Molecular genetic analyses of extracellular signaling pathways during murine retinal development

Extracellular signaling pathways initiated by secreted proteins are important in the co-ordination of tissue interactions in multi-cellular organisms, particularly during embryonic development. These signaling cascades direct diverse cellular events, including proliferation, differentiation and migration, in both autocrine and paracrine modes. In adult animals, abnormal function of these proteins often results in degenerative and tumourigenic syndromes. In this study, I have focused on elucidating the role of Bone Morphogenetic Protein (Bmp) signal transduction during neuronal specification and differentiation in the vertebrate embryo, using the mouse retina as a model. Using tissue-specific conditional knock-out approaches, the consequences of genetic loss-of-function of this signaling pathway on retinal physiology were examined. Mutant mice lacking Bmp type I receptor function displayed a range of retinal phenotypes, each of which appeared to be regulated at a different threshold of Bmp receptor activity. Novel essential functions for Bmp signaling were uncovered for retinal neurogenesis, cell survival, and axonal pathfinding at the optic disc. Further, BmprIa and BmprIa exhibited genetic interactions suggestive of functional redundancy. To further characterize the underlying molecular bases for the pleiotropic effects of Bmp receptors, retina-specific loss-of-function mutants of the obligate Bmp-activated transcriptional mediator Smad4 were generated. A comparison of the retina-specific Smad4 mutant phenotypes with those of the Bmp receptor mutant retina revealed that only a subset of retinal phenotypes, namely optic disc axon pathfinding and axial patterning were common for both classes of mutant animals. Thus, these results suggest that, contrary to the classic scheme of Bmp signal transduction, Smad4-independent pathways may be operative downstream of the type I receptors. Indeed, such alternative intracellular signaling cascades may constitute a molecular basis for the multiple cellular responses elicited by Bmp signaling. Finally, I tested whether the potential Bmp pathway targets, the extracellular ligands Fgf9 and Fgf15, mediate essential cellular processes in the retina. The analyses of Fgf9 −/−; Fgf15−/− mutant mice posit a novel shared role for these genes in intra-retinal axon pathfinding. Collectively, these studies have elucidated part of the molecular machinery directing mammalian neuro-retinal development, and provided useful in vivo models to study visual function. ^

Targeted Deletion Of Functionally Validated Enhancers Defines Their Role in Mouse Limb Development

Transcriptional enhancers are genomic DNA sequences that contain clustered transcription factor (TF) binding sites. When combinations of TFs bind to enhancer sequences they act together with basal transcriptional machinery to regulate the timing, location and quantity of gene transcription. Elucidating the genetic mechanisms responsible for differential gene expression, including the role of enhancers, during embryological and postnatal development is essential to an understanding of evolutionary processes and disease etiology. Numerous methods are in use to identify and characterize enhancers. Several high-throughput methods generate large datasets of enhancer sequences with putative roles in embryonic development. However, few enhancers have been deleted from the genome to determine their roles in the development of specific structures, such as the limb. Manipulation of enhancers at their endogenous loci, such as the deletion of such elements, leads to a better understanding of the regulatory interactions, rules and complexities that contribute to faithful and variant gene transcription – the molecular genetic substrate of evolution and disease. To understand the endogenous roles of two distinct enhancers known to be active in the mouse embryo limb bud we deleted them from the mouse genome. I hypothesized that deletion of these enhancers would lead to aberrant limb development. The enhancers were selected because of their association with p300, a protein associated with active transcription, and because the human enhancer sequences drive distinct lacZ expression patterns in limb buds of embryonic day (E) 11.5 transgenic mice. To confirm that the orthologous mouse enhancers, mouse 280 and 1442 (M280 and M1442, respectively), regulate expression in the developing limb we generated stable transgenic lines, and examined lacZ expression. In M280-lacZ mice, expression was detected in E11.5 fore- and hindlimbs in a region that corresponds to digits II-IV. M1442-lacZ mice exhibited lacZ expression in posterior and anterior margins of the fore- and hindlimbs that overlapped with digits I and V and several wrist bones. We generated mice lacking the M280 and M1442 enhancers by gene targeting. Intercrosses between M280 -/+ and M1442 -/+, respectively, generated M280 and M1442 null mice, which are born at expected Mendelian ratios and manifest no gross limb malformations. Quantitative real-time PCR of mutant E11.5 limb buds indicated that significant changes in transcriptional output of enhancer-proximal genes accompanied the deletion of both M280 and M1442. In neonatal null mice we observed that all limb bones are present in their expected positions, an observation also confirmed by histology of E18.5 distal limbs. Fine-scale measurement of E18.5 digit bone lengths found no differences between mutant and control embryos. Furthermore, when the developmental progression of cartilaginous elements was analyzed in M280 and M1442 embryos from E13.5-E15.5, transient development defects were not detected. These results demonstrate that M280 and M1442 are not required for mouse limb development. Though M280 is not required for embryonic limb development it is required for the development and/or maintenance of body size – adult M280 mice are significantly smaller than control littermates. These studies highlight the importance of experiments that manipulate enhancers in situ to understand their contribution to development.

Rescue of embryonic lethality in mdmx null mice by loss of p53 suggests a non-overlapping pathway with MDM2 to regulate p53

The tumor suppressor p53 is mutated in over 50% of human sporadic tumors originating from diverse tissues. p53 responds to DNA damage and cell stress by activating the transcription of a variety of target genes, the protein products of which then initiate either growth arrest or apoptosis. ^ A p53 target with a particularly intriguing function is the oncogene MDM2. MDM2 functions, in part, by binding to and inhibiting p53's activity. Overexpression of MDM2, by gene amplification, has been found in 30% of human sarcomas harboring a wild type p53, indicating that an increase in MDM2 levels is sufficient for p53 inactivation. Mice carrying a homozygous null allele for mdm2 exhibit an early embryonic lethality that is completely rescued in a p53-null background. These data indicate that MDM2's only critical function in early mouse embryogenesis is the negative regulation of p53. ^ The mdmx gene is the first additional member of the mdm2 gene family to be isolated. MDMX, like MDM2, contains a RING-finger domain, ATP binding domain and a p53 binding domain, which retains the ability to bind and inhibit p53 transactivation in vitro. However, mdmx does not appear to be transcriptionally regulated by p53. We have cloned and characterized the murine mdmx genomic locus from a mouse 129 genomic library. The mdmx gene contains 11 exons, spans approximately 37 Kb of DNA, and is located on mouse chromosome 1. The genomic organization of the mdmx gene is identical to that of mdm2 except at the 5′ end of the gene near the p53 responsive element. Northern expression analysis of mdmx transcripts during mouse embryogenesis and in adult tissues revealed constitutive and ubiquitous expression throughout adult tissues and embryonic development. To determine the in vivo function of MDMX, mice carrying a null allele of mdmx have been generated. Mdmx homozygous null mice are early embryonic lethal. Mdmx null mice do not develop beyond 9.5 dpc and can be discerned by gross dissection as early as 7.5 dpc. Utilizing TUNEL and BrdU assays on 7.5 dpc histological sections we have determined that the mutant embryos are dying due to increased levels of growth arrest, but not apoptosis. Surprisingly, Mdmx homozygous null mice are viable in a p53 null background, indicating that MDMX is also very important in the negative regulation of p53. ^

Seawater carbonate chemistry and early development of the sea urchin Lytechinus variegatus in a laboratory experiment using artificial seawater

Land-based aquaculture facilities often utilize additional bicarbonate sources such as commercial sea salts that are designed to boost alkalinity in order to buffer seawater against reductions in pH. Despite these preventative measures, many facilities are likely to face occasional reductions in pH and corresponding reductions in carbonate saturation states due to the accumulation of metabolic waste products. We investigated the impact of reduced carbonate saturation states (Omega Ca, Omega Ar) on embryonic developmental rates, larval developmental rates, and echinoplutei skeletal morphometrics in the common edible sea urchin Lytechinus variegatus under high alkalinity conditions. Commercial artificial seawater was bubbled with a mixture of air and CO2 gas to reduce the carbonate saturation state. Rates of embryonic and larval development were significantly delayed in both the low and extreme low carbonate saturation state groups relative to the control at a given time. Although symmetry of overall skeletal body lengths was not affected, allometric relationships were significantly different between treatment groups. Larvae reared under ambient conditions had significantly greater postoral arm and overall body lengths relative to body lengths than larvae grown under extreme low carbonate saturation state conditions, indicating that extreme changes in the carbonate system affected not only developmental rates but also larval skeletal shape. Reduced rates of embryonic development and delayed and altered larval skeletal growth are likely to negatively impact larval culturing of L. variegatus in land-based, intensive culture situations where calcite and aragonite saturation states are lowered by the accumulation of metabolic waste products.

A phenotype-based screen for embryonic lethal mutations in the mouse

The genetic pathways that control development of the early mammalian embryo have remained poorly understood, in part because the systematic mutant screens that have been so successful in the identification of genes and pathways that direct embryonic development in Drosophila, Caenorhabditis elegans, and zebrafish have not been applied to mammalian embryogenesis. Here we demonstrate that chemical mutagenesis with ethylnitrosourea can be combined with the resources of mouse genomics to identify new genes that are essential for mammalian embryogenesis. A pilot screen for abnormal morphological phenotypes of midgestation embryos identified five mutant lines; the phenotypes of four of the lines are caused by recessive traits that map to single regions of the genome. Three mutant lines display defects in neural tube closure: one is caused by an allele of the open brain (opb) locus, one defines a previously unknown locus, and one has a complex genetic basis. Two mutations produce novel early phenotypes and map to regions of the genome not previously implicated in embryonic patterning.

Microtubule-based Endoplasmic Reticulum Motility in Xenopus laevis: Activation of Membrane-associated Kinesin during Development

The endoplasmic reticulum (ER) in animal cells uses microtubule motor proteins to adopt and maintain its extended, reticular organization. Although the orientation of microtubules in many somatic cell types predicts that the ER should move toward microtubule plus ends, motor-dependent ER motility reconstituted in extracts of Xenopus laevis eggs is exclusively a minus end-directed, cytoplasmic dynein-driven process. We have used Xenopus egg, embryo, and somatic Xenopus tissue culture cell (XTC) extracts to study ER motility during embryonic development in Xenopus by video-enhanced differential interference contrast microscopy. Our results demonstrate that cytoplasmic dynein is the sole motor for microtubule-based ER motility throughout the early stages of development (up to at least the fifth embryonic interphase). When egg-derived ER membranes were incubated in somatic XTC cytosol, however, ER tubules moved in both directions along microtubules. Data from directionality assays suggest that plus end-directed ER tubule extensions contribute ∼19% of the total microtubule-based ER motility under these conditions. In XTC extracts, the rate of ER tubule extensions toward microtubule plus ends is lower (∼0.4 μm/s) than minus end-directed motility (∼1.3 μm/s), and plus end-directed motility is eliminated by a function-blocking anti-conventional kinesin heavy chain antibody (SUK4). In addition, we provide evidence that the initiation of plus end-directed ER motility in somatic cytosol is likely to occur via activation of membrane-associated kinesin.

Targeted disruption of the Rad51 gene leads to lethality in embryonic mice.

The mouse Rad51 gene is a mammalian homologue of the Escherichia coli recA and yeast RAD51 genes, both of which are involved in homologous recombination and DNA repair. To elucidate the physiological role of RAD51 protein, the gene was targeted in embryonic stem (ES) cells. Mice heterozygous for the Rad51 null mutation were intercrossed and their offspring were genotyped. There were no homozygous (Rad51-/-) pups among 148 neonates examined but a few Rad51-/- embryos were identified when examined during the early stages of embryonic development. Doubly knocked-out ES cells were not detected under conditions of selective growth. These results are interpreted to mean that RAD51 protein plays an essential role in the proliferation of cell. The homozygous Rad51 null mutation can be categorized in cell-autonomous defects. Pre-implantational lethal mutations that disrupt basic molecular functions will thus interfere with cell viability.

Scatter factor/hepatocyte growth factor as a regulator of skeletal muscle and neural crest development.

Factors that regulate cellular migration during embryonic development are essential for tissue and organ morphogenesis. Scatter factor/hepatocyte growth factor (SF/HGF) can stimulate motogenic and morphogenetic activities in cultured epithelial cells expressing the Met tyrosine kinase receptor and is essential for development; however, the precise physiological role of SF/HGF is incompletely understood. Here we provide functional evidence that inappropriate expression of SF/HGF in transgenic mice influences the development of two distinct migratory cell lineages, resulting in ectopic skeletal muscle formation and melanosis in the central nervous system, and patterned hyperpigmentation of the skin. Committed TRP-2 positive melanoblasts were found to be situated aberrantly within defined regions of the transgenic embryo, including the neural tube, which overproduced SF/RGF. Our data strongly suggest that SF/HGF possesses physiologically relevant scatter activity, and functions as a true morphogenetic factor by regulating migration and/or differentiation of select populations of premyogenic and neural crest cells during normal mammalian embryogenesis.

Embryonic stem cells express multiple Eph-subfamily receptor tyrosine kinases.

Eph and its homologues form the largest subfamily of receptor tyrosine kinases. Normal expression patterns of this subfamily indicate roles in differentiation and development, whereas their overexpression has been linked to oncogenesis. This study investigated the potential role of Eph-related molecules during very early embryonic development by examining their expression in embryonic stem (ES) cells and embryoid bodies differentiated from ES cells in vitro. By use of a strategy based on reverse transcriptase-mediated PCR, nine clones containing Eph-subfamily sequence were isolated from ES cells. Of these, eight were almost identical to one of four previously identified molecules (Sek, Nuk, Eck, and Mek4). However, one clone contained sequence from a novel Eph-subfamily member, which was termed embryonic stem-cell kinase or Esk. Northern analysis showed expression of Esk in ES cells, embryoid bodies, day 12 mouse embryos, and some tissues of the adult animal. Levels of expression were similar in ES cells and embryoid bodies. By comparison, Mek4 showed no significant transcription in the ES cell cultures by Northern analysis, whereas Eck displayed stronger signals in ES cells than in the embryoid bodies. These results suggest that Eph-subfamily molecules may play roles during the earliest phases of embryogenesis. Furthermore, the relative importance of different members of this subfamily appears to change as development proceeds.

Neurotrophin 3 rescues neuronal precursors from apoptosis and promotes neuronal differentiation in the embryonic metanephric kidney.

We analyzed the developmental regulation and role of the neurotrophins during metanephric kidney morphogenesis. RNase protection assay revealed the presence of nerve growth factor, neurotrophin 3 (NT-3), and brain-derived neurotrophic factor mRNAs and the regulation of their expression during embryonic development of rat metanephros. NT-3 induced differentiation (neurite outgrowth) and survival (inhibition of apoptosis) of the neuronal precursors in cultured nephrogenic mesenchymes and neuronal differentiation in cultured whole kidneys, whereas NT-4/5, brain-derived neurotrophic factor, and nerve growth factor were without effect. The neurotrophins did not trigger tubular differentiation of isolated nephrogenic cells, which underwent apoptosis when cultured with or without the neurotrophins. NT-3 is thus an inducer of differentiation and a survival factor for renal neuronal cells, but none of the neurotrophins is a morphogen in kidney tubule induction.

Capturing genes encoding membrane and secreted proteins important for mouse development.

A strategy based on the gene trap was developed to prescreen mouse embryonic stem cells for insertional mutations in genes encoding secreted and membrane-spanning proteins. The "secretory trap" relies on capturing the N-terminal signal sequence of an endogenous gene to generate an active beta-galactosidase fusion protein. Insertions were found in a cadherin gene, an unc6-related laminin (netrin) gene, the sek receptor tyrosine kinase gene, and genes encoding two receptor-linked protein-tyrosine phosphatases, LAR and PTP kappa. Analysis of homozygous mice carrying insertions in LAR and PTP kappa showed that both genes were effectively disrupted, but neither was essential for normal embryonic development.

bcl-x is expressed in embryonic and postnatal neural tissues and functions to prevent neuronal cell death.

Previous studies have implicated the bcl-2 protooncogene as a potential regulator of neuronal survival. However, mice lacking functional bcl-2 exhibited normal development and maintenance of the central nervous system (CNS). Since bcl-2 appears dispensable for neuronal survival, we have examined the expression and function of bcl-x, another member of the bcl-2 family of death regulatory genes. Bcl-2 is expressed in neuronal tissues during embryonic development but is down-regulated in the adult CNS. In contrast, Bcl-xL expression is retained in neurons of the adult CNS. Two different forms of bcl-x mRNA and their corresponding products, Bcl-xL and Bcl-x beta, were expressed in embryonic and adult neurons of the CNS. Microinjection of bcl-xL and bcl-x beta cDNAs into primary sympathetic neurons inhibited their death induced by nerve growth factor withdrawal. Thus, Bcl-x proteins appear to play an important role in the regulation of neuronal survival in the adult CNS.

La riproduzione nei rettili: nuove prospettive e sviluppi futuri

L’allevamento in cattività dei rettili è in costante crescita negli ultimi anni e richiede conoscenze mediche sempre più specialistiche per far fronte ai numerosi problemi legati a questi animali. Il corretto approccio medico prevede una profonda conoscenza delle specie prese in esame dal momento che la maggior parte delle problematiche riproduttive di questi animali sono legate ad una non corretta gestione dei riproduttori. L’apparato riproduttore dei rettili è estremamente vario a seconda delle specie prese in considerazione. Sauri ed ofidi possiedono due organi copulatori denominati emipeni e posizionati alla base della coda caudalmente alla cloaca che vengono estroflessi alternativamente durante l’accoppiamento per veicolare lo spera all’interno della cloaca della femmina. In questi animali il segmento posteriore renale è chiamato segmento sessuale, perché contribuisce alla formazione del fluido seminale. Tale porzione, durante la stagione dell’accoppiamento, diventa più voluminosa e cambia drasticamente colore, tanto che può essere confusa con una manifestazione patologica. I cheloni al contrario possiedono un unico pene che non viene coinvolto nella minzione. In questi animali. I testicoli sono due e sono situati all’interno della cavità celomatica in posizione cranioventrale rispetto ai reni. I testicoli possono variare notevolmente sia come forma che come dimensione a seconda del periodo dell’anno. Il ciclo estrale dei rettili è regolato, come pure nei mammiferi, dagli ormoni steroidei. La variazione di questi ormoni a livello ematico è stata studiato da diversi autori con il risultato di aver dimostrato come la variazione dei dosaggi degli stessi determini l’alternanza delle varie fasi del ciclo riproduttivo. La relazione tra presenza di uova (anche placentari) ed alti livelli di progesterone suggerisce che questo ormone gioca un ruolo importante nelle riproduzione delle specie ovipare per esempio stimolando la vascolarizzazione degli ovidutti durante i tre mesi in cui si ha lo sviluppo delle uova. Il 17-beta estradiolo è stato descritto come un ormone vitellogenico grazie alla sua capacità di promuovere lo sviluppo dei follicoli e la formazione di strati protettivi dell’uovo. L’aumento del livello di estradiolo osservato esclusivamente nelle femmine in fase vitellogenica è direttamente responsabile della mobilizzazione delle riserve materne in questa fase del ciclo. Va sottolineato come il progesterone sia in effetti un antagonista dell’estradiolo, riducendo la vitellogenesi e intensificando gli scambi materno fetali a livello di ovidutto. Le prostaglandine (PG) costituiscono un gruppo di molecole di origine lipidica biologicamente attive, sintetizzate sotto varie forme chimiche. Sono noti numerosi gruppi di prostaglandine ed è risputo che pesci, anfibi, rettili e mammiferi sintetizzano una o più prostaglandine partendo da acidi grassi precursori. Queste sostanze anche nei rettili agiscono sulla mucosa dell’utero aumentandone le contrazioni e sui corpi lutei determinandone la lisi. La maturità sessuale dei rettili, dipende principalmente dalla taglia piuttosto che dall’età effettiva dell’animale. In cattività, l’alimentazione e le cure dell’allevatore, possono giocare un ruolo fondamentale nel raggiungimento della taglia necessaria all’animale per maturare sessualmente. Spesso, un animale d’allevamento raggiunge prima la maturità sessuale rispetto ai suoi simili in natura. La maggior parte dei rettili sono ovipari, ovvero depongono uova con guscio sulla sabbia o in nidi creati appositamente. La condizione di ovoviviparità è riscontrabile in alcuni rettili. Le uova, in questo caso, vengono ritenute all’interno del corpo, fino alla nascita della progenie. Questa può essere considerata una strategia evolutiva di alcuni animali, che in condizioni climatiche favorevoli effettuano l’ovo deposizione, ma se il clima non lo permette, ritengono le uova fino alla nascita della prole. Alcuni serpenti e lucertole sono vivipari, ciò significa che l’embrione si sviluppa all’interno del corpo dell’animale e che è presente una placenta. I piccoli fuoriescono dal corpo dell’animale vivi e reattivi. La partenogenesi è una modalità di riproduzione asessuata, in cui si ha lo sviluppo dell’uovo senza che sia avvenuta la fecondazione. Trenta specie di lucertole e alcuni serpenti possono riprodursi con questo metodo. Cnemidophorus uniparens, C. velox e C. teselatus alternano la partenogenesi a una riproduzione sessuata, a seconda della disponibilità del maschio. La maggior parte dei rettili non mostra alcuna cura materna per le uova o per i piccoli che vengono abbandonati al momento della nascita. Esistono tuttavia eccezioni a questa regola generale infatti alcune specie di pitoni covano le uova fino al momento della schiusa proteggendole dai predatori e garantendo la giusta temperatura e umidità. Comportamenti di guardia al nido sono poi stati documentati in numerosi rettili, sia cheloni che sauri che ofidi. Nella maggior parte delle tartarughe, la riproduzione è legata alla stagione. Condizioni favorevoli, possono essere la stagione primaverile nelle zone temperate o la stagione umida nelle aree tropicali. In cattività, per riprodurre queste condizioni, è necessario fornire, dopo un periodo di ibernazione, un aumento del fotoperiodo e della temperatura. L’ atteggiamento del maschio durante il corteggiamento è di notevole aggressività, sia nei confronti degli altri maschi, con i quali combatte copiosamente, colpendoli con la corazza e cercando di rovesciare sul dorso l’avversario, sia nei confronti della femmina. Infatti prima della copulazione, il maschio insegue la femmina, la sperona, la morde alla testa e alle zampe e infine la immobilizza contro un ostacolo. Il comportamento durante la gravidanza è facilmente riconoscibile. La femmina tende ad essere molto agitata, è aggressiva nei confronti delle altre femmine e inizia a scavare buche due settimane prima della deposizione. La femmina gravida costruisce il nido in diverse ore. Scava, con gli arti anteriori, buche nel terreno e vi depone le uova, ricoprendole di terriccio e foglie con gli arti posteriori. A volte, le tartarughe possono trattenere le uova, arrestando lo sviluppo embrionale della prole per anni quando non trovano le condizioni adatte a nidificare. Lo sperma, inoltre, può essere immagazzinato nell’ovidotto fino a sei anni, quindi la deposizione di uova fertilizzate può verificarsi senza che sia avvenuto l’accoppiamento durante quel ciclo riproduttivo. I comportamenti riproduttivi di tutte le specie di lucertole dipendono principalmente dalla variazione stagionale, correlata al cambiamento di temperatura e del fotoperiodo. Per questo, se si vuole far riprodurre questi animali in cattività, è necessario valutare per ogni specie una temperatura e un’illuminazione adeguata. Durante il periodo riproduttivo, un atteggiamento caratteristico di diverse specie di lucertole è quello di riprodurre particolari danze e movimenti ritmici della testa. In alcune specie, possiamo notare il gesto di estendere e retrarre il gozzo per mettere in evidenza la sua brillante colorazione e richiamare l’attenzione della femmina. L’aggressività dei maschi, durante la stagione dell’accoppiamento, è molto evidente, in alcuni casi però, anche le femmine tendono ad essere aggressive nei confronti delle altre femmine, specialmente durante l’ovo deposizione. La fertilizzazione è interna e durante la copulazione, gli spermatozoi sono depositati nella porzione anteriore della cloaca femminile, si spostano successivamente verso l’alto, dirigendosi nell’ovidotto, in circa 24-48 ore; qui, fertilizzano le uova che sono rilasciate nell’ovidotto dall’ovario. Negli ofidi il corteggiamento è molto importante e i comportamenti durante questa fase possono essere diversi da specie a specie. I feromoni specie specifici giocano un ruolo fondamentale nell’attrazione del partner, in particolar modo in colubridi e crotalidi. La femmina di queste specie emette una traccia odorifera, percepita e seguita dal maschio. Prima dell’accoppiamento, inoltre, il maschio si avvicina alla femmina e con la sua lingua bifida o con il mento, ne percorre tutto il corpo per captare i feromoni. Dopo tale comportamento, avviene la copulazione vera e propria con la apposizione delle cloache; gli emipeni vengono utilizzati alternativamente e volontariamente dal maschio. Durante l’ovulazione, il serpente aumenterà di volume nella sua metà posteriore e contrazioni muscolari favoriranno lo spostamento delle uova negli ovidotti. In generale, se l’animale è oviparo, avverrà una muta precedente alla ovo deposizione, che avviene prevalentemente di notte. Gli spermatozoi dei rettili sono morfologicamente simili a quelli di forme superiori di invertebrati. La fecondazione delle uova, da parte di spermatozoi immagazzinati nel tratto riproduttivo femminile, è solitamente possibile anche dopo mesi o perfino anni dall’accoppiamento. La ritenzione dei gameti maschili vitali è detta amphigonia retardata e si ritiene che questa caratteristica offra molti benefici per la sopravvivenza delle specie essendo un adattamento molto utile alle condizioni ambientali quando c’è una relativa scarsità di maschi conspecifici disponibili. Nell’allevamento dei rettili in cattività un accurato monitoraggio dei riproduttori presenta una duplice importanza. Permette di sopperire ad eventuali errori di management nel caso di mancata fertilizzazione e inoltre permette di capire quale sia il grado di sviluppo del prodotto del concepimento e quindi di stabilire quale sia il giorno previsto per la deposizione. Le moderne tecniche di monitoraggio e l’esperienza acquisita in questi ultimi anni permettono inoltre di valutare in modo preciso lo sviluppo follicolare e quindi di stabilire quale sia il periodo migliore per l’accoppiamento. Il dimorfismo sessuale nei serpenti è raro e anche quando presente è poco evidente. Solitamente nei maschi, la coda risulta essere più larga rispetto a quella della femmina in quanto nel segmento post-cloacale vi sono alloggiati gli emipeni. Il maschio inoltre, è generalmente più piccolo della femmina a parità di età. Molti cheloni sono sessualmente dimorfici sebbene i caratteri sessuali secondari siano poco apprezzabili nei soggetti giovani e diventino più evidenti dopo la pubertà. In alcune specie si deve aspettare per più di 10 anni prima che il dimorfismo sia evidente. Le tartarughe di sesso maschile tendono ad avere un pene di grosse dimensioni che può essere estroflesso in caso di situazioni particolarmente stressanti. I maschi sessualmente maturi di molte specie di tartarughe inoltre tendono ad avere una coda più lunga e più spessa rispetto alle femmine di pari dimensioni e la distanza tra il margine caudale del piastrone e l’apertura cloacale è maggiore rispetto alle femmine. Sebbene la determinazione del sesso sia spesso difficile nei soggetti giovani molti sauri adulti hanno dimorfismo sessuale evidente. Nonostante tutto comunque anche tra i sauri esistono molte specie come per esempio Tiliqua scincoides, Tiliqua intermedia, Gerrhosaurus major e Pogona vitticeps che anche in età adulta non mostrano alcun carattere sessuale secondario evidente rendendone molto difficile il riconoscimento del sesso. Per garantire un riconoscimento del sesso degli animali sono state messe a punto diverse tecniche di sessaggio che variano a seconda della specie presa in esame. L’eversione manuale degli emipeni è la più comune metodica utilizzata per il sessaggio dei giovani ofidi ed in particolare dei colubridi. I limiti di questa tecnica sono legati al fatto che può essere considerata attendibile al 100% solo nel caso di maschi riconosciuti positivi. L’eversione idrostatica degli emipeni esattamente come l’eversione manuale degli emipeni si basa sull’estroflessione di questi organi dalla base della coda, pertanto può essere utilizzata solo negli ofidi e in alcuni sauri. La procedura prevede l’iniezione di fluido sterile (preferibilmente soluzione salina isotonica) nella coda caudalmente all’eventuale posizione degli emipeni. Questa tecnica deve essere eseguita solo in casi eccezionali in quanto non è scevra da rischi. L’utilizzo di sonde cloacali è il principale metodo di sessaggio per gli ofidi adulti e per i sauri di grosse dimensioni. Per questa metodica si utilizzano sonde metalliche dello spessore adeguato al paziente e con punta smussa. Nei soggetti di genere maschile la sonda penetra agevolmente al contrario di quello che accade nelle femmine. Anche gli esami radiografici possono rendersi utili per il sessaggio di alcune specie di Varani (Varanus achanturus, V. komodoensis, V. olivaceus, V. gouldi, V. salvadorii ecc.) in quanto questi animali possiedono zone di mineralizzazione dei tessuti molli (“hemibacula”) che possono essere facilmente individuate nei maschi. Diversi studi riportano come il rapporto tra estradiolo e androgeni nel plasma o nel liquido amniotico sia un possibile metodo per identificare il genere sessuale delle tartarughe. Per effettuare il dosaggio ormonale, è necessario prelevare un campione di sangue di almeno 1 ml ad animale aspetto che rende praticamente impossibile utilizzare questo metodo di sessaggio nelle tartarughe molto piccole e nei neonati. L’ecografia, volta al ritrovamento degli emipeni, sembra essere un metodo molto preciso, per la determinazione del sesso nei serpenti. Uno studio compiuto presso il dipartimento di Scienze Medico Veterinarie dell’Università di Parma, ha dimostrato come questo metodo abbia una sensibilità, una specificità e un valore predittivo positivo e negativo pari al 100%. La radiografia con mezzo di contrasto e la tomografia computerizzata possono essere utilizzate nel sessaggio dei sauri, con buoni risultati. Uno studio, compiuto dal dipartimento di Scienze Medico Veterinarie, dell’Università di Parma, ha voluto mettere a confronto diverse tecniche di sessaggio nei sauri, tra cui l’ecografia, la radiografia con e senza mezzo di contrasto e la tomografia computerizzata con e senza mezzo di contrasto. I risultati ottenuti, hanno dimostrato come l’ecografia non sia il mezzo più affidabile per il riconoscimento degli emipeni e quindi del sesso dell’animale, mentre la radiografia e la tomografia computerizza con mezzo di contrasto siano tecniche affidabili e accurate in queste specie. Un metodo valido e facilmente realizzabile per il sessaggio dei cheloni anche prepuberi è la cistoscopia. In un recente studio la cistoscopia è stata effettuata su quindici cheloni deceduti e venticinque cheloni vivi, anestetizzati. In generale, questo metodo si è dimostrato non invasivo per le tartarughe, facilmente ripetibile in diversi tipi di tartarughe e di breve durata. Tra le principali patologie riproduttive dei rettili le distocie sono sicuramente quelle che presentano una maggior frequenza. Quando si parla di distocia nei rettili, si intendono tutte quelle situazioni in cui si ha una mancata espulsione e deposizione del prodotto del concepimento entro tempi fisiologici. Questa patologia è complessa e può dipendere da diverse cause. Inoltre può sfociare in malattie sistemiche a volte molto severe. Le distocie possono essere classificate in ostruttive e non ostruttive in base alle cause. Si parla di distocia ostruttiva quando si verificano delle condizioni per cui viene impedito il corretto passaggio delle uova lungo il tratto riproduttivo (Fig.13). Le cause possono dipendere dalla madre o dalle caratteristiche delle uova. Nel caso di distocia non ostruttiva le uova rinvenute sono solitamente di dimensioni normali e la conformazione anatomica della madre è fisiologica. L’eziologia è da ricercare in difetti comportamentali, ambientali e patologici. Non esistono sintomi specifici e patognomonici di distocia. La malattia diviene evidente e conclamata solamente in presenza di complicazioni. Gli approcci terapeutici possibili sono vari a seconda della specie animale e della situazione. Fornire un’area adeguata per la nidiata: se la distocia non è ostruttiva si può cercare di incoraggiare l’animale a deporre autonomamente le uova creando un idoneo luogo di deposizione. Il trattamento medico prevede la stimolazione della deposizione delle uova ritenute mediante l’induzione con ossitocina. L’ossitocina viene somministrata alle dosi di 1/3 UI/kg per via intramuscolare. Uno studio condotto presso l’Università veterinaria di Parma ha comparato le somministrazioni di ossitocina per via intramuscolare e per via intravenosa, confrontando le tempistiche con le quali incominciano le contrazioni e avviene la completa ovodeposizione e dimostrando come per via intravenosa sia possibile somministrare dosi più basse rispetto a quelle riportate solitamente in letteratura ottenendo comunque un ottimo risultato. Nel caso in cui il trattamento farmacologico dovesse fallire o non fosse attuabile, oppure in casi di distocia ostruttiva è possibile ricorrere alla chirurgia. Per stasi follicolare si intende la incapacità di produrre sufficiente quantità di progesterone da corpi lutei perfettamente funzionanti. Come per la distocia, l’eziologia della stasi follicolare è variegata e molto ampia: le cause possono essere sia ambientali che patologiche. La diagnosi clinica viene fatta essenzialmente per esclusione. Come per la distocia, anche in questo caso l’anamnesi e la raccolta del maggior quantitativo di informazioni è fondamentale per indirizzarsi verso il riconoscimento della patologia. Per prolasso si intende la fuoriuscita di un organo attraverso un orifizio del corpo. Nei rettili, diversi organi possono prolassare attraverso la cloaca: la porzione terminale dell’apparato gastroenterico, la vescica urinaria, il pene nel maschio (cheloni) e gli ovidutti nella femmina. In sauri e ofidi gli emipeni possono prolassare dalle rispettive tasche in seguito ad eccesiva attività sessuale97. La corretta identificazione del viscere prolassato è estremamente importante e deve essere effettuata prima di decidere qualsiasi tipologia di trattamento ed intervento. Nei casi acuti e non complicati è possibile la riduzione manuale dell’organo, dopo un accurato lavaggio e attenta pulizia. Se questo non dovesse essere possibile, l’utilizzo di lubrificanti e pomate antibiotiche garantisce all’organo una protezione efficiente. Nel caso in cui non si sia potuto intervenire celermente e l’organo sia andato incontro a infezione e congestione venosa prolungata con conseguente necrosi, l’unica soluzione è l’amputazione

Does Müller cell differentiation occur prior to the emergence of synapses in embryonic turtle retina?

Müller cells are the main glial cells in the retina, and are related to plexiform layer activity. Recent studies have demonstrated that Müller cells are involved in the synaptic conservation, plasticity, development and metabolism of glutamate. During turtle retinal development, layers, cells and synapses appear at different times. The aim of this research is to study the emergence of Müller cells during embryonic development and their relationship with the synaptogenesis. The authors used retinas from Trachemys scripta elegans embryos at stages S14, 18, 20, 23, and 26. Some retinas were processed with immunocytochemistry in order to detect the presence of glutamine synthetase in Müller cells, which was used as a marker of these cells. Other retinas from the same stages were processed for ultrastructural studies. Samples were observed in confocal and transmission electron microscopes, respectively. The present results show that glutamine synthetase expression in Müller cells occurs at S18, before the emergence of the retinal layers and the early synapses.

Neuromuscular synapses mediate motor axon branching and motoneuron survival during the embryonic period of programmed cell death

The embryonic period of motoneuron programmed cell death (PCD) is marked by transient motor axon branching, but the role of neuromuscular synapses in regulating motoneuron number and axonal branching is not known. Here, we test whether neuromuscular synapses are required for the quantitative association between reduced skeletal muscle contraction, increased motor neurite branching, and increased motoneuron survival. We achieved this by comparing agrin and rapsyn mutant mice that lack acetylcholine receptor (AChR) clusters. There were significant reductions in nerve-evoked skeletal muscle contraction, increases in intramuscular axonal branching, and increases in spinal motoneuron survival in agrin and rapsyn mutant mice compared with their wild-type littermates at embryonic day 18.5 (E18.5). The maximum nerve-evoked skeletal muscle contraction was reduced a further 17% in agrin mutants than in rapsyn mutants. This correlated to an increase in motor axon branch extension and number that was 38% more in agrin mutants than in rapsyn mutants. This suggests that specializations of the neuromuscular synapse that ensure efficient synaptic transmission and muscle contraction are also vital mediators of motor axon branching. However, these increases in motor axon branching did not correlate with increases in motoneuron survival when comparing agrin and rapsyn mutants. Thus, agrin-induced synaptic specializations are required for skeletal muscle to effectively control motoneuron numbers during embryonic development. (C) 2003 Elsevier Science (USA). All rights reserved.