Università degli Studi di Milano

Transcript

1 Università degli Studi di Milano Facoltà di Scienze Biologiche Effetti dell'acido retinoico sullo sviluppo del sistema nervoso degli idroidi di Enrica Confalonieri Relatore: Fiorenza De Bernardi Correlatore : Giuliana Zega A. A

2 Riassunto RIASSUNTO 1

3 Riassunto Lo scopo di questo studio è stato quello di verificare gli effetti dell acido retinoico (RA) sullo sviluppo e l organizzazione della sistema nervoso di planule di due specie di idroidi, Clava multicornis ed Eudendrium racemosum. Gli idroidi (Phylum Cnidaria) sono tra i primi metazoi in cui si riconosce un sistema nervoso. C. multicornis ed E. racemosum sono due idroidi coloniali, caratterizzati da un ciclo vitale in cui è assente la fase di medusa: dai gonozoidi maschili vengono liberati gli spermi che fecondano le uova sulla colonia madre, ove si completerà lo sviluppo embrionale e schiuderà una larva planula. Questa per un breve periodo rimane libera nell acqua alla ricerca di un adeguato substrato per fissarsi e metamorfosare in un polipo. Sul sistema nervoso della planula esistono pochi lavori e gli studi più approfonditi riguardano gli animali adulti. E noto che nelle planule delle due specie di interesse gli elementi del sistema nervoso sono: una rete nervosa diffusa, cellule sensoriali e ganglioniche. Sia le fibre della rete nervosa sia i neuroni sono particolarmente numerosi al polo anteriore della planula. Gli effetti dell acido retinoico sullo sviluppo embrionale sono ben noti nei cordati dove alterano il differenziamento del sistema nervoso lungo l asse antero-posteriore con la troncatura delle strutture più anteriori. Pochissimi studi sono stati fatti sugli invertebrati e nessuno sugli Cnidari. Le colonie fertili di entrambe le specie di idroidi sono state trattate con RA alla concentrazione di 10-7 M. Inoltre in C. multicornis, si è effettuato un trattamento alla stessa concentrazione anche di embrioni a due diversi stadi. In entrambi gli esperimenti le planule raccolte sono state marcate con il metodo dell immunofluorescenza doppia, con anticorpi anti-tubulina acetilata, un marcatore del sistema nervoso, e anti- RFamide, un neuropeptide molto comune negli cnidari. In larve di Clava multicornis trattate, la rete nervosa risulta disorganizzata, il numero delle cellule positive a RFamide è inferiore e la loro disposizione appare diversa rispetto al controllo. In E. racemosum,ra provoca una disorganizzazione ed una diminuzione delle fibre della rete nervosa, marcate sia con tubulina acetilata sia con RFamide. Abbiamo osservato che il fenotipo indotto da RA nelle planule raccolte dal trattamento delle colonie è molto variabile: la rete nervosa può essere quasi assente o presente ma è sempre disorganizzata. Questa variabilità dipende dal diverso stadio di sviluppo a cui i vari embrioni presenti sulla colonia madre sono stati trattati. Nel trattamento dei due stadi embrionali di C. multicornis, i fenotipi indotti da RA sono più simili in tutti i campioni. In questo studio si è potuto confermare che anche in metazoi basali come gli idrozoi, l RA agisce sul differenziamento del sistema nervoso, in particolare non permettendo la corretta formazione delle strutture più anteriori della planula. 2

4 INTRODUZIONE 3

5 1. CNIDARI Gli organismi che appartengono al Phylum Cnidaria esistono in forma di polipi, solitari o coloniali, o di medusa. Agli Cnidari appartengono le gorgonie, le idre dulcicole, gli anemoni di mare, le madrepore, i coralli, gli idroidi e le meduse. Possono essere sia organismi coloniali che solitari. All interno di questo phylum c è un elevata diversificazione la quale raggiunge il suo massimo nelle scogliere coralline. Gli cnidari sono inoltre diffusi e comuni in tutti i mari poco profondi, dove vivono adesi a fondi duri, si rifugiano all interno dei sedimenti o vagano, trascinati dalle correnti, nel plancton. Delle specie note, solo 20 popolano le acque dolci, le specie rimanenti sono marine. Il polipo degli cnidari ha un corpo sacciforme formato da una cavità, il celenteron, che si estende lungo l asse principale dell animale e si apre all esterno ad un estremità del corpo formando una bocca. All estremità opposta corrisponde il polo aborale, ovvero la parte basale dell animale che aderisce al substrato. Il celenteron è un compartimento plurifunzionale, implicato nella digestione extracellulare, circolazione, escrezione, riproduzione e supporto scheletrico idrostatico. Può essere costituito da una cavità semplice e tubulare, oppure da una cavità la cui parete gastrodermica si solleva in pliche che la suddividono, in numero di quattro o in numero maggiore. A seconda del tipo di celenteron si distinguono gli Idrozoi che hanno la cavità non settata, dagli Antozoi, Scifozoi e Cubozoi, che hanno la cavità settata e dotata di pliche. Gli Antozoi hanno polipi grandi, con molti tentacoli e l area del gastroderma è aumentata dalla presenza di setti. Il numero dei setti varia a seconda delle dimensioni del polipo: polipi di grandi dimensioni hanno molti setti, polipi piccoli ne hanno pochi. Il numero e la disposizione dei setti costituiscono un importante caratteristica, usata nella classificazione degli antozoi. Gli scifozoi hanno polipi di dimensioni intermedie con meno tentacoli rispetto agli antozoi e non più di quattro setti gastrodermici. Gli idroidi sono organismi piccoli con meno tentacoli rispetto alle altre classi, e i setti gastrodermici sono assenti, anche se i grandi idrozoi possono avere due setti o altri adattamenti per aumentare l area del gastroderma. Gli cnidari vengono chiamati diblastici perché sono costituiti da due foglietti embrionali, ectoderma ed endoderma o gastroderma, da cui deriveranno gli epiteli degli adulti (l ectoderma è posizionato verso l esterno, mentre l endoderma è all interno). Fra i due tessuti c è una lamina acellulare detta mesoglea. Una caratteristica unica e distintiva degli cnidari è lo cnidocita. All interno di questa cellula specializzata è alloggiato un organello, detto cnido, costituito da una capsula 4

6 membranosa piena di liquido, che contiene un lungo filamento formato da una invaginazione tubulare della parete della capsula. Ad una estremità dello cnidocita, sulla parete esterna c è un ciglio sensoriale detto cnidociglio, che sporge dalla superficie. Esso è un meccanocettore, cioè sensibile a stimolazioni di tipo tattile. Negli scifozoi e negli idrozoi lo cnidociglio è immobile e rigido, negli antozoi è mobile ed è chiamato cono ciliare. Per far sì che il tubo all interno dello cnidocita venga scaricato non è sufficiente il contatto con la struttura estranea, c è bisogno anche di un riconoscimento chimico. Questo è dimostrato dal fatto che gli cnidociti non scaricano quando i tentacoli del polipo urtano fra di loro. Quando lo cnidocita riceve uno stimolo appropriato, si estroflette di colpo verso l esterno. In base al tipo di cnido, il tubo estroflesso può pungere o paralizzare la preda, infliggendosi nel tegumento e liberando tossine. Gli cnidociti sono diffusi, in genere, in tutto l epiderma e sono anche presenti in gran quantità sui tentacoli e sulle strutture impiegate per la difesa o per la cattura di prede o in prossimità della bocca. Il tipo più importante di cnido è la nematociste, che si trova in tutti gli cnidari, mentre le spirocisti e le pticocisti sono presenti soltanto negli antozoi. Gli cnidari si possono riprodurre sia per via sessuata sia per gemmazione a partire dal polipo, da cui si possono formare nuovi polipi o meduse. Il phylum degli Cnidari viene diviso in 4 classi: Idrozoi Antozoi Scifozoi Cubozoi Idrozoi e scifozoi possono essere accomunati nel taxon Medusozoa, chiamati così perché nel ciclo vitale è compresa una fase di medusa. Gli antozoi sono organismi esclusivamente marini, con specie sia solitarie che coloniali. Gli antozoi sono rappresentati solamente da polipi, manca lo stadio di medusa. Il polipo pertanto è responsabile sia della riproduzione sessuale sia di quella asessuale. I gameti si originano dall endoderma, sono liberati nel celenteron e dispersi attraverso la bocca. La fecondazione è generalmente esterna, lo zigote si sviluppa in una larva detta planula, che molte volte è provvista di ciglia sensoriali sviluppate all estremità orale. La metamorfosi della planula inizia già prima di fissarsi al substrato con la morfogenesi precoce dei tentacoli. I principali metodi di riproduzione asessuale del polipo sono la scissione, frammentazione e gemmazione. ( Questa classe possiede tutti i tre tipi di cnidi: nematocisti, spirocisti e pticocisti). 5

7 Gli scifozoi e cubozoi sono organismi esclusivamente marini: possiedono la fase di polipo, solitario o coloniale, e la fase di medusa che in questi animali è la forma dominante. Nei scifozoi la medusa si differenzia dalle altre due classi per la mancanza del velo, la morfologia della medusa è simile a quella degli idrozoi ma non presenta il velo, si riproduce sessualmente liberando i gameti nell acqua, dallo zigote si forma la planula da cui si origina un polipo. Il polipo si riproduce in modo caratteristico: attraverso scissioni trasversali della estremità orale del polipo vengono staccate delle giovani meduse, dette efire. Questa tecnica di riproduzione asessuale si chiama strobilazione. Le efire sono meduse immature, avranno bisogno di tempo per raggiungere la maturità sessuale, mentre il polipo dopo il periodo di riproduzione può riprendere la vita di polipo fino all anno successivo. 6

8 2. IDROIDI 2.1 Caratteristiche generali La classe Hydrozoa contiene circa 2700 specie, ma a causa delle loro piccole dimensioni e dell aspetto arborescente la loro esistenza sfugge a moltissime persone. I membri di questa classe hanno in comune tre caratteristiche: - la mesoglea non è cellularizzata; - il gastroderma è privo di cnidociti; - le gonadi sono ectodermiche oppure, se sono gastrodermali, le uova e gli spermi sono liberati direttamente all esterno e non nella cavità gastrovascolare. In generale negli idrozoi può esistere la forma di polipo, sessile, e di medusa, planctonica. Il polipo di una colonia è tubolare o cilindrico con l estremità orale, diretta verso l alto, e l estremità opposta o aborale, aderente al substrato. I polipi degli idroidi sono costituiti dall'idrante, l'estremità orale, che porta la bocca e i tentacoli, dall idrocaule, la colonna del polipo, e dall idroriza, stolone che cresce sul substrato alla base della colonia e la fissa al substrato. I polipi sono avvolti da un rivestimento di sostegno, secreto dall'epiderma che prende il nome di perisarco. Esso è composto da uno strato esterno rigido di polisaccaridi, come chitina, e uno strato interno di proteine. Il perisarco ricopre l'idrocaule e l idroriza e in alcuni idroidi, detti tecati, ricopre anche l idrante. La teca viene usata dagli idranti per ritirarsi al suo interno cercando protezione. Gli idroidi atecati non possiedono la teca. La maggior parte delle specie di idrozoi con uno stadio di polipo nel ciclo vitale è coloniale; le colonie sono costituite sia da polipozoidi che da medusozoidi (Fig. 1). 7