PRIME FASI DELL’EMBRIOGENESI: ZIGOTE E DIFFERENZIAMENTO

Una cellula uovo (oocita) fecondata è detta zigote e deriva quindi dall’unione dei gameti maschili e femminili (evento che avviene a livello della tuba uterina). A partire da questa singola cellula si svilupperà un organismo pluricellulare con cellule differenziate.

Lo sviluppo di un embrione si può dividere in 3 eventi successivi nel tempo:

 

- DIFFERENZIAMENTO à (1° settimana - 10 gg nell’uomo) da un’unica cellula, lo zigote, si originano dei cloni che andranno incontro ad una serie di cambiamenti di espressione genica e che porteranno alla formazione di centinaia di tipi cellulari differenti;

 

- MORFOGENESI à (fino al 3° mese) le cellule proliferano, differenziano, stabiliscono contatti, si localizzano in specifiche sedi e si organizzano in forme ordinate dando luogo a tessuti e organi;

 

Durante i primi 3 mesi di gestazione, quando dallo zigote (120 mm di diametro, cellula molto grande!) si arriva ad un embrione completamente formato ma delle dimensioni di 2,5 cm, si ha soprattutto differenziamento e morfogenesi (poco accrescimento). Le ridotte dimensioni dell’embrione in queste fasi facilitano i processi migratori e le interazioni cellulari.

 

- ACCRESCIMENTO à (dal 3° al 9° mese) fase di crescita dell’embrione (che dovrà arrivare alle dimensioni di un neonato), non avviene più divisione cellulare ma regolazione dell’accrescimento e riparo dell’eventuale danno (à cellule staminali e medicina rigenerativa).

PRIME FASI DEL DIFFERENZIAMENTO: la segmentazione

 

Il primo evento a cui va incontro lo zigote è una serie di divisioni mitotiche, la segmentazione.

Inizialmente l’oocita fecondato possiede due pronuclei, maschile e femminile, che contengono il genoma dello spermatozoo e della cellula uovo; i due pronuclei si avvicinano, le membrane pronucleari si dissolvono ed entrano a far parte del sistema di membrane della cellula, si liberano i cromosomi già condensati e duplicati e si dispongono sulla piastra equatoriale lungo il fuso mitotico per andare incontro ad una serie di rapide divisioni cellulari.

 

 

 

L’importanza della rapidità si ha non tanto per le specie a fecondazione interna, quanto per quelle a fecondazione esterna, es. per anfibi e pesci che depongono e fecondano le uova nell’acqua, gli embrioni si devono sviluppare in tempi rapidi per poter nuotare e non essere facilmente predati.

 

La segmentazione dà luogo a 2, 4, 8, 16 cellule o blastomeri e così via; lo stadio di 8-16 cellule è detto morula, proprio per la forma di mora a cui assomiglia.

Allo stadio di 16 cellule, queste non sono più sferiche ma interagiscono tra loro con contatti stretti per il fenomeno della compattazione, necessario per il successivo sviluppo (vedi dopo).

Inizialmente le divisioni mitotiche sono caratterizzate da sincronizzazione, che poi andando avanti si perde fino ad avere cellule che si dividono ognuna con i propri tempi.

Le divisioni avvengono senza accrescimento dello zigote, i blastomeri acquisiscono il citoplasma ereditato dall’ovocita e si formano entro la struttura rigida esterna che è il glicocalice o zona pellucida della cellula uovo originaria, estremamente importante nell’evento di fecondazione. Queste cellule in divisione, quindi, acquistano via via delle dimensioni sempre più simili a quelle di una cellula somatica normale.

All’interno della morula si formerà una cavità, il blastocele, e il successivo sviluppo porterà allo stadio di blastocisti.

 

Le prime divisioni cellulari, per quanto riguarda i piani di segmentazione, sono differenti da specie a specie: per echinodermi e anfibi i primi due piani sono meridiani (verticali) e perpendicolari tra di loro e si formano 4 cellule figlie uguali, mentre il terzo piano è equatoriale più spostato verso il polo animale e si formano macromeri e micromeri; per i mammiferi invece il primo piano è meridiano, poi per uno dei due blastomeri il secondo piano è meridiano e perpendicolare al primo, per l’altro blastomero è equatoriale, e si ottiene una segmentazione di tipo rotazionale.

Questi tipi di divisione possono contribuire in maniera diversa al differenziamento e alla ripartizione delle molecole citoplasmatiche nelle cellule figlie.

 

Il differenziamento è un processo che si svolge per successivi passaggi, all’inizio reversibili e man mano che si procede verso il differenziamento terminale sempre meno reversibili.

Uno dei primi passaggi del differenziamento in termini di commitment è la specificazione, cioè un primo ‘comando’ che le cellule ricevono riguardo al loro destino differenziativo e che è reversibile e dipende dalla loro posizione nell’embrione (cioè spostando le cellule in un’altra posizione nell’embrione, queste cambieranno la loro specificazione).

In base alle specie distinguiamo diversi tipi di specificazione:

 

- specificazione autonoma à caratteristica di molti invertebrati, avviene per acquisizione differenziale di molecole citoplasmatiche presenti nell’uovo; in questo caso la specificazione dei tipi cellulari precede qualsiasi migrazione su larga scala.

 

Una cosa simile avviene anche nel differenziamento terminale degli organi nel mammifero, dove le divisioni asimmetriche delle cellule fanno sì che una cellula figlia riceva molecole di superficie e citoplasmatiche di un tipo o di un altro e che sia indirizzata verso un fenotipo staminale o più differenziato.

 

Esempio: uno dei primissimi esperimenti di embriologia nello studio della plasticità delle cellule embrionali è consistito nel prendere un embrione di anfibio dopo la prima segmentazione e separare i due blastomeri: questa divisione verticale portava allo sviluppo di due embrioni normali ( à alta plasticità dell’embrione);

se invece la divisione dei blastomeri avveniva sul piano trasversale spostata verso il polo vegetativo si otteneva un solo embrione completamente formato sviluppatosi dai macromeri verso la porzione animale, mentre i micromeri verso la porzione vegetativa davano luogo ad un abbozzo ventrale informe.

In questo secondo caso dei fattori citoplasmatici presenti nei macromeri ma assenti nei micromeri non hanno permesso il corretto sviluppo del secondo embrione.

 

- specificazione sinciziale à caratteristica di molte classi di insetti, è dovuta ad interazione di regioni del citoplasma prima che avvenga la suddivisione del blastoderma in cellule.

In questo caso l’embrione iniziale è un sincizio che racchiude molti nuclei nello stesso citoplasma, ma le varie regioni citoplasmatiche sono diverse perchè contengono RNA messaggeri differenti confinati in diverse zone grazie al citoscheletro (es. mRNA di bicoid in un polo e mRNA di nanos dall’altro); quando i messaggeri vengono tradotti le proteine diffondono e si distribuiscono secondo gradienti differenti e la combinazione di questi nelle diverse regioni darà luogo a strutture diverse (es. regione del capo, del torace, dell’addome, della coda, regione germinale).

 

- specificazione condizionata à caratteristica di tutti i vertebrati e di alcuni invertebrati, viene ottenuta mediante l’interazione cellulare: durante tutto il differenziamento dell’embrione di mammifero troviamo cellule che esprimono determinati fattori e cellule che esprimono i recettori per questi fattori o per altri, e che potranno interagire tra di loro o respingersi.

Quindi, a differenza degli altri tipi di specificazione, nel mammifero tutti i fattori sono uniformemente distribuiti.

 

In realtà con l’evoluzione della biologia molecolare si è visto che nell’ovocita di mammifero c’è comunque una polarità, anche se è molto plastica. Questa plasticità permette il corretto sviluppo dell’embrione anche se per esempio andiamo a prelevarne una cellula; questo è molto importante nella fecondazione in vitro quando si vuole stabilire con una diagnosi pre-impianto se l’embrione ha ereditato delle malattie genetiche dai genitori oppure è sano: il prelievo di una cellula dell’embrione per l’esame genetico non inficia il suo normale sviluppo una volta impiantato.

Inoltre molti embrioni in vitro vengono congelati e scongelati, ma la plasticità dell’embrione compensa le eventuali perdite di cellule che vengono distrutte da queste procedure.

 

Durante il differenziamento le possibilità di interazione sono molteplici: secrezione di molecole che interagiscono con il proprio recettore sulla cellula bersaglio oppure interazione cellula-cellula grazie a molecole di superficie (es. Delta e Notch) o ancora passaggio di piccole molecole da una cellula all’altra attraverso giunzioni gap.

Le molecole coinvolte in questi meccanismi sono sempre le stesse, es. le molecole della famiglia del TGFb, ma a seconda della cellula con cui vengono a contatto e a seconda dello stadio differenziativo della cellula stessa l’interazione sortirà effetti diversi (es. proliferazione o blocco del ciclo cellulare).

Quindi ogni segnale induttivo deve arrivare nel posto giusto al momento giusto e in base a questo si può avere un effetto positivo, negativo o nullo.

 

Dunque durante il differenziamento le cellule passano attraverso tappe intermedie in cui acquisiscono gradatamente le caratteristiche specifiche del loro stato differenziato.

 

Come studiare il destino, la specificazione e la determinazione delle cellule? (o in altre parole la plasticità e la capacità delle cellule di de-differenziare?)

1. da un embrione donatore si isola un pezzettino di tessuto che normalmente contribuisce a formare la regione dorsale dell’animale, si trapianta in una posizione simile in un embrione accettore e si osserva come si sviluppa in una struttura effettivamente dorsale à il destino delle cellule trapiantate è di differenziare in cellule dorsali;
2. quando isolato, questo tessuto forma ancora spine della parte dorsale à le cellule hanno ricevuto la specificazione verso quel differenziamento;
3. quando il tessuto si trapianta ai primi stadi di sviluppo in una posizione ectopica, esso si differenzierà a seconda degli stimoli che riceve in quella nuova posizione (es. in una struttura cefalica) à assenza di determinazione;
4. quando il tessuto si trapianta ad uno stadio di sviluppo più avanzato, esso si differenzia secondo la sua posizione originaria (es. struttura dorsale in una regione cefalica) à le cellule hanno già ricevuto la determinazione per quel tipo di differenziamento e non sono più in grado di rispondere agli stimoli esterni ‘cefalizzanti’.

 

 

 

Con questi esperimenti si suddivide l’embrione in macromeri e micromeri, i quali si possono spostare di posizione per andare a vedere quando inizia il differenziamento terminale e fino a quando queste cellule sono plastiche.

Questo approccio è utile per studiare a scopo terapeutico sia le cellule staminali dell’embrione ma anche le cellule germinali, le quali devono essere prese ad un dato stadio di differenziamento e non prima.

 

 

COMPATTAZIONE E POLARIZZAZIONE: dalla morula alla blastocisti

 

Allo stadio di morula, l’embrione è circondato dalla zona pellucida e contiene 8 cellule tutte identiche in divisione mitotica: se separiamo le cellule, ognuna può ancora dare origine ad una blastocisti, anche se più piccola e non in grado di sostenere lo sviluppo completo di un individuo (per il troppo poco citoplasma a disposizione in ognuna delle 8 cellule di partenza); però se impiantiamo i nuclei di queste cellule in ovociti enucleati (che quindi contengono abbastanza citoplasma) si possono ancora sviluppare degli individui normali tutti cloni tra di loro à allo stadio di morula i nuclei sono totipotenti.

Ad un certo punto però queste cellule cominceranno a differenziare e la prima cosa che si osserva è la compattazione, cioè l’espressione di molecole di superficie responsabili di eventi di binding e successiva formazione di strutture di giunzione importanti per la successiva formazione della blastocisti.

Inoltre in base ai piani di segmentazione una cellula della morula può trovarsi più verso l’esterno o più verso l’interno dell’embrione, ed essere esposta a morfogeni diversi: le cellule più esterne sono esposte ai prodotti della tuba uterina, quelle più interne rimangono isolate da questi fattori à polarizzazione.

Le cellule più interne instaureranno tra di loro giunzioni gap, quelle più esterne (che morfologicamente presentano anche tantissimi microvilli sulle superficie esposta all’esterno) formeranno giunzioni serrate, desmosomi e giunzioni aderenti. Anche degradando la zona pellucida queste cellule non si staccheranno più tanto facilmente.

 

 

 

Molecole di adesione: le molecole di adesione coinvolte nello sviluppo embrionale sono molteplici e assicurano, oltre all’adesione, il riconoscimento reciproco importantissimo durante l’organogenesi e la migrazione delle cellule grazie a interazioni con la ECM.

 

- famiglia delle caderine, specifiche per i vari tessuti e importanti per il riconoscimento e l’adesione cellula-cellula (es. E-caderine per il tessuto epiteliale e N-caderine per il tessuto nervoso, si riconoscono con legame omofilico);

- molecole della superfamiglia delle immunoglobuline come le CAM;

- integrine, responsabili dell’interazione con la ECM e importanti per l’adesione cellula-matrice e per la migrazione cellulare.

 

Queste molecole sono transmembrana e, oltre ad interagire col citoscheletro della cellula, possono anche trasdurre un segnale intracellulare (es. le caderine interagiscono indirettamente con i filamenti di actina al di sotto della membrana modulando la forma della cellula e inoltre le catenine che fanno da ponte tra caderina e actina sono importanti mediatori della via di Wnt).

 

Come si dimostra che queste molecole di adesione sono effettivamente importanti per gli stadi di sviluppo successivi?

Durante la formazione dell’embrione, le cellule differenziano e danno luogo ai tre foglietti germinativi, ectoderma, mesoderma ed endoderma, differenti tra di loro; se in vitro si disgregano le cellule dei foglietti e si mescolano disordinatamente in varie associazioni (epidermide + mesoderma, mesoderma + endoderma, etc.), queste non andranno a formare un embrione intero, ma comunque si organizzeranno in modo da aderire con le cellule simili (epidermide con epidermide, mesoderma con mesoderma, etc.) e in modo da distribuirsi spazialmente nelle regioni che avrebbero occupato nell’embrione: ad esempio le cellule mesodermiche, che danno origine alle strutture interne (come quelle connettivali), si disporranno all’interno dell’ammasso mentre le cellule dell’epidermide, che formano gli epiteli, si disporranno verso l’esterno.

 

Quindi le cellule si riconoscono e aderiscono tra di loro in base al tipo di differenziamento e a questo stadio di differenziamento contengono già l’informazione di quali posizioni sono destinate ad occupare nell’embrione.

 

 

La morula deve compattarsi e diventare blastocisti, la quale conterrà una porzione più interna che darà origine all’embrione e una parte più esterna che formerà strutture non embrionali.

Le cellule più esterne, organizzate in più strati, hanno membrane saldate nelle regioni latero-apicali da tight-junctions che impediscono l’infiltrazione di liquidi; nelle cellule più interne troviamo gap-junctions e maculae adherens.

La blastocisti contiene al suo interno una cavità ripiena di liquido, il blastocele. Per la sua formazione e riempimento si sfruttano le pompe per il Na⁺, posizionate sulle membrane baso-laterali, che estrudono gli ioni nella cavità e ne aumentano la concentrazione. Per equilibrare l’isotonicità dell’ambiente intracellulare vengono richiamati acqua e ioni Na⁺ dall’esterno e l’acqua diffonderà passivamente anche nella cavità, riempiendola e creando il volume che formerà il blastocele; inoltre le tight-junctions della porzione apicale della membrana impediscono la fuoriuscita di liquido dal blastocele.

 

Le cellule che nella morula si trovavano a contatto con l’ambiente esterno formano nella blastocisti il cosiddetto trofoblasto, strato esterno con funzione trofica e di sostegno che andrà a formare gli annessi embrionali (strutture extra-embrionali necessarie per l’impianto e per il nutrimento dell’embrione).

Le cellule che nella morula si trovavano all’interno si posizionano ad un polo della blastocisti e formano l’embrioblasto, detto così perché alcune di queste cellule origineranno l’embrione vero e proprio.

Le cellule del trofoblasto non sono più totipotenti come i blastomeri della morula: isolate, non sono più in grado di originare una blastocisti né un embrione intero, ma differenziano solo in strutture extra-embrionali.

Invece le cellule dell’embrioblasto (o massa cellulare interna, inner cell mass), prese singolarmente, non formano una nuova blastocisti, ma possono dar vita a tutti i tessuti presenti nell’individuo adulto, sono pluripotenti*.

 

*[Attenzione: in tutta la registrazione la Canipari usa il termine ‘totipotente’ riferito sia ai blastomeri della morula sia alle cellule della massa interna della blastocisti; in realtà, anche come abbiamo visto con Musarò, le sole cellule totipotenti sono quelle della morula, mentre le cellule della inner cell mass sono pluripotenti (perché in grado di originare tutti i tipi di tessuti tranne quelli extra-embrionali), come ho riportato per tutta la sbobinatura.]

 

POSIZIONE E PLASTICITA’

 

La posizione delle cellule durante il differenziamento determina il loro destino?

Prendiamo due embrioni diversi (es. di topo C57 nero e bianco), uno marcato, l’altro no, preleviamo una cellula da quello marcato e la poniamo nell’embrione ricevente, una volta in posizione più periferica e una volta in posizione più centrale: nel primo caso ritroveremo il 97% delle cellule marcate nel trofoblasto (il 3% sarà parte dell’inner cell mass), nel secondo caso il 60% si ritroverà nel trofoblasto e il 40% nella massa interna.

Questo vuol dire che le cellule più periferiche di un embrione sono destinate a formare il trofoblasto, mentre quelle più interne possono formare sia embrioblasto, sia trofoblasto, a seconda delle loro posizioni relative. Quindi la posizione delle cellule nell’embrione è importantissima nel determinarne il destino.

Anche a livello della blastocisti non tutte le cellule della massa interna sono uguali: alcune risentiranno maggiormente della prossimità al blastocele, altre al trofoblasto, altre ancora saranno più interne (infatti solo una piccola parte dell’embrioblasto darà origine all’embrione e anche qui è la posizione cellulare a determinarne il destino).

 

Durante i primi stadi di sviluppo (4-8 blastomeri) le cellule dell’embrione sono facilmente dissociabili e ciascun blastomero può generare un embrione distinto, ma genotipicamente identico agli altri à totipotenza dei blastomeri.

Inoltre a questo stadio di sviluppo le cellule, se spostate in un’altra posizione, si integrano e si adattano a dare origine a porzioni diverse a seconda di dove andranno a trovarsi.

 

Nell’ambito della plasticità dell’embrione, se fondiamo una morula di topo nero con una morula di topo bianco (dopo aver rimosso le rispettive zone pellucide con proteasi) otteniamo una blastocisti contenente entrambi i tipi di cellule. Le dimensioni della blastocisti, anche se derivata dall’unione di due morule, sono normali: l’embrione ‘sa’ quali dimensioni deve raggiungere e di conseguenza regola la proliferazione e il differenziamento delle proprie cellule, sia in positivo sia in negativo (mentre le cellule tumorali hanno perso i meccanismi regolativi che le inducono a smettere di proliferare e a cominciare a differenziarsi).

Questa blastocisti, impiantata in una femmina pseudogravida, darà origine a una chimera, un topo dal fenotipo chiazzato bianco e nero.

 

Un altro modo per ottenere una chimera è quello di mettere in coltura cellule prese dall’embrioblasto di topo nero, poi di inocularle nel blastocele di una blastocisti di topo bianco: le cellule aderiscono all’embrioblasto e andranno a far parte del nuovo embrione, che si svilupperà come topo chimerico.

Con questo approccio è possibile anche ottenere topi transgenici: se le cellule in coltura portano una mutazione in un singolo gene, una volta inoculate nella nuova blastocisti queste potrebbero entrare a far parte anche della linea germinale; con successivi incroci si possono poi selezionare i topi eterozigoti o omozigoti per quella mutazione.

 

 

 

 

CELLULE STAMINALI EMBRIONALI

 

E’ stato visto che le cellule totipotenti esprimono il marcatore di staminalità Oct4; questa molecola (come molti altri markers di staminalità) è espressa sia dall’ovocita, sia dallo zigote, sia dalle cellule negli stadi iniziali di morula; invece nella morula compattata Oct4 è espresso solo dalle cellule interne, mentre nelle cellule esterne il gene è down-regolato.

Allo stadio di blastocisti anche le cellule che si affacciano sul blastocele perdono l’espressione di Oct4, il quale si ritrova solo nelle cellule al di sotto del citotrofoblasto: queste sono le cellule staminali embrionali (ES), che durante il differenziamento perderanno l’espressione di Oct4 e formeranno i tre foglietti germinativi da cui originerà l’embrione vero e proprio. Invece nel resto della blastocisti (es. nel trofoblasto) sono attive molecole che reprimono l’espressione di Oct4 (quali???).

La non espressione di Oct4 da parte delle cellule della massa interna comporta il mancato sviluppo dell’embrione e la formazione di una placenta ‘patologica’ che rischia di dare origine a tumori, nel 70% dei casi benigni, ma in bassa percentuale anche maligni per la perdita di controllo da parte dell’embrioblasto.

Oct4 è espresso dalle cellule della massa interna della blastocisti nella maggior parte dei mammiferi studiati (es. in topo, nei bovini e nell’uomo).

 

Le ES sono molto utili nello studio del differenziamento in vitro: prelevandole dalla massa interna della blastocisti e coltivandole su un feeder-layer di fibroblasti irradiati (per limitarne la proliferazione e il sopravvento sulle ES) si forma una ‘sfera’ caratteristica da cui si ottiene una coltura di cellule staminali.

A queste possono essere aggiunti fattori appropriati per studiarne il differenziamento nei vari tipi cellulari e tessuti (es. muscolo, tessuto nervoso, tessuto sanguigno, e sembra addirittura oociti e cellule spermatiche). In questo modo si può verificare ad es. l’importanza di un certo fattore di crescita o di un altro nel differenziamento delle cellule verso un particolare lineage.

Un’altra applicazione è quella di iniettare dalla coltura una cellula ES contenente un gene esogeno ad una blastocisti (in vivo) per creare animali transgenici (vedi sopra).

 

Alcuni esperimenti dimostrano la straordinaria plasticità e adattabilità delle ES:

cellule di embrione in fase precoce, se allontanate dalle normali influenze del microambiente cellulare che le circonda, possono perdere la capacità di regolarsi, proliferare in modo inappropriato e dare origine a teratocarcinomi (infatti esistono tumori particolarmente aggressivi derivati da cellule germinali o da cellule staminali embrionali); le cellule di teratocarcinoma, se impiantate in un embrione normale in fase precoce, possono riacquisire un comportamento normale in virtù del ripristino del corretto microambiente che le riprogramma à la nicchia entro cui si trovano le cellule staminali è estremamente importante per il corretto differenziamento cellulare.

 

Clonazione à Abbiamo detto che separando i blastomeri di una morula, ogni singola cellula darà origine ad un individuo completo e identico a tutti quelli originati dagli altri blastomeri.

In realtà in Scozia sono stati fatti esperimenti di clonazione (o meglio trasferimento nucleare) inserendo in un ovocita enucleato di pecora nera un nucleo preso da una cellula somatica adulta di pecora bianca; l’embrione è stato poi impiantato in una pseudo-madre e dopo la gestazione è nata Dolly, il primo mammifero transgenico. Dolly ebbe molti problemi di salute e una morte prematura, probabilmente per il non identico reprogramming epigenetico del nucleo somatico una volta nella cellula uovo (lunghezza dei telomeri, pattern di mutilazione, ect.).

 

PRIME FASI DEL DIFFERENZIAMENTO: dall’impianto alla gastrulazione

 

 

Durante lo sviluppo da zigote a blastocisti l’embrione viaggia lungo la tuba uterina fino ad arrivare all’utero (5-6° giorno dalla fecondazione): qui l’embrione deve stabilire dei contatti fisici con le strutture materne in quanto le dimensioni via via maggiori non permettono più il nutrimento per via diffusiva.

Per l’impianto nella parete uterina la blastocisti deve liberarsi della rigida struttura glicoproteica che finora la circondava: nella zona pellucida si crea un foro attraverso cui l’embrione fuoriesce (‘hatching’ della blastocisti, come la schiusa del pulcino dall’uovo).

 

Questo fenomeno deve avvenire nell’utero; se l’impianto avviene a livello della tuba, si ha una gravidanza extrauterina, con tutte le complicazioni che ne seguono.

 

La blastocisti rotola poi lungo la parete uterina e stabilisce contatti grazie a molecole di superficie espresse solo da quelle cellule del trofoblasto che si trovano al di sopra dell’embrioblasto: le L-selettine interagiscono con gli oligosaccaridi espressi dall’epitelio uterino in modo che l’impianto avvenga dal lato dell’embrione e non del blastocele, per massimizzare la vicinanza dell’embrione ai vasi sanguigni materni e al nutrimento.

 

Inoltre all’inizio della 2° settimana dalla fecondazione la blastocisti subisce importanti cambiamenti: il trofoblasto al di sopra dell’embrioblasto (grazie anche ai segnali provenienti da quest’ultimo) aumenta di volume e forma il sinciziotrofoblasto derivante da fusione delle cellule mononucleate che si trovano al di sotto e che proliferano e vanno ad aggiungersi al sincizio. Infatti se aggiungiamo timidina triziata per cercare le cellule in mitosi vediamo che solo quelle al di sopra dell’embrioblasto incorporano il marcatore, quindi sono loro che si dividono e si fondono via via (questo strato di cellule del trofoblasto ancora delimitate tra loro è detto citotrofoblasto).

 

Durante la 2° seconda settimana si formano delle lacune nel sinciziotrofoblasto (da questa zona poi originerà la parte embrionale della placenta), il quale comincia ad invadere l’epitelio uterino al quale la blastocisti è adesa. Queste cellule, solo nella fase di impianto, producono degli enzimi litici che digeriscono la lamina basale (gli stessi enzimi prodotti dalle cellule tumorali per invadere, infatti questo tessuto, se avviene perdita della regolazione, è altamente tumorigenico) e arrivano al connettivo sottostante (la decidua parietale dell’utero) fino a raggiungere ed erodere i vasi, facendo defluire attraverso le lacune il sangue materno da cui l’embrione prenderà il nutrimento.

Con questo meccanismo la blastocisti si approfonda nella parete dell’utero mentre l’epitelio alle sue spalle si richiude.

 

 

Cosa succede al resto della blastocisti?

La cavità del blastocele diventa sacco vitellino (il nome è dovuto al fatto che questa zona corrisponde al vitello o tuorlo dell’uovo nelle specie ovipare, con funzione trofica), che però non contiene nutrienti e degenera quasi subito.

Subito al di sopra del sacco vitellino le cellule che si affacciavano sul blastocele diventano cellule dell’ipoblasto (che però non forma l’embrione).

Al di sopra dell’ipoblasto troviamo l’epiblasto, formatosi dalle cellule più interne dell’embrioblasto e che darà origine all’embrione vero e proprio, mentre tra l’epiblasto e il citotrofoblasto si sta formando la cavità amniotica.

 

 

 

Quindi, essendo la blastocisti di forma sferica, l’area embrionale (formata al momento da due foglietti, epiblasto e ipoblasto) si colloca entro un disco tra il pavimento della cavità amniotica e il tetto del sacco vitellino.

 

 

Ad un certo punto, in seguito a segnali induttivi, nel foglietto dell’epiblasto comincia a vedersi la linea primitiva, una depressione formata da cellule che perdono il fenotipo epiteliale per acquisire quello mesenchimale, migratorio: infatti queste cellule perdono le molecole di adesione e si invaginano verso il sottostante ipoblasto, scalzandolo lateralmente verso il sacco vitellino e formando un foglietto intermedio, l’endoderma.

Altre cellule che si invaginano dall’epiblasto andranno invece a frapporsi tra quest’ultimo e l’endoderma, formando il mesoderma, mentre le cellule dell’epiblasto che non migrano verso la linea primitiva andranno a costituire l'ectoderma.

 

Il processo di movimenti morfogenetici e differenziativi che culmina con la formazione dei tre foglietti germinativi è detto gastrulazione, è comune a molte specie e nell’uomo comincia il 15° giorno dopo la fecondazione.

La linea primitiva (che ad una estremità finisce con il nodo di Hensen) e quindi l’invaginazione vanno dalla porzione mediana a quella caudale dell’embrione, mentre le cellule che si sono invaginate migrano lateralmente ma anche in direzione cefalica per separare l’epiblasto (il futuro ectoderma) dall’endoderma. Tra questi due foglietti rimangono solo due punti di adesione, la membrana bucco-faringea anteriormente e la membrana cloacale posteriormente (che corrisponderanno poi all’inizio e alla fine dell’intestino).