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Dr. Gonzalo de Toro C

Dialogos morfofuncionales I

Abril 2013

EMBRIOLOGIA

LOS PATRONES DE FORMACION DEL EMBRION

El desarrollo es la formacin de las clulas especializadas, tejidos y

rganos a partir de una simple clula, el cigoto. Durante el desarrollo, las

clulas se diferencian para producir una clulas con una funcin determinada.

La diferenciacin es la variacin en el patrn de expresin de un set

comn de genes para formar clulas con diversas morfologas y

funcionalidades.

La determinacines la decisin de una clula de sufrir la diferenciacin.

Es un proceso irreversible, pero que no esta acompaados de cambio

morfolgicos.

Los determinantes son las molculas citoplasmticas efectoras que

median la determinacin.

La induccin es la estimulacin de una clula para diferenciarse en

respuesta a un estimulo producido por otra clula. Esto es mediado por

substancias inductoras que se difunden de una clula a otra. Esto resulta en la

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determinacin celular. Una vez que las clulas estn determinadas no

responden a ninguna otra molcula inductora.

Experimentos de transplante de embriones han demostrado que el

proceso de induccin y determinacin es muy importante.

El diagrama ilustra como el trasplante de una parte de la estria primitiva

al nodo primitivo y viceversa resulta en la formacin de un mesodermo dorsal y

ventral en sitios anormales. Esto llevo a la conclusin, que la estria primitiva es

la que induce la formacin del mesodermo ventral, y el nodo primitivo es el que

induce la formacin de un mesodermo dorsal. Los experimentos posteriores

llevaron al descubrimiento que BMP-4 (la protena morfogenetica de los

huesos-4) y activina, son las molculas involucradas en este proceso de

induccin.

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Existen 3 clases de molculas que son importantes en el desarrollo. Estas son:

a) Factores de trascripcin.

b) Molculas de seales.

c) Molculas de adhesin.

Los factores de trascripcinson molculas que:

a) Actan en las clulas que los producen.

b) Se unen al DNA y controlan la trascripcin de otros genes dentro de la

clula.

c) Inician patrones de expresin gnica.

Algunos ejemplos de factores de trascripcin son:

1. Los genes homeodominios o genes Hox.

2. Las molculas de dedos de Zinc. Que son factores de trascripcin

que se unen a esteroides.

3. Las protenas bsicas helix-loop-helix: como el factor regulador

miogenico.

4. Molculas Winged-helix: Como el factor nuclear de hepatocitos-3.

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Lasmolculas de seales son molculas que:

a) Ejercen su efecto sobre otras clulas.

b) Median algunas de las interacciones ms importantes como por ejemplo

la induccin.

c) Se unen a receptores de transmembrana.

d) En su mayora son factores de crecimiento.

Ejemplos son:

1. El factor de crecimiento transformante Beta (TGF-B): que activa a los

genes Hox posteriores.

2. El factor de crecimiento fibroblasto (FGF): que activan los genes Hox

anteriores.

3. El factor de crecimiento nervioso (NGF): que estimula el crecimiento de

nervios.

4. Las protenas HEDGEHOG: que media las interacciones inductivas

tempranas.

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Lasmolculas de adhesin son:

a) Responsables de la agregacin y movimientos celulares.

b) Algunas molculas son dependientes de calcio como por ejemplo

caderinas.

c) Algunas molculas son independientes de calcio (CAM). Un ejemplo de

las funciones de las CAMs en el desarrollo es la induccin del

neuroectodermo y de la piel, debido a la expresin diferencial de N-CAM

y L-CAM.

TEORIA DEL CAMPO DE DESARROLLO

Un campo de desarrollo en un grupo de clulas que se diferencian de

una manera coordinada. La blastogenesis incluye los cambios del desarrollo

que ocurren desde la formacin del cigoto a la gastrula en la tercera

semana. Durante la blastogenesis todo el embrin es el campo primario.

Inicialmente los blastomeros son totpotentes, lo que significa que pueden

diferenciarse en cualquier tipo celular del cuerpo. Si se de manera fortuita o

artificialmente se logra la separacin del embrin bilaminar en dos, estos

grupos celulares originaran gemelos idnticos.

El patrn de formacin es el proceso de induccin que lleva a la

formacin de un numero de clulas progenitoras, cada una de las cuales

esta determinada a diferenciarse en un grupo especifico de clulas. Lo que

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involucra que las clulas se vuelven pluripotentes, en donde aunque han

perdido algunas de sus potencialidades, todava pueden diferenciarse en

una variedad restringida de clulas.

La morfognesis es el proceso por el cual los campos progenitores se

vuelven secundarios o campos epimorficos, a partir de los cuales los

primordios u rganos rudimentarios se forman en el futuro. Este es el

proceso de organogenesis.

Los tres principales patrones de formacin que se originan durante la

blastogenesis son:

a) El establecimiento del eje corporal

b) La formacin del mesodermo dorsal y ventral.

c) La segmentacin

Cada uno de estos procesos es controlado por una cascada de genes.

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ESTABLECIMIENTO DEL EJE CORPORAL Y FORMACION DEL

MESODERMO

La zona marginal posterior (el polo caudal del disco embrionario) secreta

activina, una molcula de seales que pertenece a la familia del TGF-B. Ella

induce la formacin de la estra primitiva, la cual a su vez induce la

formacin de un eje crneo caudal.

La determinacin del mesodermo dorsal y ventral depende de BMP-4 y

del FGF (factor del crecimiento de fibroblastos), las cuales son inicialmente

expresados en todo el embrin e inducen la formacin del mesodermo

ventral, lo cual posteriormente origina un mesodermo intermedio y a una

placa lateral del mesodermo. Posteriormente, la expresin de varios

factores de trascripcin inhibe a BMP-4 (entonces se inhibe la formacin del

mesodermo ventral), lo que permite la diferenciacin del mesodermo dorsal,

el cual a su vez lleva la formacin de la notocorda y del mesodermo

paraaxial.

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ORGANIZACIN GENETICA DE LA ESTRIA PRIMITIVA

Este diagrama muestra como las molculas de seales que son

liberadas por la estria primitiva y el nodo primitivo, determinan la formacin

de otras estructuras.

GENES HOMEOTICOS Y LA SEGMENTACION

Los genes homeoticos son genes que controlan el desarrollo y la

organizacin segmentara de las estructuras corporales.

Ellos son genes caracterizados por:

a) Consistir de 180 pares de bases produciendo una protena de 60

aminoacidos.

b) Codifican un homeodominio, que es un segmento capaz de unirse al

DNA.

c) Actan como factores de trascripcin.

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d) Tienen una region homeobox, que es una secuencia de ADN muy

conservada en la evolucin y que es muy parecida entre diferentes

organismos.

e) Se originan de un gen ancestral comn mediante duplicacin en tandem.

Los clusters de genes homeoticos

Los genes homeobox estn reunidos en clusters. Existen 4 clusters

homeoticos denominados A, B, C y D, los cuales se sitan en un

cromosoma diferente. Cada cluster homeotico consiste de 13 genes

homeoticos numerados secuencialmente del 1 al 13.

Los 4 genes que comparten un numero, pero se ubican en diferentes

clusters forman un grupo parologo. Entonces hay 13 grupos parologos

como se ilustra en el diagrama.

Los genes homeobox son responsables del patrn a lo largo del eje

antero-posterior. Estos genes son expresados secuencialmente

comenzando con el grupo parologo 1, el cual especifica las estructuras ms

craneales, hasta el grupo parologo 13, el cual especifica las mas caudales.

Entonces este proceso es el responsable de una secuencia crneo-

caudal de desarrollo, donde los segmentos mas craneales se desarrollan

antes que las estructuras que estn localizadas mas caudal. De esa forma

los brazos se desarrollan antes que las piernas.

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ESTABLECIMIENTO DE LA SIMETRA DERECHA E IZQUIERDA

La molcula de seales mas conocidas como Sonic hedgehog (Shh)es

inicialmente expresada uniformemente a traves del embrin. Ella estimula la

expresin de factores de crecimiento llamados nodaly lefty. Activina que

es expresada de manera unilateral sobre el lado derecho, inhibe la

expresin de Shh. Entonces nodal esta expresada solamente en el lado

izquierdo y esto produce la asimetra del desarrollo. Hay otros genes que

tambin son expresados de manera unilateral. Estos incluye los genes del

situs inversus y lo genes de la dineina izquierda-derecha.