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Tema 6.- Principios bsicos del desarrollo. Dife-renciacin celular. Induccin. Campos morfo-genticos.

n etapas incipientes

del desarrollo (seg-

mentacin), cuando el

nmero de blastme-ras aumenta rpidamente,

todas las clulas son morfo-

lgicamente idnticas, y su

actividad metablica se ca-

racteriza por la sntesis pro-

teica y respiracin necesaria

para la multiplicacin celular.

E Objetivos:

Establecer los conceptos de dife-renciacin y de potencia como unade las bases del desarrollo embrio-nario.

Comprender las consecuencias de laregulacin embrionaria.

Conocer los conceptos de induccin yorganizador.

Comprender las bases de la informa-cin posicional el desarrollo embrio-nario.

Durante la formacin de

las hojas germinales (gastru-

lacin), las clulas pierden

semejanzas, y los grupos declulas adquieren funciones y

caracteres morfolgicos nue-

vos y especficos.

El trmino diferenciacin nos indica que una clula adquiere nuevas pro-

piedades morfolgicas y funcionales que la hacen diferente de las dems.

Diferenciacin

Es un proceso complejo por el que una clula o lnea celular cambia su

forma, su estructura y su funcin y orienta sus actividades en direcciones

concretas, a expensas de no llegar a expresar las dems posibilidades.

Desde el punto de vista molecular la diferenciacin consiste bsicamente

en que los constituyentes proteicos de las clulas diferenciadas difieren res-

pecto de los de las clulas de procedencia, por lo que puede concluirse que

la diferenciacin slo es el resultado unamodulacin de la expresin de los

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Apuntes de EMBRIOLOGA VETERINARIA

genes. La diferenciacin es el resultado de la expresin de unos genes con-cretos, mientras que otros son reprimidos; por lo que antes que podamos

apreciar una diferenciacin, existe una fase previa en la que se ponen en

marcha los factores que determinan la expresin de los genes, desde la

transcripcin del ADN, hasta la formacin final de las protenas; en esta fase

previa, an cuando la diferenciacin no es evidente, la clula ya ha escogi-

do seguir un camino determinado (determinacin).

A este respecto tambin se conoce la existencia de genes maestros que

actuaran a manera de llave, determinando la activacin/represin de otras

cadenas de genes que llevan a la formacin partes corporales. Su conoci-

miento esta bien fundamentado en invertebrados, pero genes anlogos pare-cen existir en los mamferos superiores incluido el hombre. A este respecto

podemos considerar la existencia de:

Genes maternos.- Son los responsables de definir los ejes fundamentales

de la formacin del cuerpo embrionario: craneal-caudal y dorsal-ventral.

Crean gradientes de ARNm y de protenas que se distribuyen anisotropica-

mente en las clulas hijas y que tendrn un papel importante en la activacin

de los genes de la segmentacin.

Genes de la segmentacin.- Son determinantes en la formacin del plan

corporal y en concretar la identidad de los segmentos corporales.

Genes hometicos (genes hox).- Los genes HOX actan en el control

maestro del desarrollo de los organismos multicelulares. Codifican factores

de transcripcin que activan cascadas de genes que regulan procesos como

la formacin de los ejes del embrin y la segmentacin. Un grupo importan-

te de estos genes centran su accin en especificar las estructuras que se han

de diferenciar en los sucesivos segmentos de craneal a caudal.

Las clulas embrionarias pierden pronto su totipotencia durante el desa-

rrollo; el momento en que esto ocurre depende de la especie y del tipo de

clula. En los mamferos, las primeras diferencias entre tipos celulares apa-

recen al final del estadio de mrula, cuando una capa de clulas (futuro tro-

foblasto) se dispone en superficie rodeando a otras ms profundas (ncleoembrionario). Sin embargo, se ha demostrado que en esta fase si se cambia

la posicin de alguna de los blastmeros, se desarrollar de acuerdo con su

nueva posicin. En otras palabras, todas las blastmeros son totipotenciales

durante los primeros estadios de la divisin del cigoto en los mamferos

(clulas madre troncales).Poco despus de la formacin de la blstula, las clulas de la masa celu-

lar interna son capaces de formar trofoblasto si se les cambia de sitio, pero

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Principios del desarrollo

las clulas del trofoblasto sonincapaces seguir el camino de

las clulas del ncleo em-

brionario. La perdida de po-

tencialidades contina con-

forme prosigue el desarrollo

de tal manera que en la gs-

trula la potencia formativa se

restringe en funcin de la

hoja germinativa en la que las

clulas quedan dispuestas

(clulas madre pluripoten-ciales).

El anlisis experimental ha

demostrado que desde el

momento de la formacin de

las tres hojas germinales las

clulas tienen potencialidades

prospectivas (de futuro) dife-

rentes; poco despus de la

gastrulacin se establecen las

primeras lneas celulares es-

pecficas de los distintos teji-

dos (clulas madre de teji-

dos: msculo, hemticas,

nerviosas, etc.).

Placas olfatoriasCerebro

anterior

Cerebro

medio

Cerebro

posterior

Mdula

Ojo Ojo

Cristalino

Odo

Ectodermo

cutneo

Ectodermo

cutneo

Cresta

Somitas

Nefronas

Figura 2.- Mapa de los territorios presuntivos delepiblasto del embrin de pollo en la etapa de lneaprimitiva

Territor io presuntivo

Este concepto se describe en la blstula o gstrula joven. Mediante colo-rantes vitales es posible seguir el destino de las clulas de la blstula, lle-

gando a saber qu hoja germinativa u rgano se formara a partir de un gru-

po de clulas determinado. As es posible delimitar en la blstula o gstrula

joven los territorios presuntivos a partir de los cuales se formaran las hojas

germinativas y rganos del embrin.

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Apuntes de EMBRIOLOGA VETERINARIA

Los territorios presuntivos no son visibles ni morfolgicamente ni histo-lgicamente, pero la diferenciacin existe a nivel metablico (determina-

cin).

En un modelo de blstula el conjunto de los territorios presuntivos forma-

ra un mosaico, que es lo que se conoce como mapa de territorios presunti-

vos.

Duplicacionesembrionarias

Hay especies cu-

yos huevos estn

determinados desde

fases muy tempra-

nas: En anfibios

desde la primera

segmentacin, cada

blastmero esta

determinado y si se

separan forman me-

dio embrin. Estoshuevos "en mosai-

co" contrastan con

otros que poseen la

capacidad de "regu-

lacin". Desde el

siglo pasado se co-

noce que cogiendo

embriones de 2-8

clulas de erizo de

mar y agitndolos

en un frasco hastaconseguir la separa-

cin de los blast-

meros, las que so-

breviven al trauma,

de modo inesperado

dan lugar a nuevas

larvas. Estos hechos

A

BC

Figura 1.- Modos de gemelos monocigticos. A) Uncigoto en segmentacin puede dividirse en dos,permitiendo que se desarrollen dos embrionescompletamente separados; B) El ncleo embrionariose divide en dos masas separadas dentro de la mismacubierta de trofoblasto; este es el modo ms comn degemelos humanos; C) Si el ncleo embrionario no llegaa dividirse totalmente puede dar lugar a gemelosunidos.

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Principios del desarrollo

se han demostrado tambin en los mamferos hasta el punto que la separa-cin microquirrgica de los blastmeros es una tcnica que se utiliza para

aumentar el nmero de descendientes de reproductores seleccionados, al

mismo tiempo que explica la presentacin tanto experimental como espon-

tnea duplicaciones embrionarias a partir de un nico cigoto. La capacidad

de regulacin de los huevos tambin explica lasquimeras, que en embrio-loga se aplica a individuos que tiene poblaciones celulares con cariotipos

distintos por proceder de ms de distintos cigotos.

A este respecto podemos definir como gemelos a los individuos que na-

cen en una misma gestacin, en aquellas especies en las que el parto produ-ce habitualmente un solo individuo. Podemos distinguir distintas posibilida-

des:

Gemelos libres (separados):

Simtricos dicigticos: Derivan de cigotos distintos y tienen un desarro-llo independiente con membranas placentarias propias. En ocasiones puede

existir fusin de vasos de ambas placentas que en el vacuno en gemelos de

distinto sexo produce el sndrome de Freemartin.

Simtricos monocigticos: Se trata de gemelos idnticos por proceder deun mismo cigoto. Con frecuencia la separacin de blastmeros tiene lugar

durante la blastulacin o gastrulacin. En este ltimo caso es frecuente que

compartan las membranas placentarias.

Asimtricos (dicigticos o monocigticos): Uno de los gemelos es nor-mal y el otro rudimentario. El gemelo rudimentario se ha denominado de

varias formas (feto amorfo, anidiano, acrdico, acfalo) y suele estar unido a

las membranas fetales del gemelo normal aunque dentro de amnios propio.

Gemelos unidos:Proceden siempre de un mismo cigoto (monocigticos). Podemos distin-

guir dos casos:

Gemelos unidos simtricos:Se denominan diplopagos (siameses) y se cla-

sifican segn el punto de unin: cefalopagos (cabeza), toracopagos (trax),

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Apuntes de EMBRIOLOGA VETERINARIA

abdominopagos (abdomen), pigopagos (coxis), etc.).Tambin es posible queen vez de todo el cuerpo se dupliquen partes concretas: dicfalo, tetrabra-

quio, etc.

Gemelos unidos asimtricos: Se denominan heteropagos. Uno de los ge-

melos es completo (autsito), en tanto que el otro es deforme y dependiente

(parasito). Una forma frecuente es el notomelo que un autsito con un para-

sito que aporta extremidades supernumerarias en el dorso.

Induccin

En ocasiones las clulas se diferencian sin necesidad de ningn estmulo

externo (autodiferenciacin), pero esto ocurre sobre todo en los huevos de

invertebrados con gran anisotropa de su citoplasma, en los que las clulas

hijas reciben constituyentes concretos que condicionan su consiguiente dife-

renciacin.

En la mayor parte de los casos las clulas se diferencian como resultado

de interacciones con otras poblaciones celulares vecinas. Esta diferenciacin

dependiente es lo que se denomina induccin. Un grupo de clulas (induc-

tor) influye sobre otras y las obliga a diferenciarse en un sentido determina-

do (induccin primaria). La poblacin que ha sido diferenciada puede actuar

como inductor que influye sobre una tercera poblacin celular, haciendo que

esta se diferencie a su vez (induccin secundaria), y as sucesivamente. Las

sucesivas estructuras que se van formando actan como nuevos inductores

que determinan a su vez nuevas diferenciaciones; as existe una cadena de

inductores donde habran inductores primarios, secundarios, terciarios, etc..

La lnea y nudo primitivo constituyen en los vertebrados las primeras es-

tructuras que inducen la formacin del eje y simetra corporal. Estas estruc-

turas se conocen como Organizador: son absolutamente imprescindiblespara organizar la aparicin del embrin. El organizador acta como un cen-

tro deinduccin primario.

En este sentido, los recientes avances en el conocimiento de la biologa

molecular estn concretando que la mayor parte de las inducciones son la

expresin de la accin de seales celulares paracrinas (molculas que actan

a corta distancia y alcanzan por difusin su objetivo por difusin).

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Principios del desarrollo

Actualmente se conocen muchas molculas que actan como seales ce-lulares y que de una forma muy amplia pueden agruparse en cuatro familias

Hedgehog (Hh); Wingless (Wnt); fibroblast growth factors (Fgf); transfor-

ming growth factors (Tgf-).

Para que estas seales celulares sean eficaces las clulas diana tienen que

ser competentes, es decir, tienen que expresar los receptores adecuadospara recibir e interpretar esas seales. A este respecto conviene puntualizar

que una misma seal (induccin) provoca respuestas diferentes dependiendo

del momento y poblacin celular sobre las que acta; lo que sin duda de-

pende del tipo de receptor expresan las clulas diana en ese momento con-

creto.

Tubo neural

inducido

Tubo neural

normalInjerto del

nudo

AC

D

B

Tubo neuralnormal

Tubo neural

inducido

Notocorda

normalNotocorda y

mesodermo

injertados

Figura 3.-Experiencia en embriones de pollo donde sedemuestra la importancia del nudo primitivo y lnea primitiva

(organizadores).

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Apuntes de EMBRIOLOGA VETERINARIA

Campos morfogenticos

Otro de los aspectos a considerar sera la existencia de patrones de desa-

rrollo, en virtud de los cuales las clulas se agrupan de una forma ordenada

en el espacio, con el fin de establecer con sus vecinas las relaciones mas

apropiadas para que todas ellas puedan diferenciarse siguiendo un plan de

organizacin que hace que cada rgano ocupe la posicin que le correspon-

de. Esto implica la necesidad de que cada clula conozca la posicin que

ocupa en un determinado momento (informacin posicional) y acte en con-

secuencia.

Este conocimiento posicional se puede deber a la existencia de un induc-tor cuya concentracin decrece paulatinamente y de forma gradual conforme

nos alejamos de su centro de produccin (gradiente morfgeno). Una de las

sustancias mejor conocidas es el cido retinico, el cual esta implicado en la

diferenciacin de numerosas estructuras de los miembros y tronco, actuando

segn gradientes morfogenticos.

A este respecto tambin cabe recordar la existencia de genes maestros

que actuaran a manera de llave, determinando el inicio de la formacin de

las distintas partes corporales. Su conocimiento esta bien fundamentado en

invertebrados, pero genes anlogos parecen existir en los mamferos supe-

riores incluido el hombre. A este respecto podemos considerar la existencia

de:Genes maternos.- Son los responsables de definir los ejes fundamentales

de la formacin del cuerpo embrionario: craneal-caudal y dorsal-ventral.

Crean gradientes de ARNm y de protenas que se distribuyen anisotropica-

mente en las clulas hijas y que tendrn un papel importante en la activacin

de los genes de la segmentacin.

Genes de la segmentacin.- Son determinantes en la formacin del plan

corporal y en concretar la identidad de los segmentos corporales.

Genes hometicos (genes hox).- Establecen con precisin las estructuras

que se formaran en cada segmento especfico.

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