Dalla cellula uovo all`embrione

Dalla cellula uovo all’embrione: la cosa piu’ difficile che
abbiate fatto durante la vostra vita
Simona Casarosa
Laboratorio di Biologia Cellulare e dello Sviluppo
Dipartimento di Biologia
La Biologia dello Sviluppo studia lo sviluppo embrionale
degli organismi pluricellulari
Che cos’è lo sviluppo?
Lo sviluppo è il processo attraverso cui da una unica cellula (zigote)
viene formato un organismo complesso formato da organi e tessuti
I fenomeni fondamentali delle prime fasi dello
sviluppo embrionale sono:
•La divisione cellulare
•La migrazione cellulare
•Il differenziamento cellulare
La segmentazione e’ costituita da una serie di divisioni mitotiche
estremamente rapide, in cui l’enorme volume dello zigote viene
suddiviso in numerose cellule piu’ piccole. Queste cellule sono chiamate
blastomeri, e alla fine della segmentazione di solito formano una sfera
cava chiamata BLASTULA
Successivamente al rallentamento delle divisioni mitotiche, i blastomeri
compiono ampi movimenti con i quali cambiano posizione
gli uni rispetto agli altri. Questo processo si chiama GASTRULAZIONE.
Come risultato della gastrulazione gli embrioni possiedono tre foglietti
embrionali, l’ECTODERMA, l’ENDODERMA ed il MESODERMA.
Differenziamento: la formazione di tipi cellulari specializzati
e diversificati a partire da una singola cellula (zigote)
Differenziamento: la formazione di tipi cellulari specializzati e
diversificati a partire da una singola cellula (zigote)
Espressione genica differenziale
I nuclei di tutte le cellule contengono il genoma completo
formatosi nell’uovo fecondato. In termini molecolari,
i DNA di tutte le cellule differenziate sono uguali.
I geni che non vengono usati in cellule differenziate non
vengono mutati né distrutti, e mantengono la
potenzialità di essere espressi.
Solo una piccola percentuale del genoma si esprime in
ciascuna cellula, e una porzione dell’RNA sintetizzato
nella cellula è specifico per quel tipo cellulare.
QUINDI: LE CELLULE SONO DIVERSE PERCHE’
ESPRIMONO RNA DIVERSI
Chordin
“Developmental biology is at the core of
all biology” (Lewis Wolpert)
BIOLOGIA
EVOLUZIONISTICA
ANATOMIA
COMPARATA
BIOLOGIA
CELLULARE
BIOLOGIA
DELLO
SVILUPPO
BIOLOGIA
MOLECOLARE
FISIOLOGIA
GENETICA
Animali modello
I vantaggi della Drosophila:
genetica, mutanti e “screening” genetici
bithorax
antennapedia
1995 Nobel Laureates
Ed Lewis, Christiane Nüsslein-Volhard, Eric Wieschaus
I meccanismi molecolari per la costruzione
degli organismi sono ampiamente conservati
Mutazioni nei geni coinvolti nello sviluppo sono
alla base di malattie genetiche
Aniridia, causata da mutazioni
nel gene Pax6
Polidattilia, causata da mutazioni
nei geni Hox o nel gene sonic hedgehog
Cellule
muscolari
Neuroni
La Retinite pigmentosa e’ la principale causa di
cecita’nel mondo, colpisce 1 persona su 3500
Quello che potrebbe vedere un paziente
affetto da Retinite pigmentosa
Terapie di sostituzione cellulare basate su cellule
staminali embrionali (ES)
Embriologia descrittiva
Marcello Malpighi
Embriologia sperimentale
Xenopus laevis
Fonte: L.Wolpert Biologia dello Sviluppo 2000. Zanichelli
Zebrafish (Danio rerio)
Fonte: L.Wolpert Biologia dello Sviluppo 2000. Zanichelli
Gallus gallus (Pollo)
Fecondazione
segmentazione
24 h
Gastrulazione
35 h
Neurulazione
40 h
Schiusa
21 gg
Maturità sessuale
5-6 mesi
Mus musculus (topo)
Fecondazione
Prima divisione
Gastrulazione
Neurulazione
Nascita
Maturita‘ sessuale
24 h
6-7 gg
7-8 gg
19 gg
90 gg
Caenorhabditis elegans
959 cellule somatiche FISSE
T. generazione 3 giorni
„Lineage“ completamente noto