wnt signaling. gilbert, biologia dello sviluppo, zanichelli editore s.p.a. copyright © 2005 gsc...
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Wnt signaling
Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005
Gsc attiva le proprietà di migrazione delle cellule del labbro dorsale del blastoporo (embolia ed estensione convergente) ed attiva geni fondamentali per la formazione del mesoderma anteriore ed ectoderma encefalico presuntivo.
La massima espressione di gsc
viene indotta nell’organizzatore
dal centro di Nieuwkoop. gsc
attiva geni che determinano
movimenti di embolia ed
estensione convergente delle
cellule del labbro dorsale del
blastoporo.
Iniezione di gsc mRNA nei blastomeri vegetativi ventrali allo stadio di 16 cellule determina un
secondo labbro dorsale e di conseguenza un secondo asse.
Stage-35 embryos injected at the 4-cell stage in a single ventral blastomere with 250 pg of β-catenin RNA alone (A) or in combination with 250 pg of ΔN-Tcf3 RNA (B).
(A–D) Embryos allowed to develop until sibling stage 27. Anterior is to the left. (A) shows phenotypes of embryos injected with 250 pg of ΔN RNA in both dorsal blastomeres at the 4-cell stage. (B) shows a horizontal section of an embryo as in (A), with blastopore to the right.(C and D) Embryos injected with a combination of 250 pg of ΔN RNA and 250 pg of β-gal RNA (C) or β-gal RNA alone (D).(E and F) In situ hybridization with goosecoid on embryos injected with 250 pg of ΔN (E) or 250 pg of β-gal (F) analyzed at stage 11. Dorsal view of cleared embryos with the dorsal blastopore lip to the bottom. Some nonspecific staining occurs in the blastocoel cavity in (E).
centro di Nieuwkoop
Analisi d’espressione a vari stadi
di sviluppo mediante RT-PCR. Gli
Xnr (nodal related) sono induttori
del mesoderma e vengono
espressi in modo temporalmente
specifico.
ODC (ornitina decarbossilasi)
viene usata come controllo.
(Nieuwkoop and Faber, 1994).
Agius et al., Development 127 (2000)
Endogenous Xnrs are expressed at the right time and place to function as mesoderm inducers. Dissections of embryos at stage 9 showing that Xnr1, Xnr2 and Xnr4 are expressed in the endoderm and at higher levels dorsally than ventrally. Vg1 is expressed uniformly in the vegetal pole.
Agius et al., Development 127 (2000)
V
D
Exp di Nieuwkoop ripetuti utilizzando
inibitore* dei fattori nodal-related (che
NON inibisce Vg1, VegT, activina):
nessuna induzione del mesoderma
*Cer-S = Cerberus-short, frammento C-terminale di Cerberus, fattore secreto che inibisce l’induzione del mesoderma da parte dei nodal-related
Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005, Agius et al., Development 127 (2000)
VegT+Vg1+-catenina sinergizzano per attivare i geni Nodal-related. Poiché VegT e Vg1 sono localizzati ventralmente e -catenina solo dorsalmente, si instaura un gradiente di segnale Nodal
Mesoderma laterale
Concentrazione intermedia
Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005
Il labbro dorsale di tritone induce strutture neurali nel tessuto ectodermico.
gsc attiva fattori solubili necessari alla determinazione degli assi.
La prima delle molecole solubili secrete
dall’organizzatore (noggin) viene individuata da Smith e
Harland (1992). Anzitutto trattano embrioni di Xenopus
con Cloruro di Litio (LiCl) in modo da ottenere gastrule
dorsalizzate (il LiCl aumenta l’area del mesoderma
organizzatore nella zona marginale inibendo GSK3) allo
scopo di aumentare la frazione degli mRNA dei geni del
l’organizzatore rispetto al totale degli mRNA. Quindi
costruiscono una libreria plasmidica di cDNA, dalla
quale sintetizzano cRNA che vengono iniettati in
embrioni irradiati con UV (quindi, ventralizzati). I
messaggeri in grado di restituire agli embrioni
ventralizzati l’asse dorsale codificano per i fattori
d’interesse.
noggin
[mRNA noggin]
UV
noggin
noggin
Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, 2005
Noggin induce l’ectoderma
dorsale a divenire tessuto
neurale ed è in grado di
conferire destino dorsale a
cellule mesodermiche che
altrimenti andrebbero incontro
a destino ventrale.
Noggin lega BMP2 e BMP4,
impedendo loro di legarsi ai
recettori.
visione dorsale visione laterale
chordin + nodal-related 3
Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, 2005
Chordin è stato isolato da embrioni dorsalizzati (assente in embrioni ventralizzati) per la sua capacità
d’indurre assi secondari quando iniettato nei blastomeri ventrali. Si esprime nel labbro dorsale del
blastoporo e, successivamente, nella notocorda. Deplezione di Chordin mediante oligonucleotidi antisenso
morpholino causa assenza del Sistema Nervoso Centrale in Xenopus. Come Noggin, anche Chordin lega
BMP2 e BMP4 impedendo loro di interagire coi recettori.
Nodal-related 3 (Xnr-3) agisce in modo analogo a Noggin e Chordin.
pre-gastrulazione gastrulazione
follistatinaHemmati-Brivanlou e Melton generano un
dominante negativo per il recettore dell’activina
(allo scopo di bloccarne il pathway) che iniettano
nell’embrione di Xenopus. Risultato: tutto
l’ectoderma diventa tessuto neurale (Hemmati-
Brivanlou & Melton, 1997).
Modello della Neurulazione per Difetto:
l’organizzatore produce inibitori degli induttori del
l’epidermide. Quindi, la condizione di base
dell’ectoderma è neurale, mentre l’epidermide
deve venire indotta. Bloccando l’induttore
l’ectoderma evolve in neurale. La follistatina si
lega, bloccandola, all’activina (o a molecole simili).
La follistatina è espressa nel labbro dorsale del
blastoporo e nella notocorda.
noggin-chordin-foll. vs. BMP4
Noggin, cordina e follistatina sono tutte e tre espresse dall’organizzatore. Tali molecole sono in effetti in
grado di interagire con BMP4 (bone morphogenetic protein 4 – proteina morfogenetica dell’osso 4). A
seguito di tale interazione, l’effetto induttivo di BMP4 viene bloccato.
Effetto induttivo BMP4?
Iniezione di mRNA codificante BMP4 in uova di Xenopus determina il (1) differenziamento di tutto il
mesoderma embrionale verso un destino ventro-laterale. (2) Inoltre, non si attua embolia a livello del
blastoporo.
Blocco di BMP4 (espressione del recettore dominante negativo) determina (1) la formazione di un
secondo asse dorsale.
BMP4 induce l’ectoderma a formare epidermide
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© 2005
noggin-chordin-foll. vs. BMP4Nelle blastule in stadio avanzato, BMP4 (potente fattore ventralizzante) è espresso in tutta la regione
ectodermica e mesodermica. In gastrulazione, l’organizzatore esprime il fattore di trascrizione iro1, che
reprime l’espressione di bmp4, che risulta quindi ora espresso solo nella zona marginale latero-ventrale.
Inoltre, la produzione di Noggin, cordina e follistatina da parte dell’organizzatore determina il blocco
funzionale di BMP4 secondo un “gradiente” degli inibitori (blocco totale in prossimità dell’organizzatore,
assenza di blocco nella regione ventrale).
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Xolloid: metalloproteasi che degrada Chordin
[BMP4 attiva]
BMP4TESSUTO INDOTTO
Notocorda
Muscolatura dorsolaterale
Mesoderma ventro-laterale
Mesoderma ventrale, epidermide
GENI ATTIVATI
myf5
vent2
vent1, vox
L’organizzatore (i)induce il tubo neurale e (ii)ne specifica le varie regioni
regionalizzazione