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FECONDAZIONE, SVILUPPO E DIFFERENZIAMENTO MATURAZIONE DELLO SPERMATOZOO Usciti dal testicolo gli spermatozoi vanno incontro al processo di maturazione durante il loro passaggio attraverso le vie genitali maschili (rete testis, epididimo e deferente) acquisendo la motilità e la...

FECONDAZIONE, SVILUPPO E DIFFERENZIAMENTO MATURAZIONE DELLO SPERMATOZOO Usciti dal testicolo gli spermatozoi vanno incontro al processo di maturazione durante il loro passaggio attraverso le vie genitali maschili (rete testis, epididimo e deferente) acquisendo la motilità e la capacità di riconoscere l’ovocita. Inoltre vengono avvolti dal plasma seminale che da loro protezione e nutrimento. Un eiaculato contiene milioni di spermatozoi, ma solo pochi raggiungono l’ovocita. La maggior parte non supera la giunzione utero-tubarica, il resto si ferma nell’istmo della tuba: riserva tubarica. Per essere in grado di fecondare gli spermatozoi devono andare incontro al processo di capacitazione che consiste nella rimozione di certe componenti proteiche dalla membrana plasmatica acrosomiale. Questo avviene nel tragitto tra vagina e ovidotto. Nella tuba uterina si forma un “deposito” di spermatozoi in attesa dell’ovulazione. Tra l’accoppiamento e l’ovulazione, gli spermatozoi aderiscono alle cellule dell’istmo della tuba, dove mantengono intatta la loro capacità fecondante. Al momento dell’ovulazione una piccola parte viene rilasciata, risale nell’ampolla della tuba dove avviene la fecondazione. Il deposito dura un paio di giorni nei mammiferi, è molto prolungata negli uccelli. FECONDAZIONE Consiste nel superamento di una serie di barriere che proteggono l’ovocita, per arrivare alla fusione della membrana dello spermatozoo con quella dell’ovocita, che permette di far entrare l’intero spermatozoo nell’ovocita (non solo il suo nucleo). Comprende diverse fasi: 1. penetrazione della corona radiata → cellule della granulosa provenienti dal cumulo ooforo; 2. reazione acrosomiale e penetrazione della zona pellucida → la zona pellucida si forma nelle prime fasi dello sviluppo dell’oocita primordiale. Le cellule della zona pellucida fanno delle gap junction con l’oocita, riversano all’interno varie sostanze. Quando c’è il picco di LH le gap junction si interrompono e l’oocita diventa una cellula indipendente; 3. fusione con la membrana dell’ovocita; 4. ingresso dello spermatozoo nell’ovocita; 5. attivazione dell’ovocita. Reazione acrosomiale A. spermatozoo intatto con acrosoma; B. fusione tra membrana plasmatica e membrana acrosomiale esterna; C. formazione di vescicole tra le due membrane; D. lisi dell’acrosoma e liberazione degli enzimi. La testa dello spermatozoo rimane delimitata solo dalla membrana acrosomiale interna, mentre il segmento equatoriale della membrana plasmatica rimane intatto. Meccanismi di adesione e fusione La reazione che avviene tra spermatozoo e ovocita è simile a quella tra ligandi e recettori: ci sono dei recettori (ZP3) sull’ovocita e la membrana acrosomiale interna contiene delle proteine (zona-adesine) che corrispondono alla zona di adesione. Le zona-adesine poste sulla membrana acrosomiale si legano con la ZP3, una delle 3 proteine che formano la zona pellucida. La presenza di un ligando e un recettore permette di creare barriere biochimiche interspecifiche: la specificità tipo ligando- recettore con la quale si legano i gameti previene la fecondazione interspecifica. Fertilina, CD-9 e izumo sono le proteine che mediano la fusione tra le membrane di spermatozoo ed ovocita. Mitocondri e riproduzione I mitocondri sono organelli deputati alla produzione di energia, hanno un piccolo genoma al loro interno, a testimonianza del fatto che siano un fenomeno di interiorizzazione di batteri all’interno di cellule eucariotiche (teoria endosimbiotica). NB: tutti i mitocondri derivano dalla linea femminile. Ciò è giustificato da 2 motivi: maggior numero di mitocondri nell’oocita rispetto al numero contenuto nello spermatozoo e per la necessità di corrispondenza tra DNA mitocondriale cellulare e DNA mitocondriale vero e proprio (porzione contenuta nel mitocondrio stesso). - oocita → 100.000 mitocondri; - spermatozoo →50–75 mitocondri. I mitocondri si replicano indipendentemente dalla cellula, ma geni che contribuiscono alla formazione di un nuovo mitocondrio non sono solo contenuti nel mitocondrio, ma anche all’interno del genoma cellulare → ci vuole corrispondenza tra genoma mitocondriale e quello cellulare. La compatibilità tra genoma cellulare e genoma mitocondriale è essenziale → i mitocondri che derivano dallo spermatozoo vengono marcati specificatamente (con ubiquitina, che costituisce un target per i lisosomi dell’ovocita stesso) e distrutti. Fecondazione, fasi successive Una delle prime cose che deve fare l’ovocita è impedire che entri più di uno spermatozoo. Sono solitamente 10-20 spermatozoi che incontrano un ovocita. Lo spermatozoo porta nell’ovocita il nucleo, i mitocondri (che vengono distrutti) e il centriolo. Il centriolo durante la mitosi va in contro a replicazione come il DNA → è importante che alla fine della fecondazione ci sia un solo centriolo. Una delle alterazioni principali dell’attivazione partenogenetica è la presenza di centrioli in eccesso che portano ad alterazioni cromosomiche. Subito dopo l’ingresso del 1° (e unico) spermatozoo si ha la reazione corticale, cioè l’esocitosi dei granuli corticali contenuti nel citoplasma dell’ovocita, che modifica la struttura della zona pellucida, impedendo l’ingresso di altri spermatozoi (inibizione della polispermia). Ciò porta alla modificazione della struttura delle proteine della zona pellucida, diventano rigide (indurimento della zona pellucida) e non sono più in grado di fare la reazione ligando-recettore (gli altri spermatozoi non sono più in grado di attraversale la zona pellucida). La polispermia (ingresso di più spermatozoi nell’ovocita) non è osservabile in vivo (embrione muore); se in vitro l’ovocita viene a contatto con molti spermatozoi si è notato che la reazione corticale non è sufficientemente veloce. La meiosi femminile (che rimane bloccata fino all’inizio dell’ovulazione), si completa solo se e quando avviene la fecondazione: si ha la ripresa della meiosi con il raggiungimento della telofase II e l’estrusione del 2° globulo polare. La penetrazione dello spermatozoo porta ad una iperpolarizzazione della membrana plasmatica dell’ovocita ed un aumento della concentrazione intracellulare di Ca che si manifesta in picchi successivi. Questo fenomeno determina la ripresa del ciclo cellulare che si era arrestato in meiosi II. Si può stimolare questo aumento oscillatorio del Ca anche in assenza dello spermatozoo, ottenendo così la partenogenesi: sviluppo di un embrione senza genoma maschile. Tutti i meccanismi che sono fisiologicamente attivati dalla fecondazione, possono essere attivati anche da meccanismi diversi; ciò è alla base della partenogenesi. Basta ad esempio pungere l’ovocita per ottenere la stessa reazione. Ootide Dopo la penetrazione e la ripresa della meiosi, si formano il pronucleo maschile e quello femminile. Fin quando rimangono separati si parla di ootide. Durante questa fase i due pronuclei entrano in fase S e duplicano il loro DNA mentre si avvicinano e si portano al centro dell’ovocita → è avvenuta la fecondazione ma non c’è ancora un nuovo individuo, perché i due genomi sono ancora separati. Zigote Al termine della fase S si dissolvono le membrane dei due pronuclei ed i cromosomi, ora divenuti dicromatidici, si allineano in una piastra metafasica. I due genomi si fondono e si forma lo zigote. Segmentazione Al termine della fecondazione, l’embrione va incontro ad una serie di rapide divisioni cellulari dette riduzionali (servono a ridurre il volume cellulare dello zigote fino a quello delle normali cellule somatiche). Le cellule dell’embrione a questo stadio vengono chiamate blastomeri. La segmentazione termina con la formazione della blastocisti. L’embrione passa attraverso lo stadio di 2, 4, 8, 16 cellule. Successivamente si forma la morula (16-32) e infine la blastocisti (200). La blastocisti è una sfera cava piena di liquido, il cui diametro, inizialmente, è uguale a quello dell’ovocita. La parete è formata da due tipi cellulari: uno strato periferico detto trofectoderma (TE) da cui deriveranno gli annessi embrionali e un piccolo ammasso di cellule in posizione eccentrica detto nodulo embrionale (ICM) da cui deriverà l’embrione vero e proprio. La cavità venutasi a formare si chiama blastocele. (nodulo embrionale è anche detto massa cellulare interna) Le cellule si dividono in maniera simmetrica; queste cellule sono funzionalmente uguali: tagliando a metà l’embrione in questa fase si ottengono 2 embrioni. L’oocita fecondato si evolve in morula, le cellule sono ancora tutte rotondeggianti → non sono un vero e proprio tessuto, sono appoggiate le une alle altre. Successivamente le cellule vengono appiattite e assumono le caratteristiche tipiche dell’epitelio. Lo stadio delle 8-16 cellule è uno stadio critico, perché è il momento in cui si ha l’attivazione del genoma embrionale. Tutto ciò che viene fatto prima di questo stadio avviene grazie alla presenza di sostanze derivanti esclusivamente dall’ovocita (RNA, aa, ecc). In questo momento si attiva il genoma embrionale con la sintesi di tutte le sostanze che servono all’embrione. La blastocisti si forma 6 giorni dopo la fecondazione. All’inizio è ancora racchiusa nella zona pellucida. Nei due giorni successivi aumenta rapidamente di diametro (espansione) fino a lisare la zona e ad uscirne (sgusciare). Il nodulo embrionale (inner cell mass, ICM) si distingue dalla parete formata dal trofectoderma (TE). Nel topo e nell’uomo subito dopo si impianta nella parete uterina. Negli animali domestici, prima di prendere rapporti con l’utero (annidamento) la blastocisti rimane libera nel lume per diversi giorni aumentando notevolmente di diametro (cavallo) o allungandosi fino ad oltre un metro. La secrezione di segnali specifici inibisce la secrezione di prostaglandine da parte dell’utero, prevenendo così la lisi del corpo luteo. La permanenza del corpo luteo assicura la produzione di progesterone che consente l’instaurarsi e il perdurare della gravidanza. La qualità dell’ovocita determina le possibilità di sviluppo dell’embrione. DIFFERENZIAMENTO La capacità di totipotenza diminuisce durante lo sviluppo dell’embrione. Man a mano la plasticità del genoma si riduce e si va incontro al processo di differenziamento: meccanismi genetici → caratteri ereditari che risultano da cambi della sequenza del DNA; meccanismo epigenetico → caratteri ereditari che non dipendono dalla sequenza del DNA. Le cellule totipotenti si specializzano in cellule pluripotenti, che a loro volta evolvono in cellule multipotenti che andranno in contro al totale differenziamento. Le modificazioni epigenetiche durante lo sviluppo fisiologico avvengono gradualmente e a partire da cellule specificamente predisposte: i gameti. SVILUPPO EMBRIONALE E DIFFERENZIAMENTO BLASTOCISTI E SGUSCIAMENTO Alla fase della blastocisti si distinguono il trofectoderma, ben differenziato, il nodulo embrionale che contiene cellule pluripotenti da cui derivano le cellule staminali embrionali, il blastocele (cavità interna) e la zona pellucida che avvolge l’intera blastocisti. Negli ungulati domestici la blastocisti sguscia all’8° giorno (4-5 gg dopo l’arrivo in utero). 9° giorno: Nel nodulo embrionale ora distinguiamo due popolazioni cellulari: l’ipoblasto (1), posto verso il blastocele e l’epiblasto (2) posto verso il trofectoderma (3). La porzione di trofectoderma che ricopre l’epiblasto prende il nome di strato di Rauber (4) ed inizia ad assottigliarsi. 11° giorno: L’ipoblasto si espande a rivestire tutto il blastocele (1) formando il sacco vitellino primitivo. (4) L’epiblasto rimane ancora pluripotente; (2) Lo strato di Rauber inizia a regredire; (3) 13° giorno (stadio del disco embrionale): Lo strato di Rauber è completamente regresso; L’epiblasto entra in contatto con il lume uterino e insieme con l’ipoblasto sottostante prende il nome di disco embrionale; Tra trofectoderma ed epiblasto si formano delle giunzioni strette che servono a mantenere la cavità del sacco vitellino sigillata anche se il trofectoderma non è più continuo. A questo stadio l’embrione è formato solo da epiteli GASTRULAZIONE (formazione dei tre foglietti e degli annessi embrionali) Linea primitiva La linea primitiva è costituita da un accumulo di cellule dell’epiblasto che si forma all’estremità posteriore del disco embrionale. Questo segna l’inizio della gastrulazione (10-12 gg per maiale, pecora, capra e gatto; 14 gg per bovino e cavallo; 16 gg per il cane). Avviene l’ingressione delle cellule che daranno origine al mes-endoderma (da cui si formeranno sia il mesoderma che l’endoderma). Rappresenta la prima transizione epitelio-mesenchimale. Endoderma e sacco vitellino Alcune delle cellule dell’epiblasto che hanno formato la linea primitiva si invaginano e sostituiscono gradualmente le cellule dell’ipoblasto (14) formando l’endoderma embrionale (13). Le cellule dell’endoderma poste ventralmente al disco embrionale (DE) formano la porzione dorsale della parete del sacco vitellino (SV) primitivo (17) e, oltre i margini del disco embrionale, si continuano coll’ipoblasto ora chiamato mesoderma extra- embrionale (15 e 16). La parte di sacco vitellino rivestita da endoderma verrà inglobata dell’embrione e darà origine all’intestino primitivo. La parte rivestita da ipoblasto si localizzerà al di fuori dell’embrione formando il sacco vitellino definitivo. Mesoderma embrionale ed extra-embrionale Altre cellule epiblastiche si staccano dalla linea primitiva e dal trofecroderma per dare origine, rispettivamente, al mesoderma embrionale, posto tra epiblasto ed endoderma nell’ambito del disco embrionale e mesoderma extra-embrionale che si continua al di fuori del disco embrionale. Il mesoderma extraembrionale si divide in 2 lamine: parietale (15) e viscerale (16). La parietale insieme al trofectoderma forma il corion (20); la viscerale insieme all’ipoblasto, o endoderma extraembrionale (cellule verdi) forma la parete del sacco vitellino primitivo (21). La cavità delimitata da corion e Sacco vitellino primitivo è il celoma (19). Tre foglietti embrionali Quando il mesoderma embrionale e l’endoderma definitivo si sono formati, ciò che resta dell’epiblasto assume la denominazione di ectoderma. L’epiblasto quindi è il precursore di tutti e tre i foglietti definitivi del disco embrionale. Formazione dell’amnios All’inizio della gastrulazione il trofectoderma è rivestito internamente da uno strato di mesoderma extra-embrionale ed insieme formano il corion. In seguito, il corion forma le pieghe corion-amniotiche (6) che si ripiegano a rivestire il disco embrionale. In questo modo il disco embrionale si ritrova racchiuso nella cavità amniotica. Il punto in cui le due pieghe corion-amniotiche si fondono prende il nome di mesamnios che collega l’amnios col corion. Se persiste fino al momento del parto, il neonato nasce “nudo” perché l’amnios si lacera (maiale e ruminanti). Se regredisce, il neonato nasce avvolto da un amnios intatto che deve essere lacerato dalla madre o da chi assiste al parto per evitare il soffocamento del neonato (cavallo, cane, gatto). Celoma embrionale ed extra-embrionale Inizialmente il celoma è presento solo fuori dal disco embrionale (celoma extra-embrionale,12) poi lo spazio tra mesoderma viscerale e parietale si estende anche all’interno del disco embrionale dando origine al celoma embrionale (11). Cavità celomatica e sierose La cavità amniotica si ripiega ulteriormente (frecce) dando origine al celoma embrionale (11) che formerà le cavità del corpo (pleura e peritoneo, dette cavità celomatiche). Quando questo processo è ultimato distinguiamo la somatopleura (16), che darà origine al foglietto parietale di pleura e peritoneo, e la splancnopleura (17) da cui deriveranno i rispettivi foglietti viscerali. Si noti il mesamnions (15). Piani del corpo La formazione della linea primitiva determina l’asse cranio-caudale. La linea primitiva è posta all’estremità caudale del disco embrionale e alla sua estremità craniale si forma il nodo primitivo. Il nodo primitivo è formato da una popolazione di cellule specializzate di epiblasto attraverso le quali si invaginano altre cellule dell’epiblasto che, differenziandosi in mesoderma, vanno a formare la notocorda, posta anteriormente alla linea primitiva. Il disco embrionale rappresenta la superficie dorsale e determina l’asse dorso ventrale. Ulteriori strutture primitive Anteriormente la notocorda è delimitata dalla placca precordale. Anteriormente a questa, l’epiblasto è così adeso all’endoderma che non c’è spazio per il mesoderma. In questo punto di forma la membrana bucco-faringea che chiude temporaneamente l’inizio del tubo intestinale primitivo. Posteriormente esiste una struttura simile chiamata membrana cloacale che chiude la futura apertura comune di intestino, apparato urinario e organi genitali. DIFFERENZIAMENTO DELL’ECTODERMA Nel mesoderma si forma la notocorda, struttura cilindrica posta immediatamente al di sotto dell’ectoderma, qui succede un fenomeno comune nello sviluppo embrionale (il differenziamento di un tessuto induce il differenziamento di altre parti): la notocorda (precursore della colonna), induce l’epiblasto a differenziarsi in neuroectoderma. Questo si differenzia inizialmente nella placca neurale. All’inizio la placca è solo un ispessimento lineare, successivamente i margini laterali si sollevano a formare le pieghe neurali. In seguito anche le pieghe neurali si sollevano, originando una profonda scanalatura, la doccia neurale. Quando le pieghe neurali si fondono, la doccia si trasforma nel tubo neurale. La parte laterale delle pieghe neurali che non viene incorporata nel tubo forma le cellule della cresta neurale (cellule che sono considerate un 4° foglietto embrionale). Il neuroectoderma dà origine al sistema nervoso centrale. Quando si forma il tubo neurale, all’inizio è in comunicazione con la cavità amniotica (struttura che si forma attorno al disco neurale, all’interno della quale si sviluppa l’embrione), tramite il neurone anteriore e posteriore. La chiusura della doccia neurale per trasformarsi in tubo neurale inizia in quella che sarà la regione cervicale e procede sia in senso anteriore che posteriore. Per un breve periodo il tubo neurale si apre nella cavità amniotica (a) ad entrambe le estremita, attraverso il neuroporo anteriore e posteriore. La chiusura dei due neuropori rappresenta il processo iniziale della formazione del sistema nervoso centrale che è quindi il primo sistema riconoscibile nell’embrione. Le cellule che rimangono fuori dal tubo neurale formano la cresta neurale che è molto plastica ed andrà a costituire il Sistema nervoso periferico. Le cellule della cresta neurale migrano estensivamente lateralmente dando origine a numerosi e diversi tessuti tanto che da alcuni vengono considerate un vero e proprio 4° foglietto embrionale. Il destino delle diverse cellule dipenderà dalla loro posizione lungo l’asse cefalo-caudale. Ectoderma di rivestimento L’ultima parte dell’ectoderma è l’ectoderma di rivestimento, la parte che riveste tutto l’organismo. Deriva dall’ectoderma che si richiude sopra il tubo neurale e forma l’apparato tegumentale (cute, annessi cutanei, e ghiandole annesse all’apparato tegumentario stesso). Inoltre forma i placoidi ottici e acustici (precursori degli organi di senso: orecchio interno e cristallino). Genera stomodeo, proctodeo (estremità dell’apparato digerente), l’epitelio di rivestimento della cavità orale da cui deriva lo smalto dei denti e l’adenoipofisi. DIFFERENZIAMENTO DEL MESODERMA La formazione del mesoderma è l’evento principale della gastrulazione e si divide in 4 regioni: notocorda (lungo il piano sagittale mediano); mesoderma parassiale, intermedio e laterale, che si dispongono ai lati della notocorda in direzione medio- laterale. NOTOCORDA: Determina la formazione dell’asse mediano. È il modello su cui si va a formare lo scheletro assile. La colonna è una struttura metamerica: si ripete in strutture simili lungo l’asse. Il mesoderma più vicino ad entrambi i lati della notocorda inizia a proliferare e costituisce il mesoderma parassiale. MESODERMA PARASSIALE: La sua formazione inizia, come sempre, in senso cranio caudale. Il mesoderma parassiale, grazie alla formazione di solchi trasversali, si frammenta in tante masserelle di cellule con caratteristiche epiteliali, dette somiti. Il numero di somiti fornice un’indicazione precisa dell’età embrionale (si usa per datare le varie fasi di sviluppo). Il primo segno di formazione dei somiti è dato da aggregazioni lasse di cellule chiamate somiteri che si condensano e formano i somiti. Ogni somite presenta una cavità (somitocele), con cellule indifferenziate (cellule che mantengono lo stato mesenchimale), mentre le cellule esterne assumono una struttura epiteliale. Si formano a coppie su entrambi i lati del tubo neurale. Nella regione della testa i somitomeri, insieme al mesoderma laterale ed alle cellule della cresta neurale, si differenziano in tessuto connettivo, osseo e cartilagine. Nella regione del corpo, i somiti danno origine al derma, muscoli scheletrici ed alle vertebre. Da ogni somite si formano: Sclerotomo → vertebre e costole; Miotomo → muscoli; Dermatomo → derma e sottocute (parti connettivali della cute) del dorso. In seguito ogni miotomo e dermatomo riceverà, dalla cresta neurale, la sua componente nervosa. All’inizio c’è una corrispondenza diretta (la componente del SNP esce perpendicolarmente), quando c’è l’accrescimento e si formano i vari organi la fuoriuscita perpendicolare si perde e l’angolo si restringe in senso caudale. Questa disposizione a segmenti rimarrà valida anche nell’adulto ed avrà ripercussioni cliniche importanti (Anestesia tronculare). MESODERMA INTERMEDIO Dal mesoderma intermedio (porzione di mesoderma che connette il mesoderma parassiale col mesoderma laterale) origina l’apparato uro-genitale. La porzione anteriore forma una struttura transitoria (pronefro) che poi degenera, mentre la porzione caudale rimane come cordone compatto che forma il mesonefro. Dal mesonefro si formano: Dotto di Wolff, che dà origine alle vie genitali maschili (se presente cromosoma Y);  Dotto di Muller, che dà origine alle vie genitali femminili (se non presente cromosoma Y); Creste genitali che rappresentano le gonadi indifferenziate. Il mesonefro regredisce a sua volta per consentire la formazione del metanefro, che dà origine ai reni definitivi. Origine dei gameti e delle gonadi Al momento della formazione di mesoderma ed endoderma un piccolo gruppo di cellule dell’epiblasto esce dall’embrione e si porta nell’angolo tra allantoide e sacco vitellino. Qui le cellule germinali primordiali (PGC: primordial germ cells) proliferano per 2-3 settimane e poi rientrano nell’embrione portandosi nelle creste genitali dove continuano a proliferare fino a quando le gonadi si differenziano e quindi anche loro si differenziano in ovogoni e spermatogoni. Le cellule germinali originano separatamente dalle gonadi e si formano nella porzione caudale del sacco vitellino, poi migrano lungo il mesentere fino ad arrivare alla cresta genitale → gonadi e gameti hanno inizialmente un’origine separata. Le cellule germinali colonizzano la cresta genitale ed iniziano a proliferare, ma sono ancora indifferenziate tra i due sessi. Se è presente un cromosoma Y a questo punto si ha il differenziamento in senso maschile mediato dagli ormoni: AMH (anti-mulleriano) e DHT (diidrotestosterone) → si differenzia il dotto di Wolff. Nelle femmine, non essendo presente AMH, si differenzia il dotto di Muller. MESODERMA LATERALE Il mesoderma laterale dà origine a due lamine: mesoderma somatico (o somatopleura), che fa parte della parete dell’amnios e il mesoderma viscerale (o splancnopleura), che fa parte della parete extra-embrionale che inizialmente è ampia in comunicazione col celoma extra-embrionale. Quando l’amnios si ripiega avvolgendo completamente l’embrione, i due celomi si separano. Il celoma embrionale poi si suddivide nelle cavità: pleurica, pericardica, peritoneale e nei maschi cavità scrotale. Queste cavità sono rivestite dalle rispettive sierose il cui foglietto parietale deriva dalla somatopleura e quello viscerale dalla splancnopleura (origine del mesotelio). Il mesoderma viscerale forma: Mesoderma cardiogenico, da cui si forma il cuore; Emangioblasti, che differenziano ulteriormente in: o Cellule staminali emopoietiche; o Angioblasti, che formano l’endotelio dei vasi; Muscolatura liscia degli organi addominali. Il mesoderma somatico forma: Parete delle cavità celomatiche; Componente mesenchimale degli abbozzi di arti. RIPIEGAMENTI DELL’EMBRIONE I ripiegamenti longitudinale e trasversale, modificano la forma dell’embrione da disco a cilindro, delimitandolo sia longitudinalmente che trasversalmente e separandolo dai suoi annessi. RIPIEGAMENTO LONGITUDINALE O CRANIO-CAUDALE Avviene quando il mesoderma ha formato la notocorda, l’ectoderma e l’endoderma posti alle due estremità sono uniti tra loro e formano la membrana bucco-faringea e la membrana cloacale, cosicché, quando l’ectoderma cresce rapidamente in seguito alla trasformazione del tubo neurale in cervello e midollo spinale, l’embrione si piega in senso ventrale, tale ripiegamento è favorito anche dall’accrescimento in senso longitudinale dell’amnios. In questo modo il corpo viene delimitato in senso longitudinale. RIPIEGAMENTO LONGITUDINALE ANTERIORE Nella regione craniale il cervello (1) quando cresce si proietta oltre l’aria cardiogenica (2), spingendola prima ventralmente e poi caudalmente. In questo modo parte del sacco vitellino primitivo (13) viene incorporato nell’embrione formando l’intestino anteriore (3) che finisce a fondo cieco a livello della membrana bucco-faringea. RIPIEGAMENTO LONGITUDINALE POSTERIORE Nella regione caudale il midollo spinale si proietta oltre la membrana cloacale (4), determinando un ripiegamento caudale in senso ventrale. Ciò che determina l’incorporazione di parte del sacco vitellino primitivo all’interno dell’embrione che darà origine all’intestino posteriore (5). Subito dopo, questo di dilata dando origine alla cloaca. RIPIEGAMENTO TRASVERSALE L’accrescimento del mesoderma parassiale e la formazione dei somiti insieme all’accrescimento trasversale della cavità amniotica portano al ripiegamento della somatopleura verso il piano mediano, formando così un embrione cilindrico. RIPIEGAMENTO TRASVERSALE SOPRA E SOTTO OMBELICALE In queste due regioni il ripiegamento è completo, le pieghe sinistra e destra si fondono e il sacco vitellino primitivo intrappolato nel celoma embrionale si trasforma rispettivamente nell’intestino primitivo anteriore e posteriore. L’intestino primitivo decorre lungo l’asse cranio-caudale dalla membrana bucco-faringea alla membrana cloacale. Risulta diviso in 3 pari: l’intestino anteriore, dalla membrana bucco-faringea all’intestino medio, che è la porzione dove sbocca il dotto vitellino, e l’intestino posteriore, che si continua fino alla membrana cloacale. La porzione più anteriore prende il nome di intestino faringeo, che termina con lo stomodeo (depressione ad imbuto che si trasformerà nella nocca); posteriormente termina col proctodeo, che darà origine al canale anale ed ai genitali esterni. Nel ripiegamento trasversale della regione ombelicale, la chiusura resta incompleta perché le due pieghe stringono il sacco vitellino, ma non lo staccano dall’embrione. Il sacco vitellino viene così diviso in 3 parti: l’intestino primitivo (all’interno dell’embrione), il dotto vitellino (la parte compressa delle pieghe che verrà incorporata dall’ombelico) e il sacco vitellino definitivo, posto fuori dall’embrione nel celoma extra-embrionale. DIFFERENZIAMENTO DELL’ENDODERMA All’inizio la parete dorsale del sacco vitellino primitivo è rivestita dall’endoderma appena formato, mente la parete lateroventrale rimane rivestita da ipoblasto. Al termine dei ripiegamenti longitudinale e trasversale la porzione rivestita da endoderma forma l’intestino primitivo, mentre quella rivestita da ipoblasto forma il sacco vitellino definitivo. Poco dopo la definizione delle 3 parti dell’intestino primitivo da questo si sviluppano i rivestimenti epiteliali di: Sistema gastro-intestinale; Sistema respiratorio; Vescica urinaria e uretra; Cavità e antro timpanici; Tuba uditiva. Dall’endoderma derivano anche il parenchima di tonsille, tiroide, paratiroidi, timo, fegato e pancreas. ANNESSI EMBRIONALI E PLACENTAZIONE Gli annessi embrionali sono organi che circondano l’embrione prima e il feto poi, lo proteggono (es. amnio fornisce all’embrione un ambiente “marino” gli permette di non disidratarsi) durante lo sviluppo. Nei mammiferi si distinguono l’amnios, il corion, il sacco vitellino e l’allantoide. Nei mammiferi vivipari il sacco vitellino va incontro a rapida involuzione in parallelo allo sviluppo del cordone ombelicale della placenta. Uovo amniotico una grossa cellula uovo (il tuorlo o sacco vitellino) ricchissima di un complesso nutritivo detto vitello (lipidi e proteine). una membrana detta allantoide dove si accumulano le sostanze di rifiuto È presente un guscio calcareo permeabile all’ossigeno che permette la respirazione aerea e impedisce la disidratazione; all’interno ci sono il corion e l’amnios, che protegge l’embrione dalla disidratazione e dalla compressione; l’albume gelatinoso fornisce un’ulteriore riserva nutritiva (proteine) per l’embrione, lo isola meccanicamente, lo idrata e lo protegge dalle infezioni microbiche. Formazione dell’amnios All’inizio della gastrulazione il trofectoderma è rivestito internamente da uno strato di mesoderma extra-embrionale ed insieme formano il corion. In seguito, il corion forma le pieghe corion-amniotiche che si ripiegano a rivestire il disco embrionale. In questo modo il disco embrionale si ritrova racchiuso nella cavità amniotica. Il punto in cui le due pieghe corion-amniotiche si fondono prende il nome di mesamnios che collega l’amnios col corion. Se persiste fino al momento del parto, il neonato nasce nudo perché l’amnios si lacera. Se regredisce, il neonato nasce avvolto da n amnios intatto che deve essere lacerato dalla madre o da chi assiste al parto per evitare il soffocamento del neonato (cavallo, cane, gatto). Corion È l'annesso più esterno che avvolge non solo l'embrione ma anche tutti gli altri annessi e stabilisce i rapporti con la mucosa uterina, formando la componente fetale della placenta. La sua parete corrisponde inizialmente al trofoblasto a cui, nel corso dell'amniogenesi, si va ad accollare internamente la somatopleura. La superficie esterna, inizialmente è liscia poi sviluppa una serie di villi primari che, in alcune zone, possono regredire (corion laeve) ed, in altre, differenziarsi con modalità specifiche in funzione del tipo di placenta che si dovrà formare (corion frondosum). Nelle placente più superficiali (per apposizione) i villi sono formati da un asse connettivale vascolarizzato da vasi allantoidei rivestito da un epitelio semplice (citotrofoblasto). Nelle placente che prendono un rapporto più intimo (endoteliocoriali e emocoriali) i villi hanno lo stesso asse connettivale vascolarizzato dall’allantoide, ma sono rivestiti da uno strato di citotrofoblasto più interno (1) e da un sinciziotrofoblasto all’esterno. Sacco vitellino Nei mammiferi ha perso la sua funzione trofica, ma rimane importante perché nella sua parete (mesoderma viscerale della splancnopleura) prendono origine i primi vasi sanguigni. Inoltre, qui si originano le cellule germinali primordiali nell’angolo tra l’allantoide e il sacco vitellino. Allantoide L’allantoide si forma durante la 2a-3a settimana di gestazione come estroflessione dell’endoderma dell’intestino posteriore che si spinge nel celoma extra-embrionale. Intestino posteriore e allantoide rimangono collegati dal dotto allantoideo che, insieme al dotto vitellino, verrà incorporato nel cordone ombelicale. La sua parete è formata da uno strato interno di origine endodermica e da uno strato esterno che deriva dal mesoderma viscerale. Col tempo, l’allantoide assume una forma a T e si estende fino a rivestire, prima parzialmente e poi completamente, l’amnios. Nei mammiferi l’allantoide ha perso l’originaria funzione di vescica urinaria, ma rimane molto sviluppato in quanto fornisce i vasi ai villi coriali e quindi collega l’embrione alla circolazione placentare. Nei carnivori e negli equidi, l’allantoide è molto sviluppato, occupa tutto il celoma extra-embrionale e circonda completamente l’amnios. Anche nei ruminanti e nel suino si espande in tutto il celoma extra-embrionale tranne che in corrispondenza della parte dorsale dove persiste il mesamnios. Cordone ombelicale Il sollevamento dell'embrione sul sacco vitellino e la contemporanea comparsa delle pieghe del corpo determinano la formazione, tra embrione ed annessi, e tra celoma intra ed extra embrionale, di una strozzatura chiamata ombelico cutaneo. Questa strozzatura inizialmente ampia, tende ad allungarsi ed a restringersi formando il cordone ombelicale. È rivestito esternamente da ectoderma embrionale che si continua con l’ectoderma amniotico. All’interno ci sono i dotti vitellino e allantoideo coi relativi vasi, ed è riempito da un tessuto connettivo lasso mucoso e gelatinoso (gelatina di Wharton), che costituisce l'impalcatura del cordone. Ha il compito di proteggere i vasi da possibili costrizioni in caso di piegature del cordone dovute al movimento del feto. Placenta Annesso embrionale tipico dei mammiferi vivipari che provvede agli scambi materno-fetali per la nutrizione, la respirazione e l’escrezione dei cataboliti. Inoltre ha un’importante funzione endocrina secernendo vari ormoni. E’ formata da una componente fetale (corion) ed una materna (endometrio). Prima della formazione della placenta, l’embrione si nutre assorbendo l’istiotrofo (o latte uterino) prodotto dalle ghiandole della mucosa uterina. Dopo la formazione della placenta, la nutrizione avviene attraverso l’emotrofo, cioè mediante l’assunzione dei metaboliti della madre attraverso la circolazione placentare. Le placente vengono classificate in base a diversi fattori. In base alla vascolarizzazione del corion: o Allantoidea → vascolarizzata dai vasi allantoidei (la più diffusa); o Vitellina (o onfaloide) → vascolarizzata dai vasi vitellini (tipica dei marsupiali); presente nei carnivori insieme all’allantoidea per tutta la gravidanza, mentre negli equidi è limitata alla sola prima fase. In base alla distribuzione dei villi coriali: o Diffusa (suino, equidi) → villi su tutta la superficie e affondano in piccole nicchie della mucosa uterina; o Multipla o cotiledonare (ruminanti) → villi raggruppati in piccoli ciuffi (cotiledoni) che si inseriscono in punti ben distinti della mucosa uterina (caruncole) a formare placentomi; o Zonata (carnivori) → i villi del corion frondosum formano un anello che avvolge la fascia equatoriale; o Discoidale (primati e roditori) → i villi sono raggruppati in una zona circolare o ovoidale. In base al rapporto corion-mucosa uterina: o Epitelio-coriale (suino, equidi) → i villi si appongono alla mucosa senza alcuna torsione; o Sinepitelio-coriale (ruminanti) → cellule coriali si fondono con cellule dell’endometrio; o Endotelio-coriale (carnivori) → l’epitelio del corion prende contatto direttamente con l’endotelio dei vasi materni; o Emo-coriale (primati e roditori) → i villi coriali si inseriscono in lacune sanguigne senza nessuno barriera che li separi dal sangue materno. In base al comportamento della mucosa uterina: o Decidua (carnivori, primati e roditori) → placenta che presenta una decidua, cioè profonde modificazioni della mucosa uterina per consentire l’impianto della blastocisti. Quando il corion si distacca al momento del secondamento, si determina un’emorragia più o meno imponente. Si distingue una decidua basale (area in rapporto coi villi coriali), una decidua capsulare (area in rapporto col corion leave), e una decidua parietale (area non coinvolta nell’impianto); o Adecidua (equidi e ruminanti) → placenta in cui la mucosa uterina non ha subito erosione da parte dei villi coriali, come la placenta epitelio coriale degli equidi e la sindesmo-coriale dei ruminanti. Quando i villi coriali si distaccano dalla parete uterina al momento del secondamento non si hanno perdite di sangue. Nei ruminanti la mucosa dell’utero presenta caruncole disposte su 4 file longitudinali, dal corpo a ciascun corso, 8-12 per fila per un totale di 80-120 per utero. Le caruncole hanno diametro iniziale di 1-1.5 cm, diventano di 6-8 × 2-2.5 cm durante la gravidanza quando nelle loro cripte vengono accolti i villi del corion fetale raccolti in cotiledoni ed insieme formano i placentomi. Presenti anche in pecore e capre dove la mucosa uterina può presentare macchie nere di pigmento. FUNZIONI DELLA PLACENTA: Consente gli scambi respiratori e metabolici tra madre e feto. In nessun caso il sangue fetale si mescola con quello materno, per cui gli scambi avvengono attraverso il filtro placentare che ostacola il passaggio di sostanze o microorganismi nocivi. Dalla madre al feto possono però passare farmaci, virus, batteri e parassiti, le placente deciduate consentono anche il passaggio di anticorpi, che così conferiscono una certa protezione immunitaria al feto. Nelle placente adeciduate il passaggio di anticorpi non avviene e la protezione immunitaria viene conferita attraverso l’assunzione del colostro all’inizio dell’allattamento. La placenta è un’importante ghiandola endocrina che produce gonadotropine corioniche (FSH, LH), estrogeni, progesterone e prolattina.  MODIFICAZIONI EPIGENETICHE L’ epigenetica è la scienza che studia i fattori ambientali extracellulari che influenzano i legami tra le proteine regolatrici e il DNA. Si occupa quindi dello studio dei cambiamenti ereditari reversibili nella funzione genetica che si verificano senza un cambiamento nella sequenza del DNA nucleare. Le informazioni di regolazione genetica che non sono espresse nelle sequenze di DNA vengono trasmesse da una generazione (di cellule o organismi) a quella successiva. Fenomeno epigenetico Un cambiamento ereditabile, attraverso mitosi e/o meiosi, che non può essere spiegato da cambiamenti nella sequenza di DNA. Esempi: Differenziamento cellulare Inattivazione di uno dei 2 cromosomi X nelle femmine Imprinting genomico Le cellule di un organismo multicellulare sono geneticamente identiche ma si differenziano in tessuti specifici. Ciò è possibile perché ogni cellula esprime, a seconda del particolare tipo cellulare, diversi insiemi di geni. Queste differenze nell'espressione genica si verificano durante lo sviluppo e vengono mantenute attraverso le successive divisioni cellulari. Il processo epigenetico consente la determinazione della specificità del tessuto nella cellula Inattivazione del cromosoma X Avviene nella femmina La scelta del cromosoma è casuale e avviene nell’epibasto È realizzata da Xist, un RNA non codificante espresso dal cromosoma X inattivo Imprinting La manipolazione dell’embrione di topo ha dimostrato che i genomi maschili e femminili non sono equivalenti, ma complementari. Questo impedisce che i partenoti giungano a termine. Tutti noi ereditiamo due copie di ogni gene autosomico, una copia da nostra madre e una da nostro padre. Entrambe le copie sono funzionali per la maggior parte di questi geni; tuttavia, in un piccolo sottoinsieme una copia è disattivata in modo dipendente dal genitore di origine. Questi geni sono detti “imprintati” perché una copia del gene è stata marcata epigeneticamente o impressa nell'ovulo o nello spermatozoo. Pertanto, l'espressione allelica di un gene imprintato dipende dal fatto che nella generazione precedente risiedesse in un maschio o in una femmina. L'espressione imprintata può anche variare tra tessuti, stadi di sviluppo e specie. Nell'uomo si conoscono circa 60 geni soggetti ad imprinting, in genere autosomici e che controllano la crescita o caratteri neurocomportamentali. Nel bovino e nel maiale 30, nella pecora 15 e nel cane uno. IMPRINTING GENOMICO L’imprinting deve essere reversibile perchè un maschio deve etichettare come paterno anche l’allele che ha ricevuto dalla madre, e viceversa Nelle regioni genomiche soggette ad imprinting è presente un elemento regolatorio, detto centro di imprinting Al momento della formazione di mesoderma ed endoderma un piccolo gruppo di cellule dell’epiblasto escono dall’embrione e si portano nell’angolo tra allantoide e sacco vitellino. Qui le cellule germinali primordiali (PGC, primordial germ cells) proliferano per 2-3 settimane e poi rientrano nell’embrione portandosi nelle creste genitali dove continuano a proliferare fino a quando le gonadi si differenziano e quindi anche loro si differenziano in ovogoni e spermatogoni. Le modificazioni epigenetiche durante lo sviluppo fisiologico avvengono gradualmente a partire dai gameti. MODIFICAZIONI EPIGENETICHE COME CAUSA DI MALATTIA La carestia olandese del 1944 fu una carestia che ebbe luogo nella parte dei Paesi Bassi occupata dai tedeschi. Un blocco tedesco tagliò le spedizioni di cibo e carburante dalle zone agricole per punire la riluttanza degli olandesi ad aiutare lo sforzo bellico nazista. circa 4,5 milioni di persone furono colpite e sopravvissero grazie alle mense dei poveri. I figli delle donne incinte esposte alla carestia erano più soggetti a diabete, obesità, malattie cardiovascolari, microalbuminuria e altri problemi di salute. I figli delle donne incinte durante la carestia erano più piccoli, del previsto. Tuttavia, sorprendentemente, quando questi bambini sono cresciuti e hanno avuto figli, anche loro erano più piccoli della media. MODIFICAZIONI EPIGENETICHE COME PARAMETRO DI SELEZIONE