El labio dorsal del blastoporo es una estructura que se forma durante el desarrollo embrionario temprano y es importante por su papel en la organización de las capas germinales . [1] El labio dorsal se forma durante la gastrulación temprana cuando el pliegue del tejido a lo largo de la zona marginal involutiva del blastocele forma una abertura conocida como blastoporo . [2] Es particularmente importante por su papel en la inducción neural a través del modelo predeterminado, donde la señalización del labio dorsal protege una región del epiblasto.de convertirse en epidermis , lo que le permite desarrollar su tejido neural predeterminado . [3]
Descubrimiento
El labio dorsal se refiere a la sección de tejido ubicada en el sitio de la primera invaginación en la pregástula en desarrollo y se entiende que actúa como inductor neural en el embrión temprano y como organizador general de todo el eje del cuerpo . [1] Los primeros experimentos de trasplante en embriones en desarrollo demostraron que las diferentes capas del embrión, cuando se aíslan y trasplantan antes de la gastrulación frente a después de la gastrulación, se convertirían en tejidos maduros claramente diferentes. El Dr. Hans Spemann notó este fenómeno y planteó la hipótesis de que los reordenamientos tisulares que ocurrieron durante la gastrulación deben estar vinculados de alguna manera con el control del destino del tejido en desarrollo en el embrión. [4] Su investigación se centró en el labio dorsal como posible organizador de estos cambios en la especificación del destino , ya que es la primera estructura que se pliega hacia adentro durante la gastrulación . El trasplante del labio dorsal de un embrión de Xenopus a la región ventral de un embrión huésped diferente demostró que se formaría un eje secundario completo utilizando el propio tejido del embrión huésped , lo que indica un papel claro del labio dorsal como inductor y organizador neural. [5] El labio dorsal de la gástrula en desarrollo fue designado como el organizador de Spemann-Mangold por su papel en la inducción neural y la organización de los tejidos neurales en desarrollo.
Luego, el interés pasó a identificar los mecanismos químicos subyacentes a la función organizadora del labio dorsal. Experimentos futuros que utilizaron una serie de inyecciones de ARNm del labio dorsal en embriones irradiados demostraron que el labio dorsal contenía factores genéticos suficientes para la inducción neural. Investigaciones posteriores pudieron identificar factores específicos como noggin y chordin como factores genéticos en el labio dorsal que son críticos para el desarrollo neuronal adecuado . [6]
Información genética para la inducción neural.
Los experimentos para identificar la base genética de la inducción neural se llevaron a cabo exponiendo los embriones de Xenopus a la radiación ultravioleta , lo que hace que se desarrollen sin cabeza. [7] El Dr. Richard Harland y el Dr. William Smith extrajeron ARNm del labio dorsal de embriones de Xenopus en desarrollo normal que luego se inyectaron en los embriones irradiados con UV para ver si se podía rescatar el desarrollo normal de la cabeza. [2] [7] Estos experimentos determinaron que el ARNm de noggin puede inducir el desarrollo normal de la cabeza y el cerebro , y que los niveles crecientes de noggin dan como resultado estructuras cerebrales más grandes y, finalmente, un eje secundario. [8]
Experimentos similares en el laboratorio del Dr. Edward DeRobertis identificaron que cordina cDNA también podría inducir un eje secundario, que sugiere que hay redundancia en los genes que codifican para el desarrollo neural. [9] Para probar si solo se requieren uno o ambos genes para la inducción neuronal, se utilizaron ratones knockout modificados genéticamente . Los ratones que tenían el gen noggin o el gen chordin eliminado se desarrollaron sin algunas estructuras de la cabeza, como las orejas, pero en general tenían un desarrollo intacto. [10] Los ratones que tenían un doble knockout tanto de noggin como de chordin, sin embargo, se desarrollaron sin cerebro, lo que demuestra que hay múltiples genes que contribuyen a funciones similares del desarrollo neuronal. [10]
Un conjunto diferente de estudios identificó otra molécula, la folistatina , que participa en la inducción neural. Este fue el resultado del trabajo de Doug Melton y Ali Hemmati-Brivanlou, quienes estaban estudiando la función de la activina , una molécula de señalización que actúa sobre los receptores de TGF-β . [5] Descubrieron que al mutar el receptor de activina , el tejido que normalmente se convertiría en epidermis se convierte en tejido neural. [11] Esto dio una idea del mecanismo de señalización de la inducción neural, ya que se demostró que la inhibición de los receptores de TGF-β conduce a la formación de tejido neural. [12] [13] La folistatina se identificó como un inhibidor de TGF-β , y más tarde se demostró que la cordina y el noggin funcionan junto con la folistatina para inhibir que las proteínas morfogénicas óseas (BMP) activen el TGF-β. [6] A través de este mecanismo de señalización, el labio dorsal del blastoporo evita que el tejido se convierta en epidermis , lo que permite la formación predeterminada de tejido neural [3]
Formación del labio dorsal
Antes de que se produzca la formación estructural del labio dorsal, otro centro de señalización conocido como centro de Nieuwkoop , ubicado en la región vegetal del blastocele en desarrollo , se encarga de organizar los patrones de polaridad necesarios para formar el labio dorsal. Se descubrió que el centro de Nieuwkoop es responsable del establecimiento de la polaridad dorsoventral a través de Wnt / GSK / beta-catenina . [14] Esta señal de dorsalización permite que el organizador de Spemann se establezca en las células marginales dorsales donde se formará el sitio futuro del labio dorsal y el blastoporo.
Referencias
- ↑ a b Arias, Alfonso Martinez; Steventon, Ben (1 de marzo de 2018). "Sobre la naturaleza y función de los organizadores" . Desarrollo . 145 (5): dev159525. doi : 10.1242 / dev.159525 . ISSN 0950-1991 . PMC 5868996 . PMID 29523654 .
- ^ a b Hemmati-Brivanlou, Ali; Melton, Douglas (10 de enero de 1997). "Las células embrionarias de vertebrados se convertirán en células nerviosas a menos que se diga lo contrario" . Celular . 88 (1): 13-17. doi : 10.1016 / S0092-8674 (00) 81853-X . ISSN 0092-8674 . PMID 9019398 . S2CID 18056689 .
- ^ a b Levine, Ariel J .; Brivanlou, Ali H. (15 de agosto de 2007). "Propuesta de un modelo de inducción neural en mamíferos" . Biología del desarrollo . 308 (2): 247–256. doi : 10.1016 / j.ydbio.2007.05.036 . ISSN 0012-1606 . PMC 2713388 . PMID 17585896 .
- ^ Sanes, Dan Harvey (2012). Desarrollo del sistema nervioso . Reh, Thomas A., Harris, William A. (William Anthony) (3ª ed.). Amsterdam: Elsevier. pag. 9. ISBN 978-0-12-374539-2. OCLC 667213240 .
- ^ a b Stern, Claudio D. (1 de mayo de 2005). "Inducción neuronal: viejo problema, nuevos hallazgos, aún más preguntas" . Desarrollo . 132 (9): 2007-2021. doi : 10.1242 / dev.01794 . ISSN 0950-1991 . PMID 15829523 .
- ^ a b Chitnis, A .; Kintner, C. (1995). "Inducción neuronal y neurogénesis en embriones de anfibios". Perspectivas sobre neurobiología del desarrollo . 3 (1): 3–15. ISSN 1064-0517 . PMID 8542254 .
- ^ a b Sanes, Dan Harvey (2012). Desarrollo del sistema nervioso . Reh, Thomas A., Harris, William A. (William Anthony) (3ª ed.). Amsterdam: Elsevier. pag. 11. ISBN 978-0-12-374539-2. OCLC 667213240 .
- ^ Guille, Matthew (1999). Métodos moleculares en biología del desarrollo: Xenopus y pez cebra . Totowa, Nueva Jersey: Humana Press. pag. 27. ISBN 978-0-89603-790-8.
- ^ Sasai, Yoshiki; Lu, Bin; Steinbeisser, Herbert; Geissert, Douglas; Gont, Linda K .; De Robertis, Eddy M. (2 de diciembre de 1994). "Xenopus chordin: un factor de dorsalización novedoso activado por genes Homeobox específicos del organizador" . Celular . 79 (5): 779–790. doi : 10.1016 / 0092-8674 (94) 90068-X . ISSN 0092-8674 . PMC 3082463 . PMID 8001117 .
- ^ a b Sanes, Dan Harvey (2012). Desarrollo del sistema nervioso . Reh, Thomas A., Harris, William A. (William Anthony) (3ª ed.). Amsterdam: Elsevier. pag. 15. ISBN 978-0-12-374539-2. OCLC 667213240 .
- ^ Rogers, Crystal; Moody, Sally A .; Casey, Elena (11 de septiembre de 2009). "Inducción neuronal y factores que estabilizan un destino neuronal" . Investigación sobre defectos de nacimiento Parte C: Embryo Today: Reviews . 87 (3): 249–262. doi : 10.1002 / bdrc.20157 . ISSN 1542-975X . PMC 2756055 . PMID 19750523 .
- ^ Muñoz-Sanjuán, Ignacio; Brivanlou, Ali H. (1 de abril de 2002). "Inducción neuronal, el modelo predeterminado y células madre embrionarias". Nature Reviews Neurociencia . 3 (4): 271–280. doi : 10.1038 / nrn786 . ISSN 1471-0048 . PMID 11967557 . S2CID 23551830 .
- ^ Weinstein, Daniel; Hemmati-Brivanlou, Ali (1999). "Inducción neuronal". Revisión anual de biología celular y del desarrollo . 15 : 411–433. doi : 10.1146 / annurev.cellbio.15.1.411 . PMID 10611968 .
- ^ Carron, Clémence; Shi, De-Li (2016). "Especificación del eje anteroposterior mediante señalización combinatoria durante el desarrollo de Xenopus". Revisiones interdisciplinarias de Wiley. Biología del desarrollo . 5 (2): 150–168. doi : 10.1002 / wdev.217 . ISSN 1759-7692 . PMID 26544673 . S2CID 13504185 .