Una neurula es un embrión de vertebrado en la etapa inicial de desarrollo en la que se produce la neurulación . La etapa de neurula está precedida por la etapa de gástrula ; en consecuencia, la neurulación está precedida por la gastrulación . [1] La neurulación marca el comienzo del proceso de organogénesis . [2]
Los ratones, polluelos y ranas son modelos experimentales comunes para estudiar la neurula. Dependiendo de la especie, los embriones alcanzan la etapa de neurula en diferentes momentos y pasan una cantidad de tiempo variable en esta etapa. [3] [4] Para los organismos ovíparos , la temperatura de incubación también afecta la duración de la neurulación. [2] Además del desarrollo del tubo neural , otros procesos ocurren en un embrión en etapa neurula dependiendo de la especie. Por ejemplo, en los reptiles, los tejidos de la membrana extraembrionaria se diferencian del embrión. [2]
El embrión de neurula tiene cinco regiones de mesodermo que rodean el tubo neural. [5] El mesodermo anterior se desarrolla en la región de la cabeza, mientras que el mesodermo posterior se desarrolla en el tronco. [1] Varias moléculas, incluidos los proteoglicanos de la matriz extracelular , y los genes, incluidos los factores de transcripción de Pax , son esenciales para el desarrollo y cierre del tubo neural en el embrión en etapa neurula. [6] [7]
Neurulacion
La neurulación es un proceso en embriones de vertebrados en la etapa de neurula en la que se forma el tubo neural . [6] [8] Hay dos tipos de neurulación: neurulación primaria y secundaria . La neurulación primaria se refiere a la formación y al pliegue hacia adentro de la placa neural sobre sí misma para formar el tubo neural. [6] [8] En la neurulación secundaria, el tubo neural se forma a través de la fusión de cavidades en la médula medular. [6] [8] [9] En anfibios y reptiles, la neurulación primaria forma todo el tubo neural, y el tubo neural se cierra simultáneamente a lo largo de su longitud. [8] Por el contrario, en los peces, la neurulación secundaria forma el tubo neural. [10] Tanto la neurulación primaria como la secundaria ocurren en aves y mamíferos, aunque con ligeras diferencias. La neurulación primaria se produce en las regiones craneal y espinal superior, lo que da lugar al cerebro y las regiones superiores de la médula espinal. La neurulación secundaria ocurre en las regiones sacra y caudal inferiores, lo que resulta en la formación de las regiones inferiores de la médula espinal. [6] [10] En las aves, el tubo neural se cierra anterior a posterior, mientras que en los mamíferos, el medio se cierra primero, seguido por el cierre de ambos extremos. [8]
Tiempo de desarrollo
El punto en el que el embrión alcanza la etapa de neurula difiere entre las especies, mientras que en el caso de los organismos ovíparos, la duración de la neurulación también se ve afectada por la temperatura de incubación. En general, cuanto menor es la temperatura, mayor es la duración de la neurulación. Los embriones de pollo alcanzan la etapa de neurula el día 2 después de la fertilización y experimentan neurulación hasta el día 5. Los reptiles, incluidos los cocodrilos, lagartos y tortugas, tienden a pasar más tiempo en la etapa de neurula. [2] Un embrión de rana típico, incubado a 18 ° C, es una neurula en etapa temprana a las 50 horas posteriores a la fertilización y una neurula en etapa tardía a las 67 horas. [3] El embrión de ratón comienza la neurulación el día 7.5 de gestación y permanece en la etapa de neurula hasta el día 9. [4]
Morfología
El mesodermo de un embrión de vertebrado en la etapa de neurula se puede dividir en cinco regiones. Ventral al tubo neural es el chordamesodermo . Lateral a cada lado del tubo neural está el mesodermo paraxial , mientras que la región lateral intermedia al tubo neural es el mesodermo intermedio . La cuarta región es el mesodermo de la placa lateral y la última región es el mesénquimo de la cabeza. [5] Las porciones anteriores del mesodermo se convierten en regiones rostrales de un organismo, como la cabeza, mientras que el mesodermo posterior se convierte en regiones caudales, como el tronco o la cola. [1] El mesodermo paraxial, también denominado mesodermo somítico, se convierte en somitas , bloques de tejido que se presentan en un patrón segmentario. Las somitas, a su vez, dan lugar a vértebras, costillas, músculo esquelético, cartílago, tendones y piel. [8] [11]
En Xenopus laevis , la transición de la gástrula a la neurula implica cambios morfológicos en dos regiones que rodean al blastoporo: la zona marginal dorsal involutiva (IMZ) y la zona marginal no involutiva suprayacente (NIMZ) de la gástrula. Después de la involución en la etapa de la gástrula media, el IMZ sufre una extensión convergente , en la que las regiones laterales se estrechan y se mueven hacia la línea media y el extremo anterior se alarga. Esto tiene el efecto de estrechar el blastoporo . El NIMZ, que no involuciona, se extiende simultáneamente en la dirección opuesta y a una velocidad mayor para cubrir regiones que ya no ocupa el IMZ. La extensión convergente de IMZ y NIMZ comienza en la segunda mitad de la gastrulación y continúa hasta la etapa tardía de la neurula. Finalmente, el tejido profundo de la IMZ forma la notocorda central y el mesodermo paraxial circundante . En la etapa temprana de la neurula, la notocorda se distingue claramente. Las células notocordales se disponen en una formación que representa una pila de monedas en un proceso denominado intercalación circunferencial. La capa superficial del IMZ se convierte en el techo del arquenterón , o el intestino primitivo, mientras que el endodermo subyacente forma el piso del arquenterón. El NIMZ se convierte en una estructura que se asemeja al tubo neural temprano . La capa ectodérmica externa de la neurula está formada por la expansión uniforme de las células en el polo animal , conocida como capa animal. El ectodermo luego se diferencia en tejido neural y epidérmico . [12]
En los embriones de reptiles, que comienzan en la etapa tardía de la neurula y continúan en las etapas iniciales de la organogénesis, los tejidos de la membrana extraembrionaria que comprenden el saco vitelino , el corion y el amnios se diferencian de los tejidos del embrión. El mesodermo se divide para crear el celoma extraembrionario, que consta de dos capas. La capa interna del mesodermo-endodermo vascularizado, denominada esplácnopleura, se convierte en el saco vitelino, mientras que la capa externa del ectodermo-mesodermo no vascularizado, denominada somatopleura, se convierte en amnios y corion. Durante la organogénesis, estos tres tejidos extraembrionarios se desarrollan completamente. Además, dentro de la neurula reptil, los tejidos del cerebro comienzan a diferenciarse y el corazón y los vasos sanguíneos comienzan a formarse. [2]
Composición química
Los tejidos de la neurula de ratón se dividen rápidamente, con un ciclo celular promedio que dura de 8 a 10 horas. Los proteoglicanos en la matriz extracelular (MEC) de las células en estadio de neurula juegan un papel importante en la promoción de la neurulación craneal funcional y la elevación del pliegue neural; El ácido hialurónico (HA) se sintetiza y se acumula, mientras que la célula mantiene un nivel bajo de glicosaminoglicanos sulfatados (GAG). HA participa en la creación de pliegues neurales biconvexos, mientras que los GAG sulfatados son fundamentales para manipular el surco neural en forma de V, así como en el cierre del tubo neural. La ECM no juega un papel importante en la neurulación espinal debido a la naturaleza compacta de las células mesodérmicas en la región espinal, lo que permite poco espacio intercelular. Además, se cree que los microfilamentos que contienen actina son necesarios en la neurulación craneal. Pueden actuar como mecanismo para el plegamiento neural o pueden estabilizar los pliegues neurales que ya se han formado; sin embargo, no se ha determinado su función exacta. Existe alguna evidencia de que los factores de crecimiento , como la insulina o la transferrina , también juegan un papel en la neurulación, pero este vínculo no ha sido bien estudiado. [6]
Activación genética
Se ha encontrado que una variedad de genes se expresan en el embrión en etapa neurula. Se activan diferentes genes para diferentes eventos de neurulación, como los que ocurren en regiones separadas del tubo neural en desarrollo. [6] Estos genes son necesarios para la neurulación adecuada y el cierre del tubo neural. Moléculas de señalización tales como Wnts , FGFs , y BMF junto con los factores de transcripción que incluyen Msx , Snail s , Sox8 / 9/10 , y Pax3 / 7 genes juegan papeles clave en la formación de la cresta neural. [6]
Los factores de transcripción de Pax tienen un papel importante en el desarrollo temprano, especialmente en lo que respecta al SNC y la cresta neural. Pax3 y Pax7 son promotores de la supervivencia de las células de la cresta neural junto con la promoción de la resistencia al estrés ambiental. [7] En embriones de ratón, Pax3 bloquea el gen supresor de tumores p53 , que es necesario para la proliferación controlada y la estabilidad genómica, y se expresa en todas las células de la neurula. [6] [7] Durante el desarrollo temprano, Pax3 se expresa en el área posterior y lateral de la placa neural, la misma región de donde surge la cresta neural. [7] Se encontraron defectos de la cresta neural en mutantes de Pax3 humanos y de ratón, lo que indica la importancia de la funcionalidad. [7] [13] Dentro de los polluelos, las ranas y los peces Pax3 / Pax7 se activan mediante la señalización Wnt y FGF. [7] Pax3 y Pax7 también son necesarios para la inducción de la cresta neural después de que el agotamiento de los dos genes provocó la falta de activación de los genes específicos de la cresta neural Snail2 y Foxd3 , lo que no permitió un mayor desarrollo o emigración de la cresta neural. [7] El uso de knockouts ha sido útil para comprender el papel y las funciones de varios genes que se encuentran en la neurula. Por ejemplo, se encontró que Wnt-1 no tiene ningún papel en el cierre de la placa neural, a pesar de estar presente en la punta de los pliegues neurales cuando se cierra. Aunque los mutantes de Wnt-1 conducen a defectos de patrón dentro del cerebro. Notch1 está involucrado en la formación de somitas. HNF-3 es necesario para el desarrollo de la notocorda y el nodo. [14] El gen apolipoproteína B , que participa en el transporte y metabolismo de moléculas solubles en grasa en la sangre, se expresa en el saco vitelino y el hígado fetal. [6] Dentro de la neurula en Xenopus laevis, están presentes los genes de desarrollo Xwnt-3 y Xwnt-4. [15]
Referencias
- ↑ a b c Stern, Claudio D. (febrero de 2001). "Patrón inicial del sistema nervioso central: ¿cuántos organizadores?" (PDF) . Nature Reviews Neurociencia . 2 (2): 92–98. doi : 10.1038 / 35053563 . PMID 11252999 .
- ^ a b c d e Andrews, RM (2004). "Patrones de desarrollo embrionario" (PDF) . Incubación de reptiles: medio ambiente, evolución y comportamiento : 75–102. Archivado desde el original (PDF) el 30 de noviembre de 2018.
- ^ a b Hill, MA (2018, 30 de noviembre) Desarrollo de ranas de embriología . Obtenido de https://embryology.med.unsw.edu.au/embryology/index.php/Frog_Development.
- ^ a b Hill, MA (2018, 30 de noviembre) Cronología del ratón de embriología detallada . Obtenido de https://embryology.med.unsw.edu.au/embryology/index.php/Mouse_Timeline_Detailed.
- ^ a b Gilbert, Scott F. (2000). "Mesodermo paraxial e intermedio" . Biología del desarrollo. 6ª Edición .
- ^ a b c d e f g h yo j Fleming, A; Gerrelli, D; Greene, ND; Copp, AJ (1 de marzo de 2002). "Mecanismos de neurulación normal y anormal: evidencia de estudios de cultivo de embriones" . Revista Internacional de Biología del Desarrollo . 41 (2). ISSN 0214-6282 .
- ^ a b c d e f g Monsoro-Burq, Anne H. (1 de agosto de 2015). "Factores de transcripción de PAX en el desarrollo de la cresta neural". Seminarios en Biología Celular y del Desarrollo . 44 : 87–96. doi : 10.1016 / j.semcdb.2015.09.015 . ISSN 1084-9521 . PMID 26410165 .
- ^ a b c d e f Slonczewski, Joan. "Capítulo 14. Gastrulación y Neurulación" . biology.kenyon.edu . Consultado el 16 de noviembre de 2018 .
- ^ Shimokita, Eisuke; Takahashi, Yoshiko (abril de 2011). "Neurulación secundaria: mapeo del destino y manipulación genética del tubo neural en la yema de la cola" . Desarrollo, crecimiento y diferenciación . 53 (3): 401–410. doi : 10.1111 / j.1440-169x.2011.01260.x . ISSN 0012-1592 . PMID 21492152 .
- ^ a b Schoenwolf, Gary C .; Smith, Jodi L. (2000), "Mecanismos de neurulación" , Protocolos de biología del desarrollo , Humana Press, 136 , págs. 125-134 , doi : 10.1385 / 1-59259-065-9: 125 , ISBN 978-1592590650, PMID 10840705
- ^ Larsen, William J. (2001). Embriología humana (3. ed.). Filadelfia, Pensilvania: Churchill Livingstone. págs. 53–86. ISBN 0-443-06583-7 .
- ^ Keller, RE, Danilchik, M., Gimlich, R. y Shih, J. (1985). "La función y el mecanismo de extensión convergente durante la gastrulación de Xenopus laevis " (PDF). Development , 89 (Suplemento), 185-209.
- ^ Tassabehji, Mayada; Leer, Andrew P .; Newton, Valerie E .; Harris, Rodney; Balling, Rudi; Gruss, Peter; Strachan, Tom (13 de febrero de 1992). "Los pacientes con síndrome de Waardenburg tienen mutaciones en el homólogo humano del gen de la caja emparejada Pax-3". Naturaleza . 355 (6361): 635–636. doi : 10.1038 / 355635a0 . ISSN 0028-0836 . PMID 1347148 .
- ^ Lenkiewicz, E .; Ferencowa, A .; Szewczykowa, E. (17 de marzo de 2012). "Auto-hemoterapia subconjuntival de quemaduras oculares en nuestros casos". Klinika Oczna . 94 (4): 113–4. doi : 10.4016 / 46352.01 . PMID 1405409 .
- ^ Christian, Jan L .; Gavin, Brian J .; McMahon, Andrew P .; Moon, Randall T. (1 de febrero de 1991). "Aislamiento de ADNc que codifican parcialmente cuatro proteínas relacionadas con XenopusWnt-1int-1 y caracterización de su expresión transitoria durante el desarrollo embrionario". Biología del desarrollo . 143 (2): 230–234. doi : 10.1016 / 0012-1606 (91) 90073-C . ISSN 0012-1606 .