Determinazione degli Assi Antero-Posteriore (A/P) e Dorso

Determinazione degli Assi
Antero-Posteriore (A/P)
e Dorso-Ventrale (A/V)
nei Vertebrati
Polarità dell’uovo in Xenopus
• L’uovo non fecondato presenta:
– Polarità A/V
– Simmetria radiale rispetto
all’asse A/V
• I primi piani di divisione sono
correlati all’asse A/V
• Esiste una relazione tra l’asse
A/V dell’uovo e quello A/P del
girino  la testa si formerà
invariabilmente nell’emisfero
animale
• E’ tuttavia necessaria la
determinazione dell’asse D/V
per definire la posizione esatta
dell’asse A/P
P.A.
P.V.
Il “risveglio” dell’uovo
In seguito alla rotazione corticale di 30°, che porta alla
formazione della “semiluna grigia”, si definisce la
simmetria D/V dell’embrione
Semiluna grigia e sviluppo
dell’embrione
• La semiluna grigia individua il futuro lato
dorsale dell’embrione
• Il primo piano di segmentazione divide a metà
la semiluna grigia
• La semiluna grigia segna l’area in cui ha inizio
la gastrulazione
Metà
sinistra
Metà
destra
Meccanismo della rotazione
• Lo spermatozoo provoca
un riarrangiamento del
citoscheletro, mediato
dal centriolo
• Il sistema di
microtubuli sposta il
citoplasma corticale
vegetativo verso il polo
animale, permettendo
l’interazione con questo
• Se si blocca la rotazione
corticale non si ha
sviluppo delle strutture
dorsali
La semiluna grigia è indispensabile
allo sviluppo successivo
• Se si attiva l’uovo
artificialmente la rotazione
avviene in maniera casuale
• Se si provocano due rotazioni
si inducono due siti di
gastrulazione
• Lo spermatozoo determina la
direzione della rotazione, ma
non la induce
Tappe storiche della
sperimentazione sugli Anfibi
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Spemann-Mangold (1903-1924)
Nieuwkoop-Nakamura (1969-1977)
Gimlich-Gerhart (1984-1989)
Dale-Slack (1987)
Smith-Harland (1992-2001)
Esperimenti di Spemann (1938)
Isolamento di blastomeri
contenenti o no la
semiluna grigia
Sviluppo larve normali o
aberranti
La semiluna grigia è
incorporata nelle cellule che
iniziano la gastrulazione
Esperimenti di
Spemann-Mangold
Trapianto del labbro
dorsale del blastoporo
II sito di gastrulazione
II embrione con II asse
corporeo
Induzione embrionale primaria
Labbro dorsale del blastoporo
• In grado di indurre tubo neurale e
mesoderma dorsale
• In grado di organizzare un
embrione secondario dotato di
assi antero-posteriore e dorsoventrale
ORGANIZZATORE
Le cellule dell’area marginale
dorsale sono in grado di
invaginarsi anche in vitro
Esperimenti di Holtfreter
L’organizzatore
• Come acquisisce le proprietà che
lo caratterizzano?
• Quali fattori è in grado di
secernere per indurre il tubo
neurale e gli assi?
• Si può ritenere responsabile anche
della regionalizzazione del tubo
neurale?
Esperimenti di Nieuwkoop
Rimozione
cellule
equatoriali e
ricombinazione
calotta animale
e vegetativa
strutture
mesodermiche
Esperimenti di Gimlich e Gerhart
Esperimenti di Dale-Slack
Il mesoderma viene
specificato come
dorsale o ventrale in
relazione alla polarità
del frammento di
endoderma
presuntivo:
– Endoderma ventrale
mesenchima,
sangue
– Endoderma dorsale
notocorda, somiti
Il centro di Nieuwkoop
• Le cellule vegetative più dorsali della blastula,
capaci di indurre l’organizzatore sono state
definite “centro di Nieuwkoop”
• Molecole chiave del centro di Nieuwkoop :
–
–
–
–
–
VegT (fattore di trascrizione)
Vg1 (fattore paracrino della superfamiglia TGFb)
Nodal-related (fattore della superfamiglia TGFb)
Brachyury
b-catenina
VegT
La deplezione di VegT, mediante
oligonucleotidi antisenso, produce
embrioni malformati, privi di
endoderma
Vg1
La mutazione di Vg1 produce
embrioni privi di endoderma e
di mesoderma dorsale
I fattori attivina-simili inducono il
mesoderma
• Vg1 e Derrière secreti dalle cellule
endodermiche attivano il gene panmesodermico brachyury (X-Bra) ed i
geni ventrali vent.
• Per attivare i geni del mesoderma
dorsale (come goosecoid) è necessaria
l’azione sinergica di un altro fattore (bcatenina).
Regolazione dell’espressione di
brachyury e di goosecoid da attivina
Esperimenti di
Gurdon
Dorsalizzazione del mesoderma
b-catenina
• Si accumula nella regione dorsale dell’uovo nel corso
del riarrangiamento citoplasmatico dovuto alla
fecondazione (A)
• Durante la segmentazione continua ad accumularsi
nei nuclei delle cellule dorsali (B), ma non ventrali (C)
b-catenina
• Mediatore di interazioni cellula-cellula tramite caderine
• Fattore di trascrizione attivato dalla via Wnt
b-catenina
• L’iniezione di b-catenina in
una cellula vegetativa
ventrale di embrione di
Xenopus a 32 cellule
determina lo sviluppo di un
embrione doppio, con asse
dorsale duplicato
b-catenina
• Inizialmente sintetizzata da
mRNA materni in tutto l’embrione
• Degradata sul lato ventrale
• Protetta da degradazione sul lato
dorsale:
– Inizialmente è presente nel cortex
vegetativo dell’uovo
– Con la fecondazione viene trasferita
lungo il sistema di microtubuli nel
lato dorsale
Induzione del mesoderma
Induzione del mesoderma
Induzione primaria negli Anfibi
Funzioni dell’organizzatore
• Autodifferenziamento in mesoderma dorsale
(precordale, cordale)
• Induzione del mesoderma parassiale (somiti)
• Induzione dell’ectoderma dorsale (neurale)
• Avvio della gastrulazione
Induzione primaria negli
Anfibi
• Fecondazione
riarrangiamento
citoplasmatico
• Dorsalizzazione cellule vegetative
centro di Nieuwkoop
• Induzione dell’organizzatore di Spemann
da parte del centro di Nieuwkoop
• Induzione del neuroectoderma (soggetto
ad induzione epidermica) da parte
dell’organizzatore (mesoderma dorsale)
Modello a due segnali
dell’induzione del tubo neurale
Uccelli
somiglianza con anfibi
L’organizzatore negli uccelli è il
nodo di Hensen
L’omologo del centro di Nieuwkoop negli
uccelli è la regione marginale posteriore
I fattori rilasciati dal nodo di Hensen
sono omologhi a quelli
dell’organizzatore degli anfibi