dal testo “Le Fasce” di Serge Paoletti

MECCANISMO DELLO SVILUPPO EMBRIONALE
Come fa un ovulo a dar luogo ad un essere umano, come si manifesta la complessità durante lo sviluppo?
Lo sviluppo embrionale sarà la sede dei fenomeni istochimici e biochimici cosi come di fenomeni biocinetici e biodinamici che orientano e modellano la crescita cellulare.

A – i FENOMENI ISTO E BIOCHIMICI
“Le cellule riconoscono la loro posizione nell’embrione dalla concentrazione dei morfogeni”. Gli studi fatti sulla drosofila hanno permesso di riconoscere questi morfogeni.
Nella drosofila ci sono una trentina di geni che definiscono il “padrone” dell’embrione. Solo tre tra loro codificano dei segnali molecolari che determinano la struttura lungo l’asse antero-posteriore. Ognuna di queste proteine di segnalazione appare in un sito specifico e provoca la creazione di un tipo particolare di gradiente morfogenetico.
Un segnale comanda la metà anteriore che dà origine alla testa e al torace. Un secondo, l’addome, il terzo comanda le strutture situate alle due estremità della larva.
Un gradiente di concentrazione in proteina Bicoid si stabilisce già dai primi stadi, la sua concentrazione massima si situa all’estremità anteriore. Una certa soglia critica di concentrazione è necessaria perché diventi attiva.
È dunque capace di scatenare la produzione di un RNA messaggero a partire dal DNA poi la sintesi della proteina codificata dal gene a partire dall’RNA messaggero.
Un gradiente di concentrazione agisce su due o tre geni che determinano solo due o tre zone d’attivazione.
L’RNA messaggero Bicoid contiene tutte le informazioni necessarie ad una cellula per riconoscerlo, trasportarlo, fissarlo; inoltre si sposta sempre nella stessa direzione lungo elementi strutturali chiamati microtubuli.
La proteina Nanos determina la parte posteriore. J gradienti morfogenici Bicoid e Nanos si stabiliscono solo in assenza di membrane cellulari, le quali bloccano la diffusione.
Nel frattempo, nella maggior parte degli animali, le membrane cellulari separano le diverse parti dell’uovo sin dai primi stadi.
Lasse dorso-ventrale dell’embrione della drosofila è definito da un gradiente unico che si stabilisce anche in presenza di membrane cellulari. Questo gradiente deve somigliare a quello che esiste negli altri organismi.
La proteina Dorsale determina le prime strutture embrionali lungo l’asse dorso-vertebrale.
La proteina Dorsale è sia un attivante, sia un inibitore della trascrizione nel nucleo cellulare. Attivante di due geni quando la sua concentrazione supera una data soglia, inibitore di due altri geni quando la sua concentrazione è inferiore alla soglia.
Infine quando la concentrazione di proteina Dorsale nei diversi nuclei definisce un gradiente, ognuna di queste paia di geni si esprime da un lato o dall’altro dell’embrione.
La proteina Dorsale è omogenea nell’embrione, è la sua ripartizione intracellulare che varia lungo l’asse dorso-ventrale.
Una proteina chiamata Cactus si lega alla proteina Dorsale per impedirle di penetrare nel nucleo. Tuttavia sulla faccia ventrale dell’embrione più di una decina di altre proteine cooperano per staccare la proteina Dorsale dalla proteina Cactus.
Le proteine sono attivate da un segnale. Dei collegamenti molecolari, assicurati da diverse proteine, trasmettono l’informazione riguardante i gradienti da un compartimento all’altro. Finalmente una progressiva importazione nei nuclei di una proteina a ripartizione uniforme in partenza viene ad attivare il nucleo attraverso un gradiente di concentrazione.
Tutte le catene d’attivazione studiate ad oggi approdano alla formazione di un gradiente di morfogeni che agisce come un fattore di trascrizione: a seconda della sua concentrazione, questo gradiente attiva o inibisce la trascrizione di uno o di più geni mirati.
Una cooperazione tra diverse molecole differenti, o tra diverse copie di una stessa molecola, potrebbe scatenare la trascrizione.
Alcuni gradienti morfogenetici hanno un solo effetto quando la concentrazione in un morfogeno è superiore alla soglia critica. Un gene-bersaglio è attivo altrimenti non lo è.
In altri casi le reazioni differiscono a seconda delle concentrazioni di morfogeni; questo tipo di gradiente è indispensabile all’aumento della complessità negli organismi in movimento.
Delle interazioni di molecole che agiscono sulla trascrizione possono modificare
notevolmente le reazioni al gradiente contribuendo alla formazione di strutture complesse a partire da un sistema iniziale molto semplice.
La sovrapposizione di numerosi gradienti, in una parte dell’embrione, permette di suddividerla ancora di più e di accedere ad una complessità supplementare.
La regolazione della combinazione ed i gradienti di concentrazione permettono di organizzare le funzioni codificate dai geni in un vasto repertorio di meccanismi di sviluppo. Nella drosofila i gradienti provocano l’espressione di geni in bande trasversali nella zona dell’uovo che diventerà in un secondo momento la parte segmentata della larva. Questa struttura comanda in seguito la formazione di bande ancora più sottili che determinano direttamente le caratteristiche di ogni segmento dell’embrione. Quando l’embrione si divide in cellule, i fattori di trascrizione non possono più diffondersi. Le tappe ulteriori nel corso delle quali il padrone embrionale si stabilisce mettono in gioco dei segnali trasmessi tra cellule vicine.
Gli embriologi hanno scoperto che questi risultati non si applicano soltanto alla drosofila ma all’insieme del regno animale, permettendo un giorno di comprendere meglio lo sviluppo dell’mbrione umano.