2014. Elsevier Espaa, S.L. Reservados todos los derechos 75

I

A medida que se implanta en la pared uterina, el embrin sufre modificaciones profundas en su organizacin. Hasta el momento de la implantacin, el blastocisto est constituido por la masa celular interna, de la que se origina propiamente el cuerpo del embrin, y el trofoblasto externo, que representa la conexin tisular futura entre el embrin y la madre. Ambos componentes del blastocisto son los precursores de otros tejidos que aparecen en fases subsiguientes del desarrollo. En el captulo 3 se detalla la forma en que el citotrofoblasto genera una capa sincitial externa (el sincitiotrofoblasto), poco antes de adherirse al tejido uterino (v. fig. 3.18). Poco despus, la masa celular interna comienza tambin a originar otros deri-vados tisulares. En ltima instancia, la subdivisin de la masa celular interna da lugar al cuerpo del embrin, que contiene las tres capas germinales primarias: el ectodermo (la capa externa), el mesodermo (la capa intermedia) y el endodermo (la capa interna). El proceso por el cual se forman las capas germinales mediante movimientos celulares se denomina gastrulacin.

Despus de que se han establecido estas capas germinales, la progresin continua del desarrollo embrionario depende de una serie de seales denominadas inducciones embriona-rias, que se intercambian entre las capas germinales u otros precursores tisulares. En una interaccin inductiva, uno de los tejidos (el inductor) acta sobre otro (el tejido de respuesta), de manera que el desarrollo de este ltimo es diferente del que habra sido en ausencia del primero. Los desarrollos que se pueden observar con un microscopio durante este perodo son un reflejo tangible de las profundas modificaciones en la expresin gnica y en las propiedades celulares de los embriones en fase de implantacin.

Estadio de disco bilaminarJusto antes de que el embrin se implante en el endometrio al principio de la segunda semana, empiezan a aparecer cambios significativos en la masa celular interna y en el trofoblasto. A medida que las clulas de la masa celular interna se disponen adoptando una configuracin epitelial en lo que en ocasiones se denomina cubierta embrionaria, aparece una fina capa de clulas en su parte ventral (v. fig. 3.18). La capa superior principal de clulas se llama epiblasto, y la capa inferior hipo-blasto o endodermo primitivo (fig. 5.1).

No se sabe todava la manera en que se forma el hipoblasto en el embrin humano, sin embargo se sabe que en embrio-nes de ratn en estadios tan iniciales como el de 64 clulas, algunas clulas de la masa celular interna expresan el factor de transcripcin nanog, mientras que otras expresan Gata 6.

Estas clulas estn dispuestas en un patrn de sal y pimienta dentro de la masa celular interna (fig. 5.2A). Las clulas que expresan nanog representan las precursoras del epiblasto, y las que expresan Gata 6 las del hipoblasto. No se sabe la manera en la que estos dos tipos diferentes de clulas precursoras se diferencian, pero de acuerdo con la hiptesis time inside-time outside, las clulas que entran primero en la masa celular interna estn destinadas a expresar nanog, que mantiene su pluripotencia. Posiblemente sea debido a la influencia del factor de crecimiento fibroblstico 4 (FGF-4), secretado por las clulas que llegan primero a la masa celular interna, mien-tras que las posteriores estn determinadas a expresar Gata 6. Las clulas que expresan Gata 6 producen molculas que aumentan sus propiedades adhesivas, as como su movilidad, desplazndose a la superficie inferior de la masa celular interna para formar un epitelio delgado, el hipoblasto. Las clulas Gata 6 que no llegan a la superficie de la masa celular interna sufren apoptosis (muerte celular programada). Las clulas de la masa celular interna que expresan nanog tambin adquieren una configuracin epitelial, formando el epiblasto. Entre epiblasto e hipoblasto se crea una lmina basal.

Se ha demostrado que un pequeo grupo de clulas del hipoblasto trasladadas al futuro polo anterior del embrin (llamado endodermo visceral anterior por los embrilogos especializados en el desarrollo del ratn) poseen un notable poder de sealizacin. Estas clulas secretan primero las molculas de seal, lefty-1 y cerberus 1 (Cer-1), inhiben la actividad de la molculas, nodal y Wnt, en el epiblasto suprayacente, lo que permite que nodal y Wnt-3 se expresen en el epiblasto posterior (v. fig. 5.8A). (La seal emitida por nodal desde el epiblasto posterior estimula la formacin inicial del endodermo visceral anterior.) Esto representa la primera manifestacin de polaridad anteroposterior en el embrin y tambin da lugar a la constitucin de dos dominios seali-zadores en el embrin joven. El endodermo visceral anterior rpidamente comienza a inducir gran parte de la cabeza y del prosencfalo, inhibiendo al mismo tiempo la formacin de estructuras posteriores. En la regin posterior del epiblasto la actividad sealizadora de nodal estimula la formacin de la lnea primitiva (v. seccin siguiente), estructura importante para la gastrulacin y la formacin de las capas germinales. Despus de que el hipoblasto se ha constituido en una capa bien definida y de que el epiblasto ha adoptado una configu-racin epitelial, la masa celular interna se transforma en un disco bilaminar, con el epiblasto en su superficie dorsal y el hipoblasto en la ventral.

El epiblasto contiene las clulas que forman el embrin en s mismo, aunque de esta capa tambin se originan tejidos

Cap tu lo 5Formacin de las capas germinales y sus primeros derivados

76 Parte IPrimeros estadios del desarrollo embrionario y relacin materno-fetal

extraembrionarios. La capa que aparece despus del hipoblasto es el amnios, una capa de ectodermo extraembrionario que finalmente rodea a todo el embrin en una cmara llena de lquido denominada cavidad amnitica (v. cap. 7). Debido a la escasez de especmenes para estudio, no hay un conocimiento detallado sobre las fases iniciales de la formacin del amnios ni de la cavidad amnitica en el ser humano. Los estudios realizados en embriones de primate indican que se origina en primer lugar una cavidad amnitica primordial mediante cavitacin (formacin de un espacio interno) en el interior del epiblasto preepitelial; esta cavidad queda revestida por c-lulas procedentes de la masa celular interna (v. fig. 5.2). Segn algunos investigadores, el techo del amnios a continuacin se abre, con exposicin de la cavidad amnitica primordial al citotrofoblasto que queda sobre ella. Poco tiempo despus (aproximadamente a los 8 das de la fecundacin), el epitelio amnitico original vuelve a formar un techo slido sobre la cavidad amnitica.

Mientras el embrin temprano todava est anidando en el endometrio (unos 9 das despus de la fecundacin), las clulas del hipoblasto comienzan a propagarse, revistiendo la superficie interna del citotrofoblasto con una capa continua de endodermo extraembrionario denominado endodermo parietal (fig. 5.3; v. fig. 5.2). Cuando finaliza la expansin del endodermo se ha constituido una vescula llamada saco vitelino primario (v. fig. 3.18C). En este momento (alrededor de 10 das despus de la fecundacin), el complejo embrionario constituye el disco germinal bilaminar, que se localiza entre el saco vitelino primario en su superficie ventral y la cavidad amnitica en su superficie dorsal (fig. 5.4). Al poco tiempo, dicho saco vitelino primario sufre una constriccin, formando un saco vitelino se-cundario y dejando un resto del anterior (v. figs. 3.18D y 5.2F).

Unos 12 das despus de la fecundacin comienza a aparecer otro tejido, el mesodermo extraembrionario (v. fig. 5.2). Las primeras clulas mesodrmicas extraembrionarias parecen proceder de una transformacin de las clulas endodrmicas pa-rietales. Estas clulas se unen despus a otras mesodrmicas extraembrionarias que se han originado a partir de la lnea primitiva. El mesodermo extraembrionario es el tejido que constituye el soporte tisular del epitelio del amnios y del saco vitelino y de las vellosidades corinicas, que se originan a partir de los tejidos trofoblsticos (v. cap. 7). El soporte que proporciona dicho mesodermo no slo es de tipo mecnico sino tambin trfico, debido a que acta como sustrato a travs del cual los vasos sanguneos aportan oxgeno y nutrientes a los distintos epitelios.

Gastrulacin y formacin del disco embrionario trilaminarAl final de la segunda semana el embrin est constituido por dos capas celulares planas: el epiblasto y el hipoblasto. Al inicio de la tercera semana de gestacin, el embrin entra en el pe-rodo de gastrulacin, durante el cual se forman las tres capas germinales embrionarias a partir del epiblasto (v. fig. 5.1). La morfologa de la gastrulacin humana sigue el mismo patrn que se observa en las aves. Dada la gran abundancia de vitelo en los huevos de las aves, el embrin de estos animales adquiere las capas germinales primarias en forma de tres discos planos superpuestos que descansan sobre el vitelo, de manera similar a una pila de rebanadas de pan. A continuacin las capas ger-minales se pliegan y forman un cuerpo cilndrico. A pesar de que el embrin del mamfero carece prcticamente de vitelo, el alto grado de conservacin morfolgica de las fases iniciales

Fig. 5.1 Linajes celulares y tisulares en los embriones de los mamferos. (Nota: los colores de los rectngulos aparecen en todas las ilustraciones relativas a las capas germinales embrionarias y extraembrionarias.)

Captulo 5Formacin de las capas germinales y sus primeros derivados 77

Els

evie

r. Fo

toco

piar

sin

au

tori

zaci

n e

s u

n d

elit

o.

del desarrollo hace que el embrin humano siga un patrn de gastrulacin similar al que se observa en reptiles y en aves. Dada la escasez de material para estudio, en el embrin humano no se conoce con detalle ni siquiera la morfologa de la gastrulacin. Sin embargo, la extrapolacin de la gastrulacin propia de las aves y los mamferos proporciona un modelo de trabajo razonable para conocer la humana.

La gastrulacin se inicia con la formacin de la lnea primi-tiva, una condensacin celular longitudinal en la lnea media que procede del epiblasto en la regin posterior del embrin, a travs de una induccin ejercida por parte de las clulas situadas en el borde del disco embrionario de esta zona (v. fig. 5.4). Se han identificado como posibles agentes inductores a los miembros del factor de crecimiento transformante b (TGF-b) y a las familias de molculas de sealizacin de Wnt. La lnea primitiva tiene al principio una forma triangular, pero al poco tiempo se torna lineal y se alarga mediante una combinacin de proliferacin y migracin, as como tambin a redistribu-ciones celulares internas, llamadas movimientos de extensin

convergente. Con la aparicin de la lnea primitiva ya se pueden identificar con facilidad los ejes anteroposterior (rostrocaudal) y derecha-izquierda del embrin (v. fig. 5.4).

La lnea primitiva es una regin donde convergen las clulas del epiblasto en una secuencia espacial y temporal bien definida. A medida que las clulas del epiblasto alcanzan la lnea primiti-va cambian su morfologa y pasan a travs de ella para formar nuevas capas celulares debajo del epiblasto (ventrales al mismo) (fig. 5.5C). Estudios de marcaje han demostrado que las clulas que entran en la lnea primitiva forman diferentes linajes cuando la abandonan. Las clulas que entran y abandonan la lnea primi-tiva, en su zona ms posterior, cuando sta comienza a elongarse, forman el mesodermo extraembrionario que reviste el trofoblas-to y el saco vitelino, as como tambin los islotes sanguneos (v. fig. 6.19). Otra oleada de mesodermo, que surge ms tarde y ms anterior en la lnea primitiva, es responsable de la formacin del mesodermo paraaxial, la placa lateral y el mesodermo cardaco. Una oleada final, la cual entra y abandona el extremo ms anterior de la lnea primitiva, da lugar a estructuras axiales (la notocorda,

Fig. 5.2 Orgenes de los principales tejidos extraembrionarios. No se muestra el sincitiotrofoblasto. A, Blastocisto tardo. Dentro de la masa celular interna, azul, clulas preepiblsticas que expresan nanog y amarillo y clulas prehipoblsticas que expresan Gata-6 mezclndose en un patrn de sal y pimienta. B, Comienzo de la implantacin a los 6 das. El hipoblasto se ha formado y est empezando a extenderse por debajo del citotrofoblasto como endodermo parietal. C, Blastocisto implantado a los 7 das. D, Blastocisto implantado a los 8 das. E, Embrin a los 9 das. F, Final de la segunda semana.

78 Parte IPrimeros estadios del desarrollo embrionario y relacin materno-fetal

la placa precordal y el ndulo primitivo) y tambin el endodermo embrionario. La combinacin de los resultados de dichos expe-rimentos de marcaje ha permitido la elaboracin de mapas de destino, tales como el que se ilustra en la figura 5.5A.

Las clulas precursoras endodrmicas que pasan a travs de la parte anterior de la lnea primitiva desplazan en gran medida el hipoblasto original, aunque investigaciones recientes han demostrado que algunas de las clulas hipoblsticas originales se integran en la capa de endodermo embrionario de reciente formacin. Las clulas hipoblsticas desplazadas forman endo-dermo extraembrionario. El movimiento de las clulas a travs de la lnea primitiva da lugar a la formacin de un surco (surco primitivo) a lo largo de la lnea media de dicha estructura. En el extremo anterior de la lnea primitiva se sita una acumula-cin celular pequea pero bien definida, denominada ndulo primitivo o ndulo de Hensen*. Esta estructura tiene una gran importancia en el desarrollo debido a que, adems de ser el ma-yor centro sealizador posterior (cuadro 5.1), es el rea a travs de la que migran las clulas en una corriente hacia el extremo anterior del embrin. Estas clulas, llamadas mesendodermo, pronto se separan en una estructura mesodrmica en forma de barra constituyendo la notocorda y el endodermo de la pared dorsal del intestino en formacin. En situacin anterior a la no-tocorda existe un grupo de clulas mesodrmicas denominado placa precordal (v. fig. 5.5A y B). (Las relevantes funciones de la notocorda y de la placa precordal se exponen en la pg. 80.)

Las caractersticas especficas craneocaudales de las es-tructuras derivadas del recientemente formado mesodermo

*La denominacin de ndulo de Hensen es la que se suele utilizar para indicar el ndulo primitivo del embrin de las aves, aunque tambin se usa a veces en la literatura em-briolgica de los mamferos. Este ndulo es el equivalente estructural y funcional del labio dorsal del blastoporo de los anfibios.

Fig. 5.4 Visin dorsal de embriones humanos a los 16 das (A) y a los 18 das (B). Parte superior, corte sagital de un embrin y de sus membranas extraembrionarias durante la fase inicial de la gastrulacin.

Fig. 5.3 Microfotografa digital de un embrin humano de 12 das de desarrollo (Carnegie N. 7700) tomada dentro del endometrio cuando la im-plantacin se ha completado. (Cortesa del Dr. Ray Gasser.)

Captulo 5Formacin de las capas germinales y sus primeros derivados 79

Els

evie

r. Fo

toco

piar

sin

au

tori

zaci

n e

s u

n d

elit

o.

paraaxial son especificadas por patrones de expresin de genes Hox, primero en el epiblasto y despus en las propias clulas mesodrmicas. Las transformaciones de la morfologa y del comportamiento de las clulas que atraviesan la lnea primitiva se asocian a cambios profundos no slo en sus propiedades de adhesin y en su organizacin interna, sino tambin en la forma en que se relacionan con su ambiente externo. La mayor parte de este ltimo compone el pedculo de fijacin, que conecta la parte caudal del embrin a los tejidos extraembrionarios que lo rodean (v. figs. 5.4 y 7.1). Ms tarde el pedculo de fijacin se convierte en el cordn umbilical.

Los movimientos de las clulas que atraviesan la lnea pri-mitiva estn acompaados de cambios sustanciales en su es-tructura y organizacin (fig. 5.6). Mientras permanecen en el epiblasto, estas clulas poseen las propiedades de clulas epiteliales tpicas, con superficies apical y basal bien definidas, y aparecen asociadas a una lmina basal subyacente al epiblas-to. Cuando se introducen en la lnea primitiva estas clulas se elongan, pierden su lmina basal y adoptan una morfologa caracterstica que ha hecho que se las denomine clulas en botella. Cuando se separan de la capa epiblstica en el surco primitivo, dichas clulas en botella adoptan la morfologa y las caractersticas de las clulas mesenquimatosas, que pueden migrar como clulas aisladas si se da el ambiente extracelular adecuado (v. fig. 5.6). Esta transformacin incluye la prdida de molculas de adhesin celular especficas (CAM), particu-larmente E-cadherina (v. pg. 254), a medida que las clulas pasan de una configuracin epitelial a una mesenquimatosa. Esta transformacin se relaciona con la expresin del factor de transcripcin snail, que tambin es activo en el paso de clulas epiteliales de cresta neural del tubo neural a clulas mesenquimatosas (v. pg. 254). Como las clulas del epiblasto estn experimentando una transicin epitelio-mesnquima, comienzan a expresar la CAM N-cadherina, que es necesaria

para su desplazamiento desde la lnea primitiva a la nueva capa de mesodermo.

Desde el inicio de la gastrulacin las clulas del epiblasto comienzan a producir cido hialurnico, que se introduce en el espacio que queda entre el epiblasto y el hipoblasto. Este cido es un polmero constituido por subunidades repetidas de cido d-glucurnico y de n-acetilglucosamina, y se asocia a menudo con la migracin celular en los sistemas en desarro-llo. Esta molcula tiene una capacidad tremenda para retener agua (hasta 1.000 veces su propio volumen), y su efecto es el de impedir la agregacin de las clulas mesenquimatosas durante la migracin celular. Aunque las clulas mesenquimatosas del mesodermo embrionario se encuentran en un ambiente rico en cido hialurnico desde que abandonan la lnea primitiva, dicho cido solo no es capaz de mantener la migracin de es-tas clulas desde la lnea primitiva. En todos los embriones de vertebrados investigados hasta el momento, la migracin de las clulas mesodrmicas desde la lnea primitiva o la estructura equivalente parece depender de la presencia de fibronectina, asociada a la lmina basal por debajo del epiblasto. Finalmente, el mesodermo embrionario se extiende lateralmente como una fina sbana de clulas mesenquimatosas entre el epiblasto y el hipoblasto (v. fig. 5.5C).

En el momento en el que el mesodermo ha formado una capa bien definida en el embrin humano, la capa germinal superior (resto del epiblasto inicial) se denomina ectodermo, mientras que la germinal inferior, que ha desplazado al hipoblasto origi-nal, se conoce como endodermo. sta es la terminologa que se va a utilizar en el resto del texto. Cuando se estn formando las tres capas germinales, las seales de la protena morfognica sea 4 (BMP-4), derivadas de tejidos extraembrionarios en el extremo caudal del embrin, estimula a un grupo de clulas en la regin posterior del epiblasto a ser transformado en clulas germinales primordiales.

Fig. 5.5 A, Visin dorsal de un embrin humano durante la gastrulacin. Las flechas muestran las direcciones de los movimientos celulares a lo largo del epiblasto hacia la lnea primitiva, a travs de ella y alejndose de ella, ya como mesodermo recin formado. Los destinos de las clulas que han atravesado la lnea primitiva y que aparecen en la ilustracin estn basados en estudios efectuados en embriones de ratn. B, Corte sagital a lo largo del eje rostrocaudal del mismo embrin. La flecha curvada indica las clulas que pasan a travs del ndulo primitivo hacia la notocorda. C, Corte transversal a travs de la lnea primitiva en A (lneas discontinuas).

80 Parte IPrimeros estadios del desarrollo embrionario y relacin materno-fetal

Regresin de la lnea primitivaTras su aparicin inicial en el extremo caudal del embrin, la lnea primitiva experimenta una expansin rostral aproximadamente hasta el da 18 despus de la fecundacin (v. fig. 5.4). A partir de ese momento regresa caudalmente (v. fig. 5.11), tirando de la notocorda en su regresin. En la cuarta semana todava quedan vestigios de la lnea primitiva. Durante esta fase, la formacin del mesodermo contina mediante las clulas que migran des-de el epiblasto a travs del surco primitivo. La regresin de la lnea primitiva se acompaa del establecimiento y modelado del mesodermo paraaxial (v. pg. 97), del que se originan los somitos y ulteriormente las estructuras axiales del tronco y de las regiones caudales del cuerpo. Cuando la regresin de la lnea primitiva termina, su parte ms caudal se caracteriza por una masa de clulas mesenquimatosas, denominada masa celular caudal (tail bud). Esta estructura representa un papel importante en la formacin de la porcin ms caudal del tubo neural (v. pg. 93).

La lnea primitiva suele desaparecer sin dejar rastro, pero en algunos casos muy poco frecuentes aparecen tumores de gran tamao denominados teratomas en la regin sacrococcgea (v. fig. 1.2A). Los teratomas contienen a menudo mezclas grotescas de numerosos tipos de tejidos, tales como cartlago, msculo, tejido adiposo, pelo y tejido glandular. Debido a ello, los teratomas sacrococcgeos parecen originarse a partir de restos de la lnea pri-mitiva (que pueden formar todas las capas germinales). Tambin es posible encontrar teratomas en las gnadas y en el mediastino. Estos tumores aparentemente proceden de clulas germinales.

Notocorda y placa precordalLa notocorda, la estructura por la que se da la denominacin de Cordados al filum al que pertenecen todos los vertebrados, es una estructura cilndrica celular que discurre a lo largo del eje longitudinal del embrin, con una localizacin inmediatamente ventral al sistema nervioso central. Aunque tanto desde el punto de vista filogentico como ontogentico acta como el soporte longitudinal inicial del cuerpo, la notocorda tambin desempea una funcin fundamental como principal mecanismo iniciador de una serie de episodios de sealizacin (inducciones), que transforman las clulas embrionarias no especializadas en tejidos y rganos definitivos. En concreto, las seales de induccin procedentes de la notocorda: 1) estimulan la conversin del ecto-dermo superficial que la cubre en tejido neural, 2) especifican la

identidad de determinadas clulas (placa del suelo) en el sistema nervioso inicial, 3) transforman ciertas clulas mesodrmicas de los somitos en cuerpos vertebrales y 4) estimulan las primeras fases del desarrollo del pncreas dorsal.

Rostralmente a la notocorda se localiza una pequea regin donde coinciden el ectodermo y el endodermo embrionarios sin que entre ellos haya mesodermo. Denominada membrana bucofarngea (v. fig. 5.5), esta estructura marca el lugar de la futura cavidad bucal. Entre el extremo rostral de la notocorda y la membrana bucofarngea existe una pequea acumulacin de clulas mesodrmicas estrechamente relacionadas con el endodermo, que se llama placa precordal (v. fig. 5.5). En aves, la placa precordal emite seales moleculares para estimular la formacin del prosencfalo, similar al papel representado por el endodermo anterior en mamferos.

Tanto la placa precordal como la notocorda se originan a partir de la entrada en el ndulo primitivo de una poblacin de clulas epiblsticas, que se unen a otras clulas originadas en la lnea primitiva. A medida que la lnea primitiva sufre regresin, los precursores celulares de la placa precordal en primer lugar y de la notocorda en segundo lugar migran rostralmente desde el ndulo, permaneciendo despus como una agrupacin cilndrica de clulas (proceso notocordal; v. fig. 5.5A y B) en la estela que deja la lnea primitiva en regresin. En los mamferos, al poco tiempo de la en-trada mencionada, las clulas del proceso notocordal se expanden temporalmente y se fusionan con el endodermo embrionario (fig. 5.7). El resultado es la formacin de un canal neuroentrico transitorio que conecta la cavidad amnitica en desarrollo con el saco vitelino. Ms tarde, las clulas de la notocorda se separan del techo endodrmico del saco vitelino y forman la notocorda definitiva, un cilindro macizo de clulas situado en la lnea media entre el ectodermo y el endodermo embrionarios (v. fig. 5.7).

Induccin del sistema nervioso

Induccin neuralLa relacin de induccin entre la notocorda (cordamesodermo) y el ectodermo que la cubre en la gnesis del sistema nervioso ya fue descubierta a principios del siglo xx. Aunque los expe-rimentos originales se realizaron en anfibios, otros similares efectuados en vertebrados superiores han demostrado que los elementos esenciales de la induccin neural (o primaria) son los mismos en todos los vertebrados.

Fig. 5.6 Esquema de un corte transversal de un embrin durante la gastrulacin. Cambios en la morfologa de una clula a medida que migra a lo largo del epiblasto (epitelio), a travs de la lnea primitiva (clula en botella) y alejndose del surco como clula mesenquimatosa que formar parte de la capa germinal mesodrmica. Esta misma clula puede ms adelante asumir una configuracin epitelial como parte de un somito.

Captulo 5Formacin de las capas germinales y sus primeros derivados 81

Els

evie

r. Fo

toco

piar

sin

au

tori

zaci

n e

s u

n d

elit

o.

Fig. 5.7 De izquierda a derecha, fases secuenciales en la formacin de la notocorda. Parte superior, cortes sagitales. Parte inferior, Cortes transversales a nivel de la lnea vertical de la figura superior. En la fila superior, el extremo rostral queda a la izquierda. La funcin del canal neuroentrico no ha sido determinada.

Cuadro 5.1 Aspectos moleculares de la gastrulacin

Muchos decenios de investigacin en aves y anfibios han permitido obtener un conocimiento aceptable acerca de los aspectos celulares y moleculares de la gastrulacin en estas especies. La investigacin ms reciente indica que, a pesar de ciertas diferencias entre las es-pecies, los aspectos bsicos de la gastrulacin en los mamferos son en esencia similares a los de las aves.

Los procesos que tienen lugar en la gastrulacin estn guiados por una serie de inducciones moleculares que proceden de una sucesin de centros sealizadores comenzando por el endodermo visceral anterior y progresando hacia la futura parte caudal (pos-terior) del embrin. Las seales posteriores iniciales desembocan en la formacin de la lnea primitiva y en la induccin del mesodermo. Una vez que se establece la lnea primitiva, el ndulo primitivo toma el control como el centro organizador de la estructura fundamental del eje corporal. A medida que la notocorda se va constituyendo a partir de las clulas que atraviesan el ndulo primitivo, se convierte en un importante centro sealizador. En humanos permanece poco claro el papel de las clulas de la placa precordal. En aves la placa precordal acta como un centro sealizador anterior, parecido al endodermo visceral anterior del ratn. Si las seales anteriores en humanos conciernen al hipoblasto anterior (endodermo visceral anterior) o a la placa precordal, o a los dos, queda por resolver.

Establecimiento del endodermo visceral anterior e induccin de la lnea primitiva (el organizador inicial de la gastrulacin)Este aspecto del desarrollo inicial depende casi con exclusividad de estudios llevados a cabo en el embrin de ratn. La simetra original del embrin queda destruida por el desplazamiento del futuro endo-dermo visceral anterior hacia la zona anterior del disco embrionario. Existe una fase de proliferacin y posterior migracin celular que formar el endodermo visceral anterior. La migracin de estas clulas

(y el establecimiento resultante del eje anteroposterior) depende de la activacin del antagonista de Wnt, Dkk 1 (Dickkopf 1) en la futura regin anterior del embrin. Esto limita la actividad de Wnt a la futura regin posterior del embrin, donde induce la expresin de la molcula sealizadora Nodal (fig. 5.8A). Cuando el endo-dermo visceral anterior queda estabilizado en la regin anterior del disco embrionario produce los inhibidores de Nodal, lefty-1 y Cer-1, lo cual limita la actividad de Nodal al extremo posterior del embrin donde, respondiendo a las seales de Wnt, queda establecido un centro sealizador posterior que induce la formacin de la lnea primitiva y del mesodermo. En el embrin de pollo la aplicacin ectpica de otras dos molculas sealizadoras, cordina y Vg1, inducen la formacin de una lnea primitiva ectpica.

El ndulo primitivo (organizador)A medida que la lnea primitiva se alarga, las clulas que migran del epiblasto se unen a su extremo anterior, hacindose evidente una masa dinmica de clulas llamada ndulo primitivo. Las clulas del ndulo expresan muchos genes, entre ellos tres marcadores moleculares clsicos de la regin organizadora de muchos vertebra-dos: cordina, goosecoid y el factor nuclear heptico-3b (ahora llamado Foxa-2). No slo es importante para la formacin del propio ndulo el factor de transcripcin en hlice alada Foxa-2, sino tambin es de vital importancia para el establecimiento de las estructuras de la lnea media situadas craneal al ndulo. Se requiere Foxa-2 para la iniciacin de la funcin de la notocorda. En su ausencia, la noto-corda y la placa de piso del tubo neural (v. cap. 11) no se forman. Por el contrario, el endodermo, la lnea primitiva y el mesodermo intermedio se desarrollan. Goosecoid, un factor de transcripcin de homeodominio, se expresa predominantemente en la regin del organizador de todos los vertebrados estudiados. Goosecoid activa cordina, noggin y otros genes de la regin organizadora. Cuando se

(Contina)

82 Parte IPrimeros estadios del desarrollo embrionario y relacin materno-fetal

expresa de manera ectpica estimula la formacin de un eje corporal secundario. Las molculas de sealizacin asociadas con el ndulo, cordina y noggin, estn involucradas en la induccin neural, y la expresin de nodal en el lado izquierdo del embrin es un elemento clave en la configuracin de la asimetra izquierda-derecha.

Existen dos genes, T y nodal, que desempean papeles importan-tes en la funcin de la lnea primitiva y la formacin del mesodermo posterior. La expresin del gen T parece ser activada por los produc-tos de los genes Foxa-2 y goosecoid. En los mutantes T (braquiuria), la notocorda comienza a formarse por la actividad de Foxa-2, pero no puede completar su desarrollo. Estudios sobre mutantes T han demostrado que es necesaria la actividad del gen brachyury para los movimientos normales durante la gastrulacin de las futuras clulas mesodrmicas a travs de la lnea primitiva. En los ratones mutantes braquiuria (con cola corta), las clulas del mesodermo se acumulan en una lnea primitiva malformada, y los embriones muestran una defectuosa elongacin del eje del cuerpo (incluyendo una cola corta) posterior a las extremidades anteriores. Mutantes del gen T pueden ser en humanos los responsables de ciertos defectos groseros de la

porcin caudal del cuerpo. Nodal, un miembro del factor de cre-cimiento transformante b (TGF-b) de la familia de genes del factor de crecimiento (v. tabla 4.1), se expresa en todo el epiblasto pos-terior antes de la gastrulacin, durante la gastrulacin su actividad se concentra en el ndulo primitivo. Lo mismo que en el caso del gen brachyury, los efectos de nodal se ven fuertemente en la regin caudal del embrin. En el mutante nulo de nodal, la lnea primitiva no se forma, y el embrin es deficiente en mesodermo. Del mismo modo, los mutantes de cripto, un miembro primitivamente activo de la familia del factor de desarrollo epidrmico y un cofator esencial en la va de sealizacin de nodal, producen un fenotipo sin tronco.

Cuando las clulas pasan a travs de la lnea primitiva, una re-gin de expresin de genes Hox comienza a formarse alrededor de dicha lnea. El patrn de expresin de genes Hox en el futuro tronco y parte posterior del embrin se basa en la sealizacin de tres molculas cido-retinoico, Wnt y FGF que actan sobre el factor de transcripcin Cdx (el equivalente en mamferos de caudal en Drosophila) en el rea de la lnea primitiva en regresin, justo detrs de los ltimos somitos en formacin. Cdx acta sobre los

Fig. 5.8 Resumen de los principales genes implicados en diversas fases del desarrollo embrionario inicial. A, Lnea preprimitiva (corte sagital). B, Formacin inicial de la lnea primitiva. C, Gastrulacin (perodo de formacin de las capas germinales). D, Gastrulacin tarda e induccin neural. Las molculas en rojo son molculas de sealizacin, y las de color azul son factores de transcripcin. Los nombres de molculas especficas (en negrita) estn situados sobre las estructuras que las expresan.

Cuadro 5.1 Aspectos moleculares de la gastrulacin (cont.)

Captulo 5Formacin de las capas germinales y sus primeros derivados 83

Els

evie

r. Fo

toco

piar

sin

au

tori

zaci

n e

s u

n d

elit

o.

Los experimentos de delecin y trasplante llevados a cabo en anfibios establecieron el fundamento para el conocimiento actual de la induccin neural. (V. caps. 6 y 11 para ms detalles sobre la formacin del sistema nervioso.) En ausencia del corda-mesodermo que se desplaza desde el labio dorsal del blastoporo (el equivalente en los anfibios del ndulo primitivo), el sistema nervioso no se origina a partir del ectodermo dorsal. Por otra parte, si el labio dorsal del blastoporo se injerta bajo el ectodermo ventral de otro embrin anfitrin, se forman un sistema nervioso y un eje corporal secundarios en la zona del injerto (fig. 5.10).

El labio dorsal ha sido denominado el organizador, debido a su capacidad para estimular la formacin de un eje corporal secundario. En estudios posteriores se ha demostrado que las interacciones que tienen lugar en la regin del labio dorsal de los anfibios son mucho ms complejas que una simple induccin entre el cordamesodermo y el ectodermo. Tambin se han efec-tuado experimentos de delecin y trasplante en embriones de aves y mamferos (v. fig. 5.10); claramente, el ndulo primitivo y el proceso notocordal en las aves y los mamferos tienen una funcin homloga a la del labio dorsal y el cordamesodermo

genes Hox, que imponen las caractersticas propias de las estructuras segmentarias que se forman a lo largo del eje anteroposterior del embrin (fig. 5.8D).

La placa precordal y la notocordaLas primeras clulas que pasan a travs del ndulo primitivo forman una masa celular discreta en la lnea media, la placa precordal, estrechamente asociada con el endodermo en la regin inmediata-mente caudal a la membrana bucofarngea. La prxima generacin de clulas que pase a travs del ndulo formar la notocorda.

La notocorda es un importante centro de sealizacin axial del tronco en el embrin inicial, y es importante en la formacin de muchas estructuras axiales. Bajo la influencia de Foxa-2 y goo-secoid, las clulas de la notocorda en formacin producen noggin y cordina, molculas conocidas por ser unas potentes inductoras neurales en muchas especies. La notocorda tambin produce Sonic hedgehog (shh), la molcula efectora para muchas inducciones de estructuras axiales posterior a la induccin de la placa neural. La notocorda no estimula la formacin de partes anteriores como el cerebro u otras estructuras ceflicas, a pesar de la induccin de la placa neural en el ectodermo suprayacente. Esta funcin est reservada para el endodermo anterior visceral.

La placa precordal, a veces llamada organizador ceflico, est formada por clulas mesendodrmicas que son las que primero pasan por el ndulo primitivo. Estas clulas estn estrechamente aso-ciadas estructural y funcionalmente con las clulas del endodermo anterior subyacente. Junto con el endodermo anterior visceral (v. ms adelante), la placa precordal es una fuente de seales importantes, especialmente shh, que estn implicadas en la ventralizacin del cerebro anterior. Adems, la placa precordal es fuente de seales importantes para la supervivencia de las clulas de la cresta neural que emigran tempranamente desde el cerebro anterior.

Endodermo visceral anterior (hipoblasto)En los mamferos, incluso antes de que las clulas del mesodermo comiencen a migrar a travs del ndulo primitivo, el hipoblasto anterior (llamado el endodermo visceral anterior por embrilogos dedicados al estudio del ratn) expresa los genes caractersticos de la placa precordal e inicia la formacin de la cabeza. El propio endodermo anterior visceral se subdivide en una parte anterior, que sirve como un centro de sealizacin para la formacin inicial del corazn (v. pg. 104), y una zona ms posterior, que se convierte en parte del complejo de la placa precordal e induce la formacin de la cabeza. De acuerdo con un modelo, la induccin de la cabeza y el cerebro anterior en los mamferos es un proceso de dos pasos, en el que una induccin inicial procedente del endodermo visceral anterior confiere un carcter anterior lbil para la cabeza y el cerebro, y una induccin posterior procedente del mesodermo de la placa precordal refuerza y mantiene esta induccin.

Una funcin importante del endodermo anterior visceral es emitir seales moleculares que inhiben el desarrollo de estructuras embrio-narias posteriores. Para producir una cabeza es necesario bloquear la seal de la protena morfognica sea 4 (BMP-4) (por noggin) y otra de Wnt (por Dkk-1). Molculas de sealizacin y factores de transcripcin son producidos en centros ceflicos de sealizacin. En ratones portadores de mutantes de Lim-1 (Lhx-1), un factor de trans-cripcin que contiene homeobox, y cerberus-like 1, una molcula de sealizacin, los ratones nacen sin cabeza (fig. 5.9). Los ratones sin cabeza nacen sin estructuras neurales anteriores al rombmero 3 (v. fig. 6.3). Otx-2, otro factor de transcripcin presente en el centro de sealizacin ceflico, es tambin un marcador general de la regin anterior inducida del sistema nervioso central. Muchas otras molculas tambin se expresan en el centro de sealizacin ceflico. Queda por determinar cmo producen la formacin de la cabeza.

Cuadro 5.1 Aspectos moleculares de la gastrulacin (cont.)

Fig. 5.9 Ratones recin nacidos sin cabeza junto a un ratn normal. Los ratones sin cabeza son mutantes nulos del gen Lim-1. (De Shawlot W, Behringer RR: Nature 374:425-430, 1994.)

84 Parte IPrimeros estadios del desarrollo embrionario y relacin materno-fetal

en los anfibios. Esto quiere decir que en los vertebrados supe-riores el ndulo primitivo y el proceso notocordal actan como inductores neurales, mientras que el ectodermo que queda por encima es el tejido de respuesta. Durante muchos aos, los em-brilogos han dedicado un esfuerzo enorme de investigacin a identificar la naturaleza de la seal de induccin que pasa desde el cordamesodermo hasta el ectodermo.

Los primeros intentos de determinar la naturaleza del es-tmulo de induccin se caracterizaron por un gran optimismo. Ya en la dcada de 1930, varios laboratorios haban propuesto que el estmulo de induccin consista en molculas tan diversas como ciertas protenas y esteroides. Al poco tiempo tuvo lugar el descubrimiento de que la induccin neural poda producirse incluso por una variedad ms amplia de estmulos, que inclua a los iones inorgnicos o a los tejidos muertos. Con esta pltora de posibles inductores, la atencin se dirigi a las propiedades del tejido de respuesta (el ectodermo dorsal) y a sus posibles formas de reaccin frente al estmulo inductor a travs de una va final comn. La bsqueda de las molculas de induccin neural y de su mecanismo de accin ha sido compleja y frustrante, con muchos callejones sin salida y con recodos equivocados en el camino.

Algunos laboratorios observaron que el ectodermo ais-lado poda responder in vitro a los estmulos de induccin y transformarse en tejido neural. Una tcnica muy til para el estudio de la induccin in vitro implicaba la separacin entre el tejido de respuesta y el inductor por un filtro con poros que permita el paso de molculas pero no de clulas. Esta tcnica ha sido utilizada en el anlisis de diversos sistemas de induccin en los mamferos.

Varios estudios experimentales de manipulacin han mostra-do claramente que la induccin neural no es un simple proceso de todo o nada, sino que, antes bien, existe una especificidad regional considerable (p. ej., ciertos inductores artificiales es-timulan la formacin de las estructuras neurales ms anteriores, mientras que otros lo hacen respecto a las ms posteriores). En embriones de anfibios, el cordamesodermo anterior tiene propiedades de induccin diferentes a las del posterior.

En estudios de investigacin recientes se han identificado molculas especficas que dan lugar a la induccin neural. En los anfibios, los agentes de induccin son tres molculas de seal (noggin, folistatina y cordina) producidas por la notocorda. Al principio se pens que estas molculas estimulaban directa-mente a clulas no comprometidas del ectodermo dorsal para la formacin de tejido neural, pero en estudios de investigacin posteriores realizados sobre anfibios se ha demostrado que estos inductores actan mediante el bloqueo de la accin de un inhibi-dor BMP-4, en el ectodermo dorsal. En ausencia de actividad de la BMP-4, el ectodermo dorsal forma tejido neural por defecto.

Nuestra idea actual sobre la induccin neural, en mamferos, se corresponde con un esquema bastante complejo, tanto en la loca-lizacin como en el momento de las interacciones inductivas que tienen un papel en definir el inicio y la organizacin del sistema nervioso central. De acuerdo con un punto de vista ms moder-no, durante el estadio inicial de lnea primitiva, el precursor del ndulo primitivo llamado organizador de la gstrula segrega Cer-1, un inhibidor de BMP. En ausencia de actividad BMP, la zo-na anterior del epiblasto es inducida a convertirse, por defecto, en tejido neural anterior. En estadios posteriores de la gastrulacin el

Fig. 5.10 Experimentos iniciales que muestran la induccin neural. Parte superior, el injerto del labio dorsal del blastoporo en un embrin de salamandra induce la formacin de un embrin secundario. Parte inferior, el injerto del ndulo de Hensen de un embrin de ave en otro embrin induce la formacin de un tubo neural secundario. (Parte superior basada en estudios de Spemann H: Embryonic development and induction, Nueva York, 1938, Hafner; parte inferior basada en estudios de Waddington C: J Exp Biol 10:38-46, 1933).

Captulo 5Formacin de las capas germinales y sus primeros derivados 85

Els

evie

r. Fo

toco

piar

sin

au

tori

zaci

n e

s u

n d

elit

o.

carcter anterior del tejido neural inducido se mantiene primero mediante seales que proceden del endodermo visceral anterior (o su equivalente en humano) y luego por seales que proceden del mesendodermo anterior (notocorda y placa precordal). Estas seales son Cer-1, un inhibidor de BMP, y lefty-1, un inhibidor de nodal cuya influencia es posteriorizante.

A medida que la gastrulacin se desarrolla y el ndulo primitivo toma forma, ste induce al epiblasto a formar tejido neural a travs de un mecanismo similar al de inhibicin de BMP. Este tejido neu-ronal inducido adquiere un carcter posterior a travs de la accin de nodal, que se concentra en el extremo posterior del embrin.

Formacin inicial de la placa neuralLa primera respuesta morfolgica obvia del embrin frente a la induccin neural es la transformacin del ectodermo dorsal que queda por encima del proceso notocordal en una placa alargada de clulas epiteliales engrosadas, denominada placa neural (fig. 5.11). El lmite de la placa neural se especifica por la exposicin de las clulas que ocupan esa zona a una cierta concentracin de BMP. sta es la regin de la que surgir la cresta neural (v. pg. 254).

Tras la formacin de dicha placa neural, la capa germinal ectodrmica queda subdividida en dos linajes de desarrollo: uno neural y otro no neural. Este ejemplo ilustra varios conceptos fundamentales en el desarrollo: la restriccin, la determinacin y la diferenciacin. El cigoto y las blastmeras resultantes del primer par de divisiones de la segmentacin son totipotentes (es decir, capaces de formar cualquier clula del organismo).

A medida que progresa el desarrollo, se producen varias decisiones que reducen las opciones de desarrollo de estas clulas (fig. 5.12). Por ejemplo, en fases iniciales de la segmen-tacin, algunas clulas quedan comprometidas en la lnea del trofoblasto extraembrionario y ya no pueden participar en la formacin del embrin mismo. En el punto en que las clulas se comprometen para dar lugar al trofoblasto ha tenido lugar un proceso de restriccin. Cuando un grupo celular ha pasado su ltimo proceso de restriccin (p. ej., la transicin desde

citotrofoblasto a sincitiotrofoblasto), su destino est fijado y se dice que estas clulas estn determinadas*. Estos trminos, que fueron acuados en los primeros tiempos de la embrio-loga experimental, se sabe en la actualidad que reflejan las limitaciones en la expresin gnica a medida que las lneas celulares siguen su desarrollo normal. Los casos infrecuentes en los que las clulas o tejidos sufren una desviacin intensa de su desarrollo normal, un fenmeno denominado metaplasia, tienen un inters considerable para los patlogos y para todos los especialistas que estudian el control de la expresin gnica.

Restriccin y determinacin son trminos que indican la limitacin progresiva de la capacidad de desarrollo en el em-brin. La diferenciacin describe la expresin morfolgica o funcional real de la porcin del genoma que permanece dis-ponible para una clula o un grupo celular concretos. La dife-renciacin se refiere generalmente al curso de la especializacin fenotpica de las clulas. Un ejemplo de diferenciacin tiene lugar en la espermatognesis, cuando las espermatogonias que son clulas de aspecto relativamente corriente se transforman en espermatozoides altamente especializados.

Molculas de adhesin celularA principios del siglo xx, los investigadores determinaron que las clulas de caractersticas similares en suspensin mostra-ban una tendencia intensa a la agregacin. Si se mezclan tipos diferentes de clulas embrionarias suelen separarse segn el tipo tisular. Los patrones de separacin incluso ofrecen datos acerca de sus propiedades y su comportamiento en el organis-mo maduro. Por ejemplo, si se mezclan clulas embrionarias ectodrmicas y mesodrmicas, stas se agrupan formando una capa superficial de clulas ectodrmicas que rodean a un grupo central de mesodrmicas.

*El termino especificado/especificada (especificacin) vuelve a usarse cada vez ms como un sinnimo prximo al de determinacin como referencia a la fijacin del futuro destino de una clula.

Fig. 5.11 Relaciones entre la placa neural y la lnea primitiva. A, Da 15. B, Da 18. C, Da 19. D, Das 20 y 21.

86 Parte IPrimeros estadios del desarrollo embrionario y relacin materno-fetal

Fig. 5.12 Restriccin durante el desarrollo embrionario. Las leyendas que quedan a la derecha ilustran la restriccin progresiva del potencial de desarrollo de las clulas que darn lugar finalmente a la formacin de la epidermis. A la izquierda aparecen los procesos del desarrollo que eliminan a algunos grupos celulares de la diferenciacin epidrmica.

Captulo 5Formacin de las capas germinales y sus primeros derivados 87

Els

evie

r. Fo

toco

piar

sin

au

tori

zaci

n e

s u

n d

elit

o.

Cuadro 5.2 Bases moleculares de la asimetra izquierda-derecha

Hasta el momento de la gastrulacin, el embrin es bilateralmente simtrico, pero cuando sta comienza se ponen en marcha una serie de mecanismos que traen como consecuencia la incurvacin del tubo cardaco hacia la derecha seguida de una incurvacin asimtrica del tubo digestivo y del posicionamiento asimtrico del hgado, bazo y de la lobulacin de los pulmones. En embriones de mamferos, la pri-mera manifestacin conocida de asimetra consiste en el movimiento rtmico de los cilios alrededor del ndulo primitivo (fig. 5.13). Estos movimientos producen una corriente direccional, durante un perodo de desarrollo muy limitado (desde el estadio de dos somitos al de seis en el ratn), que conduce a la expresin de dos molculas de sea-lizacin que pertenecen a la familia del factor de crecimiento trans-formante b (TGF-b) nodal, una molcula de ruptura de simetra en el lado izquierdo del embrin, y lefty-1, situado a lo largo de la lado izquierdo de la lnea primitiva. Lefty-1 puede funcionar para evitar la difusin de las molculas que determinan la izquierda en el lado dere-cho del embrin. Una secuencia de interacciones moleculares aguas

abajo de nodal conduce a la activacin del gen Pitx2, un factor de transcripcin, tambin en el lado izquierdo. La protena Pitx2 conduce a un desarrollo asimtrico posteriormente, como la rotacin de los intestinos y el estmago, la posicin del bazo y la lobulacin asimtrica de los pulmones. Aunque la expresin del lado izquierdo del ndulo en el mesodermo lateral parece ser comn en la determinacin de la asimetra izquierda-derecha en los vertebrados, sin embargo, eventos moleculares tempranos (aguas arriba) difieren entre las diferentes clases de vertebrados. En el pollo, importantes molculas de seali-zacin, tales como Sonic hedgehog (shh) y el factor de crecimiento fibroblstico 8 (FGF-8), estn distribuidos asimtricamente alrededor del ndulo, mientras que en el ratn, la distribucin es uniforme.

Actualmente el objetivo de numerosas investigaciones es la ma-nera en cmo la polaridad anteroposterior, mostrada por la lnea primitiva, se traduce a travs de corrientes ciliares en asimetra izquierda-derecha. Un candidato probable es la polaridad celu-lar plana, que es un mecanismo de direccin de las clulas para orientarlas a lo largo de un eje en el plano de un tejido epitelial. Esto se logra mediante la distribucin asimtrica de varias protenas a lo largo de este eje. En el ndulo, Dishevelled se concentra en la regin posterior de las clulas, y un homlogo, Prickle, est dis-puesto a lo largo del borde anterior (fig. 5.14). El cuerpo basal en cada una de las 200 y 300 clulas monociliadas del ndulo se asocia

Fig. 5.13 Resumen de las bases moleculares de la asimetra corporal. Las corrientes ciliares en el ndulo primitivo desplazan las molculas que rompen la simetra hacia el lado izquierdo del embrin, donde estimulan una cascada asimtrica de expresin gnica a travs de Pitx-2. Lefty-1, expresado en la parte izquierda de la lnea primitiva, parece impedir la difusin de molculas hacia el lado derecho del embrin. Slo se muestran las molculas fundamentales de esta com-pleja cascada. Shh, Sonic hedgehog; FGF-8, factor de crecimiento fibroblstico 8.

Fig. 5.14 Relacin entre las protenas de polaridad celular plana Dishevelled (rojo) y Prickle (verde) y la ubicacin del monocilio en las clulas del ndulo primitivo. La situacin posterior de los monocilios es tal que su ritmo conduce a una corriente de fluido hacia la izquierda alrededor del ndulo.

(Contina)

88 Parte IPrimeros estadios del desarrollo embrionario y relacin materno-fetal

La investigacin actual ha mostrado las bases moleculares de muchos de los procesos de agregacin y separacin celulares descritos por los primeros embrilogos. De las varias familias de CAM que han sido descritas, tres son las de mayor importancia respecto al desarrollo embrionario. La primera est representa-da por las cadherinas, stas son sencillas glucoprotenas trans-membrana ordenadas tpicamente como homodmeros que sobresalen de la superficie celular. Los dmeros de cadherina

en clulas adyacentes se adhieren unos a otros en presencia de calcio (Ca++), esto trae como consecuencia el que las clulas queden firmemente unidas unas a otras (fig. 5.16). Una de las molculas ms presentes es la E-cadherina, responsable de adherir las clulas epiteliales entre s (v. fig. 16.6). Durante la transformacin epitelio-mesnquima, tal como se muestra en la figura 5.8, las clulas epiteliales pierden su E-cadherina, cuando se transforman en clulas mesenquimatosas, pero si

Fig. 5.16 Tres molculas de adhesin celular fundamentales. CAM, molcula de adhesin celular; Ig, inmunoglobulina.

con Dishevelled, y el cilio que sobresale de la clula lo hace bajo un ngulo que produce la corriente de fluido hacia la izquierda cuando los cilios se mueven rtmicamente. Se especula que un gradiente de Wnt es responsable de la distribucin asimtrica de Dishevelled y Prickle, pero esto an no se ha confirmado.

En aproximadamente 1 de cada 10.000 personas la asimetra izquierda-derecha del cuerpo est totalmente invertida, un estado conocido como situs inversus (fig. 5.15). Esta situacin no se diag-nostica a menudo hasta que el individuo es examinado tardamente en la vida por un mdico astuto. Varias mutaciones y sndromes se relacionan con esta condicin, uno de los ms pedaggicos es el sndrome de Kartagener, en el que situs inversus se asocia con sntomas respiratorios (sinusitis y bronquiectasia) que resultan de anormalidades de los brazos de dinena en los cilios (cilios inmviles). En un ratn mutante similar, los cilios alrededor del ndulo primitivo no funcionan correctamente, y la falta de direccionalidad de las co-rrientes de fluido alrededor del ndulo se sospecha que sea la causa de la distribucin aleatoria de nodal y otras molculas productoras de asimetra en el lado derecho del embrin. Tambin puede ocurrir situs inversus parcial, como slo la situacin de un corazn a la derecha (dextrocardia). Estos hechos aislados de rganos asimtricos mal situados son probablemente el resultado de mutaciones ro abajo de los ms de 24 genes implicados en la asimetra izquierda-derecha. Fig. 5.15 Situs inversus completo en un adulto.

Cuadro 5.2 Bases moleculares de la asimetra izquierda-derecha (cont.)

Captulo 5Formacin de las capas germinales y sus primeros derivados 89

Els

evie

r. Fo

toco

piar

sin

au

tori

zaci

n e

s u

n d

elit

o.

estas clulas ms tarde en el desarrollo vuelven a formar un epitelio reexpresan la E-cadherina nuevamente.

Las inmunoglobulinas Ig (inmunoglobulina)-CAM se ca-racterizan por tener un nmero variable de dominios extrace-lulares similares a los de las inmunoglobulinas. Estas molculas se adhieren a similares (unin homoflica) o diferentes (unin heteroflica) CAM sobre sus clulas vecinas, lo que ocurre sin la intervencin de iones de calcio (v. fig. 5.16). Uno de los miem-bros ms importante de esta familia es la N-CAM, sta se expresa notablemente dentro del sistema nervioso en desarrollo. Las Ig-CAM no unen las clulas tan fuertemente como las cadhe-rinas, sino que su papel es administrar un afinado de las cone-xiones intercelulares. La N-CAM se caracteriza por presentar una concentracin elevada de grupos de cido silico con carga negativa en el componente de carbohidrato de la molcula; ade-ms, las formas embrionarias de N-CAM tienen una cantidad de cido silico tres veces mayor que la forma adulta de la molcula.

En fases previas a la induccin primaria del sistema ner-vioso, el ectodermo expresa N-CAM y E-cadherina (conocida inicialmente como L-CAM). Despus de la induccin primaria, las clulas integradas en el recientemente formado tubo neural continan expresando N-CAM, pero no E-cadherina. Estas clulas tambin expresan fuertemente N-cadherina. Al con-trario, el ectodermo cesa de expresar N-CAM aunque contina expresando E-cadherina (fig. 5.17).

La tercera gran familia de molculas de CAM, las integrinas, adhieren clulas a componentes de la membrana basal y de la ma-triz extracelular (v. fig. 5.16). Las integrinas forman heterodmeros formados por 1 de 16 cadenas a y 1 de 8 cadenas b. Las molculas de la matriz extracelular que tienen propiedades de adherir clulas son la fibronectina, la laminita y la tenascina (v. fig. 12.3).

Resumenj Justo antes de la implantacin, la masa celular interna se

reorganiza formando un epitelio (epiblasto), y una segunda capa (hipoblasto) se empieza a constituir ventral al mismo. En el epiblasto se forma la cavidad amnitica debido a un proceso de cavitacin; las clulas que constituyen el hipo-blasto dan lugar al revestimiento endodrmico del saco vi-telino. El mesodermo extraembrionario parece formarse por una transformacin temprana de las clulas endodrmicas parietales y de las clulas que migran por la lnea primitiva.

j El embrin en fase de pregastrulacin establece dos centros sealizadores. El endodermo visceral anterior induce la ca-beza e inhibe la prolongacin anterior de la lnea primitiva. El centro posterior induce la lnea primitiva y la formacin de mesodermo.

j Durante la gastrulacin se forma una lnea primitiva en el epiblasto, en el extremo caudal del embrin en fase de disco bilaminar. Las clulas que migran a travs de la lnea primitiva constituyen el mesodermo y el endodermo, mien-tras que el epiblasto restante se convierte en el ectodermo.

j El ndulo primitivo, localizado en el extremo rostral de la l-nea primitiva, es el origen de las clulas que constituyen la notocorda. Tambin acta como el organizador o inductor primario del futuro sistema nervioso.

j A medida que atraviesan la lnea primitiva, las futuras c-lulas mesodrmicas del epiblasto muestran un cambio en su morfologa y pasan de ser clulas epiblsticas epiteliales a clulas en botella y despus mesenquimatosas. Las clulas mesodrmicas extraembrionarias forman el pedculo de fijacin. La migracin de las clulas mesenquimatosas du-rante la gastrulacin es facilitada por molculas de la matriz extracelular, como las de cido hialurnico y fibronectina.

j Al final de la tercera semana despus de la fecundacin, la lnea primitiva comienza a presentar regresin caudal y suele desaparecer, pero en ocasiones se forman teratomas sacrococcgeos en la zona de regresin.

j Los elementos esenciales de la induccin neural son los mis-mos en todos los vertebrados. En los mamferos, el ndu-lo primitivo y el proceso notocordal actan como el inductor primario del sistema nervioso. La induccin mesodrmica tiene lugar incluso antes que la induccin neural. Ciertos factores de crecimiento, como Vg1 y activina, son los agentes responsables de la induccin mesodrmica.

j En las etapas iniciales del desarrollo numerosos centros se-alizadores controlan la organizacin de muchas estructuras embrionarias importantes. Cada uno de ellos est asociado

Caso clnicoUn hombre de 35 aos, casado y con antecedentes de infecciones respiratorias crnicas es sometido a una exploracin radiolgica peridica en la que se demuestra que tiene dextrocardia. La explora-cin fsica y los estudios de imagen realizados a continuacin revelan que sufre un situs inversus completo. El paciente tambin ha estado acudiendo a otro hospital por un problema completamente diferente, que tambin est relacionado con los mismos defectos subyacentes.

De qu naturaleza es con mayor probabilidad este ltimo pro-blema del paciente?A. Urolgico.B. Dermatolgico.C. De infertilidad.D. Ortopdico.E. Oncolgico.

Fig. 5.17 Distribucin de las molculas de adhesin celular en el ectodermo primitivo. Ectodermo preinducido (A) despus de la induccin del tubo neural (B).

90 Parte IPrimeros estadios del desarrollo embrionario y relacin materno-fetal

a una constelacin de genes relevantes en el desarrollo. El organizador inicial de la gastrulacin est implicado en la formacin de la lnea primitiva. El ndulo primitivo organiza la formacin de la notocorda y del sistema nervioso, as como aspectos del comportamiento celular asociados a la lnea pri-mitiva. La notocorda es importante en la induccin de muchas estructuras axiales, como el sistema nervioso y los somitos. La formacin de la cabeza es coordinada por el endodermo visceral anterior (hipoblasto) y por la placa precordal.

j Las primeras blastmeras son totipotentes. A medida que avanza el desarrollo, las clulas pasan por puntos de res-triccin que limitan su diferenciacin. Cuando el destino de una clula ya ha sido fijado se dice que est determinada. El trmino diferenciacin se refiere a la expresin real de la parte del genoma que permanece disponible para una clula determinada, e indica el curso de la especializacin fenotpica de una clula.

j La asimetra izquierda-derecha en el embrin inicial se lleva a cabo por la accin de las corrientes ciliares en el ndulo llevando nodal al lado izquierdo del embrin. Esto libera una cascada de molculas, con Pitx-2 a la cabeza, lo que provoca la formacin asimtrica de estructuras tales como el corazn, el hgado, los pulmones y el estmago.

j Las clulas embrionarias del mismo tipo se adhieren entre s y se vuelven a agrupar cuando son separadas. El fundamento molecular de la agregacin y la adherencia entre las clulas es la presencia de molculas de adhesin en su superficie. Las tres familias principales son, por un lado, las cadherinas y las Ig-CAM, que median la adhesin intercelular, y por otro, las integrinas, que median la adhesin de las clulas a la matriz extracelular circundante.

Preguntas de repaso

1. El inductor principal en la induccin neural primaria es:A. El hipoblasto.B. La lnea primitiva.C. El mesodermo extraembrionario.D. El proceso notocordal.E. El ectodermo embrionario.

2. Cul de los tejidos siguientes se origina a partir de las clulas que atraviesan la lnea primitiva?A. El endodermo embrionario.B. El hipoblasto.C. El citotrofoblasto.D. El saco vitelino primario.E. El amnios.

3. Cul es la capa germinal cuyas clulas no estn presentes en la membrana bucofarngea?A. El ectodermo.B. El mesodermo.C. El endodermo.D. Todas estn presentes.

4. La placa precordal desempea un papel importante en la distribucin regional de:A. La notocorda.B. El prosencfalo.C. El mesodermo embrionario.

D. El ndulo primitivo.E. El rombencfalo.

5. La braquiuria, una carencia de los tejidos caudales del cuerpo, se debe a la mutacin del gen:A. Lim-1.B. Noggin.C. T.D. Sonic hedgehog.E. Activina.

6. Cul es la capa del embrin en fase de disco bilaminar (de dos capas) que origina todo el tejido embrionario propiamente dicho?

7. Qu importancia tiene el ndulo primitivo en el desarrollo embrionario?

8. Cules son las molculas de la matriz extracelular que facilitan la migracin de las clulas mesodrmicas desde la lnea primitiva?

9. Qu molculas pueden dar lugar a la induccin mesodrmica en el embrin en fases tempranas del desarrollo?

10. En qu fase del desarrollo un gran nmero de clulas pierden las molculas de adhesin?

BibliografaArnold SA, Robertson EJ: Making a commitment: cell lineage allocation and axis

patterning in the early mouse embryo, Nat Rev Mol Cell Biol 10:91-103, 2009. Aw S, Levin M: Is left-right asymmetry a form of planar cell polarity? Development

136:355-366, 2009. Barrow JR and others: Wnt3 signaling in the epiblast is required for proper

orientation of the anteroposterior axis, Dev Biol 312:312-320, 2007. Brennan J and others: Nodal signalling in the epiblast patterns the early mouse

embryo, Nature 411:965-969, 2001. Casey B, Hackett BP: Left-right axis malformations in man and mouse, Curr Opin

Genet Dev 10:257-261, 2000. Chen C and others: The Vg1-related protein Gdf3 acts in a Nodal signaling pathway

in the pre-gastrulation mouse embryo, Development 133:319-329, 2006. Constam DB: Running the gauntlet: an overview of the modalities of travel

employed by the putative morphogen Nodal, Curr Opin Genet Dev 19:302-307, 2009.

De Souza FSJ, Niehrs C: Anterior endoderm and head induction in early vertebrate embryos, Cell Tiss Res 300:207-217, 2000.

Enders AC: Trophoblastic differentiation during the transition from trophoblastic plate to lacunar stage of implantation in the rhesus monkey and human, Am J Anat 186:85-98, 1989.

Enders AC, King BF: Formation and differentiation of extraembryonic mesoderm in the rhesus monkey, Am J Anat 181:327-340, 1988.

Ferrer-Vaquer A, Viotti M, Hadjantonakis A-K:: Transitions between epithelial and mesenchymal states and the morphogenesis of the early mouse embryo, Cell Adh Migr 4:447-457, 2010.

Gardner RL: The initial phase of embryonic patterning in mammals, Int Rev Cytol 203:233-290, 2001.

Goodrich LV, Strutt D: Principles of planar polarity in animal development, Development 138:1877-1892, 2011.

Hammerschmidt M, Wedlich D: Regulated adhesion as a driving force of gastrulation movements, Development 135:3625-3641, 2008.

Hashimoto M, Hamada H: Translation of anterior-posterior polarity into left-right polarity in the mouse embryo, Curr Opin Genet Dev 20:433-437, 2010.

Herrmann BG: ed: The brachyury gene, Semin Dev Biol 6:381-435, 1995. Idkowiak J and others: Hypoblast controls mesoderm generation and axial

patterning in the gastrulating rabbit embryo, Dev Genes Evol 214:591-605, 2004. Kavka AI, Green JBA: Tales of tails: brachyury and the T-box genes, Biochim

Biophys Acta 1333:F73-F84, 1997.

Botn1: