El organizador de Spemann-Mangold es un grupo de células que se encargan de la inducción de los tejidos neurales durante el desarrollo en embriones de anfibios . Descrito por primera vez en 1924 por Hans Spemann e Hilde Mangold , la introducción del organizador proporcionó evidencia de que el destino de las células puede verse influenciado por factores de otras poblaciones celulares. [1] Este descubrimiento impactó significativamente el mundo de la biología del desarrollo y cambió fundamentalmente la comprensión del desarrollo temprano.
Descubrimiento
El organizador Spemann-Mangold fue descrito por primera vez en 1924 por Hans Spemann e Hilde Mangold . Antes de su descubrimiento, varios grupos habían planteado la hipótesis de que existe una parte del embrión en desarrollo que sirve como un "centro de organización". En 1918 y 1921, Hans Spemann demostró que el trasplante de presunta epidermis en el área de presunto tejido neural cambiaría el destino de las células trasplantadas al de su nuevo destino, y también cuando trasplantó presunto tejido neural al lugar donde se estaba formando la presunta epidermis. Spemann también mostró que al trasplantar una pieza del labio blastoporo superior a un área de presunta epidermis, se formó un primordio embrionario secundario , que incluía un tubo neural secundario , notocorda y somitas . Además, dividir el embrión por la mitad y rotar el polo del animal con respecto al polo vegetal dio como resultado que la determinación se extendiera desde el polo vegetal inferior, donde se encontraba el labio blastoporo superior, hasta la mitad superior del animal. También fusionó dos mitades idénticas de diferentes embriones y observó la formación de la placa neural . Este trabajo proporcionó la evidencia inicial para apoyar la noción de que existía algún “centro de organización” que se determinaba antes que el otro tejido embrionario e influía en la determinación de las células circundantes. [1]
Para probar esta hipótesis, Spemann, junto con Hilde Mangold, realizaron experimentos entre 1921 y 1922 utilizando embriones de Triturus cristatus y Triturus taeniatus que estaban experimentando gastrulación . El experimento realizado se asemeja al realizado en 1918, sin embargo en lugar de un trasplante homoplástico se utilizaron embriones de dos especies de tritón que están estrechamente relacionadas. Uno de los beneficios de usar los embriones cristatus y taeniatus fue que las células embrionarias cristatus carecían de pigmento, por lo que el destino del trasplante se podía rastrear fácilmente cuando se colocaba entre las células taeniatus pigmentadas . Se extrajo un trozo del labio del blastoporo superior del embrión cristatus y se trasplantó a una región ventral de presunta epidermis en el embrión taeniatus , lejos del blastoporo huésped en desarrollo. Tras este trasplante, observaron la formación de un primordio embrionario secundario, en consonancia con su trabajo anterior. Este embrión secundario tenía las características normales del embrión primario, incluidas estructuras como la placa neural y la notocorda, aunque se retrasaron ligeramente en el desarrollo. La sección del embrión mostró que las células del trasplante se incorporaron al mesodermo , la placa neural, y constituyeron casi toda la notocorda del embrión secundario. Además, se demostró que la placa neural estaba compuesta casi en su totalidad por células del embrión taeniatus del hospedador . Estos experimentos concluyeron que una parte del labio blastoporo superior puede trasplantarse al tejido indiferente de otro embrión e inducir al tejido huésped a la formación de un embrión secundario, implicando así al tejido trasplantado como un “centro de organización”. [1]
El descubrimiento del Organizador Spemann-Mangold se considera uno de los hallazgos más influyentes en el campo de la biología del desarrollo y dio lugar a que Hans Spemann fuera galardonado con el Premio Nobel en 1935 por su trabajo. décadas de investigación de seguimiento.
Mecanismo
El organizador de Spemann-Mangold se refiere a la población de células en el embrión de Xenopus laevis que establece los ejes dorso-ventral y antero-posterior. [2] Si bien existe un organizador en otras especies, el término organizador de Spemann-Mangold se reserva específicamente para el embrión anfibio. El organizador de Spemann-Mangold se encuentra en el labio dorsal del blastoporo, donde se originan los movimientos de gastrulación . Las células organizadoras iniciales migran y se localizan anteriormente. Las células organizadoras se subdividen en organizadores de cabeza, tronco y cola. Estas distintas poblaciones de células tienen diferentes inductores y establecen gradientes de factores de crecimiento únicos a medida que migran. Las interacciones célula-célula secundarias establecen aún más los ejes a medida que continúa la gastrulación y la neurulación . [3]
El organizador Spemann-Mangold es particularmente importante en la inducción del mesodermo . En el modelo de tres señales, la señal dorsalizante del organizador está mediada por gradientes de proteína morfogénica ósea (BMP) para dar lugar a células de destino mesodérmico. Las otras dos señales surgen del polo vegetal e inducen el mesodermo extremo ventral y dorsal en la zona marginal suprayacente. [4]
Para que se forme el organizador de Spemann-Mangold, los factores maternos , como mVegT, deben estar presentes en la capa vegetal. [5] La señalización de la vía Wnt es la otra señal materna importante en la formación del organizador y se requiere de forma autónoma para la expresión de genes organizadores. [2] Siamois ( Sia ) y Twin ( Xtwn ) se expresan al inicio de la expresión del gen cigótico en la blástula y se activan mediante la señalización de Wnt en el centro de expresión de Chordin y Noggin (BCNE) de la blástula . [6] [5] Sia y Xtwn pueden funcionar como homo o heterodímeros para unirse a un sitio P3 conservado dentro del elemento proximal (PE) del promotor goosecoide ( Gsc ) . [6] La señalización de Wnt también actúa con mVegT para regular al alza Xnr5, secretado por el centro de Nieuwkoop , en la región dorso-vegetal interior, que luego inducirá factores de transcripción adicionales como Xnr1, Xnr2, Gsc , chordin ( chd ). La señal final está mediada por la señalización nodal / activina , que induce factores de transcripción que , en combinación con Sia , inducirán el gen cerberus ( cer ). [5]
El organizador tiene factores tanto de transcripción como de secreción. Los factores de transcripción incluyen goosecoid, Lim1 y Xnot, que son proteínas de homeodominio . Goosecoid fue el primer gen organizador descubierto, proporcionando "la primera visualización de las células organizadoras de Spemann-Mangold y de sus cambios dinámicos durante la gastrulación". [7] Si bien fue el primero en ser estudiado, no es el primer gen en activarse. Después de la activación transcripcional por Sia y Xtwn , Gsc se expresa en un subconjunto de células que abarcan 60 ° de arco en la zona marginal dorsal. [8] La expresión de Gsc activa la expresión de moléculas de señalización secretadas. [7] La inyección ventral de Gsc conduce a un fenotipo como se ve en el experimento original de Spemann y Mangold: un eje gemelo. [8]
Los factores secretados por el organizador forman gradientes en el embrión para diferenciar los tejidos.
Factor | Mecanismo |
---|---|
Acorde | Antagonista de BMP |
Vaso | Antagonista de BMP |
Folistatina | Antagonista de activina y BMP |
Frzb1 | Antagonista de wnt |
Proteína 2 secretada relacionada con el frizz (sFrp2) | Antagonista de wnt |
creciente | Antagonista de wnt |
dickkopf-1 | Antagonista de wnt |
cerbero | Antagonista nodal, Wnt y BMP |
proteína morfogénica anti-dorsalizante (Admp) | Factor de crecimiento |
Reconocimiento internacional
Tras el descubrimiento del Organizador Sepmann-Mangold, muchos laboratorios se apresuraron a ser los primeros en descubrir los factores inductores responsables de esta organización. [9] Esto creó un gran impacto internacional con laboratorios en Japón, Rusia y Alemania que cambiaron la forma en que veían y estudiaban la organización del desarrollo. [9] [10] [11] Sin embargo, debido al lento progreso en el campo, muchos laboratorios alejan los intereses de la investigación del organizador, pero no antes de que se hiciera el impacto del descubrimiento. [9] 60 años después del descubrimiento del organizador, se entregaron muchos premios Nobel a biólogos del desarrollo por trabajos que fueron influenciados por el organizador. [10]
Japón
Hasta mediados del siglo XIX, Japón era una sociedad cerrada que no participó en los avances de la biología moderna hasta finales de ese siglo. En ese momento, muchos estudiantes que se fueron al extranjero para estudiar en laboratorios estadounidenses y europeos, regresaron con nuevas ideas sobre enfoques de las ciencias del desarrollo. Cuando los estudiantes que regresaban intentaban incorporar sus nuevas ideas a la embriología experimental japonesa, fueron rechazados por los miembros de la Sociedad Biológica Japonesa. Después de la publicación del organizador Spemann-Mangold, muchos más estudiantes fueron a estudiar al extranjero en European Labs, para aprender mucho más sobre este organizador y volvieron a usar ese conocimiento para ayudar en enormes ventajas en biología embrionaria en ese momento. El descubrimiento del organizador influyó en muchos proyectos de inducción embrionaria en Japón. Por ejemplo, T. Yamada creó la teoría del doble potencial para el proceso de inducción en embriones. Otro descubrimiento después del descubrimiento del organizador fue el mapa de destino de Vogt modificado usando tritón y Xenopus blastula por el investigador Osamu Nakamura. El nuevo concepto de transdiferenciación fue propuesto por TS Okada y G. Eguchi. Estos descubrimientos y muchos más en Japón se inspiraron en la publicación del organizador por Spemann y Mangold. [9]
Rusia
La publicación del organizador de Sepmann-Mangold también tiene una gran influencia en la investigación del desarrollo rusa. Al principio, el organizador de Spemann no fue aceptado en Rusia. Los científicos rusos no estaban de acuerdo con la idea de inductores embrionarios ( morfógenos ) porque los investigadores rusos se centraron en los patrones de desarrollo en la evolución . No fue hasta que otro investigador, A. Gurwitch, publicó su teoría de los campos embrionarios que los científicos rusos comenzaron a aceptar otras teorías del desarrollo , incluido el organizador Sepmann-Mangold, que coincidía con muchos de los conceptos de la teoría de Gurwitch. Con esta nueva influencia, los laboratorios de Moscú y Leningrado comenzaron a centrarse en el control genético del desarrollo individual en lugar del desarrollo evolutivo. Rusia comenzó a analizar las interacciones del tejido morfogenético de manera similar a Spemann utilizando el sistema ojo-lente. A partir de esta investigación, Rusia pudo agregar al campo con su investigación sobre lentes e inducción neuronal , y el descubrimiento de la inducción de lentes influyó en el comienzo de la apertura de laboratorios de mecánica de desarrollo en Rusia. [11]
Alemania
En Alemania, el período inmediatamente posterior a la publicación de Spemann-Mangold fue conocido como un período con pocos avances, ya que muchas preguntas que el nuevo organizador produjo quedaron sin resolver. La visión holística del organizador de Spemann-Mangold necesitaba una investigación complementaria ya que muchos métodos no estaban disponibles en el momento de esa publicación. Spemann inició el movimiento de la biología molecular y del desarrollo e influyó en muchos proyectos en Alemania basándose en sus hallazgos. El trabajo de Spemann con el tejido organizador picado indicó la presencia de morfógenos que luego conducen a la hipótesis del doble gradiente de Toivonen y Saxén. Esto llevó al descubrimiento de que los estudios de tejidos contenían factores que provocaban la actividad inductora. Debido al descubrimiento del organizador de Spemann-Mangold y la sugerencia de morfógenos, los laboratorios en Alemania pudieron aprender más sobre los mecanismos detrás del desarrollo con nuevos métodos para ampliar el conocimiento en el campo. [10]
Referencias
- ↑ a b c Spemann, Hans (2001). "Inducción de primordios embrionarios mediante implantación de organizadores de una especie diferente". Revista Internacional de Biología del Desarrollo . 45 (1): 13–38. PMID 11291841 .
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- ^ Pownall, Mary Elizabeth (2010). Señalización FGF en el desarrollo de vertebrados (1 ed.). Morgan & Claypool Life Sciences. ISBN 978-1615040636.
- ^ a b c Sudou, N (mayo de 2012). "Enlace dinámico in vivo de factores de transcripción a módulos cis-reguladores de Cer y Gsc en la formación escalonada del organizador Spemann-Mangold" . Desarrollo . 139 (9): 1651–1661. doi : 10.1242 / dev.068395 . PMC 4074222 . PMID 22492356 .
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