4. Geni proneurali e geni neurogenici: il passaggio da precursore neurale a progenitore neuronale

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1 4. Geni proneurali e geni neurogenici: il passaggio da precursore neurale a progenitore neuronale

2 + Enhancer of split (E/spl) Notch GENI NEUROGENICI

3 E (spl) è un fattore bhlh che è in grado di funzionare come omodimero.

4 NOTCH + Enhancer of split (E/spl) repressione A-SC (achete, scute, atonal) Delta GENI NEUROGENICI

5 Ligandi di Notch 1. Delta 2. Serrate (omologo di Delta) 3. Nel vertebrato Delta-1 e Jagged (omologo di Serrate, espresso in aree ristrette della zona ventricolare)

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7 HES Family: gli omologhi di E(spl) HLH transcription factors Attivatori Repressori MyoD, Mash-1 Myc, Max Comprende geni HES, HERP e Hey

8 1. Hes può omodimerizzare Recluta un omologo di Groucho (un corepressore che viene reclutato da E (spl) ) che a sua volta recluta una istone deacetilasi 2. Repressione passiva: E(spl) eterodimerizza con E47 (bhlh) sottraendolo all interazione con geni neurogenici 3. Dominio orange recluta un corepressore diverso da Groucho

9 I geni Hes e Herp possono omodimerizzare o eterodimerizzare

10 1. Aumentata espressione di Hes-1 inibisce la formazione di neuroblasti 2. KO Hes-1 si formano neuroni prematuri (anticipo del processo maturativo)

11 Geni neurogenici primari: Mash1, Math1, Neurogenin determinano il passaggio da precursore neurale a neuroblasto (HLH attivatori di geni neurogenici secondari) Geni neurogenici 2: Mash2, Math2, NeuroD determinano il passaggio da neuroblasto a neurone (HLH attivatori di geni neurospecifici) Geni Neurospecifici: A valle dei geni neurogenici di classe 2 ci sono i geni neurospecifici che caratterizzano l avvio della fase differenziativa (es. NCAM e Neurofilamenti)

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13 Sistema Delta-Notch: quale è la differenza tra Invertebrati e Vertebrati Cellula del cluster pro-neurale BMP/Tgf beta Precursore neurale Notch + Notch - Notch + Precursore neurale Precursore epiteliale Precursore neurale Notch + Notch- Progenitore neuronale Prog. gliale Neuroblasto

14 Nel Vertebrato Notch/Delta non interviene nella scelta tra precursore epiteliale e precursore neurale Notch/Delta si attiva nei precursori neurali Finchè attivo, tiene a freno l avanzamento verso la via neuronale bloccando i geni neurospecifici Preserva lo stato di precursore neurale Può favorire la via gliogenica

15 Nel Vertebrato Notch-1 è espresso inizialmente da tutte le cellule del neuroepitelio del tubo neurale Delta-1 è espresso abbondantemente nelle cellule che smettono di proliferare che cominciano ad abbandonare lo strato germinativo

16 Drosophila: i neuroblasti esprimenti Delta continuano a dividersi ma escono dal neuroepitelio Vertebrati: neuroblasti esprimenti Delta escono dal ciclo cellulare, ma rimangono nel neuroepitelio

17 Notch+ Notch-

18 Il segnale Delta-Notch favorisce la via gliale nel Vertebrato Segnali ambientali favoriscono l attivazione della via neuronale o della via gliale

19 GLIA

20 Precursore neurale BMP4 Notch + Divisione simmetrica Divisione asimmetrica Notch + Notch- Neuroblasto Progenitore neuronale

21 1. La proteina Numb: la sua distribuzione eguale consente alle due cellule figlie di rimanere nello strato germinativo; 2. La sua espressione ineguale nelle cellule figlie determina la divisione asimmetrica La divisione asimmetrica

22 Numb direziona Notch agli endosomi, impedendone il recycling Ruolo di Numb nella divisione asimmetrica

23 Distribuzione di Numb in neuroblasti in divisione

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25 Proteine ELAV (Hu RNA binding proteins) Geni Hu codificano per RNA binding proteins Omologhi di Elav di Drosophila Sono stati studiati e identificati anche nel Vertebrato Si tratta di proteine in grado di legare la regione 3 -UTR degli mrna Esplicano un controllo post-trascrizionale In Drosophila, nel nucleo regolano lo splicing e la poliadenilazione, nel Vertebrato, nel citoplasma aumentano la stabilità dei messaggeri e il trasporto Sono preferenzialmente espressi nei neuroblasti post mitotici

26 Notch-1/Delta-1 Hu A Numb Nestina Delta Neurogenin Mash1 Math 1 Neuro M β III-Tubulina Neuro D Math- 2 Mash-2 Delta-1 Hu D Geni neurospecifici Neurofilamenti N-CAM HuC Precursore neurale Neuroblasto Neurone

27 Repressori genici nel sistema nervoso REST/NRSF RE-1 Silencer of transcription/neural Restrictive Silencer Factor

28 Repressori genici nel sistema nervoso REST/NRSF RE-1 Silencer of transcription/neural Restrictive Silencer Factor REST ha 3 domini funzionali: 1) DNA binding domain con 8 motivi zinc finger che legano direttamente RE-1 ; 2) un dominio N-terminale che si lega a un Co-repressore msin3; 3) dominio C-terminale lega co-repressore CoREST

29 Rest è stato scoperto nel 1995 E un repressore di sequenze geniche che contengono un motivo di 23bp noto come RE1 (repressor element-1) REST è stato correlato allo sviluppo del SN sulla base di anomalie di sviluppo prodotte dalla sua alterata espressione (la perdita di REST determina la comparsa di geni neurospecifci anche in tessuti non neuronali e una precoce letalità degli embrioni)

30 In caso di silenziamento di REST si osserva espansione del territorio neuroectodermico a discapito dell epidermide

31 REST

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33 Nascita delle cellule del sistema nervoso Analisi clonale (tecnica del retrovirus-gfp) Da un singolo progenitore possono derivare vari tipi cellulari (sia neuroni che glia)

34 1.Intensità della timidina triziata indica l età del neurone 2- Dove il neurone marcato si colloca indica la data di nascita e la sua migrazione Datazione dei progenitori e loro migrazione (metodo della timidina triziata)

35 Proliferazione dei precursori neurali Come viene definito il numero dei neuroni o delle cellule gliali? 1. Tempi di divisione 2. Modalità di divisione

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37 Studi con timidina triziata hanno consentito di stabilire la lunghezza di ogni ciclo di divisione dei progenitori neurali Durante l embriogenesi, i tempi di replicazione dei progenitori cambiano Nel mammifero topo E h E h La progenie generata nella VZ diminuisce numericamente con il progredire della neurogenesi

38 +NP =NP -NP Fase 1: Espansione dei progenitori Divisioni rapide e simmetriche Fase 2: Divisioni asimmetriche Il numero dei progenitori è invariato, aumenta il numero dei neuroni post mitotici o dei progenitori (bassa frazione Q, cellule in uscita dal ciclo) Fase 3: Fine neurogenesi; progenitori fanno divisione simmetrica Generando neuroni post mitotici (alta frazione Q), e i progenitori diminuiscono sensibilmente

39 Disponibilità dei fattori di crescita (EGF, FGF, TGF-alfa, Shh). KO p27kip, causa ridotta fase Q (minor numero di cellule in uscita dal ciclo) KI p27kip causa drastico aumento della fase Q.(maggior numero di cellule in uscita dal ciclo cellulare)

40 1. Progenitori unipotente 2. Progenitore tripotente 3. Progenitori tripotente 4. Progenitori bipotente

41 Molti fattori di crescita sono regolatori non solo delle divisioni cellulari dei progenitori ma anche della loro specificazione L insieme dei segnali ricevuti da un progenitore contribuirà a fare decidere il momento dell uscita dal ciclo cellulare, ma anche il tipo di cellula che si dovrà generare.