Post on 16-Oct-2021
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SVILUPPO DEL MESODERMA ASSIALE E PARASSIALE
Chick early development
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Tessuti connettivi del dorso
Detto anche
PEDUNCOLO
DEL SOMITE
PRICIPALI LINEE DI DISCENDENZA CELLULARE DEL MESODERMA DEL TRONCO
Anteriormente al mesoderma del tronco si trova una quinta regione mesodermica, il
mesenchima cefalico da cui originano i tessuti connettivi e i muscoli della faccia
Overview
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Anteriormente al
mesoderma del tronco
Mesoderma della testa (o cefalico)
Mesoderma precordale e mesoderma
parassiale insegmentato
Origina tessuti connettivi e muscoli di
faccia e occhi.
Fattori di trascrizione specifici per
muscolatura della testa, diversi da
quelli del tronco - muscoli affetti da tipi
diversi di distrofie
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Il mesoderma del tronco di un embrione allo stadio di neurula può essere suddiviso in 4
regioni, che si ritiene siano specificate lungo l’asse medio-laterale da quantità crescenti di
BMP (fattore ventralizzante).
Gradiente di concentrazione di BMP4 determina espressione differenziale di Forkhead (Fox) -
diversi destini mesodermici
MAJOR MESODERM LINEAGES
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Notocorda (mesoderma assiale) - organo embrionale transitorio caratteristico di tutti i
Cordati
Funzioni della notocorda
- induzioni del SNC e patterning dei tessuti circostanti nello sviluppo embrionale precoce
- sostegno durante fasi tardive dello sviluppo embrionale
Successivamente degenera e residui della notocorda rimangono presenti nell’adulto solo a
livello dei nuclei polposi dei dischi intervertebrali
MAJOR MESODERM LINEAGES
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Somite formation
(somitogenesis) and
specification
MAJOR MESODERM LINEAGES
La formazione dei somiti in
tutti i vertebrati procede
dall’estremità anteriore a quella
posteriore con una sequenza
temporale predeterminata
SOMITI
9Pourquie O. The chick embryo: a leading model in somitogenesis studies. Mechanisms of Development 121
(2004) 1069–1079
I SOMITI
Ai lati del tubo neurale si trovano 2
bande di tessuto mesodermico,
chiamato PIASTRA SEGMENTALE o
MESODERMA INSEGMENTATO
Con la chiusura delle pieghe
neurali, il mesoderma parassiale
si segmenta in blocchi di cellule
detti somiti
Si osserva il Differenziamento dei
somiti, del celoma e delle 2 aorte
che poi si fonderanno
I somiti sono strutture transitorie importanti per l’organizzazione del piano segmentale
dei vertebrati (es. determinano le vie di migrazione delle cellule della cresta neurale, formano
le vertebre e le coste)
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La specificazione del mesoderma parassiale è dovuta a proteina Nogging antagonista
del segnale BMP (ventralizzante)
Nogging espressa precocemente nel mesoderma insegmentato
Trapiantando cellule che esprimono
Nogging nel mesoderma laterale si ha
formazione di somiti
Microfotografia al SEM. Stadio precoce di formazione dei somiti ai lati del tubo neurale.
Le componenti importanti nella formazione dei somiti sono:
1. La periodicità
2. La fissurazione (separazione dei somiti)
3. L’epitelizzazione
4. La specificazione
5. Il differenziamento
I somiti differenzieranno strutture
diverse nelle differenti posizioni lungo
l’asse antero-posteriore
0,1m
m
PERIODICITA’ DELLA FORMAZIONE DEI SOMITI
La somitogenesi procede ad intervalli regolari nella regione mesodermica simultaneamente
alla regressione della linea primitiva
La formazione dei somiti ha inizio
quando le cellule del mesoderma
parassiale insegmentato si organizzano in
spirali di cellule detti SOMITOMERI
Ä I somitomeri si compattano e sono tenuti
insieme da epitelio, poi si separano dal
mesoderma parassiale presomitico
formando blocchi distinti.
Ä Il n° dei somiti è caratteristico di ogni
specie (50 pollo, 65 topo, 500 in alcuni
serpenti)
La formazione di blocchi distinti di
cellule è dovuta a cambiamenti nella forma
delle cellule e nei loro contatti
EPITELIZZAZIONE DEL SOMITE
I somiti si formano a coppie, uno su
ciascun lato della notocorda,
contemporaneamente
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Regulation of somite formation
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Regulation of somite formation
SEPARAZIONE DEI SOMITI DAL MESODERMA INSEGMENTATO
Il segnale Notch determina la posizione della formazione del somite, regolando una
cascata di espressione di geni che porta infine alla separazione dei tessuti: questi geni, tra
cui Hairy1, sono espressi in modo ciclico e dinamico lungo l’asse anteroposteriore.
Il gene Hairy1 codifica per un fattore di trascrizione e tra i suoi possibili bersagli ci sono i
geni per l’efrina e il suo recettore EphA4 in grado di determinare una repulsione tra cellule
Il confine del somite si forma alla regione di espressione dell’Efrina, nella parte posteriore
dell’ultimo somite che si è formato, con la regione di espressione di EPhA4, nella parte
anteriore del prossimo somite che si formerà.
In blu scuro
espressione di
EphA4
La regione più caudale del somite che deve formarsi non esprime Efrina finchè quel
somite non è pronto a separarsi.
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18The periodic, anteriorly traveling waves of cyclic gene expression can be seen in the presomitic mesoderm (PSM) of a
transgenic mouse embryo. The transgene expresses a destabilized YFP from the cyclic promoter of the Lunatic Fringe gene, an
oscillating component of the mouse segmentation clock. See Aulehla et al., 2008. Nat Cell Biol. 10(2):186-93 for more details.
Imaging Clock Oscillations in the Mouse Embryo
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… in all of these species (zebrafish, chicken, mouse, corn snake) a similar ‘clock-and-wavefront’
mechanism operates to control somitogenesis; in all of them, somitogenesis is brought to an end
through a process in which the presomitic mesoderm, having first increased in size, gradually shrinks
until it is exhausted, terminating somite formation.
In snake embryos, however, the segmentation clock rate is much faster relative to developmental rate
than in other amniotes, leading to a greatly increased number of smaller sized somites.Gomez et al., 2008. Nature 454:335-339
Perché i serpenti sono lunghi…
SEGNALE NOTCH E FORMAZIONE DEI SOMITI
A) Il trapianto della presuntiva regione limite di un somite di quaglia in una regione
non limite di pollo genera un nuovo confine e un nuovo somite.
Le cellule del confine trapiantato istruiscono le cellule che stanno anteriormente ad
assumere aspetto epiteliale e a separarsi
B) Il trapianto di cellule non limite in una regione non limite non genera un nuovo confine,
né un nuovo somite
C) Però l’aggiunta della proteina Lunatic Fringe (in grado di attivare Notch) alle cellule
della regione non limite, le trasforma in cellule capaci di formare confini e nuovi
somiti
La sintesi di 2 proteine della matrice extracellulare, fibronectina e N-caderina fa
unire le cellule in blocchi di tessuto, con formazione di giunzioni strette e una propria
lamina basale
EPITELIZZAZIONE DEL SOMITE
Nel pollo la trasformazione da tessuto mesenchimale a blocco epiteliale, avviene
immediatamente dopo la fissione somitica
Induzione ectodermica su cellule somitiche periferiche che determina transizione
mesenchimo-epiteliale e la formazione di masse epiteliali sferoidali cave
Il mesoderma presomitico quindi possiede una identità di posizione prima
della formazione dei somiti????
I SOMITI SI DIFFERENZIANO IN PARTICOLARI STRUTTURE A SECONDA
DELLA LORO POSIZIONE LUNGO L’ASSE ANTERO-POSTERIORE
⬥ somiti anteriori formeranno vertebre cervicali
somiti posteriori formeranno vertebre toraciche con costole
Se il mesoderma pre-somitico destinato a produrre le vertebre toraciche viene trapiantato
in una regione anteriore destinata a dare origine alle vertebre cervicali, si sviluppa
secondo la sua posizione originaria sviluppando coste soprannumerarie nella regione
cervicale
Il mesoderma pre-somitico è specificato precocemente
… prima della separazione dei somiti
SPECIFICAZIONE DEI SOMITI LUNGO L’ASSE ANTEROPOSTERIORE
Le differenze tra le vertebre (cervicali, toraciche, lombari e sacrali) possiedono
caratteristiche anatomiche ben definite a seconda della loro posizione lungo l’asse antero-
posteriore, permettondo di apprezzare il pattern antero-posteriore del mesoderma
La formazione del pattern antero-posteriore è un processo distinto dalla
specificazione regionale dei singoli somiti e si verifica precocemente quando il
mesoderma è ancora insegmentato
Il pattern antero-posteriore si basa sull’acquisizione di un valore di posizione da
parte delle cellule mesodermiche lungo l’asse e ne specificherà il successivo sviluppo
In tutti i vertebrati la formazione del pattern lungo l’asse antero-posteriore coinvolge
l’espressione dei GENI HOX, un complesso di geni che specificano l’identità di
posizione: cioè i somiti sono specificati a seconda dei geni Hox che esprimono
REGIONALIZZAZIONE DEI SOMITI: I DERIVATI DEL SOMITE
Diverse regioni di ogni somite formano:
1. La cartilagine delle vertebre e delle coste
2. I muscoli della gabbia toracica, degli arti, della parete addominale e della lingua
3. Il derma cutaneo
Mentre la determinazione
del mesoderma lungo
l’asse antero-posteriore è
precoce, la determinazione
delle cellule di un somite
verso il loro rispettivo
destino avviene dopo che il
somite si è già formato
QUANDO IL SOMITE MATURA LE SUE DIVERSE REGIONI VENGONO
DETERMINATE A FORMARE SOLO CERTI TIPI CELLULARI
Le cellule ventromediali del somite vanno
incontro a mitosi e perdono le loro
caratteristiche epiteliali.
SCLEROTOMO: queste cellule, migrando
ventralmente a circondare la notocorda,
vanno a costituire i condrociti delle
vertebre e di parte di ciascuna costa
Le cellule localizzate nella regione dorsale e
laterale formano il DERMAMIOTOMO.
Le cellule del miotomo proliferano e
migrano formando un dermamiotomo
BISTRATIFICATO.
Lo strato più interno è costituito da
precursori cellulari del muscolo, i
MIOBLASTI
I mioblasti della regione più vicina al
tubo neurale formeranno i MUSCOLI
EPIASSIALI (muscoli profondi del
dorso) mentre quelli della regione più
distante formano i MUSCOLI
IPOASSIALI (parete del corpo, arti,
lingua)
La regione centro-dorsale del
dermamiotomo, DERMATOMO, origina
il DERMA.
Non è fisicamente distinto dalle regioni
laterali del miotomo finchè le cellule
muscolari presuntive non migrano e si
differenziano
Le cellule ventro-mediali del
somite vanno incontro a mitosi,
perdono il loro aspetto epiteliale
e migrano
Anche le cellule della porzione
laterale del somite si disperdono
ventralmente lungo le pareti
dell’embrione
DETERMINAZIONE DELLO SCLEROTOMO, DERMATOMO E MIOTOMO
Il destino di una regione del somite dipende dalla sua localizzazione ed interazione di
diversi tessuti: tubo neurale e notocorda produco segnali che stabiliscono il pattern dei
somiti e che sono necessari per il loro sviluppo
ESPERIMENTO: il trapianto di una seconda notocorda
nella regione dorsale di un somite in un embrione a 10
somiti, sopprime la formazione del dermamiotomo e
induce la formazione dello sclerotomo nella regione
dorsale. Cambia anche la morfologia del tubo neurale
La notocorda è un induttore della cartilagine
Oltre al segnale ventralizzante prodotto dalla
notocorda e dalla lamina ventrale del tubo neurale,
altri segnali prodotti dal tubo neurale dorsale,
dall’ectoderma e dal mesoderma della piastra
laterale sono responsabili per la creazione del
pattern differenziativo dei somiti
Notocorda e lamina del pavimento del tubo
neurale secernono il fattore paracrino Sonic
hedgehog e inducono la formazione dello
sclerotomo. Quest’ultimo esprime il fattore
di trascrizione Pax1 necessario per il
differenziamento in cartilagine.
Il miotomo viene indotto da 2 segnali distinti:
➢ i mioblasti epiassiali sono indotti da fattori provenienti dalla
regione dorsale del tubo neurale (Wnt) e dalla notocorda (bassi livelli
di sonic hedgehog)
Dopo aver assicurato l’integrità assile dell’embrione e aver
indotto la formazione del tubo neurale, la notocorda
degenera per apoptosi. Permane nel disco
intervertebrale a formare il nucleo polposo
Il dermatomo si differenzia in
risposta a neurotrofina 3 e
Wnt1 secreti dalla parte
dorsale del tubo neurale➢I mioblasti ipoassiali vengono specificati da una combinazione di
proteine Wnt provenienti dall’epidermide e da BMP4 proveniente dal
mesoderma della lamina laterale
MIOGENESI
La miogenesi è un processo che prevede la formazione dei mioblasti che proliferano e poi
uscendo dal ciclo cellulare, si fondono in sincizi polinucleati che esprimono le proteine
caratteristiche del tessuto muscolare.
Si attivano i geni regolatori della miogenesi: MyoD, Myf5, miogenina e
Myf4
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The somitogenesis song