Wnt signaling

Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005

Gsc attiva le proprietà di migrazione delle cellule del labbro dorsale del blastoporo (embolia ed estensione convergente) ed attiva geni fondamentali per la formazione del mesoderma anteriore ed ectoderma encefalico presuntivo.

La massima espressione di gsc

viene indotta nell’organizzatore

dal centro di Nieuwkoop. gsc

attiva geni che determinano

movimenti di embolia ed

estensione convergente delle

cellule del labbro dorsale del

blastoporo.

Iniezione di gsc mRNA nei blastomeri vegetativi ventrali allo stadio di 16 cellule determina un

secondo labbro dorsale e di conseguenza un secondo asse.

Stage-35 embryos injected at the 4-cell stage in a single ventral blastomere with 250 pg of β-catenin RNA alone (A) or in combination with 250 pg of ΔN-Tcf3 RNA (B).

(A–D) Embryos allowed to develop until sibling stage 27. Anterior is to the left. (A) shows phenotypes of embryos injected with 250 pg of ΔN RNA in both dorsal blastomeres at the 4-cell stage. (B) shows a horizontal section of an embryo as in (A), with blastopore to the right.(C and D) Embryos injected with a combination of 250 pg of ΔN RNA and 250 pg of β-gal RNA (C) or β-gal RNA alone (D).(E and F) In situ hybridization with goosecoid on embryos injected with 250 pg of ΔN (E) or 250 pg of β-gal (F) analyzed at stage 11. Dorsal view of cleared embryos with the dorsal blastopore lip to the bottom. Some nonspecific staining occurs in the blastocoel cavity in (E).

centro di Nieuwkoop

Analisi d’espressione a vari stadi

di sviluppo mediante RT-PCR. Gli

Xnr (nodal related) sono induttori

del mesoderma e vengono

espressi in modo temporalmente

specifico.

ODC (ornitina decarbossilasi)

viene usata come controllo.

(Nieuwkoop and Faber, 1994).

Agius et al., Development 127 (2000)

Endogenous Xnrs are expressed at the right time and place to function as mesoderm inducers. Dissections of embryos at stage 9 showing that Xnr1, Xnr2 and Xnr4 are expressed in the endoderm and at higher levels dorsally than ventrally. Vg1 is expressed uniformly in the vegetal pole.

Agius et al., Development 127 (2000)

V

D

Exp di Nieuwkoop ripetuti utilizzando

inibitore* dei fattori nodal-related (che

NON inibisce Vg1, VegT, activina):

nessuna induzione del mesoderma

*Cer-S = Cerberus-short, frammento C-terminale di Cerberus, fattore secreto che inibisce l’induzione del mesoderma da parte dei nodal-related

Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005, Agius et al., Development 127 (2000)

VegT+Vg1+-catenina sinergizzano per attivare i geni Nodal-related. Poiché VegT e Vg1 sono localizzati ventralmente e -catenina solo dorsalmente, si instaura un gradiente di segnale Nodal

Mesoderma laterale

Concentrazione intermedia

Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005

Il labbro dorsale di tritone induce strutture neurali nel tessuto ectodermico.

gsc attiva fattori solubili necessari alla determinazione degli assi.

La prima delle molecole solubili secrete

dall’organizzatore (noggin) viene individuata da Smith e

Harland (1992). Anzitutto trattano embrioni di Xenopus

con Cloruro di Litio (LiCl) in modo da ottenere gastrule

dorsalizzate (il LiCl aumenta l’area del mesoderma

organizzatore nella zona marginale inibendo GSK3) allo

scopo di aumentare la frazione degli mRNA dei geni del

l’organizzatore rispetto al totale degli mRNA. Quindi

costruiscono una libreria plasmidica di cDNA, dalla

quale sintetizzano cRNA che vengono iniettati in

embrioni irradiati con UV (quindi, ventralizzati). I

messaggeri in grado di restituire agli embrioni

ventralizzati l’asse dorsale codificano per i fattori

d’interesse.

noggin

[mRNA noggin]

UV

noggin

noggin

Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, 2005

Noggin induce l’ectoderma

dorsale a divenire tessuto

neurale ed è in grado di

conferire destino dorsale a

cellule mesodermiche che

altrimenti andrebbero incontro

a destino ventrale.

Noggin lega BMP2 e BMP4,

impedendo loro di legarsi ai

recettori.

visione dorsale visione laterale

chordin + nodal-related 3

Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, 2005

Chordin è stato isolato da embrioni dorsalizzati (assente in embrioni ventralizzati) per la sua capacità

d’indurre assi secondari quando iniettato nei blastomeri ventrali. Si esprime nel labbro dorsale del

blastoporo e, successivamente, nella notocorda. Deplezione di Chordin mediante oligonucleotidi antisenso

morpholino causa assenza del Sistema Nervoso Centrale in Xenopus. Come Noggin, anche Chordin lega

BMP2 e BMP4 impedendo loro di interagire coi recettori.

Nodal-related 3 (Xnr-3) agisce in modo analogo a Noggin e Chordin.

pre-gastrulazione gastrulazione

follistatinaHemmati-Brivanlou e Melton generano un

dominante negativo per il recettore dell’activina

(allo scopo di bloccarne il pathway) che iniettano

nell’embrione di Xenopus. Risultato: tutto

l’ectoderma diventa tessuto neurale (Hemmati-

Brivanlou & Melton, 1997).

Modello della Neurulazione per Difetto:

l’organizzatore produce inibitori degli induttori del

l’epidermide. Quindi, la condizione di base

dell’ectoderma è neurale, mentre l’epidermide

deve venire indotta. Bloccando l’induttore

l’ectoderma evolve in neurale. La follistatina si

lega, bloccandola, all’activina (o a molecole simili).

La follistatina è espressa nel labbro dorsale del

blastoporo e nella notocorda.

noggin-chordin-foll. vs. BMP4

Noggin, cordina e follistatina sono tutte e tre espresse dall’organizzatore. Tali molecole sono in effetti in

grado di interagire con BMP4 (bone morphogenetic protein 4 – proteina morfogenetica dell’osso 4). A

seguito di tale interazione, l’effetto induttivo di BMP4 viene bloccato.

Effetto induttivo BMP4?

Iniezione di mRNA codificante BMP4 in uova di Xenopus determina il (1) differenziamento di tutto il

mesoderma embrionale verso un destino ventro-laterale. (2) Inoltre, non si attua embolia a livello del

blastoporo.

Blocco di BMP4 (espressione del recettore dominante negativo) determina (1) la formazione di un

secondo asse dorsale.

BMP4 induce l’ectoderma a formare epidermide

Gilbert, BIOLOGIA DELLO SVILUPPO, Zanichelli editore S.p.A. Copyright

© 2005

noggin-chordin-foll. vs. BMP4Nelle blastule in stadio avanzato, BMP4 (potente fattore ventralizzante) è espresso in tutta la regione

ectodermica e mesodermica. In gastrulazione, l’organizzatore esprime il fattore di trascrizione iro1, che

reprime l’espressione di bmp4, che risulta quindi ora espresso solo nella zona marginale latero-ventrale.

Inoltre, la produzione di Noggin, cordina e follistatina da parte dell’organizzatore determina il blocco

funzionale di BMP4 secondo un “gradiente” degli inibitori (blocco totale in prossimità dell’organizzatore,

assenza di blocco nella regione ventrale).

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Xolloid: metalloproteasi che degrada Chordin

[BMP4 attiva]

BMP4TESSUTO INDOTTO

Notocorda

Muscolatura dorsolaterale

Mesoderma ventro-laterale

Mesoderma ventrale, epidermide

GENI ATTIVATI

myf5

vent2

vent1, vox

L’organizzatore (i)induce il tubo neurale e (ii)ne specifica le varie regioni

regionalizzazione