specificazione autonoma (caratteristica di molti invertebrati). un blastomero isolato produce gli...

• Specificazione Autonoma (caratteristica di molti invertebrati). Un blastomero

isolato produce gli stessi tipi cellulari che avrebbe prodotto se lasciato nella sua

posizione originaria nell’embrione. L’embrione si svilupperà privo delle strutture

che sarebbero state a carico del blastomero asportato. La SA origina un modello

di embriogenesi detto a Sviluppo a Mosaico, in quanto l’embrione è costituito

da parti indipendenti.

Embrione di tunicato

Chabry 1887

specificazione

tunicati

• Specificazione Autonoma. Un blastomero isolato produce gli stessi tipi cellulari

che avrebbe prodotto se lasciato nella sua posizione originaria nell’embrione.

L’embrione si svilupperà privo delle strutture che sarebbero state a carico del

blastomero asportato.

Prova biochimica

Embrione di tunicato

Whittaker 1973, 1977

specificazione

Colorazione acetilcolinesterasi

specificazione

• Specificazione Autonoma. Mediante microchirurgia parte del citoplasma dei

blastomeri B4.1 (che danno origine al tessuto muscolare) penetra nei b4.2 (che

non svilupperebbero normalmente muscolo ma epidermide e tessuto nervoso)

che così modificate producono anche cellule muscolari.

Embrione di tunicato

Whittaker 1982

specificazionespecificazione

regressione del solco di segmentazione che si riforma più verso il polo vegetativo

• Specificazione Autonoma.

- Il citoplasma di B4.1 (blastomero che forma muscolo) è in grado di indurre il

blastomero b4.2 (che forma solitamente ectoderma) a generare cellule muscolari

(Nishida, 1992).

- Trapianto di nucleo di blastomero B4.1 in blastomero enucleato che solitamente non

forma muscolo non determina formazione di muscolo. Il determinante(i)

morfogenetico è quindi citoplasmatico (Tung, 1977).

specificazione

specificazione• Specificazione Autonoma. Ibridazione in situ con sonda specifica per macho-1.

Oligonucleotidi Antisenso (OA) diretti contro il mRNA macho-1 generano embrioni

con la coda molto accorciata e privi di tutti i muscoli che solitamente si formano dal

B4.1. Le altre regioni della larva sono normali.

I B4.1 isolati da embrioni trattati con OA non sviluppano muscoli come invece fanno

i B4.1 isolati da embrioni normali.

Iniezione di mRNA macho-1 in blastomeri che solitamente non sviluppano muscoli

generano cellule muscolari.

Nishida & Sawada, 2001

specificazione

Effects of overexpression or functional suppression of macho1 revealed by whole-mount in situ hybridization. For each gene, the expression patterns at the late 32-cell stage in an intact embryo (left), that in a macho1-overexpressing embryo (middle), and that in a macho1-suppressed embryo (right) are shown.

Yagi et al., 2004

specificazioneSpecificazione Condizionata.

Un blastomero ha la capacità di

svilupparsi in svariati tipi cellulari. Le

possibilità del blastomero vengono

limitate dalle cellule circostanti, quindi

sono dipendenti dall’ambiente in cui il

blastomero viene a trovarsi. La SC dà

origine ad uno sviluppo di tipo

regolativo, tipico di gran parte dei

vertebrati (es. gemelli identici ). La

rimozione di alcune cellule a stadi

precoci di sviluppo viene compensata

(regolazione) dalle cellule circostanti

che alterano il proprio destino allo

scopo di sostituire le cellule rimosse.

specificazioneSpecificazione Condizionata. L’embrione iniziale di armadillo dalle nove fasce si

divide sempre in 4 gruppi di cellule che originano 4 individui separati

specific. condizionata Teoria del plasma germinale (Weismann, 1893). Primo modello di specificazione

cellulare testabile formulato nel tentativo di dimostrare la non esistenza della

specificazione condizionata.

Tutti i determinanti cromosomici erano presenti nell’uovo fecondato grazie al

contributo dei 2 gameti. Le cellule somatiche avrebbero avuto solo alcuni dei

determinanti cromosomici sulla base delle loro funzioni

specific. condizionata

La verifica della teoria del plasma germinale ha portato allo sviluppo delle

principali tecniche della embriologia sperimentale (le prime 3 in particolare):

1.Exp di distruzione: una porzione dell’embrione viene distrutta e si osserva

lo sviluppo di ciò che dell’embrione rimane.

2.Exp di isolamento: rimozione di una parte dell’embrione ed osservazione

dello sviluppo indipendente delle due parti isolate.

3.Exp di ricombinazione: si osserva lo sviluppo dell’embrione dopo che due

delle sue parti sono state “scambiate di posto”.

4.Exp di trapianto: una parte dell’embrione viene sostituita dalla parte

corrispondente di un secondo embrione (utile per mappare i territori

embrionali: da chi otterrò cosa)

specific. condizionata

La conferma (apparente) della teoria del plasma germinale di Weismann ad

opera di Roux (1888).

1.Exp di distruzione

specific. condizionata

La conferma dell’esistenza dello sviluppo regolativo (Driesch, 1892).

2.Exp di isolamento

Un blastomero ha la capacità di svilupparsi in svariati tipi cellulari.

Mediante scuotimento o H2O priva di Ca++

specific. condizionata

La conferma dell’esistenza dello sviluppo regolativo (Driesch).

3.Exp di ricombinazione

“la posizione relativa di un blastomero nell’intero embrione probabilmente determinerà

in modo generale ciò che da esso deriverà”

solco meridianosolco

equatoriale

Un blastomero ha la capacità di svilupparsi in svariati tipi cellulari.

specific. condizionata

La conferma (apparente) della teoria del plasma germinale di Weismann ad

opera di Roux (1888).

1.Exp di distruzione

Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005

Gradienti Morfogenetici

Gradiente di concentrazione di una molecola

solubile (morfogeno). Il morfogeno è in grado, a

seconda della sua concentrazione, di specificare

un tipo cellulare piuttosto che un altro.

Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005 (Fukui e Asashima, 1994)

superfamiglia TGF

TGF: Transforming Growth Factors

BMPs: Bone Morphogenetic Proteins

La parte C-term è quella attiva; contiene 9

residui di Cys (7 nelle BMPs). Agiscono come

omo- o etero-dimeri.

Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005

Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO (Gurdon et al., 1994, 1995)

[activina] > la trascrizione del gene brachyury viene indotta (bra determina il differenziamento delle

cellule che lo esprimono in senso mesodermico); [activina] inducono l’attivazione del gene goosecoid

(espresso in cellule mesodermiche dal destino più dorsale, come la notocorda).

Quindi, esistenza di Gradiente Morfogenetico. Una stessa sostanza (morfogeno) può specificare diversi

tipi cellulari, a seconda della sua concentrazione.

Non solo il Gradiente Morfogenetico (una molecola diffusibile agisce secondo un

gradiente di concentrazione) può spiegare il differenziamento cellulare a seguito

dell’esposizione alla fonte di activina.

1.Cascata di reazioni di amplificazione: l’activina agisce solo a concentrazioni

elevate, inducendo il differenziamento SOLO delle cellule immediatamente adiacenti alla

fonte. Tali cellule emettono un secondo segnale, che induce il differenziamento delle

cellule adiacenti, e così via. Tale ipotesi è stata verificata (ed esclusa) interponendo uno

strato di cellule insensibili all’activina tra l’emisfero animale (in grado di rispondere) e la

fonte di activina.

2.Migrazione cellulare: l’activina induce nelle cellule immediatamente adiacenti, oltre

al differenziamento, anche migrazione cellulare; le cellule differenziate si ritrovano quindi

a grande distanza dalla fonte di activina dalla quale son partite. Tale ipotesi è stata

verificata (ed esclusa) colorando in modo differente le cellule:

Le cellule competenti per la risposta

all’activina hanno circa 500 recettori activina-

specifici sulla loro superficie cellulare.

Se i recettori complessati dall’activina sono

tra 100 e 300, viene trascritto il gene bra, e

le cellule differenziano verso un destino

mesodermico ventrale. Se il numero di

recettori complessati è più alto, allora viene

attivato gsc, che porta a differenziamento in

senso mesodermico dorsale.

[activina] > la trascrizione del gene brachyury viene indotta;

[activina] inducono l’attivazione del gene goosecoid (espresso

in cellule mesodermiche dal destino più dorsale, come la

notocorda).

Quindi, esistenza di Gradiente Morfogenetico. Una stessa

sostanza (morfogeno) può specificare diversi tipi cellulari, a

seconda della sua concentrazione.

Altri fattori appartenenti alla superfamiglia dei transforming growth

factor beta (TGF-) in grado di indurre il mesoderma, come Vg1,

nodal-related signals and Derrière, condividono con l’activina la

sua abilità di indurre sia il mesoderma ventrale che dorsale.

Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright

© 2005

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Allo stadio di 60 blastomeri il destino delle cellule riccio di

mare è specificato ma NON in modo irreversibile; i

blastomeri possono cioè cambiare il proprio destino se la

loro posizione nell’embrione viene variata > specificazione

condizionata (influenza cellule vicine).

Solo i micromeri grandi sono specificati in modo autonomo.

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Wnt signaling

Specificazione sinciziale (insetti).

specificazione

Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO

Specificazione sinciziale (insetti).

specific. sinciziale

Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO

Gradienti morfogeneticidelle proteine bcd e nos

mRNA localizzatiasimmetricamente

mRNA bicoid anterioremRNA nanos posterioremRNA hunchback e caudal distribuiti uniformemente.

Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli

editore S.p.A. Copyright © 2005

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(NRE)

(pum)

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