Sviluppo dell apparato uro-genitale. Dott.ssa Sabrina Di Bartolomeo

Transcript

1 Sviluppo dell apparato uro-genitale Dott.ssa Sabrina Di Bartolomeo

2 Il mesoderma e i suoi derivati piu importanti

3 Le regioni del mesoderma sono probabilmente specificate da livelli crescenti di BMP BMP4

4

5 Gastrulazione e neurulazione dell embrione di pollo

6 Anteriormente al mesoderma del tronco, si trova una quinta regione mesodermica: IL MESODERMA DELLA PLACCA PRECORDALE da cui originano la maggior parte del connettivo e dei muscoli della faccia

7 Il mesoderma intermedio dà origine a: reni gonadi rispettivi sistemi di dotti

8

9 Il mesoderma parassiale è necessario e sufficiente ad indurre il mesoderma intermedio a formare il rene

10 Complessità dell apparato urinario Il nefrone, l unità funzionale del rene, è costituito da oltre cellule ed almeno 12 tipi cellulari diversi.

11 Il mesoderma intermedio: lo sviluppo del rene 3 diversi stadi: pronefro, mesonefro e metanefro

12 NEGLI AMNIOTI SI SUSSEGUONO 3 STADI PRINCIPALI pronefro mesonefro transitori metanefro definitivo

13 Lo sviluppo del pronefro e del mesonefro Il Pronefro rimane funzionale solo in alcuni Ciclostomi, in alcuni Teleostei e negli Anfibi fino alla metamorfosi. Il Mesonefro e il rene definitivo degli Anamni (dai Ciclostomi agli Anfibi).

14 Lo sviluppo del Metanefro : interazioni reciproche tra i tessuti renali

15 Il mesonefro nell uomo (25 giorno: 30 tubuli mesonefrici)! Non è ancora noto se funzioni effettivamente nella filtrazione del sangue durante lo sviluppo! E fonte di cellule staminali emopoietiche! Negli individui di sesso maschile alcuni tubuli persistono dando luogo ai condotti efferenti (apparato genitale)

16 Il mesoderma intermedio: lo sviluppo del rene

17 Lo sviluppo del Metanefro : interazioni reciproche tra i tessuti renali

18 L induzione reciproca nello sviluppo del rene

19 L induzione del rene osservata in vitro

20 L induzione reciproca nello sviluppo del rene Dimostrazione in vitro: La gemma ureterica isolata dal mesenchima metanefrogeno non si ramifica Il mesenchima metanefrogeno isolato dalla gemma ureterica va incontro a degenerazione

21 L induzione reciproca nello sviluppo del rene Co-espianto di mesenchima metanefrogeno e gemma ureterica da embrione di topo a stadio e11 Giorno 0 Giorno 1 Giorno 8

22 L induzione reciproca nello sviluppo del rene consta di otto tappe fondamentali 1. Formazione del mesenchima metanefrogeno 2. Il mesenchima metanefrogeno induce e dirige l abbozzo dell uretere 3. L abbozzo dell uretere previene l apoptosi del mesenchima 4. L abbozzo dell uretere induce le cellule del mesenchima ad aggregarsi 5. Le cellule aggregate si convertono in un nefrone, l unita funzionale del rene 6. Il mesenchima induce la ramificazione dell abbozzo dell uretere 7. L abbozzo dell uretere induce le cellule staminali del mesenchima 8. Il nefrone differenzia e l abbozzo dell uretere si accresce

23 1. Formazione del mesenchima metanefrogeno (mesoderma in differenziamento) E il solo tessuto competente a rispondere alla gemma ureterica, se indotto da altri tessuti, risponde generando solo tubuli renali Fattori di trascrizione che specificano questo tessuto sono: Hoxa-11, Hoxc-11, Hoxd-11, WT1

24 2. Il mesenchima metanefrogeno induce e dirige la gemma ureterica GDNF Ret

25 2. Il mesenchima metanefrogeno induce e dirige la gemma ureterica Ret + in blu Ret - in verde GDNF +/+ +/- -/-

26 Topi privi del gene codificante per GDNF o per il suo recettore, muoiono precocemente per agenesia renale!

27 L induzione reciproca (doppia) nello sviluppo del rene. Un processo in otto tappe fondamentali 1. Formazione del mesenchima (mesoderma in differenziamento) metanefrogenico 2. Il mesenchima metanefrogenico induce e dirige l abbozzo dell uretere 3. L abbozzo dell uretere previene l apoptosi del mesenchima 4. L abbozzo dell uretere induce le cellule del mesenchima ad aggregarsi 5. Le cellule aggregate si convertono in un nefrone, l unita funzionale del rene 6. Il mesenchima induce la ramificazione dell abbozzo dell uretere 7. L abbozzo dell uretere induce le cellule staminali del mesenchima 8. Il nefrone differenzia e l abbozzo dell uretere si accresce

28 3. L abbozzo dell uretere previene l apoptosi del mesenchima mediante la secrezione di FGF2 e BMP7

29 4. L abbozzo dell uretere induce le cellule del mesenchima ad aggregarsi ed a convertirsi in cellule epiteliali Gemma ureterica: FGF, LIF, Wnt6 per i quali il mesenchima possiede recettori Risposta mesenchimale: E-Caderina e Sindecano per l aggregazione Produzione di membrana basale: Collagene IV e Laminina Modificazione del citoscheletro

30 Le proteie Wnt sono fondamentali per lo sviluppo del rene

31 5. Le cellule aggregate si convertono in nefrone, l unita funzionale del rene Il mesenchima, una volta indotto, secerne il fattore autocrino Wnt4 che ne consente di completare la transizione.

32 Espressione di Lim1 nel rene di embrione di topo

33 L induzione reciproca (doppia) nello sviluppo del rene. Un processo in otto tappe fondamentali 1. Formazione del mesenchima (mesoderma in differenziamento) metanefrogenico 2. Il mesenchima metanefrogenico induce e dirige l abbozzo dell uretere 3. L abbozzo dell uretere previene l apoptosi del mesenchima 4. L abbozzo dell uretere induce le cellule del mesenchima ad aggregarsi 5. Le cellule aggregate si convertono in un nefrone, l unita funzionale del rene 6. Il mesenchima induce la ramificazione dell abbozzo dell uretere 7. L abbozzo dell uretere induce le cellule staminali del mesenchima 8. Il nefrone differenzia e l abbozzo dell uretere si accresce

34 6. Il mesenchima induce la ramificazione dell abbozzo dell uretere GDNF: induce le ramificazioni TGF-!1: stabilizza le ramificazioni BMP4: antagonizza con segnali di ramificazione Collagene XVIII: specificità del modello di ramificazione

35 Segnali dal mesoderma circostante inducono l abbozzo dell uretere a ramificarsi + TGF-!1 +TGF1Beta + Activina (BMP4 like) +activina + mesenchima polmonare

36 8. Il nefrone differenzia e l abbozzo dell uretere si accresce Fattori espressi dalle cellule del cappuccio: Foxb-2: ramificazione e differenziamento FGF7: consente l accrescimento dell epitelio ureterico

37 9. Inserzione dell uretere nella vescica La gemma ureterica rimenente diventa uretere, il dotto che coduce l urina alla vescica (HOXA13). La giunzione tra uretere e vescica è cruciale. La vescica si sviluppa da una porzione della cloaca, che diventerà ricettacolo di rifiuti sia per l intestino che per i reni. Nei mammiferi, la cloaca viene divisa da un setto in porzione urogenitale e retto. Il seno urogenitale si divide poi in vescica ed uretra.

38 Sviluppo della vescica e connesione al rene mediante l uretere

39 Sviluppo delle gonadi nei mammiferi

40 Nei mammiferi la determinazione primaria del sesso è strettamente cromosomica e non è influenzata dall ambiente

41 CROMOSOMI SESSUALI Mammiferi Uccelli XY: maschio XX: femmina ZZ: maschio ZW: femmina Moscerini nx/autosomi: fenotipo sessuale maschile o femminile Altri insetti Uova fecondate(2n): femmine Uova non fecondate (n): maschi

42 Determinazione primaria: determinazione delle gonadi Determinazione secondaria: riguarda altri aspetti del fenotipo ossia i caratteri sessuali secondari

43 La gonade dei mammiferi si sviluppa attraverso uno stadio bipotente

44

45 Migrazione delle cellule germinali durante lo sviluppo nei mammiferi

46 Sviluppo del testicolo Le cellule dei cordoni sessuali XY producono un inibitore della meiosi (le cellule germinali inizieranno la meiosi alla pubertà) Le cellule germinali secernono fattori che fanno differenziare alcune cellule dei cordoni in cellule del Sertoli che produrranno ormone AMH Alla pubertà i cordoni sessuali si cavitano divenendo tubuli seminiferi in cui le cellule germinali si differenziano in spermatozoi Dai tubuli gli spermatozoi vengono trasportati attraverso rete testis, condotti efferenti e dotto di Wolff che diverrà epididimo e dotto deferente Le cellule del mesenchima interstiziale del testicolo si differenziano in cellule del Leydig che producono testosterone. I dotti di Muller regrediscono

47 Sviluppo dell ovaio A differenza che nei maschi, i cordoni sessuali delle gonadi iniziali XX degenerano e se ne producono di nuovi che rimangono corticali I cordoni corticali si frammentano in gruppi cellulari ognuno dei quali circonda una cellula germinale Le cellule dei cordoni che circondano gli oociti si differenziano in cellule della granulosa, mentre alcune cellule mesenchimali divengono cellule tecali Ogni follicolo costituito da cellule della granulosa e tecali circonda un oocita e produce ormoni steroidi Mentre i dotti di Wolff regrediscono, i dotti di Muller si differenziano in tube uterine, cervice e parte della vagina

48 Riepilogando

49 Cascata di eventi che porta alla formazione del fenotipo sessuale nei mammiferi

50 Possibile meccanismo per l avvio della determinazione primaria del sesso nei mammiferi

51 Localizzazione di Rspo1 nelle gonadi embrionali di topo Verde: Rspo1 Rosso: cellule in meiosi

52 Sry: situato sul braccio corto del cromosoma Y viene espresso prima e durante il differenziamento della gonade. Codifica una proteina di legame al DNA ed attiva la trascrizione di Sox9 Sox9: gene autosomico, è presente in tutti i vertebrati ed è in grado di indurre la formazione del testicolo

53 Capacità di Sox9 di formare testicoli

54 Altri geni implicati nella determinazione del fenotipo sessuale Fgf9:forse indotto da Sry o da Sox9. topi ko per Fgf9 si sviluppano quasi sempre come femmine. Fgf9 stimola la divisione delle cellule del Leydig, promuove il differenziamento delle cellule del Sertoli ed induce la migrazione di cellule del mesonefro nella gonade Sf1: è necessario per formare la gonade indifferenziata e rimane attivo nella gonade maschile dove induce il differenziamento cellulare

55 Cascata di eventi che porta alla formazione del fenotipo sessuale nei mammiferi Dax1: inizialmente espresso nella cresta genitale indifferenziata, in seguito viene espresso solo nella gonade XX. Antagonizza la funzione di Sry, Sox9 e Sf1

56 Inversione fenotipica del sesso in individui che possiedono 2 copie di DAX1

57 Espressione di DAX1-LacZ nella cresta genitale di topo

58 Wnt4: gene determinante l ovaio espresso nella cresta genitale indifferenziata e che permane nella gonade XX

59 Possibile meccanismo per la determinazione primaria del sesso nei mammiferi

60 Determinazione sessuale primaria: formazione di gonadi maschile o femminile a partire da una gonade bipotente Determinazione sessuale secondaria: fenotipo sessuale completo in risposta agli ormoni secreti dalle gonadi

61 Cascata di eventi che porta alla formazione del fenotipo sessuale nei mammiferi

62 Individuo XY con sindrome di insensibilità agli androgeni