Determinazione assi tubo neurale developmental biology

Developmental biology neurulation

1. Determinazione asse A-P del tubo neurale:
FGF, Wnt e RA
Geni neurali
anteriori
Geni neurali
posteriori
RA= intermedio del
metabolismo
vitamina A
Cyp26= enzima
in grado di degradare RA
Aldh1a2= enzima in grado
di sintetizzare RA

2. -segnale FGF/Wnt regola asse antero-posteriore inibendo CYP26 e
attivando enzima biosintetico dell’RA

3. Determinazione asse Destro-Sinistro
Ciglia del nodo nella Vescicola di Kuppfer
Struttura transitoria che ha origine alla
gastrulazione da un gruppo di cellule dorsali vicino
allo scudo embrionale

4. SVILUPPO
EMBRIONE DI
POLLO
102

5. L’UOVO
Ø Disposizione del tuorlo: UOVO TELOLECITICO
(tuorlo raccolto al polo vegetativo)
Ø Quantità di tuorlo:
UOVO MEGALECITICO (grande quantità di
tuorlo o vitello)
a)Svincolamento dall’ambiente
acquatico
b)sviluppo diretto= neonato uguale
all’adulto
UOVO CLEIDOICO
103
(chiuso all’ambiente esterno)

6. INVOLUCRI DELL’UOVO
• CALAZE: spirali elastiche di
albume denso con funzione di
sospendere il tuorlo
• ALBUME o BIANCO
DELL’UOVO: riserva d’acqua
del sistema
• MEMBRANE TESTACEE:
ragnatele semipermeabili di
cheratina adibite agli scambi
gassosi
• GUSCIO: poroso e calcareo,
permette gli scambi respiratori
secreti dalle ghiandole
nidamentali
104
Struttura dell’uovo di pollo fecondato
al momento della deposizione
VITELLOGENESI
•Vitello bianco (proteine es. albumine)
•Vitello giallo (lipidi, pigmenti)

7. Pollo come modello
• Vertebrati amnioti
• Facile allevamento e deposizione regolare delle uova
• Grandi dimensioni degli embrioni
• Sviluppo diretto e relativamente rapido
• Possibilità di manipolazione chirurgica (trapianti, chimere)

8. Segmentazione negli Uccelli:
Segmentazione Meroblastica discoidale

9. Blastoderma in continuità
con il tuorlo
UOVO TELOLECITICO
SEGM. MEROBLASTICA DISCOIDALE
•I solco meridiano
•II solco meridiano, perpendicolare
al primo
Le divisioni meridiane formano blastoderma
sinciziale in continuità con il tuorlo
•III solco equatoriale etc
Le divisioni equatoriali formano blastoderma
pluristratificato

10. Cavità subgerminale, area pellucida e area opaca
Cavità subgerminale=
Si forma quando le c. blastoderma
assumono acqua dall’albume
e secernono fluido nello spazio
interposto tra loro e il tuorlo
Area pellucida= le cellule profonde
della parte centrale blastoderma si
distaccano e muoiono lasciando al
loro posto un’area translucida dello
spessore di una cellula
Area opaca= l’anello periferico di
cellule del blastoderma che non si
sono staccate

12. Formazione blastoderma diblastico: epiblasto ed ipoblasto
Inizialmente la maggior parte
delle cellule dell’area pellucida
rimangono in superficie
formando l’epiblasto.
Alcune cellule dell’area pellucida
migrano come cellule singole nella
cavità subgerminale formando le
isole di poliinvaginazione
(ipoblasto primario).
Dal margine posteriore del
blastoderma (falce di Koller)
una lamina di cellule migra
anteriormente e forma l’ipoblasto
secondario o endoblasto.

13. A differenza dei pesci l’embrione di
pollo deriva interamente dall’epiblasto
L’ipoblasto non fornisce alcuna cellula all’embrione che
si sta sviluppando.
Le cellule dell’ipoblasto formano parti delle membrane
esterne, sacco vitellino e peduncolo che connette la
massa di vitello con il tubo intestinale formato da
endoderma.
Tutti e tre i foglietti dell’embrione (ectoderma,
mesoderma, endoderma) più una parte delle
membrane extraembrionali derivano da cellule
dell’epiblasto.

15. LINEA O STRIA PRIMITIVA
La linea o stria primitiva prende origine dalle cellule della regione
marginale posteriore dell’epiblasto.
Quando le cellule convergono per formare la linea primitiva, in questa
si forma una depressione, il solco primitivo, che funziona come
un'apertura attraverso cui le cellule migranti passano nel blastocele.
Il solco della linea primitiva corrisponde al blastoporo e la stria
corrisponde alle labbra del blastoporo degli anfibi.
All'estremo anteriore della linea primitiva si trova un ispessimento di
cellule il nodo di Hensen. Il nodo di Hensen è l'equivalente funzionale
del labbro dorsale del blastoporo degli anfibi (cioè l'organizzatore) e
dello scudo embrionale dei pesci.

18. La stria primitiva
Si estende da posteriore ad anteriore.
Le sue cellule migranti gastrulano dal dorso
verso il ventre.
Separa la porzione sinistra da quella destra
Le cellule che migrano attraverso la stria
primitiva migrano come cellule singole:
transizione da uno stato epiteliale a uno
mesenchimale (stimolate dal fattore di
dispersione noto come Scatter Factor)

19. Migrazione di endo-mesoderma attraverso la stria primitiva
Le prime cellule che migrano
attraverso il nodo di Hensen e
si portano anteriormente sono
quelle destinate a divenire
l'endoderma faringeo
dell'intestino anteriore.
Le seconde cellule che entrano
e che si portano anteriormente
sono le cellule mesodermiche che
daranno il mesenchima cefalico
cioè la placca precordale
(processo cefalico).
Un altro gruppo di cellule che
penetra e si sposta
anteriormente darà il
cordomesoderma.

20. Ordine di migrazione attraverso la stria
primitiva a livello del nodo di Hensen
1)destino: endoderma faringeo della parte anteriore del tubo
digerente
2) destino: mesoderma cefalico o placca precordale; processo
della testa
3) destino: cordomesoderma (notocorda)
Contemporaneamente, le cellule della stria continuano a
migrare verso l’interno del blastocele lateralmente e si
separano in 2 strati, uno profondo endodermico e annessi, uno
intermedio che darà mesoderma e annessi extraembrionali

22. Intercalazione medio laterale nella formazione
della stria primitiva
Le migrazioni di cellule
che formano la stria
primitiva sono regolate
da FGF prodotto
dall’ipoblasto
capace di attivare la via Wnt
(polarità cellulare planare
che regola citoscheletro)

23. Via Wnt canonica e non canonica

24. 24 h25 h27 h
28 h
Gastrulazione tra le 24 e le 48 ore (fase II: regressione della stria)
La regressione della
stria primitiva è
associata ad un
allungamento della
notocorda

29. Il ruolo del pH e potenziale nella formazione dell’asse D-V
pH9.5
pH6.5+++++
------dorsale
ventrale
Differenza di PH
tra albume e cavità
subgerminale
Differenza di potenziale
(ingresso di ioni Na+
nella cavità subgerminale)
tra la faccia ventrale e
dorsale delle cellule
dell’epiblasto.

30. Specificazione gravitazionale
dell’asse antero-posteriore
Mentre l’uovo percorre il tratto riproduttivo della gallina esso ruota
all’interno del guscio (10-12 rivoluzioni all’ora). Questa rotazione
sposta il vitello in modo che i componenti più leggeri del tuorlo si
localizzino al di sotto di un lato del blastoderma che diviene la parte
posteriore dell’embrione (zona marginale posteriore).

31. Formazione del centro di Nieuwkoop
Xenopus
pollo
Centro di Nieuwkoop nelle cellule dell’area marginale posteriore

32. Formazione del nodo di Hensen a partire dalla falce di Koller
Con la migrazione le cellule anteriori della falce di Koller e le cellule
dell’epiblasto soprastanti danno il nodo di Hensen e i suoi derivati
notocordali.
Le cellule posteriori della falce di Koller formano la regione posteriore
della linea primitiva.
Zona marginale
Posteriore
= centro di
Nieuwkoop

33. Il nodo di Hensen del pollo rappresenta
l’equivalente del labbro dorsale del
blastoporo degli anfibi poiché:
1. Rappresenta la sede in cui ha inizio la
gastrulazione
2. La regione in cui le cellule diventano
cordomesoderma
3. La regione in cui le cellule sono in grado
di realizzare un asse embrionale secondario
se trapiantato in altre sedi della gastrula

34. L’induzione di un embrione da parte del nodo di Hensen:
l’esperimento di Waddington, 1933
Il nodo di Hensen è l’equivalente del labbro dorsale del
blastoporo la regione le cui cellule possono organizzare un asse
embrionale aggiuntivo se trapiantate

35. centro di Nieuwkoop
L'organizzatore dell'embrione di
pollo si forma immediatamente al
davanti del centro di Nieuwkoop
(zona marginale posteriore) a
livello della regione anteriore falce
di Koller.
In blu i geni specifici del centro di
Nieuwkoop (Vg1 e nodal).
In rosso i geni specifici
dell’organizzatore (nodo Hensen)
(chordin e Shh).
Quando si forma la stria primitiva i
geni sono sovrapposti.
Agli stadi successivi Vg1 e nodal
sono espressi lungo tutta la stria
primitiva, mentre chordin e Shh
sono espressi solo nella regione
anteriore della stria primitiva.

36. Il mesoderma dorsale è in grado di indurre la
formazione del tubo neurale nell’ectoderma
sovrastante
Le cellule del nodo di Hensen e delle strutture da questo derivate
secernono le proteine cordina, noggin e nodal, che sono antagoniste
di BMP e Smad1 e inducono la dorsalizzazione dell’ectoderma e del
mesoderma.
Smad1 (TA attivato da BMP)

37. Meccanismi molecolari dell’induzione mesodermica
e neurale da parte di FGF prodotto da ipoblasto
ingresso c. mesodermiche
nella striaGeni
proneurali
Ipoblasto
secondario

39. Commitment delle cellule della
stria primitiva
La regione anteriore della stria
primitiva (nodo di Hensen) contiene
precursori della notocorda. Agli stadi
più precoci, le cellule precursori
dell’endoderma si trovano alle
estremità laterali di questa striscia
prenotocordale. Le cellule che danno
origine alla porzione mediana dei somiti
si trovano lateralmente a quest’ultime.
I precursori della parte laterale del
somite si trovano più giù nella stria
primitiva.
In tutti gli stadi nella regione del nodo
di Hensen ci sono le cellule precursori
del tubo neurale.
endoderma
Somite mediano
Somite laterale

40. Segnali dal nodo di Hensen
determinano l’asimmetria
destra-sinistra nell’embrione di
pollo
cerberus
cerberus
SINISTRADESTRA

41. Il segnale “lato sinistro” viaggia dal nodo di
Hensen al mesoderma della lamina laterale che
darà anche il cuore
cerberusnodalpitx2
Visione ventraleVisione dorsaleVisione ventrale

42. Il gene sonic hedgehog (Shh) espresso ectopicamente
induce l’espressione simmetrica del gene nodal: il tubo
cardiaco ha il 50% di possibilità di svilupparsi a destra o a
sinistra
Destro
nodal
nodal
50% di avere il cuore a
destra o a sinistra

43. Il nodo di Hensen del pollo è capace di indurre l’espressione di
geni neurali nell’ectoderma degli anfibi : equivalenza tra nodo di
Hensen e organizzatore di Spemann

44. !

45. Nei rettili, uccelli e mammiferi lo sviluppo
embrionale è caratterizzato anche da aree
extra-embrionali, dette "annessi embrionali".
Si tratta dell’amnios, corion, sacco vitellino,
allantoide e placenta, quest’ultima presente nei
soli mammiferi placentati.
Rettili, Uccelli e mammiferi sono amnioti,
perché provvisti di amnios.
Gli organismi che non hanno amnios sono detti
anamni.

46. Gli ANNESSI EMBRIONALI sono organi
temporanei formati dai tre foglietti embrionali,
estesi in sede extraembrionale, che consentono
all’embrione e poi al feto di svilupparsi o
all’interno di uova munite di guscio (specie
ovipare) o all’interno dell’utero materno (specie
vivipare).
Hanno funzioni trofiche, respiratorie,
escretorie, ematogene, di riserva idrica,
endocrine ecc.

47. CiclostomiPesci
cartilaginei
Pesci osseiAnfibi
Sacco del
tuorlo
PPPA
AmniosAAAA
AllantoideAAAA
CorionAAAA
PlacentaAAAA
P= presente
A= assente

48. RettiliUccelliMammiferi
placentali
Sacco del
tuorlo
PPP
AmniosPPP
AllantoidePPP
CorionPPP
PlacentaAAP

49. Sacco tuorlo
corion
amnios
allantoide

54. MAMMIFERI
IL TOPO COME MODELLO
VANTAGGI
• Specie evolutivamente vicina all’uomo
• Facile allevamento
• Ciclo vitale topo (9 settimane)
• Ampia conoscenza del genoma
• Possibilità di manipolazione sperimentale (fecondazione in
vitro; produzione di ceppi transgenici, mutanti, knock-out)
SVANTAGGI
• Sviluppo all’interno del corpo materno
• Embriogenesi atipica

55. Sviluppo mammiferi: topo
Uovo
fecondato
8 giorni dopo
la fecondazione
14 giorni dopo
la fecondazione

56. Uovo= 100 µm
1/1000 di quello di anfibio
Uovo oligolecitico = poco tuorlo
Segmentazione oloblastica rotazionale
Nei mammiferi un nucleo
diploide vero e proprio non si
ha nello zigote ma allo stadio
di due blastomeri
12-24 hpf
20-30 hpf
40-50 hpf
4 dpf
5 dpf
6-6.5 dpf

57. Le prime segmentazioni a confronto: radiale e rotazionale
I div.: piano meridiano
II div e successive: uno dei blastomeri si divide secondo
un piano meridiano e l’altro secondo un piano equatoriale

58. Particolarità della segmentazione dei
mammiferi
1) Lentezza delle divisioni cellulari: una ogni 12-24 ore
2) Orientamento rotazionale
3) Asincronia delle divisioni, spesso l’embrione contiene un
numero dispari di cellule: i blastomeri non si dividono tutti
contemporaneamente
4) Il genoma si attiva prestissimo (da due cellule in poi) e
non ha stadio di transizione di midblastula
5) L’embrione va incontro al fenomeno della compattazione

59. Manca lo stadio di midblastula transition

60. La compattazione dell’embrione:
espressione di E-caderina
Morula=16 B
compattazione
blastocisti

61. Stadio iniziale a
8 blastomeri
Embrione non compattato
Stadio a 8 blastomeri finale
Embrione compattato

62. MAMMIFERI
SEGMENTAZIONE
• IV divisione: Morula (16 B)
cellule esterne ICM
Trofoblasto
embrione
e annessi
embrionali

L’embrione di topo vero e proprio deriva dalle cellule discendenti che
allo stadio di 16 blastomeri si trovano all’interno, con l’aggiunta di
cellule che si dividono dal trofoblasto nel passaggio allo stadio di 32
blastomeri. Allo stadio di 64 blastomeri lo strato di cellule interne
(detto massa cellulare interna o ICM) e il trofoblasto sono divenuti
strati cellulari completamente separati.
corion

63. ICM
trofoectoderma
Microvilli solo sulla superficie
apicale delle cellule