Abbiamo la seconda lezione con due parti di circa 35 minuti, riprendendo esattamente da dove eravamo arrivati nella lezione scorsa. Nella lezione scorsa abbiamo iniziato a descrivere il fatto che durante lo sviluppo embrionale avvengono ovviamente dei cambiamenti di espressione genica molto importanti che possono... dare abbiamo detto a dei fenotipi che variano a una rapidità incredibile osserviamo in questo caso lo sviluppo del topo e vediamo come nello sviluppo embrionale del topo dal giorno 5,5 dalla fecondazione a circa il giorno 16,5 dello sviluppo embrionale i cambiamenti morfologici come vedete sono estremamente cospicui e indicano veramente un cambiamento di forma e di dimensioni assolutamente massiccio e ovviamente per capire quali sono i meccanismi cellulari e molecolari che controllano appunto questi cambiamenti drastici usiamo delle tecnologie importanti come quella del cosiddetto knock out.
Il knock out è l'eliminazione di un gene espresso normalmente e lo studio delle alterazioni dello sviluppo embrionale che ci diranno sostanzialmente qual è la funzione di quel gene appunto nello sviluppo embrionale. Quando noi diciamo eliminiamo un gene che è importante per lo sviluppo embrionale, il fenotipo e il risultato principale che potremmo osservare è ovviamente una letalità. La letalità può avvenire in momenti diversi dello sviluppo embrionale a seconda del momento in cui ovviamente il gene che abbiamo eliminato ha sostanzialmente ha una funzione molecolare.
È una cosa ovviamente molto molto logica ma che spesso non consideriamo. La letalità di un embrione di topo può avvenire ancora prima di quello che è l'impianto dell'embrione nella mucosa uterina. L'impianto dell'embrione è quel fenomeno.
per il quale l'embrione fecondato nei mammiferi arriva nella mucosa uterina, riconosce nella mucosa uterina la presenza di recettori che possono chiaramente favorire l'attaccamento di questo embrione nella mucosa e quindi l'impianto di questo embrione. È evidente che alcuni geni sono importantissimi proprio per la... l'impianto dell'embrione e quindi questo è un punto critico dello sviluppo che causerà, se un gene non funziona in maniera appropriata, proprio la degenerazione dell'embrione appena impiantato nella mucosa uterina.
In questi casi le strutture extraembrionale possono persistere ovviamente per un po'di tempo. Una causa importante ovviamente di letalità che avviene nelle prime fasi dello sviluppo embrionale è logicamente legato alla mancanza di geni che sono importanti per la formazione dell'apparato cardiovascolare. Ovviamente anche in questo caso La logica è abbastanza semplice perché se non si formano i vasi sanguigni l'insufficienza vascolare causerà l'aborto dell'embrione perché i nutrienti non possano arrivare nelle varie parti dello stesso. Quindi una causa importante di letalità a livello della...
subito dopo l'impianto dell'embrione che chiamiamo letalità perimplantazionale, cioè letalità subito dopo l'impianto dell'embrione legato proprio alla mancata formazione del sistema cardiovascolare. Altri esempi ovviamente li vedremo nel corso di queste lezioni perché la letalità può essere ovviamente successiva dopo l'impianto o addirittura malformazioni embrionali possono poi portare a una letalità alla nascita. Vedremo lentamente nelle varie lezioni quali sono le cause. In questa diapositiva che vi consiglio di guardare con estrema attenzione, possiamo vedere che l'inignazione di alcuni geni causa dei difetti estremamente precisi, che non sono difetti di un'altra generazione, che causano la morte dell'embrione, ma sono delle vere e proprie alterazioni morfologiche che hanno una precisione estrema e che ovviamente avranno poi un fenotipo, cioè una manifestazione patologica.
Nel caso specifico vi inviterei di osservare alcune diapositive che ci fanno vedere un embrione di controllo. che si sta sviluppando in maniera appropriata e varie vertebre di questo embrione numerate qua come C6, C7, T1 e così via. In questo caso, la sigla non la dobbiamo studiare a memoria, ma potete immaginare cosa vuole dire.
C6 sarà la sesta vertebra cervicale. C7 la settima, T1 la prima toracica e così via. Se osserviamo alcune diapositive legate alla mutazione ad esempio di un gene che viene chiamato OX6, come vedete le alterazioni sono estremamente fini come in questo caso.
nella vertebra T4 dove vedete che la morfologia è diversa. Se voi osservate, e sono mutazioni estremamente interessanti, in assenza del gene Hox la vertebra T2, la vertebra T3 e la T4 sono assolutamente identiche l'una all'altra, mentre nel topo wall type, cioè il topo normale, la T4 come potete osservare ha una morfologia diversa dalla T2. In questo caso significa che il gene che è mutato, che abbiamo eliminato, non sarà chiaramente un gene necessario per lo sviluppo embrionale ma sarà un gene necessario per prendere delle decisioni estremamente precise come appunto la forma specifica di una vertebra, cioè la sua posizione. Io non so se queste nozioni sono, diciamo, per dire interessanti o meno per uno studente che ha un approccio più naturalistico, ma vi vorrei invece invitare proprio a pensare come queste mutazioni in realtà ci hanno insegnato e ci insegnano tantissimo dal punto di vista evolutivo. Provate a pensarci un attimo.
Se non arrivate a una conclusione, potete pensare un attimo bloccando il video e poi ripartendo, ovviamente durante l'evoluzione potete immaginare che piccoli cambiamenti della funzione di un gene come Hox6 vanno a determinare poi il cambiamento della morfologia della colonna vertebrale. di varie specie. Se ovviamente il cambiamento come in un caso sperimentale è un cambiamento in cui eliminiamo un gene per studiare la funzione, il topo che nascerà sarà un topo che avrà delle alterazioni negative, ma potete immaginare che nel corso dell'evoluzione piccoli cambiamenti dell'espressione di questi geni risultano, causano ovviamente cambiamenti importanti della morfologia dell'organismo.
e sono quindi ad esempio responsabili della differenza nella forma delle vertebre che c'è tra un gatto e un cane. o tra un cane e un uomo, ne possiamo riconoscere perché sono sempre vertebre L6, lombare 6 eccetera, ma ovviamente piccoli cambiamenti causano un cambiamento della forma che sarà un cambiamento poi della morfologia dell'animale adulto. Questo è un principio che mi premeva sottolineare, abbastanza interessante. punto di vista evolutivo. Nella prossima serie di diapositive introduttive vorrei un attimino discutere qual è il ruolo che l'ambiente gioca nello sviluppo.
Ovviamente questa diapositiva scritta in inglese che vi aiuto a tradurre Dice che l'ambiente non sembra giocare un ruolo importante durante lo sviluppo, nel senso che lo sviluppo embrionale è largamente determinato dal patrimonio genetico e poco influenzabile ovviamente da cambiamenti ambientali. E questo è ovvio perché è un momento critico della formazione di un individuo ed è giusto dal punto di vista evolutivo far sì che l'ambiente non abbia un grande effetto. Ovviamente questo non avviene per quelli che sono degli agenti embrionali che sono sostanzialmente dei...
inquinanti, gli inquinanti parecchi teratogeni cioè sostanze che sono il teratogene una sostanza che appunto in grado di indurre una malformazione embrionale in questo caso l'ambiente gioca un ruolo negativo nello sviluppo embrionale perché gli inquinanti di fatto causano quello che potrebbe essere una alterazione dello sviluppo embrionale. Ci sono alcuni esempi che potremmo provare appunto a descrivere. Il numero effettivamente di agenti ambientali che causano una disruption, cioè una alterazione dello sviluppo embrionale è effettivamente elevatissimo. Alcuni li andremo a discutere un pochettino nei dettagli, ma come vedete queste influenze negative dell'ambiente possono essere ovviamente delle sostanze chimiche o delle droghe, possono essere naturalmente delle sostanze, delle radiazioni, possono anche essere dei microrganismi, delle infezioni. che causano naturalmente delle alterazioni proprio perché una piccola perturbazione dell'ambiente durante lo sviluppo embrionale può causare un grosso cambiamento della morfologia dell'individuo oppure delle condizioni metaboliche nella madre.
Un esempio così abbastanza interessante potrebbe essere quello del diabete. Ragioniamo un attimo cosa succede nel diabete. Nel diabete il principale evento che avviene nella mamma, nella madre, è il mancato controllo del glucosio, dei livelli di glucosio del sangue.
Se la madre non controlla il glucosio naturalmente l'embrione crescerà in un ambiente ricco di glucosio anche perché l'embrione non è in grado di controllare il tasso di glucosio della circolazione embrionale perché il sangue arriva appunto dalla madre. Più glucosio nel sangue vuol dire più sostanze nutrienti e ad esempio tipicamente i feti che crescono in un ambiente iperglicemico con più glucosio tenderanno naturalmente a essere più grandi. e quindi ci saranno ovviamente essendo più grandi uno dice vabbè chi se ne frega non è proprio così naturalmente siccome il parto rimane un momento comunque estremamente challenging per dirla all'inglese un momento fisiologico che pone un grande sforzo all'organismo della madre un feto più grande ovviamente farà più fatica a essere espulso durante il parto. L'esatto contrario ovviamente può avvenire nei casi di malnutrizione, in questo caso ovviamente avremo invece che un feto che cresce in maniera diciamo esagerata potremmo avere delle parti del feto che sono ovviamente più ridotte.
e quindi non così funzionali. C'è un discorso interessante che non vi faccio, ovviamente l'evoluzione fa sì che in caso di una deficienza nutrizionale della madre il feto è l'ultimo tra virgolette a soffrirne. perché prima vengono utilizzate tutte le riserve di vitamine, di calcio, quello che è della madre e solo dopo, quando proprio non c'è più niente da mobilizzare, il fetus avrà delle ricadute.
È un caso tipico e sono delle carenze di... calcio o di vitamine D che sono importanti per lo sviluppo delle ossa, il feto potrebbe essere relativamente salvaguardato da queste cose ma ovviamente la madre perde calcio dalle ossa e va in una condizione di fragilità. Tante di queste altre sostanze sono qua schematizzate Ne vedrò alcune un pochino nei dettagli.
Il Talidomide è una storia estremamente interessante che se siete interessati vi potrò raccontare e vi inviterei effettivamente di scrivermi se siete interessati e ovviamente alcol e molte altre cose. Ovviamente la sensibilità del feto alle sostanze teratogene, alle alterazioni ambientali, sarà diversa a seconda del momento dello sviluppo embrionale. Questa è una cosa direi quasi logica da descrivere. Prendiamo ad esempio lo sviluppo embrionale che iniziamo a conoscere, le prime parti di questo sviluppo embrionale come abbiamo detto l'altra volta precoci sono la segmentazione, cleavage, l'impianto, implantation e la gastrulazione, gastrulation e poi ovviamente i vari organi inizieranno a svilupparsi. Le prime fasi dello sviluppo embrionale sono tutto sommato sensibili alla presenza di alterazioni nell'ambiente o alterazioni nel circuito sanguigno della madre e causano una malformazione che risulta nella morte fetale, nell'aborto dello stesso.
Man mano che lo sviluppo, ovviamente il tempo di sviluppo aumenta, il nostro feto diventerà sempre meno sensibile alle alterazioni ambientali negative. Come vedete noi abbiamo, se noi prendiamo il verde, scusate io sono un po'daltonico, questo violetto ci dice il periodo in cui un'alterazione può dare effetti drammatici Il giallo ci dice che è invece il periodo in cui un'alterazione ambientale dà degli effetti minori. Come vedete più avanti siamo nello sviluppo embrionale e più i vari organi sono insensibili alle alterazioni ambientali. Invece ovviamente più precoce è lo sviluppo embrionale, più il periodo embrionale è diciamo appunto precoce, siamo nelle prime fasi dello sviluppo embrionale e più l'alterazione può causare delle anomalie rilevanti. Quindi il feto è tanto più sensibile all'ambiente esterno.
tanto più è nelle prime fasi dello sviluppo. Questo è quello che questa diapositiva ci dice. Una seconda cosa che questa diapositiva ci dice è che per ogni organo il periodo di sensibilità in realtà è ben definito. Se voi vedete, proprio confrontiamo due organi tipo Quindi lo sviluppo degli arti è estremamente sensibile alla presenza di teratogeni, cioè di sostanze negative nell'ambiente, nel periodo che va dalla quarta alla quinta, sesta settimana di sviluppo embrionale, poi diventa meno sensibile e poi ovviamente diventa totalmente insensibile a variazioni ambientali. Se noi invece prendiamo il sistema nervoso centrale vedremo che esso è sensibile già nelle primissime fasi dello sviluppo embrionale e rimane sensibile per un periodo più lungo.
Il palato diventa sensibile, lo sviluppo del palato è sensibile in una finestra relativamente piccola dello sviluppo embrionale e così via. Vi chiedo appunto di razionalizzare questo tipo di osservazione. e la razionalizzazione è, se ci pensate un attimo, è di nuovo evidente.
Un organo diventa sensibile a alterazioni ambientali, soprattutto nelle fasi in cui viene impostata proprio la struttura, e quindi è molto sensibile, e poi diventa ovviamente insensibile una volta che quest'organo è in qualche maniera già. Questo che vediamo qua è un classico esempio ambientale dell'effetto che appunto alcuni inquinanti possono avere sullo sviluppo embrionale dei pesci. In questo caso naturalmente stiamo parlando di inquinanti.
che sono in qualche maniera solubili nell'acqua e l'esperimento che vediamo qua è un esperimento in cui uno spill, cioè una perdita di componenti della raffinazione del petrolio, sono state rilasciate accidentalmente in acqua. Come vedete l'effetto su una larva di zebrafish, un pesce, è abbastanza rilevante. Cerchiamo nuovamente di osservarlo.
Se noi andiamo ovviamente a guardare le strutture osse o cartilagine che sono tracciate qua in blu scuro o in blu chiaro, Vediamo che la larva sottoposta a questo tipo di inquinante ha una drammatica alterazione delle strutture morfologiche e questo ovviamente si ricondurrà poi in una perdita proprio dell'organismo che non potrà competere nell'ambiente. In termini proprio generali il livello proprio di inquinanti che noi possiamo trovare in un ambiente danneggerà molto più facilmente gli individui che sono durante lo sviluppo embrionale più fragili. che l'adulto che in qualche maniera avrà una soglia di tossicità che è molto più alta.
Quindi in termini proprio generali è un discorso abbastanza importante nel contesto in cui piccole quantità di inquinanti possono magari non avere nessun effetto sulla popolazione adulta ma possono ovviamente un fortissimo effetto sulle popolazioni che sono gli animali durante il loro sviluppo embrionale. Un effetto che mi piace proprio toccare qui è ovviamente estremo, rappresenta l'effetto dell'alcol, l'alcol sulle prime fasi del... sviluppo embrionale.
Va detto che questo purtroppo è anche un aspetto drammatico, patologico della specie umana. Abbiamo quella una malattia, meglio una malformazione gravissima che è la cosiddetta sindrome alcolica fetale, ovviamente in questo caso l'alterazione è legata al fatto che la madre assume delle quantità di alcol anche non necessariamente elevate ma l'alcol nella specie umana viene usata diciamo a scopo tra virgolette ricreazionale e che noi sappiamo che a dosi relativamente alte va ad agire sul sistema nervoso centrale e quindi in un adulto può causare una temporanea perdita diciamo delle delle funzioni cognitive, dei riflessi, ma questa stessa quantità di alcol che nell'adulto può causare un difetto ovviamente acuto, temporaneo, può causare delle malformazioni drammatiche nel feto durante lo sviluppo embrionale. Questo è il feto di un neonato che ha avuto una gravissima intossicazione alcolica, l'encefalo, confrontato all'encefalo di un neonato che ovviamente non ha avuto questo problema, ovviamente se vediamo l'encefalo sono sempre due neonati che sono morti alla nascita. Ma come vedete le dimensioni dell'encefalo sono estremamente ridotte e questa è una lesione che non potrà mai essere recuperata. In queste diapositive vediamo invece il rosso.
e in verde sono le fibre del sistema nervoso e specificamente sia quelle neuronali che quelle gliali c'è una fortissima anomalia anche a livello ultra strutturale perché potete immediatamente notare come la quantità di fibre nell'encefalo normale rispetto a un encefalo che ha avuto un'intossicazione d'alcol durante lo sviluppo embrionale è molto minore e come potete osservare adesso io seguirò con la penna la dimensione dell'encefalo che si può vedere Abbiamo visto abbastanza bene che il bordo dell'encefalo nel caso 1 sopra e nel caso di sotto come vedete, qui ho sbagliato, come vedete in questo caso le dimensioni dell'encefalo non sono così drammaticamente ridotte, ci troviamo di fronte a una intossicazione di alcol minore, ma anche se dall'esterno la struttura cerebrale appare relativamente intatta un'analisi più fine delle fibre nervose ci fa vedere questa riduzione. Anche questo secondo me alla fine è un principio importante perché ci dice che la comprensione poi di quello che può capitare all'interno di un organismo non può limitarsi a una visione diciamo esterna ma un'analisi molecolare o cellulare ci può rivelare delle anomalie che sono ovviamente non visibili esteriormente ma che poi sono visibili dal punto di vista molecolare e sicuramente, ripeto, sicuramente hanno poi un effetto negativo sull'organismo. Un altro esempio che va proprio in queste alterazioni dello sviluppo del sistema nervoso legate all'eccesso di alcol ci fa vedere una ricostruzione tridimensionale, questa volta al microscopio e questa volta fatta non su un essere umano ma su un topo durante lo sviluppo embrionale al 14esimo giorno della vita embrionale. Come potete vedere le alterazioni della, questa è la struttura dell'encefalo normale e ovviamente Ovviamente è confrontata a due strutture dell'encefalo, della testa, con un sovradusaggio di alcol, le malformazioni sono molto elevate, in questo caso non si chiude il tubo neurale, poi parleremo un pochettino più nei dettagli di questo quando faremo lo studio del sistema nervoso.
E queste sono ovviamente alterazioni estremamente gravi. Nella ricostruzione tridimensionale ci fa vedere addirittura che alcune parti dell'encefalo che sono presenti nell'organismo durante lo sviluppo embrionale normale sono assenti quando abbiamo una sovraesposizione ambientale all'alcol. Nello specifico sono assenti queste due parti che rappresentano i bulbi olfattivi e come dice il nome sono deputate e la loro funzione è quella di poi alla nascita e nell'adulto di processare l'informazione chimica degli odori.
e ovviamente qui vi risparmierò sostanzialmente i dettagli ma ovviamente si chiede qual è poi il motivo per cui queste alterazioni possono avvenire dal punto di vista molecolare e diciamo che in questo esperimento Altrimenti vediamo che con l'aumentare della concentrazione di alcol il numero di cellule che usano una molecola che si chiama L1 per aderire una all'altra, come vedete, diminuisce radicalmente. Un altro esempio di teratogenicità, cioè di perdita, diciamo, della morfologia con effetti drammatici, è dato da un'esercizio di teratogenicità. erbicida abbastanza noto che è il glifosato. In questo caso possiamo osservare e confrontare l'effetto di questo erbicida presente nelle acque. nello sviluppo embrionale di una larva di Xenopus, di un rospo.
Sostanzialmente colorato in blu vediamo le cartilagini facciali della larva normale e poi vediamo il confronto con una larva che è stata trattata sperimentalmente in glifosato ma che ovviamente... a concentrazioni che sono concentrazioni che si trovano nell'ambiente. Anche in questo caso possiamo vedere che l'alterazione è abbastanza drammatica. Anche qua controllo verso trattato con glifosato grandi alterazioni e questa diapositiva è interessante perché ci fa vedere anche che questi diciamo alteratori in realtà vanno a interferire probabilmente con dei percorsi molecolari evolutivamente conservati che hanno delle molecole ben precise.
In questo caso vedete che una piccola iniezione di glifosato nella metà sinistra dell'embrione rispetto alla destra che non è stata iniettata provoca una fortissima alterazione dello sviluppo dell'occhio. E quindi nuovamente ci dice che i meccanismi molecolari importanti nello sviluppo embrionale hanno comunque una grande rilevanza anche se li vediamo dal punto di vista dell'ecosistema. Credo che questa diapositiva concluderà la prima delle due parti di 35 minuti e sostanzialmente vediamo in questo caso l'effetto di un altro inquinante che è il DES con la sua struttura chimica.
In questo caso come vedete l'effetto apparentemente non è drammatico ma sostanzialmente... cambia la deposizione e l'espressione genica di alcuni fattori che sono quelli come OX. Vi ricordate che l'OX è la proteina che prima vi ho detto è importante per la formazione delle vertebre, come vedete l'inquinante e com'è che agisce poi come teratogeno sostanzialmente va a interferire proprio con l'espressione di questi geni che sono qui stati evidenziati in viola.
Nel controllo il gene OX è espresso in maniera abbondante nell'embrione che si sviluppa sostanzialmente già, come vedete, a livello dell'oviduto. e l'inquinante ne riduce drammaticamente l'espressione causando quindi poi delle alterazioni morfologiche importanti. Con queste osservazioni chiudiamo la prima parte della lezione 2. Nel prossimo video avremo la seconda parte della lezione 2.