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Specificazione Autonoma (caratteristica di molti invertebrati). Un blastomero isolato produce gli stessi tipi cellulari che avrebbe prodotto se lasciato.

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Presentazione sul tema: "Specificazione Autonoma (caratteristica di molti invertebrati). Un blastomero isolato produce gli stessi tipi cellulari che avrebbe prodotto se lasciato."— Transcript della presentazione:

1 Specificazione Autonoma (caratteristica di molti invertebrati). Un blastomero isolato produce gli stessi tipi cellulari che avrebbe prodotto se lasciato nella sua posizione originaria nellembrione. Lembrione 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 lembrione è costituito da parti indipendenti. Embrione di tunicato Chabry 1887 specificazione

2 tunicati

3 Specificazione Autonoma. Un blastomero isolato produce gli stessi tipi cellulari che avrebbe prodotto se lasciato nella sua posizione originaria nellembrione. Lembrione si svilupperà privo delle strutture che sarebbero state a carico del blastomero asportato. Prova biochimica Embrione di tunicato Whittaker 1973, 1977 specificazione Colorazione acetilcolinesterasi specificazione

4 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 Whittaker 1982 specificazione regressione del solco di segmentazione che si riforma più verso il polo vegetativo

5 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 muscolo. Il determinante(i) morfogenetico è quindi citoplasmatico (Tung, 1977). specificazione

6 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

7

8 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

9 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 dallambiente 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.

10 specificazione Specificazione Condizionata. Lembrione iniziale di armadillo dalle nove fasce si divide sempre in 4 gruppi di cellule che originano 4 individui separati

11 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 nelluovo fecondato grazie al contributo dei 2 gameti. Le cellule somatiche avrebbero avuto solo alcuni dei determinanti cromosomici sulla base delle loro funzioni

12 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 dellembrione viene distrutta e si osserva lo sviluppo di ciò che dellembrione rimane. 2.Exp di isolamento: rimozione di una parte dellembrione ed osservazione dello sviluppo indipendente delle due parti isolate. 3.Exp di ricombinazione: si osserva lo sviluppo dellembrione dopo che due delle sue parti sono state scambiate di posto. 4.Exp di trapianto: una parte dellembrione viene sostituita dalla parte corrispondente di un secondo embrione (utile per mappare i territori embrionali: da chi otterrò cosa)

13 specific. condizionata La conferma (apparente) della teoria del plasma germinale di Weismann ad opera di Roux (1888). 1.Exp di distruzione

14 specific. condizionata La conferma dellesistenza dello sviluppo regolativo (Driesch, 1892). 2.Exp di isolamento Un blastomero ha la capacità di svilupparsi in svariati tipi cellulari. Mediante scuotimento o H 2 O priva di Ca ++

15 specific. condizionata La conferma dellesistenza dello sviluppo regolativo (Driesch). 3.Exp di ricombinazione la posizione relativa di un blastomero nellintero embrione probabilmente determinerà in modo generale ciò che da esso deriverà solco meridiano solco equatoriale Un blastomero ha la capacità di svilupparsi in svariati tipi cellulari.

16 specific. condizionata La conferma (apparente) della teoria del plasma germinale di Weismann ad opera di Roux (1888). 1.Exp di distruzione

17 Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005 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.

18 Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005 (Fukui e Asashima, 1994)

19 superfamiglia TGF TGF : 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.

20 Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005

21 Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO ( Gurdon et al., 1994, 1995) [activina] > la trascrizione del gene brachyury viene indotta (bra determina il differenziamento delle cellule che lo esprimono in senso mesodermico); [activina] inducono lattivazione 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.

22 Non solo il Gradiente Morfogenetico (una molecola diffusibile agisce secondo un gradiente di concentrazione) può spiegare il differenziamento cellulare a seguito dellesposizione alla fonte di activina. 1.Cascata di reazioni di amplificazione: lactivina 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 allactivina tra lemisfero animale (in grado di rispondere) e la fonte di activina. 2.Migrazione cellulare: lactivina 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:

23 Le cellule competenti per la risposta allactivina hanno circa 500 recettori activina-specifici sulla loro superficie cellulare. Se i recettori complessati dallactivina 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 in senso mesodermico dorsale.

24 [activina] > la trascrizione del gene brachyury viene indotta; [activina] inducono lattivazione 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- ) in grado di indurre il mesoderma, come Vg1, nodal-related signals and Derrière, condividono con lactivina la sua abilità di indurre sia il mesoderma ventrale che dorsale.

25 Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005

26 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 nellembrione viene variata > specificazione condizionata (influenza cellule vicine). Solo i micromeri grandi sono specificati in modo autonomo.

27 Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005

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29 Wnt signaling

30 Specificazione sinciziale (insetti). specificazione Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO

31 Specificazione sinciziale (insetti). specific. sinciziale Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO Gradienti morfogenetici delle proteine bcd e nos mRNA localizzati asimmetricamente

32 mRNA bicoid anteriore mRNA nanos posteriore mRNA hunchback e caudal distribuiti uniformemente.

33 Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005

34 (NRE) (pum)

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