CAPITOLO I: lo Xenopus laevis
Un organismo modello ideale
Tassonomia Dominio: Eukaryota Regno: Metazoa Phylum: Chordata Classe: Amphibia Ordine: Anura Famiglia: Pipidae Genere: Xenopus Specie: Xenopus laevis
Lo Xenopus laevis (Figura 1) è una rana priva di coda – un anuro – caratteristica del Sud Africa, con arti anteriori piccoli e non palmati e con zampe posteriori grandi e palmate, le cui prime tre dita presentano piccoli artigli sulle falangi distali. Per queste caratteristiche viene anche chiamata “rana africana artigliata”. Il nome delle specie deriva dalla peculiare pelle liscia (laevis) generalmente picchiettata di macchie sul dorso e chiara sul lato ventrale, eccezion fatta per gli individui albini, tutti bianco-gialli. Le femmine dello X. laevis raggiungono i 15 cm di lunghezza, mentre i maschi appena i 5 cm.
I motivi che rendono lo Xenopus laevis un ottimo organismo modello per gli studi di biologia dello sviluppo riguardano i tempi di sviluppo che sono brevi e standardizzati e la grande accessibilità degli embrioni a trattamenti di manipolazione. In due giorni soltanto infatti da uno zigote si forma un girino prossimo alla metamorfosi; lo sviluppo degli embrioni è esterno e i blastomeri, ben riconoscibili e di grandi dimensioni, sono facilmente manipolabili. Gli embrioni inoltre crescono molto bene in una soluzione salina fisiologica.
Sono organismi che raggiungono la maturità sessuale in breve tempo (1-2 anni) e la fecondazione in vitro ha un'alta resa grazie alla possibilità di somministrare
l'ormone umano HCG (gonadotropina corionica umana) per via parenterale per sincronizzare la maturazione delle uova e ottenere embrioni esattamente quando necessario, rispettando dei periodi di riposo per l'animale.
Per lo studio della retinogenesi, inoltre, è un organismo modello ideale in quanto la retina è facilmente accessibile durante tutto lo sviluppo e contiene la ciliary
marginal zone (CMZ) fino all'età adulta. Tale CMZ contiene cellule spazialmente
disposte secondo un preciso ordine che riflette il loro stato proliferativo o differenziativo e da essa dipende la capacità rigenerativa della retina di questo animale, in età adulta.
Embriogenesi precoce
Gli embrioni di Xenopus laevis si dividono secondo un modello di segmentazione oloblastica (cioè totale) radiale ineguale. La presenza di abbondante vitello nell'emisfero vegetativo delle uova mesolecitiche di X. laevis infatti, desincronizza le divisioni cellulari che si susseguono a ritmo più lento rispetto al polo animale opposto, che contiene invece poco vitello. Questo comporta la presenza di blastomeri più piccoli e in numero maggiore nell'emisfero animale rispetto a quello vegetativo.
Il primo solco di segmentazione è meridiano e mentre sta completando la divisione del citoplasma ricco di vitello dell'emisfero vegetativo, già il secondo solco di divisione si prepara nella metà animale, meridiano anch'esso e perpendicolare al primo.
Il terzo solco di segmentazione è equatoriale, spostato verso l'emisfero animale a causa dell'ostacolo rappresentato dal vitello nell'emisfero vegetativo. A questo punto l'embrione ha raggiunto lo stadio di 8 cellule ed è diviso in quattro piccoli blastomeri (micromeri) all'emisfero animale e quattro blastomeri più grandi (macromeri) all'emisfero vegetativo. La segmentazione procederà formando cellule numerose e piccole nella regione animale e cellule voluminose ricche di vitello nella regione vegetativa, fino a raggiungere lo stadio di morula, con 64 cellule (Figura 2). Allo stadio di 128 cellule l'embrione è una blastula, nome dovuto alla presenza evidente di una cavità detta blastocele. Allo stadio 9 cominciano a esprimersi i geni zigotici: è il momento della mid-blastula transition, in cui l'embrione si prepara alla
gastrulazione (Newport J. and Kirschner M., 1982). Seguono, infatti, i movimenti cellulari epibolici dell'ectoderma ed embolici del mesoderma, tipici della gastrulazione dell'embrione, che porterà alla separazione dei tre foglietti embrionali da cui avranno origine tutte le strutture dell'adulto: l'ectoderma, il mesoderma e l'endoderma.
Nella fase iniziale della gastrulazione, cellule della zona marginale migrano verso l'interno formando il labbro dorsale del blastoporo, mentre precursori del mesoderma, per embolia, si invaginano sotto il tetto del blastocele. Le cellule mesodermiche che si portano all'interno attraverso il labbro dorsale del blastoporo formeranno il mesoderma assiale dorsale (notocorda e somiti), mentre quelle che vengono internalizzate dal labbro laterale e ventrale del blastoporo daranno origine al rimanente mesoderma. Nella fase intermedia della gastrulazione si forma l'archenteron e il blastocele si restringe, fino a chiudersi del tutto nella fase finale della gastrulazione che vede l'embrione rivestito da ectoderma esternamente e provvisto di uno strato di mesoderma a separare l'ectoderma dall'endoderma interno che riveste l'archenteron (Figura 3).
Le cellule del labbro dorsale del blastoporo e i loro derivati (notocorda e mesoderma precordale) vengono definiti "organizzatore di Spemann". Esperimenti di trapianto dimostrarono che è il gruppo di cellule vegetative più dorsali a fornire, per induzione, l'identità all'organizzatore di Spemann; tale gruppo di cellule venne chiamato "centro di Nieuwkoop", dal nome del suo scropritore (Gerhart et al., 1989). Il centro di Nieuwkoop induce la formazione dell'organizzatore attivando alcuni geni, quali goosecoid, oltre che attivare le proprietà di migrazione delle cellule del labbro dorsale del blastoporo e consentire alle cellule che esprimono goosecoid il reclutamento nell'asse dorsale di cellule vicine (Scott F. Gilbert – Biologia dello sviluppo, 2005).
Figura 2. A) Schema dei primi tre solchi di divisione in embrioni di Xenopus laevis. B) Immagini al microscopio ottico di
segmentazioni successive di embrioni di Xenopus fino allo stadio di morula (64 cellule). CP = corpi polari. La freccia nera indica il punto di entrata dello spermatozoo.
Figura 3. Eventi catastrofici che si susseguono durante la gastrulazione di un embrione di Xenopus laevis. In giallo
