Meccanismi di Fecondazione, Regolazione Genica e Sviluppo degli Arti nei Vertebrati

Origine del centrosoma zigotico nella fecondazione e nella partenogenesi

Nei mammiferi, il centrosoma che accompagna il pronucleo maschile forma il fuso mitotico. Il centrosoma è formato da una coppia di centrioli. Entrato nella cellula uovo, il centriolo si duplica e agisce come un magnete per tutti i componenti citoplasmatici utili a organizzare il fuso mitotico. Ciò avviene perché la cellula uovo è priva di centrioli e il fuso viene organizzato esclusivamente dai centrioli paterni.

Fa eccezione il topo, in cui l'oocita è capace di sviluppare il fuso autonomamente, senza il contributo dei centrioli del gamete maschile. Nelle specie che effettuano partenogenesi, come negli imenotteri, si ha la formazione di vari aster, uno dei quali interagisce con il pronucleo femminile, che forma i centrioli ex novo: questo accade poiché manca lo spermatozoo che apporta i centrioli, rendendo necessaria la loro formazione autonoma.

Stato della cromatina e inattivazione genica

La regolazione dell'espressione genica avviene principalmente attraverso la modulazione della cromatina:

• Eterocromatina: non trascrive (forma inattiva).
• Eucromatina: trascrive (forma attiva).

La compattazione della cromatina è mediata dagli istoni. Un esempio biologico è osservabile nei gatti “tartaruga”, la cui colorazione deriva dalla compattazione selettiva di uno dei due cromosomi X. Analogamente, le cellule differenziate (come quelle epiteliali) non producono proteine muscolari perché la cromatina corrispondente a tali geni è overcondensata.

Meccanismi di regolazione

• Modifica degli istoni: vengono alterati per legarsi più fortemente al DNA.
• Metilazione del DNA: avviene a livello della citosina (formazione di 5-metilcitosina) per richiamare proteine che facilitano la condensazione.

La cromatina trascrizionalmente attiva presenta istoni acetilati e DNA non metilato; al contrario, la cromatina inattiva è caratterizzata da metilazione e istoni deacetilati (come nell'inattivazione del cromosoma X, dove l'istone H4 risulta deacetilato). L'acetilazione è dunque fondamentale per permettere la trascrizione.

Specificazione dell'asse antero-posteriore nell'arto dei vertebrati

La determinazione dell'asse antero-posteriore degli arti dipende dalla regione polarizzante posteriore. L'arto dei vertebrati si sviluppa a partire dall'abbozzo di arto, una protusione che comprende:

• Cresta ectodermica apicale.
• Regione di progressione.
• Regione polarizzante.

Nell'embrione di pollo, il fattore di crescita FGF10 è presente nel mesoderma intermedio e, grazie alla trascrizione del gene Wnt, si localizza in due regioni specifiche: l'abbozzo dell'arto anteriore e quello posteriore.

Cascata di segnalazione

FGF10 induce nell'ectoderma la trascrizione di FGF8, che attiva il gene Sonic Hedgehog (SHH) nella regione posteriore del mesoderma. Questo mantiene la trascrizione di FGF8 e attiva FGF4. Infine, i fattori di trascrizione Tbx5 e Tbx4 determinano rispettivamente lo sviluppo degli arti anteriori (ali) e posteriori (zampe).