Massimo Lancieri » 9.Sviluppo degli anfibi, aspetti molecolari

Biologia molecolare del determinante vegetativo degli anfibi

Il determinante vegetativo agisce mediante il fattore activina-simile Vg1 ed il fattore di trascrizione VegT, che induce la proteina Nodal-related Derrière, attivando il gene Xbra. La proteina Xbra attiva i geni che producono proteine specifiche del mesoderma.
Tutte le cellule vegetative sono capaci ad indurre le cellule marginali soprastanti a divenire mesoderma, quindi sono in grado di attivare Xbra, ma solo quelle più dorsali inducono le soprastanti a divenire l’organizzatore.

Biologia molecolare del determinante dorsale degli anfibi

Il determinante dorsale agisce mediante il fattore di trascrizione ß-catenina che si associa al fattore di trascrizione ubiquitario Tcf3. Il complesso ß-catenina-Tcf3 si lega al promotore del gene siamois.
La proteina Siamois si lega, attivandoli, ai promotori di diversi geni specifici dell’organizzatore Goosecoid, Xlim1, cerberus, Frzb.
Un segnale TGF- ß agisce in sinergia con la proteina Siamois per la massima espressione di goosecoid.

Biologia molecolare della formazione del mesoderma ventrolaterale

La BMP4 è l’induttore attivo dell’ectoderma ventrale (epidermide) e l’agente che induce il mesoderma ventrale (elementi del sangue e tessuto connettivo).
Nei vari territori embrionali sono presenti concentrazioni diverse di BMP4 per l’azione antagonista degli inibitori secreti dall’organizzatore: noggin e cordin.
Basse dosi attivano la del muscolo, livelli intermedi quella del rene e livelli alti le cellule del sangue.

Induzione della placca neurale

La proteina chiave per l’induzione della placca neurale è la neurogenina, la cui espressione è inibita dal fattore di trascrizione Msx1, indotto dalle BMP.
Quando l’ectoderma della gastrula viene in contatto con l’organizzatore si trasforma in neuroepitelio, caratterizzato dall’espressione di vari fattori di trascrizione, tra cui Sox2 e dalla molecola di adesione cellulare N-CAM.

Neural Induction in Xenopus

Regionalizzazione anteroposteriore del tubo neurale

La parte anteriore della piastra neurale indotta da geni di tipo anteriore quali otx2 e XAG1 formerà, cervello anteriore, mesencefalo, ghiandola del cemento.
Il cervello medio viene specificato mediante l’attività di molecole come Pax, engrailed, Wnt.
La regione posteriore caratterizzata dalla espressione dei geni Hox, indotta da fattori di crescita dei fibroblasti FGF, darà origine ad una parte del cervello posteriore ed al midollo spinale.

Origin antero posterior patterning

Considerazioni conclusive

Il piano strutturale dell’embrione è specificato in relazione a due determinanti già presenti nell’uovo fecondato il determinante vegetalizzante che emette BMP4 e Xwnt8 e quello dorsalizzante che emette cordina, noggin, follistatina e Xnr3.
I segnali emessi dai due centri si inibiscono fra di loro e la loro azione viene modulata da altri fattori che assicurano la corretta proporzione ed accrescimento nell’embrione delle strutture dorsali e ventrali.

Indice immagini

La prima immagine mostra il modello dell’induzione del mesoderma e della formazione dell’organizzatore. A partire dagli stadi di gastrula avanzata la ß-catenina agisce in modo sinergico con Veg1 e VegT Nell’attivare i geni Xnr (Nodal related). Il gradiente di proteine Nodal-related generatosi specifica e regionalizza il mesoderma, basse concentrazioni : mesoderma ventrale, medie: mesoderma laterale, alte: mesoderma dorsale ed attivazione di goosecoid che rendono il mesoderma dorsale organizzatore.

Lo schema in seconda immagine mostra la sequenza di interrelazioni geniche che portano alla formazione dell’organizzatore.

Modello dell'induzione del mesoderma e della formazione dell'organizzatore

Ipotesi sulla sequenza di eventi che provocano l'induzione dell'organizzatore

Indice immagini

La prima immagine mostra lo schema di un esperimento in cui il blastomero più dorsale D1 di un embrione di Xenopus di 32 cellule viene combinato con la calotta animale di un embrione allo stesso stadio. Solo questo blastomero ha la capacità di indurre mesoderma organizzatore, in cui vengono espressi i geni che lo caratterizzano.
La seconda immagine mostra la placca neurale, formatasi dall’ectoderma, riconoscibile per il cambiamento di forma delle cellule che si sono trasformate in neuroepitelio e sono diventate colonnari.

Specificità regionale dell'induzione del mesoderma

Formazione della piastra neurale

Prossima lezione

Lo sviluppo degli uccelli

Nella prossima lezione tratteremo lo sviluppo degli uccelli.
Gli uccelli sono organismi che hanno realizzato uno sviluppo embrionale autonomo dall’organismo materno per la grande quantità di tuorlo presente nell’uovo e per la realizzazione di annessi embrionali che assicurano all’embrione la possibilità di scambi gassosi con l’ambiente esterno, un ambiente liquido, l’escrezione dei cataboliti.