Modulo di BIOLOGIA DELLO SVILUPPO

Transcript

1 Corso Integrato di Anatomia Comparata e Biologia dello Sviluppo (12 CFU) Modulo di BIOLOGIA DELLO SVILUPPO 6 CFU Prof. Sandra Moreno sandra.moreno@uniroma3.it

2 Info generali Lezioni, esercitazioni, esami Durata prevista del corso: Lezioni: Martedì ore Venerdì, ore Esercitazioni: A partire da Novembre 4 esercitazioni al microscopio di 2h ciascuna (1 alla settimana, con turni da definire), in Aula 5 Esonero scritto: Seconda metà di gennaio Esami orali: Appelli da definire

3 Info generali ricevimento studenti Orario di ricevimento durante lo svolgimento del corso: Al termine della lezione, in aula Altri giorni e orari, su appuntamento Orario di ricevimento dopo lo svolgimento del corso: Lunedì ore 10-12, Lab. 3.7 Mercoledì ore 10-12, Lab. 3.7 Altri giorni e orari, su appuntamento

4 Info generali propedeuticità formali e culturali Citologia ed Istologia Nozioni di base di fisica, chimica, geometria

5 Info generali modalità di svolgimento dell esame Esame orale Esonero scritto alla fine del corso: In caso di successo (esito > 18/30), l esame viene verbalizzato dopo il superamento dell esame di Anatomia Comparata. In caso di insuccesso (esito <18/30), l esame orale potrà essere sostenuto in qualsiasi appello. N.B. La prova scritta ha anche un significato di verifica, poiché, indipendentemente dal risultato, i compiti corretti saranno a disposizione per eventuali chiarimenti

6 In cosa consisterà l esonero? L esonero consterà di tre quesiti: Una domanda aperta alla quale rispondere in maniera esauriente, avvalendosi eventualmente di schemi o disegni Una serie di tre parole chiave, da utilizzare per comporre un testo focalizzato sull argomento cui le parole si riferiscono Un immagine da commentare, spiegando a cosa si riferisce e indicando con frecce e richiami le strutture illustrate. Il tempo a disposizione sarà di 1h.

7 Obiettivi generali del corso Comprendere come si sviluppa un organismo pluricellulare, dal concepimento alla nascita, al suo sviluppo post-natale Acquisire le basi per la comprensione dei meccanismi molecolari che regolano il differenziamento e la morfogenesi Riconoscere in preparati microscopici i diversi stadi embriologici di alcuni invertebrati e vertebrati

8 Stadi dello sviluppo

9 Embriologia o Biologia dello Sviluppo??? L embriologia classica descrive la serie di eventi che definiscono lo sviluppo embrionale (approccio anatomico e istologico) L embriologia sperimentale si focalizza sullo studio degli effetti prodotti da manipolazioni sull embrione (approccio anatomico, microscopico e fisiologico) La biologia dello sviluppo si interessa dell intero processo ontogenetico degli organismi (approccio molecolare, cellulare, anatomico, fisiologico etc.)

10 Embriologia descrittiva (approccio anatomico/istologico) Genetica Biologia molecolare Ecologia Fisiologia Biochimica Medicina Biologia dello Sviluppo (sviluppo pre- e post-natale, invecchiamento e patologie età-correlate)

11 Programma del corso Da una singola cellula a un organismo pluricellulare. Modelli di studio. Spermatogenesi e oogenesi nei vertebrati. Struttura dello spermatozoo e dell uovo maturo. Fecondazione interna ed esterna. Riconoscimento a distanza e per contatto. Generalità sullo sviluppo animale: segmentazione, gastrulazione, organogenesi. I tre foglietti embrionali. Protostomi e deuterostomi. Prime fasi di sviluppo di alcuni invertebrati: nematodi, insetti, echinodermi. Sviluppo di cordati: tunicati, cefalocordati, anfibi, pesci, uccelli, mammiferi.

12 Programma del corso Gli annessi embrionali: amnios, corion, allantoide e sacco del tuorlo. La placenta. Differenziamento e morfogenesi Cenni di organogenesi: l ectoderma e il destino delle sue varie porzioni; il mesoderma e il destino delle regioni in cui è suddiviso; l endoderma e gli organi da esso derivati. Biologia dello sviluppo dei vegetali: principali fasi ontogenetiche e rigenerazione di parti perdute. Differenziamento e morfogenesi. La pluripotenza delle cellule staminali embrionali e la potenzialità delle cellule staminali dell adulto. La clonazione.

13 Libri di testo consigliati Gilbert: Biologia dello Sviluppo, Zanichelli, IV Edizione Andreuccetti et al.: Biologia dello Sviluppo, McGraw-Hill Giudice et al.: Biologia dello Sviluppo, Edises Le Moigne, Foucrier: Biologia dello Sviluppo, Edises Franquinet, Foucrier: Atlante di Embriologia Descrittiva, Edises Siti utili:

14 EMBRIOLOGIA lo studio dell embrione Embrione: organismo che si sviluppa, a partire dalla fecondazione fino alla nascita UOVO FECONDATO ESSERE PLURICELLULARE

15 CENNI STORICI l approccio anatomico: i primordi Aristotele (IV sec. a.c.): le prime osservazioni sul pollo William Harvey (XVII sec.): ex ovo omnia Antoni van Leeuwenhoek (XVII sec.): gli spermatozoi al microscopio Epigenesi o preformismo? I sostenitori dell epigenesi ritenevano che la formazione degli organi avvenisse de novo Spermisti e ovisti sostenevano che all interno dei gameti fosse preformato un homunculus

16 CENNI STORICI l approccio evoluzionistico Charles Darwin: ON THE ORIGIN OF SPECIES (1859) Community of embryonic structure reveals community of descent. Embryology rises greatly in interest, when we look at the embryo as a picture, more or less obscured, of the progenitor, either in its class or larval state, of all the members of the same great class.

17 CENNI STORICI l approccio embriologico-comparato Karl Ernst von Baer ( ) Embrioni di vertebrati

18 Ontogenesi e Filogenesi LEGGI DI VON BAER Nell embrione le caratteristiche generali compaiono più precocemente di quelle specifiche. I caratteri meno generali si sviluppano da quelli più generali. L embrione di una specie più evoluta assomiglia all embrione di specie meno evolute, piuttosto che all adulto. Ernst Haeckel ( ) L ONTOGENESI RICAPITOLA LA FILOGENESI Ontogenesi: sviluppo dell organismo Filogenesi: storia evolutiva della specie Lo sviluppo è un processo tendenzialmente conservativo e le variazioni si risolvono spesso in un fallimento. L ontogenesi ripercorre tappe dello sviluppo di forme ancestrali, per cui compaiono abbozzi di strutture che non raggiungono la maturità.

19 CENNI STORICI l approccio embriologico-comparato Pander (1820): Pattern di sviluppo comune a tutti i Vertebrati che prevede la formazione di tre strati o foglietti : Ectoderma (epidermide, tessuto nervoso) Mesoderma (tessuti connettivi, tessuto muscolare, sistema urogenitale) Endoderma (intestino e ghiandole connesse, sistema respiratorio) Gli organi hanno derivazione costante Sir Richard Owen HOMOLOGY The same organ in all its varieties of form vs. ANALOGY Forms similar due to same function

20 CENNI STORICI l approccio sperimentale EMBRIOLOGIA SPERIMENTALE (primi 900) Driesch (sviluppo regolativo) Wilson (informazione materna) Morgan (teoria del gene) Spemann e Mangold (organizzatore)

21 CENNI STORICI l approccio molecolare EMBRIOLOGIA MOLECOLARE (1980-oggi) Brenner (Caenorhabditis elegans) Lewis, Wieschhaus, Nusslein-Volhard (geni dello sviluppo in Drosophila) Levi-Montalcini (neurotrofine) Le Douarin (chimere, creste neurali) Boncinelli (geni omeotici nei Vertebrati)

22 Organismi modello Scelta di organismi adatti (motivazioni teorico-pratiche) Analisi dettagliata dei meccanismi molecolari di un processo di sviluppo Integrazione delle informazioni derivanti da più modelli (in vivo e in vitro) Formulazione di schemi generali di sviluppo

23 Facciamo qualche esempio Drosophila melanogaster cascata genica di sviluppo dell asse AP sviluppo del cervello dei mammiferi C. elegans apoptosi sviluppo dell arto, del sistema nervoso, del sistema immunitario dei mammiferi

24 Organismi modello

25 Organismi modello

26 BIOLOGIA DELLO SVILUPPO La biologia dello sviluppo un giorno rappresenterà la base comune di tutte le discipline e, in continua simbiosi con queste, giocherà un ruolo di primo piano nella soluzione dei problemi della vita (Roux) GENOTIPO FENOTIPO La biologia dello sviluppo è scienza del divenire, piuttosto che dell essere Anatomia Genetica Fisiologia Biochimica Biologia molecolare Ecologia Biologia evoluzionistica Medicina

27 Eventi cellulari dello sviluppo Proliferazione Differenziamento Interazioni cellulari Migrazione

28 Proliferazione cellulare e sviluppo E l evento prevalente nelle prime fasi (segmentazione) Continua con ritmo rapido anche nella restante embriogenesi La proliferazione cellulare accompagna l individuo per tutta la vita.

29 Differenziamento e pluricellularità UOVO FECONDATO ESSERE PLURICELLULARE Complesso di eventi che portano le cellule a diversificarsi, a partire da un iniziale omogeneità Inizia a comparire durante la gastrulazione, quando le divisioni cellulari rallentano Diventa prevalente nell organogenesi

30 Differenziamento Si può riferire a: separazione delle funzioni fra vari tipi cellulari (cellule diverse tra loro) specializzazione progressiva di un tipo cellulare (cellule diverse nel tempo)

31 Differenziamento spaziale e temporale