En la embriogénesis temprana de la mayoría de los mamíferos euterios , la masa celular interna ( ICM ; también conocida como embrioblasto o pluriblasto ) es la masa de células dentro del embrión primordial que eventualmente dará lugar a las estructuras definitivas del feto . Esta estructura se forma en los primeros pasos del desarrollo, antes de que se produzca la implantación en el endometrio del útero . El ICM se encuentra dentro del blastocele (más correctamente denominado " blastocistocavidad ", ya que no es estrictamente homólogo al blastocele de los vertebrados anamniote ) y está completamente rodeado por la única capa de células llamada trofoblasto .
Masa celular interna | |
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Detalles | |
Escenario Carnegie | 3 |
Dias | 6 |
Precursor | blastocisto |
Da lugar a | epiblasto , hipoblasto |
Identificadores | |
latín | embryoblastus; massa cellis interna; pluriblastus senior |
Malla | D053624 |
TE | masa celular_por_E6.0.1.1.2.0.4 E6.0.1.1.2.0.4 |
FMA | 86557 |
Terminología anatómica [ editar en Wikidata ] |
Mayor desarrollo
La separación física y funcional de la masa celular interna del trofectodermo (TE) es una característica especial del desarrollo de los mamíferos y es la primera especificación del linaje celular en estos embriones. Después de la fertilización en el oviducto, el embrión de mamífero se somete a una ronda relativamente lenta de escisiones para producir una mórula de ocho células . Cada célula de la mórula, llamada blastómero, aumenta el contacto superficial con sus vecinas en un proceso llamado compactación. Esto da como resultado una polarización de las células dentro de la mórula, y una escisión adicional produce un blastocisto de aproximadamente 32 células. [1] En ratones, alrededor de 12 células internas comprenden la nueva masa celular interna y de 20 a 24 células comprenden el trofectodermo circundante. [2] [3] Existe una variación entre las especies de mamíferos en cuanto al número de células en la compactación con embriones bovinos que muestran diferencias relacionadas con la compactación desde las 9-15 células y en conejos no hasta después de las 32 células. [4] También existe una variación entre especies en los patrones de expresión génica en los embriones tempranos. [5]
El ICM y el TE generarán tipos de células claramente diferentes a medida que comienza la implantación y continúa la embriogénesis. Las células del trofectodermo forman tejidos extraembrionarios, que actúan en un papel de apoyo para el embrión propiamente dicho. Además, estas células bombean líquido al interior del blastocisto, lo que provoca la formación de un blastocisto polarizado con el ICM unido al trofectodermo en un extremo (ver figura). Esta diferencia en la localización celular hace que las células ICM expuestas a la cavidad del líquido adopten un destino de endodermo (o hipoblasto) primitivo, mientras que las células restantes adoptan un destino de ectodermo (o epiblasto) primitivo. El hipoblasto contribuye a las membranas extraembrionarias y el epiblasto dará lugar al embrión final propiamente dicho, así como a algunos tejidos extraembrionarios. [1]
Regulación de la especificación celular
Dado que la segregación de las células pluripotentes de la masa celular interna del resto del blastocisto es parte integral del desarrollo de los mamíferos, se ha realizado una investigación considerable para dilucidar los mecanismos celulares y moleculares correspondientes de este proceso. Existe un interés principal en que los factores de transcripción y las moléculas de señalización dirijan las divisiones asimétricas de blastómeros que conducen a lo que se conoce como células internas y externas y, por lo tanto, a la especificación del linaje celular. Sin embargo, debido a la variabilidad y la naturaleza reguladora de los embriones de mamíferos, la evidencia experimental para establecer estos destinos tempranos sigue siendo incompleta. [2]
A nivel de transcripción, los factores de transcripción Oct4, Nanog, Cdx2 y Tead4 se han visto implicados en el establecimiento y refuerzo de la especificación de ICM y TE en embriones de ratón tempranos. [2]
- Oct4: Oct4 se expresa en el ICM y participa en el mantenimiento de su pluripotencia, una función que se ha recapitulado en las células madre embrionarias de ratón derivadas de ICM. [6] Las células knockout genéticas de Oct4 , tanto in vivo como en cultivo, muestran características morfológicas de TE. Se ha demostrado que una diana de transcripción de Oct4 es el gen Fgf4 . Este gen normalmente codifica un ligando secretado por el ICM, que induce la proliferación en el TE polar adyacente. [6]
- Nanog: Nanog también se expresa en el ICM y participa en el mantenimiento de su pluripotencia. En contraste con Oct4 , los estudios de ratones Nanog- nulos no muestran la reversión de ICM a una morfología similar a TE, pero demuestran que la pérdida de Nanog evita que ICM genere endodermo primitivo. [7]
- Cdx2: Cdx2 está fuertemente expresado en el TE y es necesario para mantener su especificación. Los ratones knockout para el gen Cdx2 se compactan, pero pierden la integridad epitelial TE durante la etapa tardía del blastocisto. Además, la expresión de Oct4 se eleva posteriormente en estas células TE, lo que indica que Cdx2 desempeña un papel en la supresión de Oct4 en este linaje celular. Además, se pueden generar células madre embrionarias a partir de ratones nulos Cdx2 , lo que demuestra que Cdx2 no es esencial para la especificación ICM. [8]
- Tead4: al igual que Cdx2 , Tead4 es necesario para la función TE, aunque el factor de transcripción se expresa de forma ubicua. Los ratones nulos con Tead4 se compactan de manera similar, pero no generan la cavidad del blastocele. Al igual que los embriones nulos de Cdx2, los embriones nulos de Tead4 pueden producir células madre embrionarias, lo que indica que Tead4 es prescindible para la especificación ICM. [9] Un trabajo reciente ha demostrado que Tead4 puede ayudar a regular Cdx2 en el TE y su actividad transcripcional depende del coactivador Yap. La localización nuclear de Yap en las células externas le permite contribuir a la especificidad de TE, mientras que las células internas secuestran a Yap en el citoplasma a través de un evento de fosforilación. [10]
Juntos, estos factores de transcripción funcionan en un ciclo de retroalimentación positiva que fortalece la asignación celular de ICM a TE. La polarización inicial de los blastómeros ocurre en la etapa de 8-16 células. Una polaridad apical-basolateral es visible a través de la visualización de marcadores apicales como Par3, Par6 y aPKC, así como el marcador basal E-Cadherin. [2] Se cree que el establecimiento de tal polaridad durante la compactación genera una identidad ambiental para las células internas y externas del embrión. En consecuencia, la expresión estocástica de los factores de transcripción anteriores se amplifica en un bucle de retroalimentación que especifica las células externas a un destino TE y las células internas a un destino ICM. En el modelo, un entorno apical activa Cdx2 , que regula al alza su propia expresión a través de un factor de transcripción descendente, Elf5. Junto con un tercer factor de transcripción, Eomes, estos genes actúan para suprimir genes de pluripotencia como Oct4 y Nanog en las células externas. [2] [8] Por lo tanto, TE se especifica y se diferencia. Sin embargo, las células internas no activan el gen Cdx2 y expresan altos niveles de Oct4 , Nanog y Sox2 . [2] [3] Estos genes suprimen Cdx2 y las células internas mantienen la pluripotencia, generan el ICM y, finalmente, el resto del embrión propiamente dicho.
Aunque esta dicotomía de interacciones genéticas es claramente necesaria para dividir los blastómeros del embrión de ratón en identidades ICM y TE, el inicio de estos ciclos de retroalimentación sigue siendo objeto de debate. No está claro si se establecen estocásticamente o mediante una asimetría incluso anterior, y la investigación actual busca identificar marcadores anteriores de asimetría. Por ejemplo, algunas investigaciones correlacionan las dos primeras escisiones durante la embriogénesis con respecto a los posibles polos animal y vegetal con la especificación final. La división asimétrica de la información epigenética durante estas dos primeras escisiones, y la orientación y el orden en que ocurren, pueden contribuir a la posición de una célula dentro o fuera de la mórula. [11] [12]
Células madre
Los blastómeros aislados de ICM de embriones de mamíferos y cultivados se conocen como células madre embrionarias (ES). Estas células pluripotentes, cuando se cultivan en un medio cuidadosamente coordinado, pueden dar lugar a las tres capas germinales (ectodermo, endodermo y mesodermo) del cuerpo adulto. [13] Por ejemplo, el factor de transcripción LIF4 es necesario para que las células madre embrionarias de ratón se mantengan in vitro. [14] Los blastómeros se disocian de un ICM aislado en un blastocisto temprano, y su código transcripcional gobernado por Oct4 , Sox2 y Nanog ayuda a mantener un estado indiferenciado.
Un beneficio de la naturaleza reguladora en la que se desarrollan los embriones de mamíferos es la manipulación de blastómeros del ICM para generar ratones knockout . En el ratón, las mutaciones en un gen de interés pueden introducirse retroviralmente en células madre embrionarias cultivadas, y estas pueden reintroducirse en el ICM de un embrión intacto. El resultado es un ratón quimérico, que se desarrolla con una porción de sus células que contienen el genoma de las células ES. El objetivo de tal procedimiento es incorporar el gen mutado en la línea germinal del ratón de manera que a su progenie le falte uno o ambos alelos del gen de interés. Los genetistas aprovechan ampliamente esta técnica de manipulación ICM para estudiar la función de los genes en el sistema de los mamíferos. [1] [13]
Imágenes Adicionales
Vesícula blastodérmica de Vespertilio murinus.
Sección a través del disco embrionario de Vespertilio murinus.
Ver también
- Genes homeobox
Referencias
- ^ a b c . ISBN 978-0199275373. Falta o vacío
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( ayuda ) - ^ a b c d e f Marikawa, Yusuke, et al. Establecimiento de linajes de trofectodermo y masa celular interna en el embrión de ratón. Reproducción y desarrollo molecular 76: 1019–1032 (2009)
- ↑ a b Suwinska A, Czołowska R, Ozdze_nski W, Tarkowski AK. 2008. Los blastómeros del embrión de ratón pierden totipotencia después de la quinta división de escisión: expresión de Cdx2 y Oct4 y potencial de desarrollo de blastómeros internos y externos de embriones de 16 y 32 células. Dev Biol 322: 133-144.
- ^ Koyama et al Análisis de polaridad de embriones de conejo y bovino mediante microscopía electrónica de barrido Archivado el 23 de septiembre de 2015 en Wayback Machine Biol of Reproduction, 50, 163-170 1994
- ^ Kuijk, et al Validación de genes de referencia para estudios cuantitativos de RT-PCR en ovocitos porcinos y embriones de preimplantación BMC Developmental Biology 2007, 7:58 doi: 10.1186 / 1471-213X-7-58
- ^ a b Nichols J, Zevnik B, Anastassiadis K, Niwa H, Klewe-Nebenius D, Chambers I, Sch € oler H, Smith A. 1998. La formación de células madre pluripotentes en el embrión de mamífero depende del factor de transcripción POU Oct4. Cell 95: 379–391.
- ^ Rodda DJ, Chew JL, Lim LH, Loh YH, Wang B, Ng HH, Robson P. 2005. Regulación transcripcional de nanog por OCT4 y SOX2. J Biol Chem 280: 24731–24737.
- ^ a b Strumpf D, Mao CA, Yamanaka Y, Ralston A, Chawengsaksophak K, Beck F, Rossant J. 2005. Se requiere Cdx2 para la correcta especificación del destino celular y la diferenciación del trofectodermo en el blastocisto de ratón. Development 132: 2093–2102.
- ^ Nishioka N, Yamamoto S, Kiyonari H, Sato H, Sawada A, Ota M, Nakao K, Sasaki H. 2008.Se requiere Tead4 para la especificación del trofectodermo en embriones de ratón preimplantatorios. Mech Dev 125: 270-283.
- ^ Nishioka N, et al. 2009. Los componentes de la vía de señalización del hipopótamo Lats y Yap modelan la actividad de Tead4 para distinguir el trofectodermo del ratón de la masa celular interna. Dev Cell 16: 398–410.
- ^ Bischoff, Marcus y col. Formación del eje embrionario-abembrionario del blastocisto de ratón: relaciones entre la orientación de las divisiones de clivaje temprano y el patrón de divisiones simétricas / asimétricas. Desarrollo 135, 953-962 (2008)
- ^ Jedrusik, Agnieszka, et al. Papel de Cdx2 y polaridad celular en la asignación de células y la especificación del trofectodermo y la masa celular interna en el embrión de ratón. Genes Dev. 2008 22: 2692-2706
- ^ a b Robertson, Elizabeth y col. Transmisión de la línea germinal de genes introducidos en células pluripotenciales cultivadas mediante un vector retroviral. Nature 323, 445 - 448 (2 de octubre de 1986)
- ^ Smith AG, Heath JK, Donaldson DD, Wong GG, Moreau J, Stahl M y Rogers D (1988) Inhibición de la diferenciación de células madre embrionarias pluripotenciales por polipéptidos purificados. Nature, 336, 688–690