occhio placode olfattivo Cerberus viene espresso dall’endomesoderma faringeo. Iniezione di mRNA di cerberus in un blastomero vegetativo VENTRALE dell’embrione a 32 cellule induce la formazione di strutture encefaliche ectopiche.

chordin frzb

Anteriore Posteriore Oltre a BMP4 anche Wnt8, espressa in tutto il mesoderma marginale (eccetto la regione dell’organizzatore) inibisce l’induzione neurale. Cerberus, Dickkopf e Frzb promuovono l’induzione delle strutture neurali più anteriori contrastando l’azione di Wnt8. Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005

(neuroni del midollo) Mentre l’induzione dell’epidermide richiede l’attivazione di entrambe le vie di segnale (BMP e Wnt), l’induzione delle strutture della testa richiede il blocco di entrambe le vie.

Anteriore Posteriore IGF FGF tubo neurale anteriore Anche le Insulin-like Growth Factor sono necessarie per la formazione delle strutture anteriori del capo. Inibendone l’espressione si blocca lo sviluppo della testa, mentre la loro overespressione causa la formazione di teste ectopiche. Si ritiene che prevengano la funzione di BMP e Wnt accendendo la via di trasduzione del segnale dell’FGF, che interferisce con con le vie di segnalazione di BMP e Wnt.

La cellula ectodermica diviene neurale di default (esperimenti di dissociazione > calotte animali isolate formano tessuto neurale. Nell’ectoderma BMP reprime i geni coinvolti nel differenziamento neurale e attiva quelli che specificano l’epidermide. Nel mesoderma il gradiente di BMP determina l’attivazione di set di geni differenti che specificano tessuti mesodermici differenti.

regionalizzazione L’organizzatore (i)induce il tubo neurale e (ii)ne specifica le varie regioni

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blastocele Occhi ed encefalo anteriore Diencefalo, vescicole otiche Tronco, coda

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Il tubo si chiude allorchè le pieghe neurali si uniscono. Endomesoderma (endoderma faringeo e mesoderma precordale) inducono le cellule ectodermiche soprastanti ad assumere forma colonnare (placca neurale). La placca neurale si allunga secondo l’asse anteroposteriore. I margini della placca neurale si inspessiscono a formare le pieghe neurali. La placca neurale si incurva (le cellule dell’MHP si ancorano alla notocorda, le cellule della quale inducono quelle dell’MPH ad accorciarsi e assumere la forma a cuneo) e le pieghe si sollevano. Si formano i DLHP a seguito dell’allungamento e cambiamento di forma delle cellule. Cambiamenti d’altezza e forma a cuneo delle cellule dell’MHP e DLHP vengono adottati grazie all’azione intracellulare di microtubuli e microfilamenti. Intanto l’ectoderma circostante “spinge” verso l’asse dell’embrione. L’ancoraggio al mesoderma sottostante è fondamentale per dirigere il corretto piegamento della placca. Il tubo si chiude allorchè le pieghe neurali si uniscono. (Medial Hinge Point) (Dorsolateral Hinge Point)

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neurulazione primaria: variazione sul tema Variations of primary neurulation. The neural tube is shown at the open stage (top row) and after initial closure (bottom row). The initial flat neuroepithelium may roll smoothly into a tube (a), bend sharply at one (b) or more (c) hinge points, or form a solid rod of cells (d).

neurulazione nei teleostei

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

The Sonic hedgehog protein is a secreted intercellular signaling molecule. Its precursor form is autocatalytically cleaved into an N-terminal (Shh-N) and a C-terminal (Shh-C) domain. During catalysis, a molecule of cholesterol is covalently attached to Shh-N which performs the signaling function. Shh-C carries out the cleavage reaction and the cholesterol attachment. Shh-N has also been shown to be palmitoylated. Shh-N binds to the transmembrane protein Patched (Ptc). This then derepresses a Ptc-interacting membrane protein called Smoothened (Smo), resulting in the activation of GLI, a transcription factor. GLI, in turn, is thought to control the ultimate expression of the nuclear targets of Sonic hedgehog.

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

Dorsalin Pax7 Pax6 Nkx6.1 Shh roof plate dorsal plate ventral plate floor plate Dorsalin Pax7 Pax6 Nkx6.1 Shh

equivalenza del genoma Tutte le cellule dell’organismo hanno effettivamente lo stesso identico genoma? Oppure il patrimonio genetico della cellula ormai differenziata ha subito delle modificazioni funzionali irreversibili?

variazioni epigenetiche Modifica ereditabile (quindi trasmissibile alla progenie), che può riguardare un cromosoma o l’attività di un gene, che non varia la sequenza nucleotidica. Es: metilazione del DNA Nei vertebrati la metilazione interessa solamente la Citosina sul dinucleotide CpG ad opera di enzimi DNA-metiltransferasi (Dnmt) che aggiungono un gruppo metile al C5 della citosina: il risultato è la 5-metilcitosina. Il 3-5% circa delle C risulta metilato in cellule eucariotiche

metilazione del DNA Lo schema di metilazione viene mantenuto ad opera di DNA-metil transferasi di mantenimento, che hanno particolare affinità per le sequenze emi-metilate: tendono quindi a metilare il nuovo filamento che si è formato su uno stampo metilato.

metilazione e sviluppo - Nel corso della segmentazione > fase di demetilazione. - Segue metilazione “de novo”.

equivalenza del genoma Hans Spemann e la Teoria del Trasferimento Nucleare 1938: una cellula già terminalmente differenziata è in grado di riprogrammare l'informazione in termini di espressione genica e di controllare lo sviluppo embrionale? Spemann propose di prelevare il nucleo da una cellula di un embrione in avanzata fase di sviluppo e trasferirlo nel citoplasma di una cellula uovo enucleata. Spemann non pote' condurre l'esperimento per la mancanza di strumenti adatti alla manipolazione e dissezione delle cellule somatiche e germinali.

equivalenza del genoma exp. Robert Briggs e Tom J. King, 1952 Rana pipiens

equivalenza del genoma

equivalenza del genoma Briggs e King pongono le basi sperimentali (creano quegli strumenti che erano mancati a Spemann 14 anni prima quando elaborava la teoria del Trasferimento Nucleare) per fornire le risposte ai quesiti di quegli anni: (?) Il nucleo di una cellula differenziata conserva ancora tutte le informazioni originarie; inoltre, tale nucleo risulta riprogrammabile ed in grado di originare un nuovo individuo. (?) La sinergia tra il citoplasma ospite dell’uovo e il nucleo che in esso viene rilocato è sufficiente a riattivare il nucleo a dirigere lo sviluppo del nuovo individuo.

equivalenza del genoma 1962: J. Gurdon ritenta l'esperimento di Briggs e King, usando nuclei di cellule differenziate d'intestino di girino di Xeanopus laevis. 1.4 la % di successo a girino. Utilizzando il trapianto in serie - il nucleo viene trapiantato nell’uovo che viene lasciato sviluppare fino a blastula. Il nucleo della cellula di blastula si trasferisce in un altro uovo enucleato e così via - ottenne un successo del 7% comprendente 7 rane adulte fertili. Gurdon dimostra che i nuclei di cellule somatiche differenziate, trasferiti nel citoplasma di un uovo enucleato, modificano il proprio programma genetico.

equivalenza del genoma 1997: I. Wilmut e collaboratori clonano il primo mammifero. Prelievo cellule somatiche da ghiandola mammaria di adulto (razza Finn-Dorset). Coltura cellulare e arresto in G1 (le cellule, 2n, son quindi sincronizzate). Oociti dalla donatrice (razza Scottish blackface) in seconda metafase meiotica enucleati. Fusione cellulare somatica/oocito e attivazione dell’oocito stesso mediante impulsi elettrici. Trasferimento in utero di pecora gravida. % di successo: 1/434 oociti impiantati = Dolly. Dimostrazione della totipotenza del nucleo dei mammiferi: il genoma rimane inalterato e capace di differenziare in tutti i tipi cellulari.