DOMANDE Embriologia evoluzionistica I dello sviluppo ... · • Anatomia del gene: ... DOMANDE...
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© 978-88-08-05957-4 VIII Embriologia evoluzionistica 23 • Omologie embrionali 24 Embriologia medica e teratologia 27 • Malformazioni genetiche e sindromi 27 • Disordini dello sviluppo e teratogeni 28 ISTANTANEA DEL CAPITOLO 29 ULTERIORI LETTURE 30 VAI ONLINE 30 CAPITOLO 2 Genetica dello sviluppo 31 Prove a favore dell’equivalenza del genoma 32 Gli strumenti di base della genetica dello sviluppo 32 Trascrizione genica differenziale 34 • Anatomia del gene: cromatina attiva e repressa 36 • Anatomia del gene: esoni e introni 37 • Anatomia del gene: promotori e intensificatori (enhancer) 39 • Funzione dei fattori di trascrizione 43 La riprogrammazione cellulare, ossia la modifica del differenziamento cellulare mediante fattori embrionali di trascrizione 45 Metilazione del DNA e controllo della trascrizione 47 • Meccanismi attraverso i quali la metilazione del DNA blocca la trascrizione 48 • Eredità e stabilizzazione dei profili di metilazione del DNA 49 Indice Le domande della biologia dello sviluppo 2 CAPITOLO 1 Anatomia dello sviluppo 5 Il ciclo della vita 6 La vita di una rana 6 • Gametogenesi e fecondazione 6 • Segmentazione e gastrulazione 8 • Organogenesi 10 • Metamorfosi e gametogenesi 11 “Come stai?” 12 • Embriologia comparata 12 • Epigenesi e preformismo 12 • Denominazione delle parti: i foglietti embrionali primari e gli abbozzi degli organi 14 • I quattro principi di Karl Ernst von Baer 16 Seguendo le cellule in movimento: mappe presuntive dell’embrione e discendenze cellulari 17 • Le mappe presuntive 19 • Osservazione diretta di embrioni viventi 19 • Marcatura con coloranti 19 • Marcatura genetica 20 • Chimere ottenute mediante DNA transgenico 22 DOMANDE Introduzione alla biologia dello sviluppo I PARTE
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© 978-88-08-05957-4VIII
Embriologia evoluzionistica 23
•Omologie embrionali 24
Embriologia medica e teratologia 27
•Malformazioni genetiche e sindromi 27
•Disordini dello sviluppo e teratogeni 28
ISTANTANEA DEL CAPITOLO 29ULTERIORI LETTURE 30VAI ONLINE 30
CAPITOLO 2
Genetica dello sviluppo 31
Prove a favore dell’equivalenza del genoma 32
Gli strumenti di base della genetica dello sviluppo 32
Trascrizione genica differenziale 34
•Anatomia del gene: cromatina attiva e repressa 36
•Anatomia del gene: esoni e introni 37
•Anatomia del gene: promotori e intensificatori (enhancer) 39
•Funzione dei fattori di trascrizione 43
La riprogrammazione cellulare, ossia la modifica del differenziamento cellulare mediante fattori embrionali di trascrizione 45
Metilazione del DNA e controllo della trascrizione 47
•Meccanismi attraverso i quali la metilazione del DNA blocca la trascrizione 48
•Eredità e stabilizzazione dei profili di metilazione del DNA 49
Indice
Le domande della biologia dello sviluppo 2
CAPITOLO 1
Anatomia dello sviluppo 5
Il ciclo della vita 6
La vita di una rana 6
•Gametogenesi e fecondazione 6
•Segmentazione e gastrulazione 8
•Organogenesi 10
•Metamorfosi e gametogenesi 11
“Come stai?” 12
•Embriologia comparata 12
•Epigenesi e preformismo 12
•Denominazione delle parti: i foglietti embrionali primari e gli abbozzi degli organi 14
•I quattro principi di Karl Ernst von Baer 16
Seguendo le cellule in movimento: mappe presuntive dell’embrione e discendenze cellulari 17
•Le mappe presuntive 19
•Osservazione diretta di embrioni viventi 19
•Marcatura con coloranti 19
•Marcatura genetica 20
•Chimere ottenute mediante DNA transgenico 22
DOMANDEIntroduzione alla biologia dello sviluppoI
P A R T E
© 978-88-08-05957-4 IXINDICE
•Interazioni istruttive e permissive 81
•Interazioni epitelio-mesenchimali 82
Fattori paracrini: le molecole induttrici 84
•Cascate di trasduzione del segnale: la risposta agli induttori 85
•I fattori di crescita dei fibroblasti e la via di trasduzione del segnale RTK 85
•La via JAK-STAT 88
•La famiglia Hedgehog 90
•La famiglia Wnt 92
•La superfamiglia TGF-b 93
•Altri fattori paracrini 95
Le vie della morte cellulare 96
Segnali iuxtacrini 98
•La via Notch: giustapposizione di ligandi e recettori 98
Il segnale iuxtacrino e l’organizzazione cellulare 99
Mantenimento dello stato differenziato 101
La matrice extracellulare come fonte di importanti segnali di sviluppo 102
•Integrine: i recettori delle molecole della matrice extracellulare 102
Transizione epitelio-mesenchimale 105
ISTANTANEA DEL CAPITOLO 106ULTERIORI LETTURE 106VAI ONLINE 107
Livelli di impegno 109
Specificazione autonoma 110
Specificazione condizionale 112
Gradienti morfogenetici e specificazione cellulare 116
Specificazione sinciziale 117
Sommario 119
Le conseguenze della metilazione del DNA 50
Maturazione differenziale dell’RNA 53
•Regolazione delle fasi iniziali dello sviluppo mediante selezione dell’RNA nucleare 53
•Produzione di famiglie di proteine mediante splicing differenziale dell’nRNA 54
•Enhancer di splicing e fattori di riconoscimento 56
Controllo dell’espressione genica a livello traduzionale 58
•Longevità differenziale dell’mRNA 58
•Inibizione selettiva della traduzione dell’mRNA 58
•I microRNA: regolatori specifici della traduzione e della trascrizione dell’mRNA 61
I microRNA nella regolazione della trascrizione genica 63
•Controllo dell’espressione dell’RNA mediante localizzazione nel citoplasma 64
•Immagazzinamento dell’mRNA nelle cellule cerebrali 65
•Regolazione post-traduzionale dell’espressione genica 66
ISTANTANEA DEL CAPITOLO 66ULTERIORI LETTURE 67VAI ONLINE 68
CAPITOLO 3
Comunicazione fra cellule nello sviluppo 69
Adesione cellulare 70
•Affinità cellulare differenziale 70
•Il modello termodinamico delle interazioni cellulari 72
•Caderine e adesione cellulare 73
Modificazioni della forma e morfogenesi epiteliale: “La forza è potente in te” 76
Migrazione cellulare 78
Segnalazione cellulare 79
•Induzione e competenza 79
•Cascate di induzione: eventi induttivi reciproci e sequenziali 80
SPECIFICAZIONEIntroduzione all’impegno cellulare e ai primi stadidello sviluppo embrionale
IIP A R T E
© 978-88-08-05957-4X INDICE
CAPITOLO 5
Esempi dei primi stadi di sviluppo negli invertebrati 159
PRIMI STADI DELLo SvILuPPo: uNA PANoRAMICA 159
Segmentazione 159
•Dalla fecondazione alla segmentazione 160
•I meccanismi citoscheletrici della mitosi 161
•Profili di segmentazione embrionale 162
Gastrulazione 162
Specificazione delle cellule e determinazione degli assi 164
PRIMI STADI DELLo SvILuPPo DEL RICCIo DI MARE 165
La segmentazione nel riccio di mare 165
•Formazione della blastula 166
•Mappe presuntive e determinazione dei blastomeri nel riccio di mare 166
•Reti globali di regolazione e specificazione del mesenchima scheletogeno 167
•Specificazione delle cellule del polo vegetativo 171
•Specificazione degli assi 172
La gastrulazione nel riccio di mare 172
•Ingresso del mesenchima scheletogeno (primario) 172
•Invaginazione dell’archenteron 176
PRIMI STADI DI SvILuPPo DELLE LuMAChE 178
La segmentazione degli embrioni di lumaca 178
•Mappa presuntiva della lumaca 181
•Il lobo polare: determinazione cellulare e formazione degli assi 182
La gastrulazione nelle lumache 185
Adattamento mediante modificazione della segmentazione embrionale 186
PRIMI STADI DI SvILuPPo DEI TuNICATI 187
La segmentazione nei tunicati 187
•La mappa presuntiva dei tunicati 188
•Specificazione autonoma e condizionata dei blastomeri nei tunicati 188
CAPITOLO 4
Fecondazione: l’inizio di un nuovo organismo 121
La struttura dei gameti 121
•Lo spermatozoo 121
•L’uovo 125
•Riconoscimento tra spermatozoo e uovo 127
Fecondazione esterna nel riccio di mare 127
•Attrazione degli spermatozoi: azione a distanza 128
•La reazione acrosomale 130
•Riconoscimento del rivestimento extracellulare dell’uovo 131
•Fusione delle membrane cellulari dell’uovo e dello spermatozoo 133
•Il blocco rapido della polispermia 134
•Il blocco lento della polispermia 136
•Lo ione calcio come iniziatore della reazione dei granuli corticali 138
L’attivazione del metabolismo dell’uovo nel riccio di mare 139
•Rilascio degli ioni calcio intracellulari 139
•Effetti del calcio 142
•Fusione del materiale genetico 144
Regole della prova sperimentale: “Trovalo, perdilo, muovilo” 145
Fecondazione interna nei mammiferi 146
•Il viaggio dei gameti nell’ovidotto: traslocazione e capacitazione 147
•In prossimità dell’oocita: iperattivazione, termotassi e chemiotassi 149
•Riconoscimento a livello della zona pellucida 149
•Fusione dei gameti e prevenzione della polispermia 152
•Fusione del materiale genetico 153
La non equivalenza dei pronuclei nei mammiferi 155
•Attivazione dell’uovo dei mammiferi 155
Conclusioni 156
ISTANTANEA DEL CAPITOLO 156ULTERIORI LETTURE 158VAI ONLINE 158
© 978-88-08-05957-4 XIINDICE
•Gradienti materni: regolazione della polarità da parte del citoplasma dell’oocita 218
•Il modello molecolare: gradienti di proteine nell’embrione a stadi iniziali 219
•Il centro di organizzazione anteriore: i gradienti proteici di Bicoid e Hunchback 222
•Il gruppo di geni delle parti terminali 224
•Riassumendo: inizio della specificazione dell’asse antero-posteriore in Drosophila 225
Geni della segmentalità 225
Segmenti e parasegmenti 226
•I geni gap 227
•I geni pair-rule 228
•I geni della polarità segmentale 231
I geni selettori omeotici 233
•Avvio e mantenimento dei profili d’espressione dei geni omeotici 235
•Geni realizzatori 235
Assi corporei e abbozzi degli organi: il modello delle coordinate cartesiane 236
Conclusioni 237
ISTANTANEA DEL CAPITOLO 237ULTERIORI LETTURE 238VAI ONLINE 239
CAPITOLO 7
Anfibi e pesci Primi stadi dello sviluppo e formazione degli assi 241
PRIMI STADI DELLo SvILuPPo DEGLI ANFIbI 242
Fecondazione, rotazione corticale e segmentazione 242
•La segmentazione radiale oloblastica ineguale 243
•La transizione della blastula intermedia: l’embrione si prepara alla gastrulazione 244
La gastrulazione negli anfibi 245
•Rotazione vegetativa e invaginazione delle cellule a fiasco 245
La fibronectina e i percorsi di migrazione del mesoderma 250
•Specificazione degli assi embrionali 191
La gastrulazione nei tunicati 191
IL NEMAToDE c. elegans 193
Segmentazione e formazione degli assi in c. elegans 193
•Segmentazione rotazionale dell’uovo di C. elegans 193
•Formazione dell’asse antero-posteriore 193
•Formazione degli assi dorso-ventrale e destra-sinistra 196
•Regolazione dell’identità dei blastomeri 196
La gastrulazione in c. elegans 199
Conclusioni 200
ISTANTANEA DEL CAPITOLO 200ULTERIORI LETTURE 201VAI ONLINE 202
CAPITOLO 6
La genetica della specificazione degli assi in Drosophila 203
PRIMI STADI SvILuPPo DI DrosoPhila 204
La fecondazione 204
La segmentazione 204
•La transizione della blastula intermedia 205
La gastrulazione 207
GENI ChE MoDELLANo IL PIANo CoRPoREo DI DrosoPhila 208
Formazione dell’asse primario durante l’oogenesi 209
•Polarità antero-posteriore dell’oocita 209
•Modellatura dorso-ventrale nell’oocita 211
Generazione del profilo dorso-ventrale nell’embrione 212
•Dorsal, il morfogeno ventrale 212
•Generazione del gradiente nucleare di Dorsal 214
•Effetti del gradiente della proteina Dorsal 214
L’asse sinistro-destro 217
Segmentazione e organizzazione antero-posteriore del corpo 217
© 978-88-08-05957-4XII INDICE
La segmentazione 287
La gastrulazione negli uccelli 288
•L’ipoblasto 288
•La stria primitiva 288
•Meccanismi molecolari alla base della migrazione attraverso la stria primitiva 292
•Regressione della stria primitiva ed epibolia dell’ectoderma 294
Specificazione degli assi e “organizzatore” negli uccelli 295
•Il ruolo della forza di gravità e la PMZ 295
•L’“organizzatore” dell’embrione di pollo 296
•Modellatura antero-posteriore 297
•Formazione dell’asse destro-sinistro 298
PRIMI STADI DELLo SvILuPPo NEI MAMMIFERI 300
La segmentazione 300
•La natura peculiare della segmentazione dei mammiferi 300
•Compattazione 301
Trofoblasto o ICM? 302
•Estrusione della blastocisti dalla zona pellucida 304
La gastrulazione nei mammiferi 304
•Modificazioni per lo sviluppo all’interno di un altro organismo 305
•Formazione delle membrane extraembrionali 307
Gemelli e chimere 309
Formazione degli assi nei mammiferi 311
•L’asse antero-posteriore: due centri di segnalazione 311
•Modellatura antero-posteriore da parte dei gradienti di FGF e acido retinoico 312
•Modellatura dell’asse antero-posteriore: l’ipotesi del codice Hox 314
•Analisi sperimentale del codice Hox 315
Gli assi dorso-ventrale e destro-sinistro 316
•L’asse dorso-ventrale 316
•L’asse destro-sinistro 317
Conclusioni 318
ISTANTANEA DEL CAPITOLO 321ULTERIORI LETTURE 321VAI ONLINE 322
•Epibolia dell’ectoderma prospettico 251
Determinazione progressiva degli assi degli anfibi 252
•Hans Spemann: interazioni induttive nello sviluppo regolativo 253
•Hans Spemann e Hilde Mangold: l’induzione embrionale primaria 255
Meccanismi molecolari della determinazione degli assi negli anfibi 256
•Come si forma l’organizzatore? 257
•Le funzioni dell’organizzatore 263
•Induzione dell’ectoderma neurale e del mesoderma dorsale: inibitori di BMP 263
•Induttori epidermici: le proteine BMP 265
BMP4 e l’aragosta di Geoffroy 267
La specificità regionale dell’induzione neurale 267
•Induzione del capo: gli inibitori di Wnt 267
•Le molecole che modellano il tronco: segnali Wnt e acido retinoico 270
Specificazione dell’asse destro-sinistro 272
PRIMI STADI DELLo SvILuPPo NEL PESCE zEbRA (zEbRAFISh) 272
Segmentazione 274
Gastrulazione e formazione dei foglietti embrionali 276
Formazione degli assi in zebrafish 278
•Formazione dell’asse dorso-ventrale 278
•Il centro di Nieuwkoop dei pesci 280
•Formazione dell’asse antero-posteriore 281
•Formazione dell’asse destro-sinistro 282
Conclusioni 283
ISTANTANEA DEL CAPITOLO 283ULTERIORI LETTURE 284VAI ONLINE 285
CAPITOLO 8
Uccelli e mammiferi Primi stadi dello sviluppo e formazione degli assi 287
PRIMI STADI DELLo SvILuPPo NEGLI uCCELLI 287
© 978-88-08-05957-4 XIIIINDICE
L’unicità dello sviluppo del cervello umano 356
Lo SvILuPPo DELL’oCChIo NEI vERTEbRATI 359
Le dinamiche dello sviluppo dell’occhio 359
Formazione del campo dell’occhio 360
Differenziamento cellulare nell’occhio dei vertebrati 362
•Differenziamento della neuroretina 362
•Differenziamento del cristallino e della cornea 364
L’EPIDERMIDE E L’oRIGINE DELLE STRuTTuRE CuTANEE 365
origine dell’epidermide 365
Gli annessi cutanei 366
Le sindromi EDAR 369
ISTANTANEA DEL CAPITOLO 370ULTERIORI LETTURE 371VAI ONLINE 372
CAPITOLO 10
Le cellule della cresta neurale e la specificità assonale 373
LA CRESTA NEuRALE 373
Specificazione delle cellule della cresta neurale 374
Regionalizzazione della cresta neurale 376
La cresta neurale del tronco 377
•Percorsi di migrazione delle cellule della cresta neurale del tronco 377
•I meccanismi di migrazione della cresta neurale del tronco 378
•Il percorso ventrale 379
•Il percorso di migrazione dorso-laterale 382
La cresta neurale cefalica 383
•Ossificazione intramembranosa: lo scheletro del capo prodotto dalla cresta neurale 385
•Coordinamento della crescita di strutture facciali e del cervello 387
•La formazione dei denti 387
Il concetto di cellula staminale 323
Il vocabolario delle cellule staminali 326
Cellule staminali adulte 327
Le nicchie delle cellule staminali adulte 328
Le cellule staminali mesenchimali: cellule staminali adulte multipotenti 330
una nuova prospettiva per l’organogenesi 332
CAPITOLO 9
La comparsa dell’ectoderma il sistema nervoso centrale e l’epidermide 333
Formazione delle cellule neurali 333
CoSTRuzIoNE DEL SISTEMA NERvoSo CENTRALE 334
Formazione del tubo neurale 334
•Neurulazione primaria 335
•Neurulazione secondaria 340
LA CoSTRuzIoNE DEL CERvELLo 341
Differenziamento del tubo neurale 341
•L’asse antero-posteriore 341
•L’asse dorso-ventrale 343
Differenziamento dei neuroni cerebrali 345
Architettura tissutale del sistema nervoso centrale 348
•Organizzazione del midollo spinale e del midollo allungato 349
•Organizzazione del cervelletto 350
•Organizzazione dell’encefalo 351
Cellule staminali neuronali adulte 354
IL CONCETTODI CELLULA STAMINALE
Introduzione all’organogenesi
IIIP A R T E
© 978-88-08-05957-4XIV INDICE
•Differenziamento dei somiti 419
•Determinazione dello sclerotomo 421
•Determinazione del dermamiotomo centrale 422
•Determinazione del miotomo 423
Miogenesi: lo sviluppo del muscolo 424
•Proteine miogeniche bHLH 424
•Specificazione dei precursori cellulari del muscolo 424
•Fusione dei mioblasti 424
osteogenesi: lo sviluppo delle ossa 426
•Ossificazione encondrale 426
•Formazione delle vertebre 428
Formazione dell’aorta dorsale 429
Formazione dei tendini: il sindetomo 430
MESoDERMA INTERMEDIo: IL SISTEMA uRoGENITALE 431
•Il succedersi di diverse tipologie di rene 431
La specificazione del mesoderma intermedio: Pax2/8 e Lim1 432
•Interazioni reciproche dei tessuti renali in via di sviluppo 433
•I meccanismi dell’induzione reciproca 434
Conclusioni 440
ISTANTANEA DEL CAPITOLO 441ULTERIORI LETTURE 441VAI ONLINE 442
CAPITOLO 12
Il mesoderma della piastra laterale e l’endoderma 443
MESoDERMA DELLA LAMINA LATERALE 443
Lo sviluppo del cuore 444
•Specificazione del tessuto del cuore 444
•Migrazione dei precursori cellulari del cuore 446
•Determinazione dei domini cardiaci anteriori e posteriori 447
•Differenziamento della cellula cardiaca 448
•Fusione degli abbozzi e primi battiti cardiaci 450
•Ripiegamento del tubo cardiaco e formazione delle camere cardiache 451
La cresta neurale cardiaca 388
I placodi cefalici 389
Migrazione e specificazione delle cellule della cresta neurale cefalica 391
SPECIFICAzIoNE NEuRoNALE E SPECIFICITÀ ASSoNALE 392
La generazione della diversità neuronale 393
Generazione dei profili d’innervazione 394
•Adesione cellulare e guida per contatto mediante meccanismi molecolari di attrazione e repulsione 396
•Guida mediante molecole diffusibili 398
•Selezione del bersaglio 400
•Formazione della sinapsi: sviluppo dipendente dall’attività 402
•Sopravvivenza differenziale dopo l’innervazione: fattori neurotrofici 402
Il cervello arcobaleno (Brainbow) 404
•Vie verso la gloria: migrazione degli assoni ganglionari della retina 404
Lo sviluppo dei comportamenti: costanza e plasticità 408
ISTANTANEA DEL CAPITOLO 409ULTERIORI LETTURE 410VAI ONLINE 410
CAPITOLO 11
Il mesoderma parassiale e intermedio 411
MESoDERMA PARASSIALE: I SoMITI E I LoRo DERIvATI 412
La formazione dei somiti 414
•Periodicità della formazione del somite 414
•Dove si formano i somiti: la via Notch 415
•La separazione dei somiti dal mesoderma non segmentato 416
Coordinamento di onde di espressione genica e orologi molecolari nella formazione del somite 417
•L’epitelizzazione del somite 417
•Specificazione dei somiti lungo l’asse antero-posteriore 418
© 978-88-08-05957-4 XVINDICE
•Induzione della gemma iniziale dell’arto: proteine Wnt e fattori di crescita dei fibroblasti 486
•Specificazione dell’arto anteriore o posteriore 486
Formazione dell’asse prossimo-distale dell’arto 489
•La cresta ectodermica apicale 489
•Le molecole della famiglia FGF nell’induzione dell’AER 490
•Specificazione del mesoderma dell’arto: determinazione della polarità prossimo-distale dell’arto 491
•Modello di reazione-diffusione per la specificazione degli arti 493
Specificazione dell’asse antero-posteriore dell’arto 493
•La zona ad attività polarizzante 493
Modificazioni d’espressione dei geni Hox durante lo sviluppo degli arti 496
•Specificazione dell’identità delle dita mediante Sonic hedgehog 498
Formazione dell’asse dorso-ventrale 500
•Coordinazione fra i tre assi 500
Morte cellulare e formazione delle dita e delle articolazioni 502
•Modellatura dell’autopodio 502
Sviluppo ed evoluzione dell’arto 503
•Formazione delle articolazioni 504
L’accrescimento continuo degli arti: le cartilagini epifisarie 506
•Recettori dei fattori di crescita dei fibroblasti: il nanismo 506
•Ormone della crescita e recettori degli estrogeni 507
•Peptide correlato all’ormone paratiroideo e Indian hedgehog 507
Conclusioni 507
ISTANTANEA DEL CAPITOLO 507ULTERIORI LETTURE 508VAI ONLINE 508
CAPITOLO 14
La determinazione del sesso 509
LA DETERMINAzIoNE CRoMoSoMICA DEL SESSo 510
Redirezionamento della circolazione sanguigna nei neonati dei mammiferi 453
Formazione dei vasi sanguigni 455
•Condizionamenti nella costruzione dei vasi sanguigni 455
•Formazione iniziale dei vasi sanguigni: la vasculogenesi 456
•Angiogenesi: gemmazione di vasi sanguigni e rimodellamento dei letti vascolari 460
•Differenziamento di arterie e vene 460
•Formazione organo-specifica dei capillari 461
•Anti-angiogenesi nello sviluppo normale e anormale 463
•I vasi linfatici 463
Emopoiesi: il concetto di cellula staminale 464
•Sedi dell’emopoiesi 464
•Le cellule staminali impegnate e il loro destino 465
•Microambienti emopoietici induttivi 468
•Costruzione di una nicchia delle cellule staminali 468
ENDoDERMA 469
La faringe 469
Il tubo digerente e i suoi derivati 471
•Specificazione del tessuto del tubo digerente 471
•Fegato, pancreas e cistifellea 473
Specificazione del fegato e del pancreas 474
Il canale (albero) respiratorio 476
Le membrane extraembrionali 478
•L’amnios e il corion 480
•L’allantoide e il sacco vitellino 480
ISTANTANEA DEL CAPITOLO 480ULTERIORI LETTURE 481VAI ONLINE 482
CAPITOLO 13
Lo sviluppo dell’arto dei tetrapodi 483
Formazione delle gemme (abbozzi) degli arti 485
•Specificazione dei campi degli arti 485
© 978-88-08-05957-4XVI INDICE
ISTANTANEA DEL CAPITOLO 537ULTERIORI LETTURE 538VAI ONLINE 538
CAPITOLO 15
Lo sviluppo post-embrionale Metamorfosi, rigenerazione e invecchiamento 539
METAMoRFoSI: LA RIATTIvAzIoNE oRMoNALE DELLo SvILuPPo 539
La metamorfosi negli anfibi 540
•Modificazioni morfologiche associate alla metamorfosi degli anfibi 540
•Controllo ormonale della metamorfosi degli anfibi 543
•Programmi di sviluppo a specificità regionale 545
Variazioni sul tema della metamorfosi degli anfibi 546
La metamorfosi degli insetti 548
•Dischi immaginali 549
•Determinazione dei dischi immaginali dell’ala 552
•Controllo ormonale della metamorfosi degli insetti 554
•Biologia molecolare dell’azione del 20-idrossiecdisone 554
RIGENERAzIoNE 558
Rigenerazione per epimorfosi degli arti di salamandra 558
•Formazione del cappuccio epidermico apicale e del blastema di rigenerazione 559
•Proliferazione delle cellule del blastema: la richiesta di nervi e AEC 559
Come fanno le cellule del blastema a riconoscere i loro livelli prossimale e distale? 562
Rigenerazione per morfallassi nelle idre 564
•Il gradiente di attivazione della testa 565
•Il gradiente di inibizione della testa 565
•L’ipostoma come “organizzatore” 566
•I gradienti di attivazione e di inibizione del disco basale 567
Lo schema dei mammiferi: determinazione primaria e secondaria del sesso 510
Determinazione primaria del sesso nei mammiferi 510
•Sviluppo delle gonadi 510
•Meccanismi della determinazione primaria del sesso nei mammiferi: il momento delle scelte 513
•Il percorso ovarico: Wnt4 e R-spondin1 514
•Il percorso testicolare 516
•Al posto giusto e al momento giusto 519
I misteri del differenziamento delle gonadi 519
Determinazione secondaria del sesso nei mammiferi: regolazione ormonale del fenotipo sessuale 521
•Analisi genetica della determinazione secondaria del sesso 521
•La sessualità cerebrale: la determinazione secondaria del sesso è mediata da un altro percorso metabolico? 523
La sessualità cerebrale: determinanti sessuali e comportamento nei topi e nei ratti 524
Determinazione cromosomica del sesso in Drosophila 527
•Il gene Sex-lethal 527
•Doublesex: il gene che funziona da interruttore per la determinazione del sesso 530
•Sessualità cerebrale in Drosophila 531
Compensazione del dosaggio 532
DETERMINAzIoNE AMbIENTALE DEL SESSo 532
Nei rettili la determinazione del sesso può dipendere dalla temperatura 532
•L’ipotesi dell’aromatasi spiega il legame della determinazione del sesso all’ambiente 533
•Estrogeni, aromatasi, inversione del sesso e biologia della conservazione 533
La determinazione del sesso può dipendere anche dal luogo in cui si trova un organismo 534
Conclusioni 536
© 978-88-08-05957-4 XVIIINDICE
La maturazione dei gameti 600
•Maturazione dell’oocita nelle rane 601
•Trascrizione genica negli oociti degli anfibi 603
•Oogenesi meroistica negli insetti 604
Gametogenesi nei mammiferi 605
•Spermatogenesi 605
•Oogenesi 609
Conclusioni 611
ISTANTANEA DEL CAPITOLO 612ULTERIORI LETTURE 613VAI ONLINE 613
Proprietà dipendenti dal contesto 617
Emersione 617
Regole specifiche per ogni livello 618
Causalità eterogenea 618
Integrazione 619
Moduli e robustezza 620
CAPITOLO 17
Rilevanza medica della biologia dello sviluppo 623
MALATTIE DELLo SvILuPPo 624
Errori genetici dello sviluppo umano 624
La natura delle sindromi umane 625
Eterogeneità genetica e fenotipica 626
Teratogenesi: aggressioni dell’ambiente allo sviluppo umano 626
Diagnosi prenatale e genetica preimpianto 627
•L’alcool come agente teratogeno 628
Rigenerazione compensatrice nel fegato dei mammiferi 568
L’INvECChIAMENTo E LA bIoLoGIA DELLA SENESCENzA 569
Geni e invecchiamento 569
•Geni che codificano le proteine di riparazione del DNA 570
•L’invecchiamento e la cascata del segnale dell’insulina 571
•Integrazione delle vie conservate dell’invecchiamento 572
Cause ambientali ed epigenetiche dell’invecchiamento 573
•Induzione della longevità 576
Eccezioni alla regola dell’invecchiamento 577
ISTANTANEA DEL CAPITOLO 578ULTERIORI LETTURE 579VAI ONLINE 580
CAPITOLO 16
La saga della linea germinale 581
Il plasma germinale e la determinazione delle cellule germinali primordiali 581
•Determinazione delle cellule germinali nei nematodi 582
•Determinazione delle cellule germinali negli insetti 583
•Determinazione delle cellule germinali negli anfibi e nei pesci 586
•Determinazione delle cellule germinali nei mammiferi 586
•L’ipotesi del genoma inerte 587
Pluripotenza, cellule germinali e cellule staminali embrionali 588
La migrazione delle cellule germinali 590
•Migrazione delle cellule germinali in Drosophila 590
•Migrazione delle cellule germinali nei vertebrati 592
Meiosi 596
Decisioni importanti: mitosi o meiosi? Spermatozoo o uovo? 598
BIOLOGIADEI SISTEMI
La biologia dello sviluppo estesa a medicina, ecologia ed evoluzione
IVP A R T E
© 978-88-08-05957-4XVIII INDICE
L’apprendimento: plasticità del sistema nervoso nello sviluppo 666
•Modificazioni del sistema visivo dei mammiferi indotte dall’esperienza 666
Cicli della vita e polifenismi 668
•Diapausa 668
•Insediamento larvale 669
•Il rospo dai piedi a vanga: una vita difficile 669
Scelte cruciali nel ciclo della vita: il caso di Dictyostelium 670
Simbiosi nello sviluppo 673
•Meccanismi di sviluppo simbiotico: come mettere d’accordo i partner 673
•La simbiosi Euprymna-Vibrio 675
•Mutualismo obbligato nello sviluppo 675
•Simbiosi nell’intestino dei mammiferi 676
Conclusioni 677
ISTANTANEA DEL CAPITOLO 679ULTERIORI LETTURE 679VAI ONLINE 680
CAPITOLO 19
Meccanismi di sviluppo e modificazioni evolutive 681
“unità di tipo” e “condizioni di esistenza”: la sintesi di Charles Darwin 681
Le precondizioni per l’evoluzione si generano attraverso modificazioni dello sviluppo 682
•Modularità: la divergenza attraverso la dissociazione 682
•Parsimonia molecolare: duplicazione genica e divergenza 684
una profonda omologia 686
Meccanismi della modificazione evolutiva 687
•Eterotopìa 687
•Eterocronìa 690
•Eterometrìa 691
•Eterotipìa 694
Limitazioni all’evoluzione dovute allo sviluppo 695
•L’acido retinoico come agente teratogeno 631
•Disorganizzatori endocrini 632
•Altri agenti teratogeni 637
Sindrome da disgenesìa testicolare ed effetti transgenerazionali dei disorganizzatori endocrini 638
Il cancro come malattia dello sviluppo 641
•Tumori dipendenti dal contesto 641
•L’ipotesi delle cellule staminali: il cancro inteso come malattia da deregolazione della staminalità 642
•Il cancro inteso come ritorno all’invasività embrionale: la migrazione è riattivata 643
•Cancro e regolazione epigenetica 643
Le origini embrionali delle malattie a esordio adulto 644
TERAPIE bASATE SuLLo SvILuPPo 646
Terapia antiangiogenesi 646
Cellule staminali e rigenerazione dei tessuti 647
•Cellule staminali embrionali 647
•Cellule staminali pluripotenti indotte 649
•Cellule staminali adulte e terapia rigenerativa 652
•Transdifferenziamento diretto 654
Conclusioni 654
ISTANTANEA DEL CAPITOLO 654ULTERIORI LETTURE 655VAI ONLINE 656
CAPITOLO 18
Plasticità e simbiosi nello sviluppo 657
L’ambiente come agente normale nella produzione dei fenotipi 657
•Polifenismi indotti dalla dieta 659
•Polifenismo indotto da predatori 661
•La temperatura come agente ambientale 663
Induzione ambientale di fenotipi comportamentali 665
•Ansia negli adulti e metilazione del DNA regolata dall’ambiente 665
© 978-88-08-05957-4 XIXINDICE
•Fissazione dei fenotipi indotti dall’ambiente 707
un’interpretazione dell’evoluzione basata sullo sviluppo 708
ISTANTANEA DEL CAPITOLO 708ULTERIORI LETTURE 709VAI ONLINE 710
Glossario 711Vade mecum 739 crediti 741indice analitico 743
•Limitazioni fisiche 696
•Limitazioni morfogenetiche: il modello di reazione-diffusione 696
•Limitazioni filetiche 698
variazione epigenetica selezionabile 700
•Eredità transgenerazionale di tratti fenotipici indotti dall’ambiente 701
•Assimilazione genetica 703
Hsp90 e assimilazione genetica 704
