Biologia dello Sviluppo

Biologia dello Sviluppo
 Anatomia
 Genetica
 Fisiologia
 Biochimica
 Biologia molecolare
“La biologia dello sviluppo un
giorno rappresenterà la base
comune di tutte le discipline e,
in continua simbiosi con queste,
giocherà un ruolo di primo
piano nella soluzione dei
problemi della vita” (Roux)
 Ecologia
 Biologia evoluzionistica
GENOTIPO
 Medicina
La biologia dello sviluppo è scienza del
“divenire”, piuttosto che dell’ “essere”
FENOTIPO
Eventi cellulari dello sviluppo
 Proliferazione
 Differenziamento
 Interazioni cellulari
 Migrazione
Proliferazione cellulare e sviluppo
 E’ l’evento prevalente nelle prime fasi (segmentazione)
 Continua con ritmo rapido anche nella restante
embriogenesi
 La proliferazione cellulare accompagna l’individuo per
tutta la vita.
Differenziamento e pluricellularità
UOVO
FECONDATO
ESSERE
PLURICELLULARE
• Complesso di eventi che portano le cellule a
diversificarsi, a partire da un’iniziale omogeneità
• Inizia a comparire durante la gastrulazione, quando
le divisioni cellulari rallentano
• Diventa prevalente nell’organogenesi
Differenziamento
 Si può riferire a:
 separazione delle funzioni fra vari tipi cellulari (cellule
diverse tra loro)
 specializzazione progressiva di un tipo cellulare
(cellule diverse nel tempo)
Differenziamento spaziale e temporale
Fasi generali di sviluppo
 Gametogenesi
 Formazione di spermatozoi e uova
 Fecondazione
 Unione dei gameti
 Segmentazione
 Serie di divisioni mitotiche rapide
 Gastrulazione
 Riposizionamento delle cellule in
foglietti
 Organogenesi
 Organizzazione delle cellule in
tessuti ed organi
 (Metamorfosi)
 Rimodellamento esteso della larva
con il raggiungimento della maturità
sessuale
Sviluppo di Xenopus laevis
Segmentazione - Generalita’
 Serie di divisioni rapide, non intervallate da accrescimento
cellulare in seguito alle quali la massa citoplasmatica
dell’uovo viene suddivisa in cellule più piccole
 Zigote  blastomeri  blastula  morula
 (Formazione del blastocele)
Segmentazione - Ciclo Cellulare
PARTICOLARITA’
 Breve durata (minuti o ore)
 Riduzione/soppressione di G1 e G2
S
M
Segmentazione - Generalita’
CONTROLLO DEL CICLO
CELLULARE DELLA
SEGMENTAZIONE
 Riduzione o soppressione
dell’attività trascrizionale
(geni embrionali silenti)
 Controllo del ciclo
cellulare inizialmente
materno  attivazione
geni embrionali
 Controllo zigotico tardivo
MECCANISMI
 < Volume citoplasma
 = Volume nucleo
 Alterazione rapporto
nucleo/citoplasma
 Trascrizione geni
embrionali
Segmentazione - Generalita’
FATTORI CHE
INFLUENZANO LO
SCHEMA DI
SEGMENTAZIONE
 Quantità di tuorlo
 Distribuzione del tuorlo
 Fattori di orientamento
dei fusi mitotici
N.B. Il tuorlo è inerte, quindi
costituisce un ostacolo per la
divisione cellulare
SCHEMI DI
SEGMENTAZIONE
 Oloblastica
(totale)/Meroblastica
(parziale)
 Simmetria radiale, spirale,
rotazionale, discoidale, etc.
Differenze dell’ontogenesi tra le
specie animali
L’embriogenesi nel ciclo vitale
Segmentazione - Tipi di uova
Tuorlo e tipi di segmentazione
LEGGE DI BALFOUR
 La velocità di segmentazione dei blastomeri è inversamente
proporzionale alla quantità di tuorlo in essi contenuta
Tuorlo ed orientamento dei fusi
LEGGE DI HERTWIG
 I fusi di segmentazione sono disposti secondo la
maggior quantità di citoplasma
Piani di sezione
Schemi di segmentazione
Tipi di segmentazione oloblastica
Tipi di segmentazione meroblastica
Tipi di blastule
Fasi dell’embriogenesi
Gastrulazione - Generalita’
 Redistribuzione delle cellule mediante movimenti




morfogenetici
Rallentamento della proliferazione cellulare
Cambiamenti metabolici, con aumento delle reazioni
ossidative
Controllo delle attività cellulari da parte dei nuclei
Ripresa della sintesi proteica
Formazione dei tre foglietti embrionali
Gastrulazione - Tipi di movimenti
Fattori cellulari chiave:
 Forma
 Motilità
 Adesività
Il movimento interessa foglietti o cellule singole?
E’ attivo o passivo?
•
•
•
•
•
Delaminazione
Immigrazione (ingressione)
Invaginazione (embolia)
Epibolia
Involuzione
epibolia
invaginazione
involuzione
Gastrulazione - Tipi di movimenti
Gastrulazione - Invaginazione
Modalita’ di
Sviluppo dei
Taxa Principali
Organogenesi
Foglietti
germinativi
embrionali
Tessuti
differenti e
specializzati
Organi
Funzioni
vitali
Larva o
giovane
adulto a vita
autonoma
NB: gli organi saranno formati prevalentemente da un
foglietto (parenchima), ma avranno anche
contributi di altri foglietti (funzione trofica, di
sostegno)
Metameria
 Concetto fondamentale anche per l’evoluzione
 Strutture ripetute e differenti, soggette a mutazioni
omeotiche
Organogenesi - Neurulazione
 Nei vertebrati, la neurulazione è il primo evento di
organogenesi e porta alla formazione del tubo neurale, che
a sua volta darà origine al cervello ed al midollo spinale
ORGANISMI ACELOMATI
Mancano di cavità corporea
ORGANISMI PSEUDOCELOMATI
Possiedono cavità corporea non
delimitata da mesoderma
ORGANISMI CELOMATI
Presentano cavità corporea delimitata
dal mesoderma
Celoma