“Legamento” degli embrioni

Attraverso gli esperimenti di trapianto di citoplasma si è dimostrata l’esistenza di MORFOGENI -> sostanze in grado di determinare lo sviluppo in senso posteriore ed anteriore delle strutture dell’embrione

Le sostanze che si devono disporre all’interno degli embrioni a formare dei gradienti morfogenetici AP e DV in modo da dare le informazioni POSIZIONALI alle cellule che si trovano in ogni specifico punto dell’embrione sono sicuramente PROTEINE e devono quindi essere codificate da geni! Screenings per l’identificazione di geni importanti per lo sviluppo, ricerca sia di mutazioni femmina sterili (ad effetto materno) o di letali embrionali (geni zigotici)

Gli screenings effettuati da Eric Wieschaus e Christiane Nusslein-Volhard hanno avuto successo, infatti mutazioni che alterano il normale pattern di sviluppo sono state IDENTIFICATE, CLASSIFICATE ED ANALIZZATE nei loro effetti I fenotipi che sono stati ricercati sono: -femmina-sterilità dette anche “ad effetto materno” -letalità embrionale 191 linee mutanti (59 gruppi di complementazione) sono state identificate sul cromosoma X 136 linee mutanti (67 gruppi di complementazione sono state identificate sul II cromosoma Le mutazioni femmina-sterile identificate erano di due tipi: - funzioni geniche usate solo nell’oogenesi - geni che funzionano sia durante l’oogenesi che durante altri stadi dello sviluppo, ma questi sono alleli ipomorfi di geni vitali La funzione dei geni ad effetto materno deve essere analizzata in relazione all’oogenesi

Classificazione dei geni ad effetto materno identificati dagli screenings 3 classi per la polarità ANTERO-POSTERIORE 1 classe per la polarità DORSO-VENTRALE GENI PER LA POLARITA’ Il gruppo ANTERIORE è necessario per lo sviluppo della testa e del torace Il gruppo POSTERIORE è necessario per lo sviluppo dell’addome e dei tessuti germinali Il gruppo TERMINALE è necessario per lo sviluppo delle parti non segmentate dell’ embrione

Uno dei primi mutanti presi in considerazione è stato bicoid Femmine bcd/bcd depongono uova che si sviluppano in embrioni mancanti della testa e del torace; corrisponde al fenotipo che si osserva in seguito ad eliminazione del citoplasma anteriore e sostituzione con il citoplasma posteriore (embrione bicaudal: con due addomi). Il trapianto di citoplasma anteriore di uova wild-type, in mutanti bcd recupera il fenotipo mutante ed il principio è localizzato esclusivamente nella parte anteriore dell’uovo! Iniezioni di CITOPLASMA ANTERIORE di un embrione di tipo selvatico in una posizione qualunque di embrioni mutanti bicoid, induce la formazione di strutture anteriori nella zona di iniezione Il prodotto del gene bicoid si comporta quindi come un MORFOGENO ANTERIORE

Diversi fenotipi di bicoid in relazione alla “forza” dell’allele Wild-type bcd- (debole) bcd- (medio) bcd- (forte) I fenotipi riflettono una crescente mancanza del MORFOGENO ANTERIORE -> BICOID è il MORFOGENO ANTERIORE

Fenotipo di bicoid responsabile della determinazione anteriore

Fenotipo di nanos responsabile della determinazione posteriore --> manca del morfogeno anteriore --> manca del morfogeno posteriore

Espressione del gradiente di bicoid (A->P) e di nanos (P->A)

Geni ad effetto materno che alterano la polarità antero-posteriore 3 GRUPPI Anteriori: exuperantia swallow controllano bicoid (MORFOGENO ANTERIORE) Posteriori: oskar vasa valois tudor staufen pumilio controllano nanos (MORFOGENO POSTERIORE) Terminali: trunk torso Nasrat pole hole controllano geni coinvolti nello sviluppo dell’acron e del telson

MUTANTI ZIGOTICI

Premi Nobel 1995 per la medicina Ed Lewis Christiane Nusslein-Volhard e Eric Wieshaus

Corrispondenza tra segmenti dell’embrione e segmenti della larva, in Drosophila melanogaster

Mutanti della segmentazione 3 classi di geni zigotici della segmentazione : GAP PAIR RULE SEGMENT POLARITY Mutanti GAP: tutti i mutanti di questa classe presentano delezioni di regioni corrispondenti a piu’ segmenti contigui. Questi loci devono essere necessari per una suddivisione segmentale normale di una regione contigua del corpo; identificano 3-4 ampie regioni nell’embrione. Le zone evidenziate, mancano nei mutanti indicati

Mutanti della segmentazione: geni “pair rule” Mutazioni PAIR-RULE o della regola pari: tutti i mutanti di questa classe presentano la delezione di segmenti e specificano 7 regioni all’interno dell’embrione Le zone evidenziate, mancano nei mutanti indicati

Mutanti della segmentazione: geni “segment polarity” Mutazioni SEGMENT-POLARITY o della polarita’ dei segmenti: tutti i mutanti di questa classe mostrano una delezione di una parte specifica di ogni segmento con duplicazione speculare della parte che rimane. Specificano 14 regioni all’interno dell’embrione ( dei 14 segmenti) engrailed Nel mutante engrailed ci sono solo parti anteriori dei segmenti Le zone evidenziate, mancano nei mutanti indicati

Geni zigotici della segmentazione