Organizzatore Spemann
L'organizzatore di Spemann , noto anche come organizzatore di Spemann-Mangold , è l'esempio più antico e più noto di un centro di segnali embrionali in embriologia . Fu scoperto da Hans Spemann (1869–1941) e dalla sua studentessa di dottorato Hilde Mangold (1898–1924). Per i suoi successi nel campo dell'embriologia, Spemann ricevette il Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina nel 1935 . Durante lo sviluppo degli anfibi , ad esempio tritoni e rane, la formazione dell'embrione è controllata da un certo gruppo di cellule. Durante l' ontogenesi Questo gruppo di cellule "organizza" lo sviluppo di tutte le altre cellule ed è stato quindi chiamato l'organizzatore da Spemann.
gialla - parte povera di tuorlo
rossa - mezzaluna grigia
verde - parte ricca di tuorlo
L'organizzatore Spemann si trova nella cosiddetta "mezzaluna grigia" della cellula uovo fecondata. Anche prima della prima divisione ( solco ), lo zigote di un anfibio può essere diviso in tre sezioni. La parte scura ricca di tuorlo e la parte chiara povera di tuorlo sono separate l'una dall'altra dalla falce di luna grigia (rossa nell'illustrazione). Ciò è causato dalla rotazione della corteccia cellulare a seguito della fecondazione, per cui, tra l'altro, i componenti del percorso del segnale Wnt vengono trasportati e si raccolgono in un'area opposta al punto di ingresso dello sperma, la mezzaluna grigia. Durante le successive divisioni cellulari , le cellule che sono emerse dall'area della mezzaluna grigia ricevono concentrazioni significativamente più elevate di componenti del segnale Wnt.
D'altra parte, speciali molecole di mRNA (materne) sono fornite sul lato vegetale ricco di tuorlo dell'embrione , come vg1 , che codifica per un componente della via di segnalazione del TGF-β , e vegt -mRNA, che codifica per un fattore di trascrizione . Nella zona in cui gli mRNA presenti si sovrappongono alle componenti del segnale Wnt situate nella mezzaluna grigia, si forma inizialmente il centro di Nieuwkoop , che a sua volta è formato dalla secrezione di ligandi della via di segnalazione nodale (un altro ramo del TGF-β via di segnalazione) Organizzatore indotto più al di sopra di esso.
Secernendo inibitori delle vie di segnalazione Wnt e BMP (altro ramo della via di segnalazione TGF-β), l'organizzatore assume quindi un ruolo centrale nella formazione del pattern dell'embrione, sia per quanto riguarda la differenziazione ventre/schiena (ventro- asse dorsale) così come la distinzione testa/coda (asse anterio-posteriore).
Nel primo processo, chordin , noggin e follistatina svolgono un ruolo speciale in quanto sono inibitori della via di segnalazione BMP. Mentre il BMP agisce sulle cellule dal lato ventrale , Chordin influenza le cellule dal lato dorsale . Questo crea un gradiente di attività che controlla la differenziazione di altre strutture. Ad esempio, sul lato ventrale, dove l'attività BMP è più alta, l' epidermide è formata dall'ectoderma , mentre sul lato opposto BMP-inattivo, l'ectoderma diventa neuroectoderma , da cui successivamente emerge il tessuto nervoso (vedi anche neurulazione ).
Lo stesso vale per il mesoderma , dal quale emergono isole di sangue sul lato ventrale e la chorda dorsalis sul lato dorsale . Questa struttura assiale dei cordati è formata direttamente dall'organizzatore, che a sua volta è di origine mesodermica, viene spostato dai movimenti di gastrulazione e allungato alla notocorda. Allo stesso tempo, l'organizzatore secerne inibitori della via di segnalazione Wnt, come le proteine delle famiglie Dickkopf / Dkk e sFRP, che a loro volta provocano la formazione di strutture anteriori come la testa nella parte anteriore, mentre all'altra estremità il aumento dell'attività dei segnali Wnt per la formazione di quelli posteriori Strutture come la coda che porta. Il fatto che la sovraespressione degli omologhi di Dickkopf porti a un embrione anteriorizzato con una coda notevolmente accorciata e una testa notevolmente ingrandita è ciò che dà il nome a queste proteine. Wnt e BMP agiscono quindi come modellatori, morfogeni , che, a seconda della loro concentrazione o attività, sono in grado di indurre la formazione di diversi tipi di cellule.
Il gruppo cellulare organizzatore è quindi di importanza decisiva per la formazione dell'asse longitudinale dell'embrione. L'invaginazione del blastoporo durante la gastrulazione è associata ad una specializzazione dei tessuti nelle sue vicinanze. Il ruolo svolto dal gruppo di cellule situato sul labbro del blastoporo gli è valso il nome di organizzatore. Il ruolo dell'organizzatore è stato dimostrato dalla studentessa di dottorato di Hans Spemann Hilde Mangold attraverso un esperimento di microchirurgia su embrioni di tritone: se l'organizzatore viene trapiantato in un'altra posizione in un altro embrione all'inizio della gastrulazione, l'embrione bersaglio inizia la gastrulazione in due punti. In questo modo, come risultato di due regioni organizzative, viene creato un doppio insieme di strutture corporee su un singolo embrione. A seconda della posizione dell'impianto, questo porta a gemelli siamesi più o meno maturi . La manipolazione della localizzazione dei componenti del segnale Wnt nella mezzaluna grigia può anche portare a diverse forme di formazione dell'asse. Se il percorso del segnale Wnt z. B. attivato all'esterno della struttura a mezzaluna crea un altro organizzatore e un altro asse del corpo.
Le proteine segnale svolgono anche un ruolo centrale nei successivi processi di formazione della forma, ad esempio la formazione del viso. Manipolando i meccanismi sottostanti, si possono provocare deviazioni, ad esempio un raddoppio del volto. Mutando un gene necessario per la sintesi della proteina sonic hedgehog , malformazioni simili possono verificarsi naturalmente.
Organizzazione centri paragonabile al Spemann-Mangold organizzatore può trovare anche in altri vertebrati, come lo scudo dorsale in zebrafish o primitiva nodo di amnioti , noto anche come Hensenscher nodo negli uccelli .
letteratura
- Viktor Hamburger : L'eredità dell'embriologia sperimentale: Hans Spemann e l'organizzatore. Oxford University Press , 1988, ISBN 0-19-505110-6 (inglese).
- Werner A. Müller, Monika Hassel: Biologia dello sviluppo e della riproduzione di esseri umani e animali. Libro di testo Springer. 4a edizione. Springer Science + Business Media , 2005, ISBN 3-540-24057-8 , Capitolo 12.4: Induzione di teste e torsi nell'embrione vertebrato con tessuto organizzativo trapiantato, p. 331f ( anteprima ; 25 maggio 2009).
- Peter E. Fässler, Klaus Sander : Hilde Mangold (1898-1924) e l'organizzatore di Spemann: successo e tragedia. In: Roux's Arch. Dev. Biol. 205, 1996, pp. 323-332.
- Klaus Sander, Peter E. Fässler: Presentazione dell'organizzatore Spemann-Mangold: esperimenti e intuizioni che hanno generato un concetto chiave nella biologia dello sviluppo . In: Int. J. Dev. Biol. 45, 2001, pp. 1-11.