specificazione
•
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
tunicati
specificazione
specificazione
•
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
Colorazione acetilcolinesterasi
Whittaker 1973, 1977
specificazione
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
regressione del solco di segmentazione che si
riforma più verso il polo vegetativo
Whittaker 1982
specificazione
•
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
morfogenetico è quindi citoplasmatico (Tung, 1977).
muscolo.
Il
determinante(i)
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
specificazione
Specificazione 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.
specificazione
Specificazione 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
Un blastomero ha la capacità di svilupparsi in svariati tipi cellulari.
La conferma dell’esistenza dello sviluppo regolativo (Driesch, 1892).
2.Exp di isolamento
Mediante scuotimento o H2O priva di Ca++
specific. condizionata
Un blastomero ha la capacità di svilupparsi in svariati tipi cellulari.
La conferma dell’esistenza dello sviluppo regolativo (Driesch).
3.Exp di ricombinazione
solco meridiano
solco
equatoriale
“la posizione relativa di un blastomero nell’intero embrione probabilmente determinerà in
modo generale ciò che da esso deriverà”
specific. condizionata
La conferma (apparente) della teoria del plasma germinale di Weismann ad opera di Roux
(1888).
1.Exp di distruzione
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
Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005 (Fukui e Asashima, 1994)
superfamiglia TGFb
TGFb: 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
[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.
Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO (Gurdon et al., 1994, 1995)
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
mesodermico dorsale.
in
senso
[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-b) 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
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.
Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005
Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO,
Zanichelli editore S.p.A. Copyright
© 2005
Wnt signaling
specificazione
Specificazione sinciziale (insetti).
Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO
specific. sinciziale
Specificazione sinciziale (insetti).
mRNA localizzati
asimmetricamente
Gradienti morfogenetici
delle proteine bcd e nos
Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO
mRNA bicoid anteriore
mRNA nanos posteriore
mRNA
hunchback
e
caudal
distribuiti
uniformemente.
Gilbert, BIOLOGIA DELLO
SVILUPPO, Zanichelli
editore S.p.A. Copyright
(NRE)
(pum)
(pum)
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