Obiettivi Formativi

Fornire terminologia e nozioni di base di biologia della riproduzione e dello sviluppo embrionale. Apprendere le modalità di sviluppo nelle classi di vertebrati. Conoscere i principali processi cellulari alla base dello sviluppo. Conoscere i principali sistemi segnale e relative trasduzioni molecolari. Collegare i processi cellulari e relativi segnali al contesto “sociale” dei tessuti embrionali.

Learning Goals

Provide the students with basic terminology, principles and description of the biology at the basis of reproduction and embryonic development. Learn about the key developmental steps of Vertebrates. Learn about the main cellular processes at the basis of development. Learn about the principal signalling systems and molecular transduction pathways. Incorporate cellular and molecular processes with the “social” context of the developing structures and tissues.

Metodi didattici

Le lezioni(6CFU), tenute con il supporto di presentazioni in PowerPoint , saranno integrate con attività pratiche di laboratorio e turni di esercitazione (1CFU). In particolare, durante le attività pratiche, verranno seguite le fasi di chemioattrazione dei gameti, fecondazione e prime fasi di segmentazione del riccio di mare.

Teaching Methods

The didactic methods consists of frontal lectures (6 CFU) with audiovisual supports (presentation in PowerPoint)and practical activities, with the aim to strengthen and stabilize the concepts learnt during the lessons, performed in laboratory in small groups.

Prerequisiti

Conoscenza della Biologia Cellulare e di Istologia.

Prerequisites

Knowledge of Cellular Biology and Histology.

Verifiche dell'apprendimento

L’esame si terrà alla fine del corso, con sola prova orale. Il superamento dell’esame è subordinato al raggiungimento di una preparazione almeno sufficiente su tutte le parti in cui il programma è articolato.

Programma del Corso

Il corso, che si terrà al primo semestre del secondo anno, partirà dalla spiegazione dei processi fondamentali che stanno alla base della gametogenesi, per arrivare a comprendere i processi legati alla fecondazione. Si continuerà pertanto con lo studio dei meccanismi di segmentazione, gastrulazione, neurulazione ed organogenesi nei diversi organismi modello trattati come da programma. Le origini della Biologia dello Sviluppo. La riproduzione: significato e modalità. Partenogenesi: generalità. Principali caratteristiche dello sviluppo. Caratteristiche generali e significato della meiosi e mitosi. Gametogenesi: Spermatogenesi. Regolazione ormonale della spermatogenesi. Spermiogenesi. Lo spermatozoo: morfologia e struttura. Capacitazione. Espressione genica durante la spermatogenesi. Oogenesi. Controllo ormonale dell'oogenesi. Interazione tra oocita e cellule accessorie. Follicologenesi nei Mammiferi. Organizzazione della cellula uovo e sua maturazione. Tipi di uovo. Rivestimenti ovulari: organizzazione e loro significato. Inseminazione: generalità. Fecondazione: caratteristiche generali. Meccanismi di interazione fra i gameti: riconoscimento tra spermatozoo e uovo; attrazione dello spermatozoo; attivazione dello spermatozoo. Contatto e fusione dei gameti. Monospermia e polispermia; ginogenesi ed androgenesi. Fecondazione in vitro: FIVET, ICSI. L'attivazione metabolica dell'uovo e suo significato: reazioni precoci e reazioni tardive. Cascata del fosfatidilinositolo. Cambiamenti dell'organizazione del citoplasma dell'uovo a seguito dell'attivazione. Determinanti citoplasmatici: loro genesi e segregazione durante l'attivazione dell'uovo di Nematodi, Insetti, Molluschi, Echinodermi, Tunicati ed Anfibi. La Segmentazione: origine della pluricellularità. I meccanismi del processo di segmentazione; tipi di segmentazione oloblastica (radiale, spirale, bilaterale, rotazionale). Tipi di segmentazione meroblastica (discoidale, superficiale). Fattori che influenzano la segmentazione; distribuzione dei determinanti citoplasmatici durante la segmentazione; ruolo del cortex ovulare; nuclei dei blastomeri; trapianti nucleari. I risultati della segmentazione. Tipi di blastule: celoblastule e sterroblastule; territori presuntivi. La Gastrulazione: tipi e meccanismi di gastrulazione. I movimenti morfogenetici: basi molecolari e cellulari. I foglietti embrionali e loro derivati. Fisiologia della gastrulazione: metabolismo, attività genica, interazioni cellulari. Neurulazione e formazione del piano generale del corpo. Prime fasi dello sviluppo embrionale di: Anfiosso, Anfibi, Uccelli e Mammiferi. Gli annessi embrionali: caratteristiche generali. Meccanismi di differenziamento cellulare: Preformismo ed Epigenesi. Teoria del Plasma germinale. Sviluppo a mosaico e regolativo: la poliembrionia. Potenzialità e gradienti dell'oocita. Determinazione progressiva delle cellule embrionali. Funzione dei geni nella determinazione e nella differenziazione delle cellule. Induzione primaria e secondaria: gli organizzatori e la competenza; specificità regionale dell'induzione; meccanismi molecolari dell'induzione. Centro di Nieuwkoop e l'induzione del mesoderma. Trapianti nucleari: generalità. Ruolo delle interazioni cellulari nei processi di sviluppo. Struttura del genoma eucariotico. Struttura della cromatina negli eucarioti. Equivalenza del genoma ed espressione genica differenziale: caratteristiche generali.

Course Syllabus

The course, held in the first semester of the secund year, will deal with the fundamental processes of gametogenesis to the understanding of fecundation, mechanisms of segmentation, gastrulation, neurulation and organogenesis in various model organisms. The origins of Developmental Biology. Reproduction: meaning and modality. Parthenogenesis: generality. Main features of the development. General characteristics and meaning of meiosis and mitosis. Gametogenesis: Spermatogenesis. Hormonal regulation of spermatogenesis. Spermatogenesis. Spermatozoon: morphology and structure. Capacitation. Gene expression during spermatogenesis. Oogenesis. Hormonal control of oogenesis. Interaction between oocyte and accessory cells. Folliculogenesis in Mammals. Organization of the egg cell and its maturation. Types of egg. Ovular coatings: organization and their meaning. Insemination: general. Fertilization: general characteristics. Mechanisms of interaction between the gametes: recognition between spermatozoon and egg; sperm attraction; sperm activation. Contact and fusion of gametes. Monospermia and polispermia; gynogenesis and androgenesis. In vitro fertilization: IVF, ICSI. The metabolic activation of the egg and its meaning: early reactions and late reactions. Phosphatidylinositol waterfall. Changes in the organization of the egg cytoplasm following activation. Cytoplasmic determinants: their genesis and segregation during egg activation of Nematodes, Insects, Molluscs, Echinoderms, Tunicates and Amphibians. Segmentation: origin of multicellularity. The mechanisms of the segmentation process; types of holoblastic segmentation (radial, spiral, bilateral, rotational). Types of meroblastic segmentation (discoidal, superficial). Factors that influence segmentation; distribution of cytoplasmic determinants during segmentation; role of the ovular cortex; nuclei of the blastomers; nuclear transplants. The results of segmentation. Types of blastule: celoblastule and sterroblastule; presumptive territories. Gastrulation: types and mechanisms of gastrulation. Morphogenetic movements: molecular and cellular bases. Embryonic sheets and their derivatives. Gastritis physiology: metabolism, gene activity, cellular interactions. Neurulation and formation of the general plan of the body. Early stages of embryonic development of: Amphioxus, Amphibians, Birds and Mammals. The embryonic appendages: general characteristics. Cell differentiation mechanisms: Preformism and Epigenesis. Germinal Plasma Theory. Mosaic and regulatory development: polyembryony. Potential and gradients of the oocyte. Progressive determination of embryonic cells. Function of genes in cell determination and differentiation. Primary and secondary induction: the organizers and the competence; regional specificity of induction; molecular mechanisms of induction. Center of Nieuwkoop and the induction of the mesoderm. Nuclear transplants: general. Role of cellular interactions in development processes. Structure of the eukaryotic genome. Chromatin structure in eukaryotes. Equivalence of the genome and differential gene expression: general characteristics.