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• Specificazione Autonoma (caratteristica di molti invertebrati). Un blastomero
isolato produce gli stessi tipi cellulari che avrebbe prodotto se lasciato nella sua
posizione originaria nell’embrione. L’embrione 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 l’embrione è costituito
da parti indipendenti.
Embrione di tunicato
Chabry 1887
specificazione
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tunicati
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• Specificazione Autonoma. Un blastomero isolato produce gli stessi tipi cellulari
che avrebbe prodotto se lasciato nella sua posizione originaria nell’embrione.
L’embrione 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
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• 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
specificazionespecificazione
regressione del solco di segmentazione che si riforma più verso il polo vegetativo
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• 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
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specificazione• 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
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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
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specificazioneSpecificazione Condizionata.
Un blastomero ha la capacità di
svilupparsi in svariati tipi cellulari. Le
possibilità del blastomero vengono
limitate dalle cellule circostanti, quindi
sono dipendenti dall’ambiente 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.
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specificazioneSpecificazione Condizionata. L’embrione iniziale di armadillo dalle nove fasce si
divide sempre in 4 gruppi di cellule che originano 4 individui separati
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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 nell’uovo fecondato grazie al
contributo dei 2 gameti. Le cellule somatiche avrebbero avuto solo alcuni dei
determinanti cromosomici sulla base delle loro funzioni
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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 dell’embrione viene distrutta e si osserva
lo sviluppo di ciò che dell’embrione rimane.
2.Exp di isolamento: rimozione di una parte dell’embrione ed osservazione
dello sviluppo indipendente delle due parti isolate.
3.Exp di ricombinazione: si osserva lo sviluppo dell’embrione dopo che due
delle sue parti sono state “scambiate di posto”.
4.Exp di trapianto: una parte dell’embrione viene sostituita dalla parte
corrispondente di un secondo embrione (utile per mappare i territori
embrionali: da chi otterrò cosa)
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specific. condizionata
La conferma (apparente) della teoria del plasma germinale di Weismann ad
opera di Roux (1888).
1.Exp di distruzione
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specific. condizionata
La conferma dell’esistenza dello sviluppo regolativo (Driesch, 1892).
2.Exp di isolamento
Un blastomero ha la capacità di svilupparsi in svariati tipi cellulari.
Mediante scuotimento o H2O priva di Ca++
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specific. condizionata
La conferma dell’esistenza dello sviluppo regolativo (Driesch).
3.Exp di ricombinazione
“la posizione relativa di un blastomero nell’intero embrione probabilmente determinerà
in modo generale ciò che da esso deriverà”
solco meridianosolco
equatoriale
Un blastomero ha la capacità di svilupparsi in svariati tipi cellulari.
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specific. condizionata
La conferma (apparente) della teoria del plasma germinale di Weismann ad
opera di Roux (1888).
1.Exp di distruzione
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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.
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Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005 (Fukui e Asashima, 1994)
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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.
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Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005
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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 l’attivazione 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.
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Non solo il Gradiente Morfogenetico (una molecola diffusibile agisce secondo un
gradiente di concentrazione) può spiegare il differenziamento cellulare a seguito
dell’esposizione alla fonte di activina.
1.Cascata di reazioni di amplificazione: l’activina 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 all’activina tra l’emisfero animale (in grado di rispondere) e la
fonte di activina.
2.Migrazione cellulare: l’activina 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:
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Le cellule competenti per la risposta
all’activina hanno circa 500 recettori activina-
specifici sulla loro superficie cellulare.
Se i recettori complessati dall’activina 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.
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[activina] > la trascrizione del gene brachyury viene indotta;
[activina] inducono l’attivazione 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 l’activina la
sua abilità di indurre sia il mesoderma ventrale che dorsale.
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Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright
© 2005
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Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005
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 nell’embrione viene variata > specificazione
condizionata (influenza cellule vicine).
Solo i micromeri grandi sono specificati in modo autonomo.
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Wnt signaling
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Specificazione sinciziale (insetti).
specificazione
Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO
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Specificazione sinciziale (insetti).
specific. sinciziale
Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO
Gradienti morfogeneticidelle proteine bcd e nos
mRNA localizzatiasimmetricamente
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mRNA bicoid anterioremRNA nanos posterioremRNA hunchback e caudal distribuiti uniformemente.
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Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli
editore S.p.A. Copyright © 2005
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Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005
(NRE)
(pum)
(pum)
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