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Chiusura del tubo neurale

Il tubo neurale si chiude come le pieghe neurali accoppiate sono riuniti alla linea mediana dorsale. Le pieghe aderiscono l’una all’altra e le cellule delle due pieghe si fondono. In alcune specie, le cellule a questa giunzione formano le cellule della cresta neurale. Negli uccelli, le cellule della cresta neurale non migrano dalla regione dorsale fino a dopo che il tubo neurale è stato chiuso in quel sito. Nei mammiferi, tuttavia, le cellule craniche della cresta neurale (che formano strutture facciali e del collo) migrano mentre le pieghe neurali si elevano (cioè prima della chiusura del tubo neurale), mentre nella regione del midollo spinale, le cellule della cresta aspettano fino alla chiusura (Nichols 1981; Erickson e Weston 1983).

La chiusura del tubo neurale non avviene simultaneamente in tutto l’ectoderma. Questo è meglio visto in quei vertebrati (come uccelli e mammiferi) il cui asse del corpo è allungato prima della neurulazione. La figura 12.5 raffigura la neurulazione in un embrione di pulcino di 24 ore. La neurulazione nella regione cefalica (testa) è ben avanzata, mentre la regione caudale (coda) dell’embrione è ancora in fase di gastrulazione. La regionalizzazione del tubo neurale si verifica anche a seguito di cambiamenti nella forma del tubo. Nell’estremità cefalica (dove si formerà il cervello), la parete del tubo è ampia e spessa. Qui, una serie di gonfiori e costrizioni definiscono i vari compartimenti cerebrali. Caudale alla regione della testa, tuttavia, il tubo neurale rimane un semplice tubo che si assottiglia verso la coda. Le due estremità aperte del tubo neurale sono chiamate neuropore anteriore e neuropore posteriore.

Figura 12.5

Stereogramma di un embrione di pulcino di 24 ore. Le porzioni cefaliche stanno finendo la neurulazione mentre le porzioni caudali sono ancora in fase di gastrulazione. (Da Patten 1971; dopo Huettner 1949.)

A differenza della neurulazione nei pulcini (in cui la chiusura del tubo neurale viene avviata a livello del futuro mesencefalo e “si chiude” in entrambe le direzioni), la chiusura del tubo neurale nei mammiferi viene avviata in diversi punti lungo l’asse anteriore-posteriore (Golden e Chernoff 1993; Van Allen et al. 1993). Diversi difetti del tubo neurale sono causati quando varie parti del tubo neurale non riescono a chiudersi (Figura 12.6). La mancata chiusura delle regioni del tubo neurale posteriore umano al giorno 27 (o la successiva rottura del neuroporo posteriore poco dopo) provoca una condizione chiamata spina bifida, la cui gravità dipende da quanto del midollo spinale rimane esposto. La mancata chiusura delle regioni del tubo neurale anteriore provoca una condizione letale, l’anencefalia. Qui, il proencefalo rimane in contatto con il liquido amniotico e successivamente degenera. Lo sviluppo del proencefalo fetale cessa e la volta del cranio non si forma. Il fallimento dell’intero tubo neurale per chiudere su tutto l’asse del corpo è chiamato craniorachischisis. Collettivamente, i difetti del tubo neurale non sono rari negli esseri umani, poiché sono osservati in circa 1 su 500 nati vivi. I difetti di chiusura del tubo neurale possono essere spesso rilevati durante la gravidanza da vari test fisici e chimici.

Figura 12.6

Neurulazione nell’embrione umano. (A) Sezioni dorsali e trasversali di un embrione umano di 22 giorni che inizia la neurulazione. Sia i neuropori anteriori che quelli posteriori sono aperti al liquido amniotico. (B) Vista dorsale di un embrione umano neurolante un giorno dopo. Il (più…)

La chiusura del tubo neurale umano richiede una complessa interazione tra fattori genetici e ambientali. Alcuni geni, come Pax3, sonic hedgehog e openbrain, sono essenziali per la formazione del tubo neurale dei mammiferi, ma anche fattori dietetici, come il colesterolo e l’acido folico, sembrano essere critici. È stato stimato che il 50% dei difetti del tubo neurale umano potrebbe essere prevenuto da una donna incinta che assume acido folico supplementare (vitamina B12) e il Servizio sanitario pubblico degli Stati Uniti raccomanda che tutte le donne in età fertile assumano 0,4 mg di folato al giorno per ridurre il rischio di difetti del tubo neurale durante la gravidanza (Milunsky et al. 1989; Czeizel e Dudas 1992; Centri per il controllo delle malattie 1992).

Il tubo neurale alla fine forma un cilindro chiuso che separa dalla superficie ectoderma. Si pensa che questa separazione sia mediata dall’espressione di diverse molecole di adesione cellulare. Sebbene le cellule che diventeranno il tubo neurale esprimano originariamente E-caderina, smettono di produrre questa proteina mentre il tubo neurale si forma e sintetizzano invece N-caderina e N-CAM (Figura 12.7). Di conseguenza, l’ectoderma superficiale e i tessuti del tubo neurale non aderiscono più l’uno all’altro. Se l’ectoderma superficiale viene fatto sperimentalmente per esprimere N-caderina (iniettando mRNA di N-caderina in una cellula di un embrione di Xenopus a 2 cellule), la separazione del tubo neurale dall’epidermide presuntiva viene drammaticamente ostacolata (Detrick et al. 1990; Fujimori et al. 1990).

Figura 12.7

Espressione delle proteine di adesione di N-caderina ed E-caderina durante la neurulazione in Xenopus. (A) Sviluppo normale. Nella fase della piastra neurale, N-cadherin è visto nella piastra neurale, mentre E-cadherin è visto sull’epidermide presuntiva. Alla fine, il (più…)