Considerazioni sulla creazione di cibridi-stemibridi-chimere

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Considerazioni sullacreazionedi
cibridi-stemibridi-chimere
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Cellula uovo con nucleo e cromosomi co, mitocondri
Spermatozoo con nucleo e cromosomi cs
co
cs
spermatozoo
fecondazione
Cellula uovo
co
cs
co-cs
co
cs
zigote
cariogamia
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Cellula uovo con nucleo e cromosomi co, mitocondri
Spermatozoo con nucleo e cromosomi cs
zigote
Mitocondri con proprio DNA
co-cs
Lo zigote possiede informazioni per lo sviluppo
del nuovo individuo contenute nei cromosomi di
origine materna e paterna co-cs il patrimonio
citoplasmatico in particolare i mitocondri, sono
solo di origine materna
I mitocondri sono sede delle reazioni che
forniscono energia alla cellulaLa loro
moltiplicazione, attività, dipendono da un
equilibrato, corretto, rapportocon le
informazioni che li riguardano, provenienti dal
DNA nucleare
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Mitocondri con proprio DNA, mitocondriale
Nucleo con proprio DNA, nucleare
Zigote normale
Zigote con nDNA e mDNA interspecifici
donna1
capra
co-cs
donna2
pecora
Zigote con nDNA e mDNA intraspecifici
Per uno sviluppo normale dellindividuo, è
necessario che il meccanismoenzimatico di
accoppiamento tra le reazioni dipendenti dal
genoma nuclearee il genoma mitocondriale siano
perfettamente sintonizzate
Si sta cercando di comprendere la natura di tale
meccanismoanche creando degli ibridi cellulari
con genoma nucleare e genoma mitocondrialeappart
enenti a specie diverse o uguali (ibridi
interspecifici e intraspecifici)
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Il numero di mitocondri presenti inizialmente
(1000) va riducendosinelle cellule embrionali
(5-10) e poi mediante moltiplicazione
vannoaumentando durante le fasi della
differenziazione cellulare, istogenesi,organogene
si.Sono indispensabili per la vita della cellula
La trascrizione e replicazione del mDNA sono
guidate da fattorimitocondriali, codificati e
prodotti dal nDNA , e trasferiti nei
mitocondriove interagiscono con sequenze
presenti nel mDNA non codificante
nDNA
La replicazione del mDNA cessa poco prima della
fecondazione e riprendeallo stadio di
blastocisti matura(nelluomo circa 2 miliardi
al secondo ! gt durata media 100 giorni)
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cibrido ibrido citoplasmatico,ottenuto
inserendo un nucleo(diploide) di cellula
somatica in una cellula (denucleata) della
stessa specie (cibrido intraspecifico) o di
specie diversa (cibrido interspecifico)
Cellula somatica, diploide, donatrice, con propri
mitocondri
denucleazione
Oocita ricevente, aploide, con propri mitocondri
Inserimento nucleo
Individui appartenenti alla stessa specie
es.donna1, donna2il nucleo di una cellula
somatica della donatrice viene inserito
nellovocitaricevente, al quale è stato
asportato il nucleolo zigote possiede il DNA
nucleare della donatrice e il DNA mitocondriale
del riceventeibrido omoplastico
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Cellula somatica, diploide, donatrice, con propri
mitocondri
denucleazione
Oocita ricevente, aploide, con propri mitocondri
Inserimento nucleo e fusione citoplasmi
Individui appartenenti alla stessa specie
es.donna1, donna2il nucleo di una cellula
somatica della donatrice viene inserito
nellovocitaricevente, al quale è stato
asportato il nucleovengono anche fusi i due
citoplasmilo zigote possiede il DNA nucleare
della donatrice e il DNA mitocondriale del
riceventee della donatriceibrido eteroplasmatico
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stembrido ibrido citoplasmatico,ottenuto
inserendo un nucleo(diploide) di cellula
somatica in una cellula staminale embrionale
(denucleata) della stessa specie (stemibrido
intraspecifico) o di specie diversa (stemibrido
interspecifico)
Cellula somatica, diploide, donatrice, con propri
mitocondri
denucleazione
Cellule staminali embrionali riceventi, diploidi,
con propri mitocondri
Inserimento nucleo in cellule staminali
embrionali esistenti
Individui appartenenti alla stessa specie
es.donna1, donna2il nucleo di una cellula
somatica della donatrice viene inserito nella
staminale ricevente, alla quale è stato
asportato il nucleola nuova cellula possiede il
DNA nucleare della donatrice e il DNA
mitocondriale del ricevente
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Chimera embrione ottenuto disaggregando stadi
embrionali precoci neisingoli blastomeri e
successivamente riaggregando i blastomeri
dispecie diversa in percentuali variabili, allo
scopo di studiare la biologiadello sviluppo e la
funzione specifica di determinati geni nella
genesidi particolari malattie
blastomeri1
Impianto in uteromadre adottiva
blastocisti
blastomeri2
Aggregazione blastomeri
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In genere si può affermare che il numero di
gravidanze a termine e dinati vivi, nel caso di
cibridi interspecifici, si verifica solo
allinterno dellostesso genere (tra bovini, tra
ovini, tra equidi, tra felini) Negli altri
cibridi di diverso genere, si arriva al massino
allo stadio di blastocisities.muccacavallo,
conigliomacaco gt blastocisiti es.muccabalena ,
maialeconiglio ltlt blastocisiti
Probabile cibrido ottenuto inserendo nucleo di
linfocita umano in oocita denucleato di bovino gt
linea staminale embrionale umana
Inserimento di nuclei di cellule somatiche umane
, di vario tipo, in oociti denucleati di anfibio(
rana, xenopus) gt riprogrammazione e riattivazione
delgene OCT-4 indicatore della potenzialità
staminale richiamata nel nucleo somatico
differenziato
Importante riuscire a comprendere il meccamismo
biochimico presentenel citoplasma degli ovociti,
capace di riprogrammare il DNA nucleare
dellecellule somatiche, differenziate
Sembra ormai certo che la riattivazione del
sistema mitocondriale dipende dal corretto
trasferimento degli elettroni della catena
respiratoria e questo in funzione di 13
proteine, 2 rRNA, 22 RNA mitocondriali e 67
prodotti codificafi nel DNA nucleare
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Lo sviluppo embrionale risulta controllato
inizialmente solo dal corredocitoplasmatico
ovulare (materno) mediante RNA messaggeri
prodottidalloocita il genoma dello zigote si
attiva solo allo stadio di 2 blastomeri
(topo),4 blastomeri (uomo), 8 blastomeri
(bovini, caprini).
Cibrido nucleo somatico umano gt oocita
animale a blastocisti avanzata, predominano
prodotti genici umani, essendo statiormai
degradati quelli animali presenti nelloocita
ricevente, eccettopoche eventuali proteine
Importanza delle ricerche su ibridi
interspecfici e intraspecifici a livello umano
Ottenere linee di cellule staminali
riprogrammando cellule somatichecome se fossero
staminali embrionali, senza ricorrere agli ovociti
Cercare di comprendere il meccanismo che nel
citoplasma degli ovocitipermette di risvegliare
il DNA differenziato e riportarlo allo stato di
totipotenza come se fosse una cellula embrionale
totipotente
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cellule staminali pluripotenti indotte, iPS
cellule somatiche adulte riprogrammate alla
pluripotenza staminale Cellule iPS murine e
umane sono state ottenute da cellule somatiche
differenziate adulte, indotte a esprimere
combinazioni di geni tipici di stadio
staminale, implicati nella promozione o
mantenimento della pluripotenza (es.fattori di
trascrizione OCT4, SOX2, c-Myc, KLF4, Nanog,
Lin28).
Cellula somatica umana differenziata
Cellule somatiche riprogrammate gtstaminali
Cellula somatica di topo differenziata
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Le cellule, per es. fibroblasti della pelle,
vengono riprogrammate e acquistano una
pluripotenzialità staminale, con la capacità di
generare tutti i tipi di cellule differenziate,
sia somatiche sia germinali. Cellule iPS sono
state successivamente ottenute da cellule
staminali neurali adulte murine e umane, mediante
lespressione del solo fattore OCT4.
Fibroblasto riprogrammato
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Lo sviluppo di cellule iPS rappresenta un
significativo avanzamento non solo verso la
comprensione della regolazione epigenetica della
trascrizione, per riprogrammare il destino
cellulare nelle cellule somatiche
terminalmente differenziate, ma anche verso la
possibilità di generare cellule staminali
pluripotenti individualizzate, a partire da
cellule somatiche adulte, per trapianti
terapeutici in vivo
senza dover ricorrere alle cellule staminali di
embrioniottenuti solo allo scopo di ottenere
linee staminali dautilizzare per le varie
ricerche e terapie a diversi livelli (problemi
etici..)
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Es.di applicazione del trasferimento di nucleo di
cellula somatica di donna1in ovocita di donna2,
per aggirare il pericolo derivante da
mitocondrianomali della donna1 che desidera
avere un figlio
Mitocondri alterati
Mitocondri normali
Asportazione del nucleo dellovocita di donna2
Inserimento del nucleo diploide di cellula
somatica di donna1
Zigote geneticamente possiede corredo di donna1
, mitocondri di donna2ma con DNA senza influenza
sulle caratteristiche dellindividuo
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Cenni su alcunecaratteristichedelluovo
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Uovo bioreattore capace di riprogrammare
geneticamente il genomadi cellule differenziate
Animali transgenizzati possono produrre uova
contenenti nellalbumemolecole facilmente
separabili e utilizzabili in terapie
varieinterferone umano, anticorpo monoclonale
murino umanizzato controil melanomamaligno..
Possibile iniettare RNA messaggero di coniglio in
uova di xenopus (rana) per ottenere emoglobina di
coniglio
Crioconservazione di spermatozoi e uova per
problemi di fecondazione assistita, utilizzazione
futura per eventuali fecondazioni in casi
disterilità o trattamenti che pregiudicano la
fertilità ecc.
Ricerche per riottenere la oogenesi in ovari non
più ovulanti
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Le uova presentano grande varietà di dimensioni
(struzzomammiferi)uova umane circa 200
micrometri Uovo di gallinacitoplasma (tuorlo)
suddiviso in citoplasmaformativo nucleo polo
animale ricco di mitocondri, ribosomi,
RNAmcontribuisce alla formazione
dellembrionenutritivo (vitello, lecite)polo
vegetativo lipidi,proteineglicogenocontribuisc
e al nutrimento dellembrionegusciocostituito
da proteine, fosfato di calcio, carbonato di
calcio e magnesio(albumebarriera protettiva,
riserva di proteine,vitamine,H2O)(guscio e
albume forniti alla cellula uovo mentre
attraversa lovidutto)
In funzione della quantità e distribuzione del
lecite si distiguono uovatelolecitiche (ricche
di lecitemonotremi, gasteropodi, uccelli,
rettili, anfibi, pesci)oligolecitiche (povere di
lecite..placentati, echinodermi)mesolecitiche(poc
o lecite..anuri)
La distribuzione omogenea del citoplasma
formativo porta alla formazione dizigoti con
blastomeri dotati di tutte le informazioni
necessarie per sviluppareun nuovo individuo(se
vengono separate)uova regolatricila
distribuzione ineguale genera zigoti a mosaico,
con blastomeri dotati solodi parte del corredo
geneticouova a mosaico
Fonte energetica importanteRicco di proteine ad
elevato potere nutritivo, vitamine, fosfolipidi,
mineraliPotere calorico basso 65 calorie/uovo
gallina
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Oogenesi umana due ovari rivestiti d tonaca
albuginea (connettivo) conzona corticale
(presenta oociti in vario stadio di
maturazione)zona midollare (presenta connettivo
e vasi sanguigni) Gli oogoni si moltiplicano per
mitosi e si differenziano per meiosi duranteil
periodo embrionale e parte di quello fetalealla
nascita sono presentivari tipi maturativila
meiosi definitiva riprenderà, ciclicamente,
allapubertà e continuerà fino alla menopausa (
circa 500 in circa 30 anni) La meiosi comporta
una doppia divisione con comparsa di una
cellulauovo (gamete) e 3 polociti o globuli
polari se avviene la fecondazionesi forma lo
zigote che possiede il corredo cromosomico
diploide tipicodella specie (46 cromosomi
nelluomo) se non avviene la fecondazioneluovo
è destinato alla morte.
Nella partenogenesi si può ottenere uno zigote,
diploide, mediantelassorbimento da parte
delluovo, di un globulo polarepuò
essereaccidentale, facoltativa(api),
ciclica(rotiferi)telitoca gt solo femmineafidi,
rotiferiarrenotoca gt solo maschiapideuterotoca
gt maschi e femmine