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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.