Modelli animali in biologia dello sviluppo

Modelli animali

• I modelli di riferimento nella biologia dello sviluppo postnatale sono stati utilizzati per molti anni per studiare i meccanismi di mantenimento dell'omeostasi.
• Oltre allo studio dell'omeostasi, questi modelli permettono di analizzare i meccanismi alla base della metamorfosi, processi di organogenesi che si verificano nel periodo postnatale e che non sono esclusivi dei mammiferi.
• Il modello mammifero, più studiato , è il topo.
• Il topo è un modello importante perché il suo genoma è completamente decodificato, è altamente controllabile e omogeneo tra le discendenze.
• I topi permettono di creare mutanti che riproducono fedelmente alcuni percorsi patogenetici delle malattie umane.

Ciclo vitale

• La biologia dello sviluppo ha cercato di standardizzare un ciclo vitale applicabile a tutti i modelli animali, con le dovute differenze, indipendentemente da classe e famiglia di appartenenza.
• Il ciclo vitale è suddiviso in sottofasi, ognuna delle quali è oggetto di studio.
• La prima fase del ciclo vitale è la fecondazione, l'evento che dà inizio al programma di sviluppo di un nuovo individuo.
• La fecondazione prevede la fusione di due gameti specializzati (oocita e spermatozoo) per formare lo zigote.

Segmentazione

• La segmentazione è un processo di rapide divisioni mitotiche che attiva il programma di sviluppo embrionale.
• Le prime divisioni mitotiche sono rapide perché il ciclo cellulare non prevede i momenti di gap, fondamentali per il controllo nelle cellule somatiche e staminali.
• Questo processo permette di ottenere una blastocisti in poche ore in alcune specie animali, mentre nei mammiferi sono necessari 5/6 giorni.
• La segmentazione è un processo rapido controllato da proteine del ciclo cellulare già presenti nel citoplasma della cellula uovo e attivate dalla fecondazione.
• Durante la segmentazione il programma di sviluppo embrionale dipende dall'utilizzo di informazioni già presenti nel citoplasma dell'uovo, senza che il genoma embrionale venga trascritto.
• La cellula uovo è totipotente perché non ha bisogno di elementi esterni per esprimere il suo programma.

Gastrulazione

• La gastrulazione è la fase dello sviluppo embrionale in cui le cellule pluripotenti si specializzano nei tre foglietti embrionali primitivi: ectoderma, mesoderma ed endoderma.
• I tre foglietti danno origine ai diversi tessuti di un organismo adulto durante la fase successiva, definita organogenesi.
• Ogni foglietto embrionale è multipotente, cioè è in grado di generare tutti i tessuti che derivano da esso.
• L'ectoderma origina l'epidermide e, attraverso la neurolazione, il sistema nervoso centrale e periferico.

Organogenesi

• L'organogenesi è la fase del ciclo cellulare in cui i tessuti di riferimento si organizzano dando origine a organi con un livello di specializzazione superiore.
• Le cellule somatiche si aggregano tra loro, interagendo con i vasi sanguigni e il sistema nervoso, per formare gli organi.
• L'organogenesi è un esempio di mutuo dialogo spazio-temporale tra cellule specializzate che derivano da foglietti diversi.

Esempio di organogenesi: la cute

• La cute è composta da due strutture: l'epidermide (strato pluristratificato di cellule somatiche che si cheratinizzano) e il derma (tessuto connettivo ricco di vasi, ghiandole e terminazioni nervose).
• L'epidermide deriva dall'ectoderma, mentre il derma deriva dal mesoderma.
• L'epidermide e il derma sono interdipendenti, il derma fornisce supporto trofico all'epidermide attraverso i vasi sanguigni e informazioni sensoriali attraverso le terminazioni nervose.

Clonazione

• La clonazione è il trasferimento del nucleo somatico di una cellula in una cellula uovo.
• La clonazione cellulare è basata sul principio che il nucleo di una cellula somatica contiene tutte le informazioni genetiche necessarie per sviluppare un organismo completo.
• La pecora Dolly è il primo organismo clonato, nato nel 1990.
• Per clonare Dolly, gli scienziati hanno prelevato cellule della ghiandola mammaria di un individuo ovino e hanno trasferito i nuclei somatici in oociti enucleati di altra pecora.
• La cellula così generata ha dato origine ad una blastocisti che è stata impiantata in una pecora.
• Solo una su 434 oociti clonati è riuscita a svilupparsi correttamente.
• Dolly è morta all'età di 6 anni per cause polmonari non correlate alla sua nascita.

Organizzazione del DNA

• La cromatina è l'organizzazione del DNA associato a proteine istoniche.
• Il DNA si avvolge ad un ottamero di istoni formando un nucleosoma, l'unità strutturale della cromatina.
• I nucleosomi sono legati da tratti di DNA nudo, formando un filamento lineare di cromatina chiamato eucromatina.
• L'eucromatina è la forma rilassata della cromatina, che permette l'accesso della DNA polimerasi per la trascrizione.