Induzione neurale

Dizionario di Medicina (2010)

induzione neurale


Processo nel quale, durante lo sviluppo dell’embrione di vertebrato, il cordomesoderma interagisce con l’ectoderma influenzandone la differenziazione in senso neurale. L’i. n. dà inizio alla formazione del tubo neurale, detta neurulazione, che conduce l’embrione allo stadio di neurula. Per distinguerla da altri fenomeni d’induzione che avvengono durante lo sviluppo dell’embrione, l’i. n. è anche detta induzione embrionale primaria.

Ruolo dell’organizzatore nell’induzione neurale

Gli esperimenti classici di Hans Spemann e Hilde Mangold portarono all’identificazione del labbro dorsale del blastoporo come la regione responsabile dell’induzione neurale. Durante gli eventi della gastrulazione nell’embrione degli anfibi, le cellule a bottiglia della zona marginale migrano verso l’interno con un movimento di invaginazione, formando il labbro dorsale del blastoporo, per poi continuare a spostarsi lungo la superficie interna dell’ectoderma (il foglietto embrionale esterno; ➔ cervello, sviluppo del) a costituire il tetto dell’archenteron, l’intestino primitivo embrionale. A causa del movimento di cellule, la composizione del labbro dorsale del blastoporo cambia di continuo, con l’arrivo e l’invaginazione di popolazioni cellulari successive destinate a dare origine alle regioni più rostrali dell’intestino, ai precursori del mesoderma cefalico e alle cellule del cordo-mesoderma, dal quale prenderà origine la notocorda, una sorta di colonna vertebrale di natura mesodermica. Negli uccelli, nei rettili e nei mammiferi, l’equivalente funzionale del labbro dorsale del blastoporo è il nodo primitivo, o nodo di Hensen, una regione specializzata della stria primitiva contenente una depressione a livello della quale le cellule in migrazione passano all’interno del blastocele. Spemann e Mangold dimostrarono che il labbro dorsale di tritoni del genere Triturus è dotato di capacità di autodifferenziamento: infatti, se trapiantato nell’ectoderma ventrale di un’altra gastrula, esso mantiene le proprie caratteristiche di labbro del blastoporo e, in aggiunta, dà inizio agli eventi della gastrulazione nei tessuti adiacenti, fino alla formazione di un secondo embrione completo, unito ventralmente all’embrione ospite. Per questo motivo Spemann chiamò il labbro dorsale del blastoporo anche organizzatore, in quanto esso è capace di indurre la formazione del tubo neurale e del tessuto mesodermico dorsale e di dare avvio agli eventi che portano alla formazione degli assi antero- posteriore e dorso-ventrale.

Specificità regionale dell’induzione neurale

L’i. n. è un processo caratterizzato da alta specificità regionale, poiché le cellule del tessuto organizzatore non solo inducono il tubo neurale, ma specificano anche la sua suddivisione in regioni caratteristiche. Come dimostrato dagli eleganti esperimenti di trapianto di Mangold e, successivamente, dai preparati di Johannes Holtfreter, le regioni più anteriori del tetto dell’archenteron danno origine all’apparato buccale e ad altre strutture cefaliche, le porzioni intermedie alle vescicole ottiche, le porzioni più posteriori alle strutture mesodermiche del tronco e della coda.

Meccanismi molecolari

Studi condotti sull’anfibio Xenopus hanno consentito di identificare alcuni fattori che hanno un ruolo cruciale negli eventi dell’induzione neurale. È noto che il differenziamento in senso neurale rappresenta in realtà la condizione di base delle cellule dell’ectoderma. Infatti, se l’ectoderma viene disgregato in singole cellule così da impedire le normali interazioni cellula- cellula, e viene poi posto in coltura in assenza di fattori secreti, le cellule formano tessuto neurale. La soppressione del differenziamento neurale è dovuta a fattori di inibizione della sottoclasse BMP (Bone Morphogenetic Protein), una categoria di proteine del tipo TGFβ (Transforming Growth Factor β) che esplicano anche una spiccata azione di dorsalizzazione del sistema nervoso centrale in via di sviluppo. Il legame di BMP al suo recettore ne induce la fosforilazione a livello del dominio citoplasmatico. Il recettore fosforilato, a sua volta, innesca la fosforilazione della proteina SMAD (Small Mother Against Decapentaplegic), che si associa con il fattore chiamato mediatore di SMAD (co-SMAD) ed entra nel nucleo, dove regola la trascrizione genica. L’espressione di una forma tronca non funzionale del recettore BMP nelle cellule dell’ectoderma (esperimento del dominante negativo) induce le cellule ectodermiche a differenziarsi in senso neurale, dimostrando che il blocco di BMP è sufficiente a innescare l’induzione neurale. Durante lo sviluppo di Xenopus, le cellule dell’organizzatore bloccano il segnale di BMP mediante l’azione di tre proteine secrete (follistatina, noggin e chordin) che si legano a BMP impedendo che esso interagisca con il suo recettore. Studi condotti su Xenopus, sul pesce e sul pollo indicano che anche il fattore di crescita dei fibroblasti (FGF, Fibroblast Growth Factor) è importante per l’induzione neurale. In embrioni di pesce zebra privi dell’organizzatore di Spemann e di chordin, il tessuto neurale si forma lo stesso, indicando quindi che gli antagonisti della via di BMP non sono richiesti per l’induzione neurale. Analogamente, l’inibizione del solo segnale di BMP non induce il tessuto neurale in Xenopus, mentre invece la combinazione tra l’attivazione del segnale di FGF e l’inibizione di BMP promuove il processo dell’induzione. Sembra che la proteina FGF esplichi un’azione di sensibilizzazione del tessuto ectodermico, che viene preparato a rispondere agli antagonisti di BMP, responsabili dell’innesco effettivo dell’induzione neurale. Anche il fattore di crescita insulino- simile di tipo 1 (IGF-1, Insulin-like Growth Factor-1) regola positivamente gli eventi dell’i. n. nelle varie specie del genere Xenopus. Sia l’azione dell’IGF-1 sia quella del fattore FGF si attuano mediante inibizione dell’attività delle SMAD.

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Fattore di crescita insulino- simile

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