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
estensione convergente
ed
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)
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
V
D
VegT+Vg1+b-catenina sinergizzano per attivare i geni
Nodal-related. Poiché VegT e Vg1 sono localizzati
ventralmente e b-catenina solo dorsalmente, si
instaura un gradiente di segnale Nodal
Concentrazione
intermedia
Mesoderma
laterale
Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005, Agius et al., Development 127 (2000)
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.
noggin
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 dell ’ 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
UV
noggin
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
Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, 2005
visione laterale
chordin + nodal-related 3
pre-gastrulazione
gastrulazione
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.
Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, 2005
follistatina
Hemmati-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 (HemmatiBrivanlou & Melton, 1997).
Modello
della
Neurulazione
per
Difetto:
l ’ organizzatore produce inibitori degli induttori
dell ’ 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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Zanichelli editore S.p.A. Copyright
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noggin-chordin-foll. vs. BMP4
Nelle 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).
Xolloid: metalloproteasi che degrada Chordin
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BMP4
GENI ATTIVATI
TESSUTO INDOTTO
Notocorda
myf5
Muscolatura dorsolaterale
vent2
Mesoderma ventro-laterale
vent1, vox
Mesoderma ventrale, epidermide
regionalizzazione
L’organizzatore (i)induce il tubo neurale e (ii)ne specifica le varie regioni