POLARIDAD DURANTE EL DESARROLLO EMBRIONARIO INICIAL

F O R M A C I Ó N C O N T I N U A D A

POLARIDAD DURANTE EL DESARROLLO EMBRIONARIO INICIAL

Polarity diring early embryo development

Ignacio Santiago Álvarez-Miguel; Eva Maria Miguel-Lasobras ; Francisco Javier Martín-Romero; José Antonio Domínguez-Arroyo, Ernesto González-Carrera

Instituto Extremeño de Reproducción Asistida (IERA). Badajoz. Grupo de Investigación en Reproducción y Desarrollo (REDES). Departamento de BiologíaCelular. Universidad de Extremadura. Badajoz.

Correspondencia: Ignacio Santiago Álvarez Miguel: [email protected]

RESUMEN:La visión más aceptada del desarrollo embrionario inicial de los mamíferos es que las células que se originan sonequivalentes y que por lo tanto no hay diferencias entre unas zonas y otras del embrión antes de la implantación. Sin embargo, muchosorganismos establecen polaridad, es decir diferencias entre zonas distintas del embrión, desde etapas muy tempranas del desarrollo eincluso en el huevo antes de la fecundación. En este trabajo revisamos las evidencias que se han ido acumulando que abogan por unapolarización inicial de los embriones de mamíferos, analizando también las hipótesis que explican el origen de esta polaridad y elsignificado que puede tener sobre los procesos de fecundación in vitro.

PALABRAS CLAVE: Ejes embrionarios, blastocisto, segmentación, determinación celular, fecundación, genes maternales, reproducciónasistida.

ABSTRACT:T: The accepted view of the early mammalian embryo development is that all the cells are similar and no differencescan be found among regions of the embryo before implantation. Nevertheless, most of the animals are polarized from very earlystages of development, even in the egg before fertilization. In this review we pretend to show the evidences in favor of an initialpolarity in the mammalian embryo, dealing also with the hypothesis about its origin and the significance on in vitro fertilizationprocesses.

KEY WORDS: Embryonic axis, blastocyst, cleavage, cell differentiation, fertilization, maternal genes, assisted reproduction.

1. Polaridad y ejes embrionarios

Todos los organismos durante su des-arrollo establecen polaridad, es decircrean diferencias entre polos opuestosdel embrión. Los mecanismos de des-arrollo que conllevan la formación deun organismo van a necesitar de estospuntos de referencia para establecerdiferencias en el destino de las célulassegún la posición que ocupen con res-pecto a estos polos.

La polaridad es necesaria principal-mente para el establecimiento de lostres ejes corporales que definen la ana-tomía de la mayoría de los animales yque se corresponden con el eje antero-posterior (A-P), el dorso-ventral (D-V) yel eje de simetría bilateral de izquierda-derecha (I-D) (Figura 1).

Figura 1. Dibujo de un roedor donde se han representado los principales ejes espaciales queconforman la anatomía corporal.

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ASEBIR:revista manolo junio06 08/02/10 16:50 Página 35


Los mecanismos subyacentes a la for-mación de estos ejes han sido motivode estudio con profundidad en la ma-yoría de los grupos animales. Sin em-bargo existe una gran controversia conrespecto al momento del inicio de suformación en el embrión y por lo tantoen el comienzo de la polaridad embrio-naria. Un buen ejemplo es el caso de lalocalización de los órganos según el ejeizquierda-derecha. Indudablemente, laposición del corazón, hígado, intestino eincluso del cerebro se ajusta a este ejecon unos órganos situados en un ladoy otros en el contrario. No se conocía elmomento del inicio de esta disposiciónasimétrica hasta que estudios recientesen embriones de ratón y de gallina hancomprobado que la adquisición de dife-rencias entre la izquierda y derecha seproduce en las fases iniciales de la gas-trulación y gracias a una señalizacióncompleja (Stern and Wolpert, 2002;Wood, 2005).

En la mayoría de los invertebrados,los primeros síntomas de polaridad ypor lo tanto el establecimiento de los

ejes embrionarios ocurre antes de la fe-cundación (Roth, 2003). El caso másestudiado es, sin duda, el de la moscade la fruta Drosophila melanogaster. Enestos organismos la disposición de cier-tas proteínas e incluso de RNAm en elhuevo presenta ya una polarización de-bido a que estos materiales se deposi-tan por las células de soporte del ova-rio de manera desigual entre un polo yel opuesto del huevo durante su forma-ción.

Este es el caso del RNA mensajeroque codifica para la proteína denomi-nada bicoid, un factor de trascripciónque regula la expresión de otros genesy que se deposita en un gradiente en-tre un polo y el opuesto del huevo de lamosca (Gurdon, 1992). Las células queposteriormente se originan en la zonadel huevo con mayor concentración debicoid darán lugar a la zona anterior dela mosca (cabeza) y las que derivan delpolo opuesto con poca cantidad de bi-coid darán lugar a la región posteriordel organismo (cola). El papel del genbicoid en el establecimiento del eje A-P

queda comprobado por la existencia demutantes defectivos en este gen y quepor lo tanto producen huevos de mos-ca que no poseen bicoid. El resultadode esta mutación son embriones queno son capaces de formar cabezas yque dan lugar a larvas de moscas condos colas (de ahí el nombre de bicoid).

Este caso no es único, y el número demoléculas que provenientes de la ma-dre actúan en las primeras fases deldesarrollo son muy numerosas y reci-ben en conjunto el nombre de genes ofactores maternales.

Muchas de estas moléculas presen-tan ya un grado de polaridad en el hue-vo antes de la fecundación y enDrosophila explican la formación del ejeA-P y también del eje D-V, además deotros procesos de desarrollo como la or-ganización de la larva en segmentos cor-porales o la formación de las células dela línea germinal en el extremo posteriordel embrión (Leptin, 2004).Por lo tanto, la distribución asimétri-

Figura 2. Gen maternalbicoid en el desarrollo dela mosca Drosophila.Mediante técnicasinmunocitoquímicas se hapodido comprobar queesta proteína se concentraen un extremo o polo delhuevo (A) y que va a serheredada por las célulasque se forman en ese poloanterior (B). Lacuantificación de losniveles de proteína tantoen mocas silvestres comoen mutantes (C) pone demanifiesto que losembriones defectivos eneste gen y que producenlarvas con dos colas noforman estos gradientesde concentración debicoid entre los polosanterior y posterior.Modificado de Gilbert,2003.

36Ignacio Santiago Álvarez-Miguel et al. Polaridad Durante el Desarrollo ...



ca de ciertas moléculas entre polosopuestos del huevo se transformará endiferentes destinos celulares porque lascélulas adquieren determinantes distin-tos dependiendo del citoplasma quehereden durante las divisiones celula-res. Este mecanismo de desarrollo po-demos denominarlo mosaicismo y sig-nifica que desde el comienzo de la seg-mentación las células están predestina-das y no son por tanto equivalentes (elembrión es un mosaico de células concomposición citoplasmática distinta).Además de los invertebrados algunosvertebrados, como es el caso bien estu-diado de los anfibios, presentan tambiéneste tipo de genes maternales y estable-cen diferencias entre distintos polos delhuevo antes de la fecundación (Zhanget al., 1998).

Sin embargo, en los anfibios los de-terminantes maternales especifican uneje que en el desarrollo no se corres-ponde exactamente con el futuro ejeantero-posterior, sino más bien con elfuturo eje dorso-ventral y a este eje em-brionario inicial se le denomina eje ani-mal-vegetal, con diferencias claras entamaño y destino futuro de las célulasentre una zona y otra (formando blastó-meras animales y vegetales).En contrapartida se piensa que la ma-yoría de los vertebrados, incluidos to-dos los mamíferos, no dependen de es-tos efectores maternales y el desarrollode los ejes embrionarios depende deinteracciones celulares que se produ-cen durante el desarrollo mucho des-pués de la fecundación.

En estos casos se asume que tanto elhuevo (óvulo) como el embrión durantelas primeras divisiones embrionarias,no poseen ningún signo de polaridad.Posiblemente esta es la idea que se nosha enseñado a la mayoría de los profe-sionales que trabajamos en reproduc-ción durante nuestra formación acadé-mica. Este mecanismo de desarrollopuede denominarse regulativo (en con-trapartida al modelo de mosaico) yaque el destino de las células que se vanoriginando no esta fijado y puede modi-ficarse durante el desarrollo. Parece serpor tanto que durante la evolución losgrupos de animales que denominamossuperiores, han perdido la capacidadde establecer una polaridad en el hue-vo o en las fases iniciales del desarrollo

y que el proceso de establecimiento delos ejes se produce mediante mecanis-mos distintos a los que utilizan los de-nominados vertebrados inferiores y losinvertebrados. Según este modelo, lavisión aceptada del desarrollo inicial enmamíferos y por tanto en la especie hu-mana, es que las células conseguidasdurante las primeras etapas del des-arrollo embrionario son todas equiva-lentes y que los primeros signos de po-laridad no aparecen hasta la formacióndel blastocisto (o incluso más adelan-te). Además, los ejes embrionarios nose establecen hasta el proceso de gas-trulación en el epiplasto embrionarioderivado de la masa celular interna(MCI) y mediante interacciones celula-res complejas (Stern, 2006). Las evi-dencias más firmes que siguen sopor-tando este modelo regulativo se basanen la plasticidad o potencialidad queposeen las células de los mamíferosantes de la implantación (Zernicka-Goetz, 2006). Es conocido que las blas-tómeras producidas por las primerasdivisiones pueden ser reemplazadasentre si o incluso se pueden eliminarsin que aparentemente se altere el des-arrollo embrionario y por lo tanto sonequivalentes (sin polaridad).

Actualmente, la teoría regulativa esmantenida por muchos investigadores(Motosogi et al., 2005), pero se acumu-lan evidencias experimentales que su-gieren una diferencia (polaridad) entrelas distintas zonas del embrión en laetapa de blastocisto, mórula e inclusoa partir de la primera división mitóticadel cigoto. Si estas evidencias experi-mentales se van confirmando, implica-ría que las blastómeras poseen ya unadeterminación para producir unas cier-tas regiones del futuro embrión. Estanueva visión obligaría a reevaluar el im-pacto que algunas técnicas parejas a lafecundación in vitro (FIV), como es elcaso del diagnostico genético preim-plantacional (DGP), pueden suponersobre el desarrollo embrionario y el éxi-to de la reproducción asistida. A conti-nuación se revisarán las evidencias queponen de manifiesto la existencia depolaridad en las fases previas a la im-plantación en los embriones de mamí-feros, centrándonos en los roedorescomo modelo experimental más utiliza-do y haciendo referencia a los datos co-nocidos y confirmados en humanos.

Como secuencia lógica se utilizará unacronología retrospectiva desde la fasede blastocisto hasta el huevo (óvulo).Por último se comentarán los datosexistentes sobre los posibles mecanis-mos que establecen esta polaridad ini-cial y su significado embrionario.

2. Polaridad embrionaria antes de laimplantación

2a. Blastocisto

Como se ha mencionado anteriormen-te, los tres ejes principales del organis-mo se establecen después de la im-plantación embrionaria durante la gas-trulación. Indudablemente en la gastru-lación se inicia la formación de estruc-turas equiparables a las del organismodefinitivo (sistema nervioso, tubo diges-tivo, corazón, etc.) y por lo tanto los ejesembrionarios son identificables. No escuestión de tratar aquí la importanciade la gastrulación pues queda fuera delobjeto de este trabajo, pero si que hayque resaltar que cualquier polaridadprevia a este momento ha de ser culmi-nada por el embrión durante la gastru-lación (Ang and Constam, 2004). Dehecho esta fase se considera como elmomento en el que la estructura defi-nitiva del organismo se estable y por lotanto uno de los momentos más trans-cendentales del desarrollo embrionario(Stern, 2006). Sin embargo, durante lasegmentación celular y la formación dela blástula es decir, durante las etapaspre-implantatorias, se pueden distin-guir una serie de asimetrías (polaridad)que pueden finalmente corresponderseo no con los futuros ejes corporales(Rossant, 2004).

El blastocisto de mamíferos presentaclaramente un eje entre la zona dondese encuentra la masa celular interna(MCI) y la zona opuesta sin MCI. A es-tas zonas del blastocisto se les denomi-na polo embrionario (Em) y polo abem-brionario (Ab) respectivamente y es cla-ramente el primer eje de polaridad em-brionaria que puede distinguirse clara-mente en el embrión de mamíferos(Gardner, 1997; Motosugi et al., 2005).Este eje divide a las células del trofoec-todermo en dos grupos, las cercanas ala MCI (trofoectodermo polar) y las ale-jadas de la misma (trofoectodermo mu-ral) que tendrán destinos diferentes en el




organismo. Algunos autores han anali-zando con más detalle la disposición dela MCI y han descrito que presenta yauna cierta asimetría que la hace aseme-jarse a un balón de fútbol americano(oval y aplanado). Aunque no existenpruebas concluyentes se ha establecidouna correlación entre esta asimetría dela masa celular interna con la formacióndel futuro eje antero-posterior en el em-brión. Esto se debe a que el eje alarga-do de la MCI coincide aproximadamen-te con el eje del cilindro embrionarioque se forma después de la implanta-ción y que es a su vez un antecedente

del futuro eje antero-posterior (Weberet al., 1999).

Además, con respecto a la disposi-ción de las células de la MCI, puedenidentificarse células más cercanas a lacavidad o blastocele y otras en contac-to o cercanas al trofoectodermo. Denuevo existen evidencias que esta dis-posición se corresponde con el futuroeje D-V, siendo las células que limitanla cavidad del blastocisto las futuras cé-lulas endodérmicas (ventrales) del em-brión (Weber et al., 1999). Por lo tanto,aunque la formación del eje antero pos-

terior (y el resto de los ejes embriona-rios) se produce por complejas interac-ciones celulares y moleculares despuésde la implantación parece que puedenser delineados retrospectivamente a lafase de blastocisto (Figura 3).

Una cuestión importante que puedeplantearse con respecto a esta polari-dad es si estos ejes observables en elblastocisto se producen de forma alea-toria con respecto a las células de lamórula o si por el contrario están pre-dispuestos desde etapas previas del

Figura 3. Representacióne imagen real equivalentede los ejes de polaridadque pueden identificarseclaramente en unblastocisto. Se indicatambién su posiblecorrespondencia con losfuturos ejes espaciales delorganismo definitivo.Esquema modificado deGilbert 2003.

desarrollo. Como se verá mas adelanteel eje Em-Ab puede verse reflejado enla estructura embrionaria e inclusopuede trazarse retrospectivamente alcigoto y el óvulo por lo que la polaridadembrionaria ha de ser analizada desdeetapas previas a la formación del blasto-cisto.

2b. Polaridad durante la segmentación

Aunque existen trabajos recientesque abogan por un destino azaroso delas blastómeras iniciales con respectoal blastocisto (Alarcón and Marikawa,2003) y por lo tanto que el embrión enfase de mórula no presenta ningunapolaridad (Tarkowski and Wrobleswka,1967; Motosugi et al., 2005), las evi-dencias que se acumulan a favor deuna predisposición inicial desde las pri-meras divisiones celulares son tan nu-merosas que actualmente no podemosnegar que los embriones de mamíferosantes de la formación del blastocistopresentan una cierta polaridad.

Las primeras aportaciones a este con-cepto se deben a observaciones pura-mente morfológicas que claramente in-

dican una regularidad en el proceso deformación y distribución de las cuatroprimeras blastómeras producidas du-rante el desarrollo y que no puede serjustificada por mero azar.

Esta disposición ortogonal con trescélulas en un plano y otra desplazadaha de ser explicada a su vez por unadisposición ordenada y secuencial delos planos de división celular que seproducen después de la fecundación(Edwards and Hansis, 2005). Estaorientación particular de los planos dedivisión y la colocación de las blastó-meras ha sido muy estudiada en em-briones de ratón y humanos (Gardner,2002). Estos planos de división se pro-ducen y definen con respecto a la posi-ción del corpúsculo polar (CP) y poranalogía con otros grupos de animalesse define a este eje entre el polo del ci-goto que posee el corpúsculo y elopuesto como el eje animal-vegetal (A-V) del embrión. Podemos por tantoasignar planos de división meridionalessi corresponden a una división quecoincide con este eje embrionario oplanos ecuatoriales si se dispone ensentido perpendicular.

Sistemáticamente la primera divisiónse produce de forma meridional y pro-duce dos blastómeras simétricas yequivalentes en su contenido de cito-plasma animal y vegetal. La segundadivisión se produce con el mismo ejeen una de las blastómeras (general-mente la primera que se divide) crean-do de nuevo dos células equivalentes encuanto a su contenido citoplasmáticoanimal-vegetal, pero la otra blastómerarealiza una división ecuatorial creandodos células, una con contenido citoplas-mático exclusivamente animal (célulasuperior) y otra con contenido exclusiva-mente vegetal (Figura 4). Esta disposi-ción ordenada es constante y esta pro-vocada por la orquestación de los planosde división en las primeras divisiones mi-tóticas (Gardner, 2002).

Después de estas tres divisiones, lascélulas siguen produciéndose de formaordenada y van disponiéndose en ca-pas internas y externas pero con proce-dencias distintas. Se acepta que las cé-lulas que se quedan situadas en la pe-riferia darán lugar al trofoectodermo,mientras que las que quedan en el in-terior darán lugar a la MCI (Piotrowska-

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Nitsche and Zernicka-Goetz 2005).Esta teoría denominada dentro-fuera hasido utilizada como modelo para expli-car la diferenciación de las células ha-cia blastocisto dependiendo de su posi-ción azarosa en la mórula sin interven-ción de la procedencia (la herencia) decada célula (Chroscicka et al., 2004; yver esquema A en la figura 5).

Este mecanismo de desarrollo ha sidocuestionado por trabajos en los que sepone de manifiesto que las células es-tán determinadas a formar las zonasdel blastocisto más por su origen segúnlas primeras divisiones que por su dis-posición azarosa en la blástula (Plusaet al., 2005). Las evidencias de esta se-gunda teoría denominada gobierno pordivisión se basan en los estudios de li-naje celular.

Figura 4. Secuencia de

divisiones que

sistemáticamente se llevan a

cabo para dar origen al embrión

de 4 células. La primera división

se produce según el eje

meridional (animal-vegetal) y

origina dos células

equivalentes. La segunda

división en una de estas

blastómeras sigue el mismo

patrón, pero en la otra el plano

de división es perpendicular

(ecuatorial), denotando un

comportamiento distinto y por

tanto una asimetría entre las

dos primeras blastómeras que

se producen en el desarrollo.

En la parte inferior se muestran

fotografías de nuestro

laboratorio con embriones

equivalentes a los mostrados

en los dibujos. Los esquemas

se basan en modelos similares

de Gilbert, 2003.

Figura 5. Representaciones esquemáticas de las posibles teorías sobre el origen de las células del blastocisto con respecto al embrión de dos células.

A: Modelo regulativo en el que la disposición final de las células no depende de su origen y por lo tanto se localizan en el blastocisto de una manera

aleatoria. B: Modelo totalmente determinado en el que existe una correlación entre las primeras blastómeras y el tipo celular que se formará en el

blastocisto. En esta ocasión se ha representado que la célula con división meridional dará origen a la MCI y la otra al trofoectodermo, aunque la

situación podría ser la contraria. C: Situación que engloba la mayoría de los casos en los que se ha marcado experimentalmente las células para

seguir su linaje. Como puede apreciarse (aunque se produce variabilidad) existe una tendencia clara a una disposición prefijada de los descendientes

de las blastómeras iniciales en el blastocisto (descrita en el texto), aunque esta disposición no se corresponde exactamente con ninguno de los ejes

descritos para el blastocisto.




Estos estudios consisten en analizarla posición final que ocuparan los des-cendientes de cada una de las célulasdel embrión inicial en el futuro blasto-cisto e incluso en el embrión post-im-plantatorio. Por razones lógicas de ex-perimentación los resultados que sedescriben a continuación correspondencasi exclusivamente a embriones de ra-tón pero podemos asumir que debido ala similitud de la segmentación sonaplicables también al desarrollo en hu-manos.

Como se ha dicho, la forma experi-mental de comprobar que existe undestino predefinido para las blastóme-ras ha sido mediante el marcaje celularcon sustancias vitales que no interfie-ren en el desarrollo y que pueden serseguidas a lo largo del desarrollo. Sehan utilizado colorantes vitales, marcasde aceite en las blastómeras, e inclusolos restos de la cola del espermatozoi-de (Davies and Gardner, 2002), paraseguir a lo largo del tiempo el destinode estas células.

Los análisis de marcaje siempre pre-sentan objeciones técnicas por el abor-daje experimental que conlleva, con ungran intervencionismo sobre el embrión(manipulación, introducción de sustan-cias extrañas, métodos de observacióndel marcaje como la fluorescencia, etc)y por lo tanto resultan controvertidos.Quizá debido a esto hay que mencionarque existen publicaciones recientesque abogan por un destino azaroso delas blastómeras (Hiiragi and Solter,2004; Gardner, 2006) sin relación algu-na con el eje animal-vegetal del óvulo oel futuro eje embrionario-abembriona-rio del blastocisto. Sin embargo, la ma-yoría de las evidencias muestran queaunque no hay un destino fijo de las cé-lulas en las etapas iniciales del desarro-llo, existe una tendencia clara a que losdescendientes de ciertas blastómerasocupen regiones determinadas delblastocisto (y por ende del embrión).

Esto significaría que existe una predis-posición o polaridad desde las etapasmás iniciales del desarrollo y el modelode mosaicismo tiene cada vez mas evi-dencias en embriones de mamíferos(Edwards and Hansis, 2005).El destino más sugerido por su correla-

ción ideal con la estructura del blasto-cisto es que las dos células con conte-nido animal y vegetal (segunda divisiónmeridional) darán lugar mayoritaria-mente a la MCI, la célula que se originaen el polo animal (célula superior en lasegunda división ecuatorial) tiende aformar la mayoría del trofoectodermo yla que mantiene únicamente citoplas-ma de origen vegetal contribuirá a la lí-nea germinal (Piotrowska et al., 2001;Piotrowska-Nitsche et al., 2005; y veresquema B en la figura 5). Sin embar-go, a pesar de esta tendencia, estosmismos estudios de linaje ponen demanifiesto que existe una contribuciónparcial de cualquier blastómera tanto ala MCI como al trofoectodermo y por lotanto son interpretados por muchos au-tores como una evidencia del modelo dedesarrollo regulativo, sin una predisposi-ción de las células durante la segmenta-ción.

La controversia sobre el destino de lasblastómeras iniciales en embriones demamíferos ha sido parcialmente zanja-da por los numerosos y elegantes estu-dios de linaje celular realizados princi-palmente por el grupo de Zernika-Goetzen Londres (para revisiones recientesvease Zernicka-Goetz 2002 y 2004). Ensus trabajos se muestra que la disposi-ción de las blastómeras condiciona eldestino final de las células, pero que larelación entre el eje animal-vegetal conel eje embrionario-abembrionario delblastocisto es más sutil de lo que sepensaba (Zernicka-Goetz, 2006). Estosestudios han sido capaces de estable-cer que tan pronto como en el estadiode dos células cada blastómera tieneuna contribución fijada al futuro blasto-cisto (Piotrowska et al., 2001).

Así, la blastómera que se divide meri-dionalmente va a dar lugar a la mayoríade la MCI y el trofoectodermo polarmientras que la otra (ecuatorial) va a darlugar al trofoectodermo mural y parte delas células de la MCI, especialmentegran parte de las que limitan la cavidaddel blastocisto (Esquema C en la figura5). Este mapa de destino explica ade-más porque algunos autores encuentrancélulas descendientes de las 2 o 4 pri-meras blastómeras en ambas estructu-ras (MCI y trofoectodermo). Por lo tantolos estudios de linaje presentan una evi-dencia muy clara a favor del modelo de

mosaico, estando determinadas las cé-lulas por su posición a contribuir a dis-tintas regiones del blastocisto posible-mente desde la primera división embrio-naria (Gardner, 2001).

2c. Polaridad en el cigoto y óvulo

Si desde la primera división mitóticalas células tienen un destino prefijadohay que plantear que el cigoto ha de te-ner ya un grado importante de polari-dad que facilite este comportamientosistemático de las blastómeras y queposiblemente haya heredado a su vezde algún tipo de asimetría en el óvulo(Piotrowska et al., 2001). Tanto en elóvulo como en el cigoto, la posición delcorpúsculo(s) polar(s) ya denota unapolaridad y como se ha mencionadodefine el eje animal-vegetal (Gardnerand Davies, 2006). Este eje coincide enla orientación del primer plano de divi-sión (Cooke et al., 2003) y finalmentecon el destino de las células en el blas-tocisto (Ciemerych et al., 2000). Enconfirmación de esta relación entre eleje animal-vegetal y el eje embrionario-abembrionario del blastocisto, hay quemencionar que la polaridad descrita enel blastocisto y la simetría en la MCIpuede ser predicha con anticipaciónpor la disposición del corpúsculo polar,ya que en ratones se ha realizado unseguimiento experimental del mismo ysu localización en la mayoría de los ca-sos sirve como marca en uno de los ex-tremos del disco de la MCI (Gardner,1997; Ciemerych et al., 2000).

Como ya se ha mencionado en la in-troducción, se considera que los mamí-feros no dependen de componentes ci-toplasmáticos y por lo tanto que el óvu-lo y el cigoto son homogéneos. Sin em-bargo, es evidente que deben existir di-ferencias en la membrana plasmática(MP) del óvulo ya que en condicionesfisiológicas el espermatozoide no pue-de penetrar en las cercanías del cor-púsculo polar. Se ha comprobado quela zona de MP presenta zonas con unacomposición lipídica que impide losdesplazamientos y que se denominanislas de rigidez y que los espermatozoi-des serian incapaces de utilizar comopunto de entrada (Evans et al., 2000;Johnson, 2001).

Otra característica del óvulo y final-




mente del cigoto es que la disposiciónde la placa metafísica y la extrusión delos corpúsculos polares se realiza sis-temáticamente en las cercanías de es-tas islas de rigidez y esta circunstan-cia implica que han de existir corrien-tes corticales y entramados de micro-túbulos espacialmente dispuestospara que la localización del primer ysegundo corpúsculo sea la correcta(Gardner and Davies, 2006). Finalmenteotros componentes del óvulo como lasmitocondrias e incluso la actividad me-tabólica podrían también presentar dife-

rencias (Van Berklon, 2004)

Por lo tanto, aunque no es observa-ble en el interior del gameto y del ci-goto, ha de existir una polaridad es-tructural con respecto al futuro ejeanimal-vegetal. Por ultimo, llevando lasituación al extremo de que la locali-zación del corpúsculo polar viene de-terminada por los movimientos que elnúcleo realiza en la fase de vesículagerminal (Albertini and Barrett, 2004)y que posiblemente estén relaciona-

dos con la maduración ovocitaria y conlas interacciones entre el ovocito y lascélulas foliculares del ovario (Cecconiet al., 2004). La presencia de célulasque se mantienen más fuertementeunidas al polo vegetal después de ladecumulación podría implicar tambiénuna relación entre la polaridad ovoci-taria y el proceso de maduración en elovario (observaciones propias sin pu-blicar) (Figura 6).

3. Mecanismos que establecen la polaridad inicial

Con todo lo descrito anteriormente,puede decirse que existe una polari-dad embrionaria durante las primerasfases del desarrollo de los mamíferos yque esta polaridad puede tener algu-nos signos ya en el óvulo antes delproceso de fecundación. Esta polari-dad queda confirmada y definida des-pués de la primera división mitóticacuando se forman las dos primeras cé-lulas, ya que las mismas van a tenerdestinos diferentes (Plusa et al., 2005).Debe existir algún tipo de condiciona-miento que origine esta diferencia decomportamiento entre una célula y otray, por lo tanto, un mecanismo que inicie la polaridad.Las asimetrías que se han descrito

en el óvulo con respecto al CP posible-mente no justifiquen una asimetría enel comportamiento de las células hijaspues como se ha mencionado el pri-mer plano de división coincide con eleje animal-vegetal y por lo tanto, otrosmecanismos están siendo evaluadosactualmente (Gray et al., 2004).

Un mecanismo generalmente esta-blecido en otros animales para definirla polaridad es la presencia en gra-dientes de genes o factores materna-les en el huevo. Aunque el número degenes maternales que se descubrenen los mamíferos esta creciendo rápi-

Figura 6. A: Ilustración del polo animal-vegetal de un ovocito humano. B: Fotografías de un ovocito en metafase II que mantiene célulasfoliculares adheridas en su polo vegetal y de un ovocito en el momento de realizar ICSI. Esquema modificado de Gilbert, 2003




damente (Antczak and Van Blerkom,1997; Tong et al., 2002; Wallingfordand Habas, 2005), las evidencias deuna distribución desigual entre lasblastómeras hijas son muy vagas(Torres-Padilla et al., 2006).Solamente un trabajo muy reciente yque necesita ser confirmado implica alfactor maternal Cdx2 como responsa-ble de la polaridad inicial del embrión(Deb et al., 2006).

Este factor está presente en el ovo-cito y según los autores se reparte demanera desigual entre las dos blastó-meras que se generan a partir del ci-goto. En última instancia esta molé-cula por mecanismos no descritos enel trabajo, sería la responsable deque la segunda división celular nosea equivalente y se genere la asime-tría descrita previamente. La posibili-dad de que exista un gen maternal enmamíferos con un gradiente en elóvulo y que es trasladado a la pri-mera división mitótica supondríauna interesante conservación delos mecanismos de polaridad em-brionaria a lo largo de la evolu-ción e implicaría que las blastó-meras iniciales no son equivalen-tes en contenido citoplasmático.

La otra posibilidad que parece vatomando importancia como iniciode la polaridad es que sea unaconsecuencia directa del procesode fecundación. La hipótesis con-siste en que la polaridad embriona-ria se establece por el sitio de en-trada del espermatozoide en elóvulo (Piotrowska et al., 2002).Como base experimental a esta te-oría, se ha comprobado que el lu-gar de entrada del espermatozoidemarca, junto con el corpúsculo po-lar, la orientación del plano de lasprimeras divisiones (Bennett,1982; Piotrowska and Zernicka-Goetz, 2001). Además, la célulaque hereda el sitio de entrada delespermatozoide (SEP) distinguiblepor la presencia del llamado conode fertilización, tiene tendencia aser la primera que se divide en lasegunda división embrionaria(Gardner, 2001; Piotrowska and

Zernicka-Goetz, 2001). De hechoes conocido desde hace tiempoque la inyección de compuestos or-gánicos y otros materiales supues-tamente inertes en oocitos y cigo-tos de ratón afecta a la división ce-lular, generalmente acelerándola(Dyce et al., 1978). Por último,existen también evidencias que elSEP marca el borde entre la zonaembrionaria y abembrionaria delblastocisto (Zernika, 2002) y que lablastómera que mantiene los restosdel espermatozoide sistemática-mente termina formando parte dela MCI (Plusa et al., 2002).

Aunque la relación entre fecun-dación y polaridad es aún especu-lativa y esta en fase de comproba-ción experimental cabría mencio-nar que de nuevo sería un meca-nismo de desarrollo conservado alo largo de la evolución. De hecho,en organismos tan diversos comoel gusano C. elegans o los embrio-nes de anfibios, la polaridad inicialen el huevo es recolocada median-te mecanismos de desplazamientocitoplasmático con respecto alpunto de entrada del espermato-zoide (Gerhart, 1991).

4. Significado de la polaridad em-brionaria

Según todo lo expuesto anterior-mente existe una clara no-equiva-lencia al menos en el destino de lascélulas desde la primera divisiónmitótica.

Este hecho parece estar en contrade la gran capacidad regulativaque se ha descrito en los embrio-nes de mamíferos (McLaren, 1976;Papaioannou and Ebert, 1986).Son muchos los estudios ya clási-cos que indican que la eliminacióny/o sustitución de blastómeras enla etapas iniciales del desarrollotiene escasas consecuencias en eldesarrollo embrionario y que el em-brión es capaz de regular la perdi-da o sustitución de esta célula me-diante robustos mecanismos dedesarrollo que aun están por acla-rar (Johnson et al., 2006).

Sin embargo, experimentos recien-tes que reevalúan la capacidad re-gulativa del embrión y la equivalen-cia de las blastómeras ponen argu-mentos a favor de la existencia deuna polaridad embrionaria desdelas fases iniciales del desarrollo(Zernicka-Goetz, 2006). Quimerasrealizadas con células equivalentesen la localización dentro del em-brión tienen un alto grado de su-pervivencia e implantación embrio-naria, mientras que si se sustituyenblastómeras no correspondientes(por ejemplo una célula destinadaa formar trofoectodermo por unablastómera que dará la MCI, el re-sultado es que aunque el embrióncompleta la blastulación y un nú-mero pueden llegar a implantarse ynacer, la proporción de embrionesque fracasan es mayoritaria(Tarkowski et al., 2001; Zernicka-Goetz, 2002). Por motivos obvios, es-tos experimentos, al igual que los demarcaje que abogan a la polaridadembrionaria, no han podido ser corro-borados en humanos.

Hay que mencionar los experi-mentos clásicos realizados en an-fibios y otros grupos animalesque ponen de manifiesto la capa-cidad de compensar el desarrolloque tienen estos embriones a pe-sar de su clara polaridad previa alproceso de fecundación (Vincentand Gerhart, 1987; Bowerman yShelton, 1999). De igual manerapodría ser que los embriones demamíferos posean una alta capa-cidad regulativa y que las diferen-cias en polaridad establecidas en lasetapas iniciales pueden ser subsana-das si se interfiere el desarrollo me-diante manipulación.

Por lo tanto, el escenario que se pre-senta es que existe un patrón en granmedida constante de destino paralas blastómeras del embrión de ma-mífero y que se corresponde en eta-pas más avanzadas del desarrollo (eincluso en el organismo definitivo)con los ejes de polaridad (Zernicka-Goetz, 2002; Edwards and Hansis,




2005). Sin embargo durante el des-arrollo también existe una cierta plas-ticidad y el mosaicismo no es taninvariable como se ha descrito enotros organismos ya que las célu-las pueden reestablecer un ordencuando son alteradas de formanatural (gemelación por ejemplo)o artificial y por lo tanto se man-tienen pluripotentes (Zernicka-Goetz, 2006; Stern, 2006).

5. Implicación en reproducciónasistida e investigación

La polaridad embrionaria y ovo-citaria y los mecanismos que es-tablecen la misma han de ser te-nidos en cuenta a la hora de rea-lizar las técnicas de manipulaciónembrionaria en reproducciónasistida. Sin ser el tema de estetrabajo, no es difícil imaginar quede confirmarse esta nueva visiónpolarizada del ovocito y el em-brión en las fases iniciales deldesarrollo muchos procesos quese realizan en el laboratorio deembriología podrían ser más rele-vantes para el desarrollo de loque se pensaba en un principio.Entre estos procesos destacaría-mos el sitio de microinyección es-permática (ICSI) (Figura 6) y laextracción de blastómeras para larealización del diagnostico genéticopreimplantacional (DGP), ya que po-drían tener unas implicaciones clíni-cas mayores de lo que se había pen-sado hasta ahora dependiendo dela(s) célula(s) elegida(s) para ser ex-traídas del embrión.

Además, nuevos factores predicti-vos del éxito del proceso de FIV po-drían incorporarse al estudio del cigo-to y de los embriones, como porejemplo la morfología y viabilidad deciertas blastómeras según su posi-ción, la orientación y velocidad de lasdivisiones celulares según se ajustena los modelos descritos, o la defini-ción del eje embrionario-abembriona-rio en el blastocisto.Por último, as-pectos relacionados con la investiga-ción biomédica como la obtención de

células madre de embriones no via-bles tanto a partir de la MCI(Matalipova et al., 2003) como deembriones en fase de mórula(Strelchenko et al., 2004), la clona-ción terapéutica o la transferencia decitoplasma han de considerar igual-mente la posibilidad de que los ovo-citos y embriones de mamíferos pre-sentan una polaridad y que no todaslas regiones del citoplasma o no to-das las blastómeras de un embriónsean equivalentes.

6. Consideraciones finales

Existen evidencias cada vez más fir-mes de que el embrión desde su ini-cio tiene una polaridad que se reflejaen el patrón de formación de célulasen cada fase consecutiva del des-arrollo, de tal forma que blastómerasparticulares producen siempre losmismos tipos celulares.

Nosotros pensamos que este meca-nismo predeterminado se ha estable-cido entre otros posibles patrones dedesarrollo que resultaron ser menoseficaces aunque viables (situaciónque explica la plasticidad embriona-ria) y el embrión ha ido utilizando laspistas que han sido útiles para con-servar este patrón, como es la locali-zación del corpúsculo polar o el sitiode entrada del esperma.

Dicho de otro modo, es lógico pen-sar que un mecanismo de formaciónembrionaria si es efectivo se va ir re-pitiendo durante el desarrollo casicon precisión de relojería (y no de for-ma azarosa) y quedará prefijado me-diante pistas en las células que lo ori-ginan. Cualquier desviación de estemecanismo, sea natural o artificial,podría ser compensado de forma aundesconocida por el embrión, pero aunesta por conocerse las consecuenciasen la implantación y naturaleza de losembriones conseguidos.

Hay que aclarar que aunque enesta trabajo se ha enfatizado sobrelas evidencias de la hipótesis de ladeterminación y la polaridad inicial,

ambas hipótesis (mosaicismo y regu-lación) no han se ser completamenteexcluyentes y los nuevos datos quese van adquiriendo tienden hacia unareconciliación de ambas posibilida-des. Sí que hay que destacar que enrealidad los mamíferos y más concre-tamente los humanos, no somos tandiferentes a la hora de utilizar meca-nismos para el desarrollo y pareceque las mismas señales (genes ma-ternales, espermatozoide, planos dedivisión, etc.) van siendo reutilizadoscon variaciones a lo largo del desarro-llo en todos grupos animales.

Finalmente, las implicaciones deque muy posiblemente nuestro desti-no esta marcado desde el primer díade desarrollo están aun por determi-nar.

Agradecimientos

Agradecemos el apoyo prestado porlos miembros de IERA para la realiza-ción de este trabajo.

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POLARIDAD DURANTE EL DESARROLLO EMBRIONARIO INICIAL

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