per quel tipo cellulare. QUINDI: LE CELLULE SONO DIVERSE PERCHE’ ESPRIMONO RNA DIVERSI Chordin “Developmental biology is at the core of all biology” (Lewis Wolpert) BIOLOGIA EVOLUZIONISTICA ANATOMIA COMPARATA BIOLOGIA CELLULARE BIOLOGIA DELLO SVILUPPO BIOLOGIA MOLECOLARE FISIOLOGIA GENETICA Animali modello I vantaggi della Drosophila: genetica, mutanti e “screening” genetici bithorax antennapedia 1995 Nobel Laureates Ed Lewis, Christiane Nüsslein-Volhard, Eric Wieschaus I meccanismi molecolari per la costruzione degli organismi sono ampiamente conservati Mutazioni nei geni coinvolti nello sviluppo sono alla base di malattie genetiche Aniridia, causata da mutazioni nel gene Pax6 Polidattilia, causata da mutazioni nei geni Hox o nel gene sonic hedgehog Cellule muscolari Neuroni La Retinite pigmentosa e’ la principale causa di cecita’nel mondo, colpisce 1 persona su 3500 Quello che potrebbe vedere un paziente affetto da Retinite pigmentosa Terapie di sostituzione cellulare basate su cellule staminali embrionali (ES) Embriologia descrittiva Marcello Malpighi Embriologia sperimentale Xenopus laevis Fonte: L.Wolpert Biologia dello Sviluppo 2000. Zanichelli Zebrafish (Danio rerio) Fonte: L.Wolpert Biologia dello Sviluppo 2000. Zanichelli Gallus gallus (Pollo) Fecondazione segmentazione 24 h Gastrulazione 35 h Neurulazione 40 h Schiusa 21 gg Maturità sessuale 5-6 mesi Mus musculus (topo) Fecondazione Prima divisione Gastrulazione Neurulazione Nascita Maturita‘ sessuale 24 h 6-7 gg 7-8 gg 19 gg 90 gg Caenorhabditis elegans 959 cellule somatiche FISSE T. generazione 3 giorni „Lineage“ completamente noto