Cerberus viene espresso dallendomesoderma faringeo. Iniezione di mRNA di cerberus in un blastomero...

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.

occhio

placode olfattivo

frzb

chordin

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

© 2005

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 neurali

più anteriori contrastando l’azione di Wnt8.

Anteriore Posteriore

(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.

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.

IGF

FGF

tubo neurale anteriore

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.

L’organizzatore (i)induce il tubo neurale e (ii)ne specifica le varie regioni

regionalizzazione

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blastocele

Occhi ed encefalo anteriore

Diencefalo, vescicole otiche

Tronco, coda

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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.

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.

Il tubo si chiude allorchè le pieghe neurali si uniscono.

(Medial Hinge Point)

(Dorsolateral Hinge Point)

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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 primaria:neurulazione primaria:variazione sul temavariazione sul tema

neurulazione nei teleosteineurulazione nei teleostei

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asse anteroposteriore

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.

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asse dorsoventrale

floor plate

roof plate

ventral plate

dorsal plate

Nkx6.1

Pax6

Pax7

Shh

Dorsalin

equivalenza del genoma

Tutte le cellule dell’organismo hanno

effettivamente lo stesso identico genoma?

Oppure il patrimonio genetico della cellula

ormai differenziata ha subito delle

modificazioni funzionali irreversibili?

variazioni epigeneticheModifica 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

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 del DNA

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 genomaexp. Robert Briggs e Tom J. King, 1952

Rana pipiens

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

equivalenza del genoma1962: 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, trasferiti nel

citoplasma di un uovo enucleato,

modificano il proprio programma

genetico.

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.

equivalenza del genoma