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Tema 6.- Principios bsicos del desarrollo. Dife-renciacin celular. Induccin. Campos morfo-genticos.
n etapas incipientes
del desarrollo (seg-
mentacin), cuando el
nmero de blastme-ras aumenta rpidamente,
todas las clulas son morfo-
lgicamente idnticas, y su
actividad metablica se ca-
racteriza por la sntesis pro-
teica y respiracin necesaria
para la multiplicacin celular.
E Objetivos:
Establecer los conceptos de dife-renciacin y de potencia como unade las bases del desarrollo embrio-nario.
Comprender las consecuencias de laregulacin embrionaria.
Conocer los conceptos de induccin yorganizador.
Comprender las bases de la informa-cin posicional el desarrollo embrio-nario.
Durante la formacin de
las hojas germinales (gastru-
lacin), las clulas pierden
semejanzas, y los grupos declulas adquieren funciones y
caracteres morfolgicos nue-
vos y especficos.
El trmino diferenciacin nos indica que una clula adquiere nuevas pro-
piedades morfolgicas y funcionales que la hacen diferente de las dems.
Diferenciacin
Es un proceso complejo por el que una clula o lnea celular cambia su
forma, su estructura y su funcin y orienta sus actividades en direcciones
concretas, a expensas de no llegar a expresar las dems posibilidades.
Desde el punto de vista molecular la diferenciacin consiste bsicamente
en que los constituyentes proteicos de las clulas diferenciadas difieren res-
pecto de los de las clulas de procedencia, por lo que puede concluirse que
la diferenciacin slo es el resultado unamodulacin de la expresin de los
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Apuntes de EMBRIOLOGA VETERINARIA
genes. La diferenciacin es el resultado de la expresin de unos genes con-cretos, mientras que otros son reprimidos; por lo que antes que podamos
apreciar una diferenciacin, existe una fase previa en la que se ponen en
marcha los factores que determinan la expresin de los genes, desde la
transcripcin del ADN, hasta la formacin final de las protenas; en esta fase
previa, an cuando la diferenciacin no es evidente, la clula ya ha escogi-
do seguir un camino determinado (determinacin).
A este respecto tambin se conoce la existencia de genes maestros que
actuaran a manera de llave, determinando la activacin/represin de otras
cadenas de genes que llevan a la formacin partes corporales. Su conoci-
miento esta bien fundamentado en invertebrados, pero genes anlogos pare-cen existir en los mamferos superiores incluido el hombre. A este respecto
podemos considerar la existencia de:
Genes maternos.- Son los responsables de definir los ejes fundamentales
de la formacin del cuerpo embrionario: craneal-caudal y dorsal-ventral.
Crean gradientes de ARNm y de protenas que se distribuyen anisotropica-
mente en las clulas hijas y que tendrn un papel importante en la activacin
de los genes de la segmentacin.
Genes de la segmentacin.- Son determinantes en la formacin del plan
corporal y en concretar la identidad de los segmentos corporales.
Genes hometicos (genes hox).- Los genes HOX actan en el control
maestro del desarrollo de los organismos multicelulares. Codifican factores
de transcripcin que activan cascadas de genes que regulan procesos como
la formacin de los ejes del embrin y la segmentacin. Un grupo importan-
te de estos genes centran su accin en especificar las estructuras que se han
de diferenciar en los sucesivos segmentos de craneal a caudal.
Las clulas embrionarias pierden pronto su totipotencia durante el desa-
rrollo; el momento en que esto ocurre depende de la especie y del tipo de
clula. En los mamferos, las primeras diferencias entre tipos celulares apa-
recen al final del estadio de mrula, cuando una capa de clulas (futuro tro-
foblasto) se dispone en superficie rodeando a otras ms profundas (ncleoembrionario). Sin embargo, se ha demostrado que en esta fase si se cambia
la posicin de alguna de los blastmeros, se desarrollar de acuerdo con su
nueva posicin. En otras palabras, todas las blastmeros son totipotenciales
durante los primeros estadios de la divisin del cigoto en los mamferos
(clulas madre troncales).Poco despus de la formacin de la blstula, las clulas de la masa celu-
lar interna son capaces de formar trofoblasto si se les cambia de sitio, pero
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las clulas del trofoblasto sonincapaces seguir el camino de
las clulas del ncleo em-
brionario. La perdida de po-
tencialidades contina con-
forme prosigue el desarrollo
de tal manera que en la gs-
trula la potencia formativa se
restringe en funcin de la
hoja germinativa en la que las
clulas quedan dispuestas
(clulas madre pluripoten-ciales).
El anlisis experimental ha
demostrado que desde el
momento de la formacin de
las tres hojas germinales las
clulas tienen potencialidades
prospectivas (de futuro) dife-
rentes; poco despus de la
gastrulacin se establecen las
primeras lneas celulares es-
pecficas de los distintos teji-
dos (clulas madre de teji-
dos: msculo, hemticas,
nerviosas, etc.).
Placas olfatoriasCerebro
anterior
Cerebro
medio
Cerebro
posterior
Mdula
Ojo Ojo
Cristalino
Odo
Ectodermo
cutneo
Ectodermo
cutneo
Cresta
Somitas
Nefronas
Figura 2.- Mapa de los territorios presuntivos delepiblasto del embrin de pollo en la etapa de lneaprimitiva
Territor io presuntivo
Este concepto se describe en la blstula o gstrula joven. Mediante colo-rantes vitales es posible seguir el destino de las clulas de la blstula, lle-
gando a saber qu hoja germinativa u rgano se formara a partir de un gru-
po de clulas determinado. As es posible delimitar en la blstula o gstrula
joven los territorios presuntivos a partir de los cuales se formaran las hojas
germinativas y rganos del embrin.
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Los territorios presuntivos no son visibles ni morfolgicamente ni histo-lgicamente, pero la diferenciacin existe a nivel metablico (determina-
cin).
En un modelo de blstula el conjunto de los territorios presuntivos forma-
ra un mosaico, que es lo que se conoce como mapa de territorios presunti-
vos.
Duplicacionesembrionarias
Hay especies cu-
yos huevos estn
determinados desde
fases muy tempra-
nas: En anfibios
desde la primera
segmentacin, cada
blastmero esta
determinado y si se
separan forman me-
dio embrin. Estoshuevos "en mosai-
co" contrastan con
otros que poseen la
capacidad de "regu-
lacin". Desde el
siglo pasado se co-
noce que cogiendo
embriones de 2-8
clulas de erizo de
mar y agitndolos
en un frasco hastaconseguir la separa-
cin de los blast-
meros, las que so-
breviven al trauma,
de modo inesperado
dan lugar a nuevas
larvas. Estos hechos
A
BC
Figura 1.- Modos de gemelos monocigticos. A) Uncigoto en segmentacin puede dividirse en dos,permitiendo que se desarrollen dos embrionescompletamente separados; B) El ncleo embrionariose divide en dos masas separadas dentro de la mismacubierta de trofoblasto; este es el modo ms comn degemelos humanos; C) Si el ncleo embrionario no llegaa dividirse totalmente puede dar lugar a gemelosunidos.
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se han demostrado tambin en los mamferos hasta el punto que la separa-cin microquirrgica de los blastmeros es una tcnica que se utiliza para
aumentar el nmero de descendientes de reproductores seleccionados, al
mismo tiempo que explica la presentacin tanto experimental como espon-
tnea duplicaciones embrionarias a partir de un nico cigoto. La capacidad
de regulacin de los huevos tambin explica lasquimeras, que en embrio-loga se aplica a individuos que tiene poblaciones celulares con cariotipos
distintos por proceder de ms de distintos cigotos.
A este respecto podemos definir como gemelos a los individuos que na-
cen en una misma gestacin, en aquellas especies en las que el parto produ-ce habitualmente un solo individuo. Podemos distinguir distintas posibilida-
des:
Gemelos libres (separados):
Simtricos dicigticos: Derivan de cigotos distintos y tienen un desarro-llo independiente con membranas placentarias propias. En ocasiones puede
existir fusin de vasos de ambas placentas que en el vacuno en gemelos de
distinto sexo produce el sndrome de Freemartin.
Simtricos monocigticos: Se trata de gemelos idnticos por proceder deun mismo cigoto. Con frecuencia la separacin de blastmeros tiene lugar
durante la blastulacin o gastrulacin. En este ltimo caso es frecuente que
compartan las membranas placentarias.
Asimtricos (dicigticos o monocigticos): Uno de los gemelos es nor-mal y el otro rudimentario. El gemelo rudimentario se ha denominado de
varias formas (feto amorfo, anidiano, acrdico, acfalo) y suele estar unido a
las membranas fetales del gemelo normal aunque dentro de amnios propio.
Gemelos unidos:Proceden siempre de un mismo cigoto (monocigticos). Podemos distin-
guir dos casos:
Gemelos unidos simtricos:Se denominan diplopagos (siameses) y se cla-
sifican segn el punto de unin: cefalopagos (cabeza), toracopagos (trax),
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abdominopagos (abdomen), pigopagos (coxis), etc.).Tambin es posible queen vez de todo el cuerpo se dupliquen partes concretas: dicfalo, tetrabra-
quio, etc.
Gemelos unidos asimtricos: Se denominan heteropagos. Uno de los ge-
melos es completo (autsito), en tanto que el otro es deforme y dependiente
(parasito). Una forma frecuente es el notomelo que un autsito con un para-
sito que aporta extremidades supernumerarias en el dorso.
Induccin
En ocasiones las clulas se diferencian sin necesidad de ningn estmulo
externo (autodiferenciacin), pero esto ocurre sobre todo en los huevos de
invertebrados con gran anisotropa de su citoplasma, en los que las clulas
hijas reciben constituyentes concretos que condicionan su consiguiente dife-
renciacin.
En la mayor parte de los casos las clulas se diferencian como resultado
de interacciones con otras poblaciones celulares vecinas. Esta diferenciacin
dependiente es lo que se denomina induccin. Un grupo de clulas (induc-
tor) influye sobre otras y las obliga a diferenciarse en un sentido determina-
do (induccin primaria). La poblacin que ha sido diferenciada puede actuar
como inductor que influye sobre una tercera poblacin celular, haciendo que
esta se diferencie a su vez (induccin secundaria), y as sucesivamente. Las
sucesivas estructuras que se van formando actan como nuevos inductores
que determinan a su vez nuevas diferenciaciones; as existe una cadena de
inductores donde habran inductores primarios, secundarios, terciarios, etc..
La lnea y nudo primitivo constituyen en los vertebrados las primeras es-
tructuras que inducen la formacin del eje y simetra corporal. Estas estruc-
turas se conocen como Organizador: son absolutamente imprescindiblespara organizar la aparicin del embrin. El organizador acta como un cen-
tro deinduccin primario.
En este sentido, los recientes avances en el conocimiento de la biologa
molecular estn concretando que la mayor parte de las inducciones son la
expresin de la accin de seales celulares paracrinas (molculas que actan
a corta distancia y alcanzan por difusin su objetivo por difusin).
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Principios del desarrollo
Actualmente se conocen muchas molculas que actan como seales ce-lulares y que de una forma muy amplia pueden agruparse en cuatro familias
Hedgehog (Hh); Wingless (Wnt); fibroblast growth factors (Fgf); transfor-
ming growth factors (Tgf-).
Para que estas seales celulares sean eficaces las clulas diana tienen que
ser competentes, es decir, tienen que expresar los receptores adecuadospara recibir e interpretar esas seales. A este respecto conviene puntualizar
que una misma seal (induccin) provoca respuestas diferentes dependiendo
del momento y poblacin celular sobre las que acta; lo que sin duda de-
pende del tipo de receptor expresan las clulas diana en ese momento con-
creto.
Tubo neural
inducido
Tubo neural
normalInjerto del
nudo
AC
D
B
Tubo neuralnormal
Tubo neural
inducido
Notocorda
normalNotocorda y
mesodermo
injertados
Figura 3.-Experiencia en embriones de pollo donde sedemuestra la importancia del nudo primitivo y lnea primitiva
(organizadores).
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Apuntes de EMBRIOLOGA VETERINARIA
Campos morfogenticos
Otro de los aspectos a considerar sera la existencia de patrones de desa-
rrollo, en virtud de los cuales las clulas se agrupan de una forma ordenada
en el espacio, con el fin de establecer con sus vecinas las relaciones mas
apropiadas para que todas ellas puedan diferenciarse siguiendo un plan de
organizacin que hace que cada rgano ocupe la posicin que le correspon-
de. Esto implica la necesidad de que cada clula conozca la posicin que
ocupa en un determinado momento (informacin posicional) y acte en con-
secuencia.
Este conocimiento posicional se puede deber a la existencia de un induc-tor cuya concentracin decrece paulatinamente y de forma gradual conforme
nos alejamos de su centro de produccin (gradiente morfgeno). Una de las
sustancias mejor conocidas es el cido retinico, el cual esta implicado en la
diferenciacin de numerosas estructuras de los miembros y tronco, actuando
segn gradientes morfogenticos.
A este respecto tambin cabe recordar la existencia de genes maestros
que actuaran a manera de llave, determinando el inicio de la formacin de
las distintas partes corporales. Su conocimiento esta bien fundamentado en
invertebrados, pero genes anlogos parecen existir en los mamferos supe-
riores incluido el hombre. A este respecto podemos considerar la existencia
de:Genes maternos.- Son los responsables de definir los ejes fundamentales
de la formacin del cuerpo embrionario: craneal-caudal y dorsal-ventral.
Crean gradientes de ARNm y de protenas que se distribuyen anisotropica-
mente en las clulas hijas y que tendrn un papel importante en la activacin
de los genes de la segmentacin.
Genes de la segmentacin.- Son determinantes en la formacin del plan
corporal y en concretar la identidad de los segmentos corporales.
Genes hometicos (genes hox).- Establecen con precisin las estructuras
que se formaran en cada segmento especfico.
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