occhio
placode olfattivo
Cerberus viene espresso dall’endomesoderma faringeo. Iniezione di mRNA di cerberus
in un blastomero vegetativo VENTRALE dell’embrione a 32 cellule induce la formazione
di strutture encefaliche ectopiche.
chordin
frzb
Anteriore
Posteriore
Oltre a BMP4 anche Wnt8, espressa in tutto il mesoderma marginale (eccetto
la regione dell’organizzatore) inibisce l’induzione neurale. Cerberus, Dickkopf
e
Frzb
promuovono
l’induzione
delle
strutture
contrastando l’azione di Wnt8.
Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO,
Zanichelli editore S.p.A. Copyright
© 2005
neurali
più
anteriori
(neuroni del midollo)
Mentre l’induzione dell’epidermide richiede l’attivazione di entrambe le vie di segnale
(BMP e Wnt), l’induzione delle strutture della testa richiede il blocco di entrambe le vie.
IGF
FGF
tubo neurale anteriore
Anche le Insulin-like Growth Factor sono necessarie per la formazione delle strutture anteriori del
capo. Inibendone l’espressione si blocca lo sviluppo della testa, mentre la loro overespressione
causa la formazione di teste ectopiche. Si ritiene che prevengano la funzione di BMP e Wnt
accendendo la via di trasduzione del segnale dell’FGF, che interferisce con con le vie di segnalazione
di BMP e Wnt.
La cellula ectodermica diviene neurale di default (esperimenti di
dissociazione > calotte animali isolate formano tessuto neurale.
•Nell’ectoderma BMP reprime i geni coinvolti nel differenziamento
neurale e attiva quelli che specificano l’epidermide.
•Nel mesoderma il gradiente di BMP determina l’attivazione di set di geni
differenti che specificano tessuti mesodermici differenti.
regionalizzazione
L’organizzatore (i)induce il tubo neurale e (ii)ne specifica le varie regioni
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blastocele
Occhi ed encefalo anteriore
Diencefalo, vescicole otiche
Tronco, coda
Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO,
Zanichelli editore S.p.A. Copyright
© 2005
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Endomesoderma (endoderma faringeo e mesoderma
precordale) inducono le cellule ectodermiche soprastanti
ad assumere forma colonnare (placca neurale). La placca
neurale si allunga secondo l’asse anteroposteriore.
I margini della placca neurale si inspessiscono a formare le
pieghe neurali.
(Medial Hinge Point)
La placca neurale si incurva (le cellule dell’MHP si
ancorano alla notocorda, le cellule della quale inducono
quelle dell’MPH ad accorciarsi e assumere la forma a
cuneo) e le pieghe si sollevano.
Si formano i DLHP a seguito dell’allungamento e
cambiamento di forma delle cellule. Cambiamenti d’altezza
e forma a cuneo delle cellule dell’MHP e DLHP vengono
adottati grazie all’azione intracellulare di microtubuli e
microfilamenti. Intanto l’ectoderma circostante “spinge”
verso l’asse dell’embrione. L’ancoraggio al mesoderma
sottostante è fondamentale per dirigere il corretto
piegamento della placca.
(Dorsolateral Hinge Point)
Il tubo si chiude allorchè le pieghe neurali si uniscono.
Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005
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neurulazione primaria:
variazione sul tema
Variations of primary neurulation. The neural tube is shown at the open stage (top row) and after
initial closure (bottom row). The initial flat neuroepithelium may roll smoothly into a tube (a), bend
sharply at one (b) or more (c) hinge points, or form a solid rod of cells (d).
neurulazione nei teleostei
asse anteroposteriore
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The Sonic hedgehog protein is a secreted intercellular signaling molecule. Its precursor
form is autocatalytically cleaved into an N-terminal (Shh-N) and a C-terminal (Shh-C)
domain. During catalysis, a molecule of cholesterol is covalently attached to Shh-N
which performs the signaling function. Shh-C carries out the cleavage reaction and the
cholesterol attachment. Shh-N has also been shown to be palmitoylated. Shh-N binds to
the transmembrane protein Patched (Ptc). This then derepresses a Ptc-interacting
membrane protein called Smoothened (Smo), resulting in the activation of GLI, a
transcription factor. GLI, in turn, is thought to control the ultimate expression of the
nuclear targets of Sonic hedgehog.
asse dorsoventrale
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roof plate
dorsal plate
ventral plate
floor plate
Dorsalin
Pax7
Pax6
Nkx6.1
Shh
equivalenza del genoma
Tutte
le
cellule
dell’organismo
hanno
effettivamente lo stesso identico genoma?
Oppure il patrimonio genetico della cellula
ormai
differenziata
ha
subito
modificazioni funzionali irreversibili?
delle
variazioni epigenetiche
Modifica ereditabile (quindi trasmissibile alla progenie), che può riguardare un
cromosoma o l’attività di un gene, che non varia la sequenza nucleotidica.
Es: metilazione del DNA
Nei vertebrati la metilazione interessa solamente la Citosina sul dinucleotide CpG ad
opera di enzimi DNA-metiltransferasi (Dnmt) che aggiungono un gruppo metile al
C5 della citosina: il risultato è la 5-metilcitosina. Il 3-5% circa delle C risulta
metilato in cellule eucariotiche
metilazione del DNA
Lo schema di metilazione viene mantenuto ad opera di DNA-metil transferasi di
mantenimento, che hanno particolare affinità per le sequenze emi-metilate:
tendono quindi a metilare il nuovo filamento che si è formato su uno stampo
metilato.
metilazione e sviluppo
- Nel corso della segmentazione > fase di demetilazione.
- Segue metilazione “de novo”.
equivalenza del genoma
Hans Spemann e la Teoria del Trasferimento Nucleare
1938: una cellula già terminalmente differenziata è in grado di
riprogrammare l'informazione in termini di espressione genica e
di controllare lo sviluppo embrionale? Spemann propose di
prelevare il nucleo da una cellula di un embrione in avanzata fase
di sviluppo e trasferirlo nel citoplasma di una cellula uovo
enucleata. Spemann non pote' condurre l'esperimento per la
mancanza di strumenti adatti alla manipolazione e dissezione
delle cellule somatiche e germinali.
equivalenza del genoma
exp. Robert Briggs e Tom J. King, 1952
Rana pipiens
equivalenza del genoma
equivalenza del genoma
Briggs e King pongono le basi sperimentali (creano quegli strumenti che
erano mancati a Spemann 14 anni prima quando elaborava la teoria del
Trasferimento Nucleare) per fornire le risposte ai quesiti di quegli anni:
(?) Il nucleo di una cellula differenziata conserva ancora tutte le
informazioni originarie; inoltre, tale nucleo risulta riprogrammabile ed in
grado di originare un nuovo individuo.
(?) La sinergia tra il citoplasma ospite dell’uovo e il nucleo che in esso
viene rilocato è sufficiente a riattivare il nucleo a dirigere lo sviluppo del
nuovo individuo.
equivalenza del genoma
1962: J. Gurdon ritenta l'esperimento di
Briggs e King, usando nuclei di cellule
differenziate
d'intestino
di
girino
di
Xeanopus laevis. 1.4 la % di successo a
girino. Utilizzando il trapianto in serie - il
nucleo viene trapiantato nell’uovo che
viene lasciato sviluppare fino a blastula. Il
nucleo
della
cellula
di
blastula
si
trasferisce in un altro uovo enucleato e
così via - ottenne un successo del 7%
comprendente 7 rane adulte fertili.
Gurdon dimostra che i nuclei di cellule
somatiche
differenziate,
citoplasma
di
modificano
il
genetico.
un
trasferiti
uovo
proprio
nel
enucleato,
programma
equivalenza del genoma
1997: I. Wilmut e collaboratori clonano il
primo mammifero.
Prelievo
cellule
somatiche
da
ghiandola
mammaria di adulto (razza Finn-Dorset).
Coltura cellulare e arresto in G1 (le cellule,
2n, son quindi sincronizzate).
Oociti dalla donatrice (razza Scottish blackface)
in seconda metafase meiotica enucleati.
Fusione cellulare somatica/oocito e attivazione
dell’oocito stesso mediante impulsi elettrici.
Trasferimento in utero di pecora gravida.
% di successo: 1/434 oociti impiantati = Dolly.
Dimostrazione della totipotenza del nucleo dei
mammiferi: il genoma rimane inalterato e
capace di differenziare in tutti i tipi cellulari.
