Diferenciación regional

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En el campo de la biología del desarrollo , la diferenciación regional es el proceso mediante el cual se identifican diferentes áreas en el desarrollo del embrión temprano . ^[1] El proceso por el cual las células se especifican difiere entre organismos .

En términos de compromiso de desarrollo, una célula puede ser especificada o determinada. La especificación es la primera etapa de la diferenciación. ^[2] Una célula que es especificada puede tener su compromiso revertido mientras que el estado determinado es irreversible. ^[3] Hay dos tipos principales de especificación: autónoma y condicional. Una célula especificada autónomamente se desarrollará hacia un destino específico basado en determinantes citoplasmáticos sin tener en cuenta el entorno en el que se encuentra la célula. Una célula especificada condicionalmente se desarrollará hacia un destino específico basado en otras células circundantes o gradientes de morfógenos . Otro tipo de especificación es la especificación sincitial , característica de la mayoría de las clases de insectos . ^[2]

La especificación en los erizos de mar utiliza mecanismos tanto autónomos como condicionales para determinar el eje anterior/posterior. El eje anterior/posterior se encuentra a lo largo del eje animal/vegetal establecido durante la división . Los micrómeros inducen al tejido cercano a convertirse en endodermo mientras que las células animales se especifican para convertirse en ectodermo . Las células animales no están determinadas porque los micrómeros pueden inducir a las células animales a asumir también destinos mesodérmicos y endodérmicos. Se observó que la β-catenina estaba presente en los núcleos en el polo vegetal de la blástula . A través de una serie de experimentos, un estudio confirmó el papel de la β-catenina en la especificación autónoma de las células de los destinos de las células vegetales y la capacidad de inducción de micrómeros. ^[4] Los tratamientos de cloruro de litio suficientes para vegetalizar el embrión dieron como resultado aumentos en la β-catenina localizada en el núcleo. La reducción de la expresión de β-catenina en el núcleo se correlacionó con la pérdida de destinos de células vegetales. Los trasplantes de micrómeros que carecen de acumulación nuclear de β-catenina no pudieron inducir un segundo eje.

En cuanto al mecanismo molecular de la β-catenina y los micrómeros, se observó que Notch estaba presente de manera uniforme en la superficie apical de la blástula temprana, pero se perdió en las células del mesénquima secundario (CML) durante la blástula tardía y se enriqueció en las presuntas células endodérmicas en la blástula tardía. Notch es necesario y suficiente para la determinación de las CML. Los micrómeros expresan el ligando de Notch, Delta, en su superficie para inducir la formación de CML.

Los altos niveles nucleares de β-catenina resultan de la alta acumulación de la proteína disheveled en el polo vegetal del óvulo. disheveled inactiva la GSK-3 y previene la fosforilación de la β-catenina. Esto permite que la β-catenina escape a la degradación y entre al núcleo. El único papel importante de la β-catenina es activar la transcripción del gen Pmar1. Este gen reprime un represor para permitir que se expresen los genes de los micrómeros.

El eje aboral/oral (análogo a los ejes dorsal/ventral en otros animales) está especificado por un homólogo nodal . Este nodal se localizó en el futuro lado oral del embrión. Los experimentos confirmaron que el nodal es necesario y suficiente para promover el desarrollo del destino oral. El nodal también tiene un papel en la formación del eje izquierdo/derecho.

Los tunicados han sido una opción popular para el estudio de la especificación regional porque fueron el primer organismo en el que se descubrió la especificación autónoma y están relacionados evolutivamente con los vertebrados.

Las primeras observaciones en tunicados condujeron a la identificación de la medialuna amarilla (también llamada mioplasma). Este citoplasma se segregaba en futuras células musculares y, si se trasplantaba, podía inducir la formación de células musculares. Se aisló el determinante citoplasmático macho-1 como el factor necesario y suficiente para la formación de células musculares. De manera similar a lo que ocurre en los erizos de mar, se identificó que la acumulación de b-catenina en los núcleos era necesaria y suficiente para inducir el endodermo.

Dos destinos celulares más se determinan mediante especificación condicional. El endodermo envía una señal del factor de crecimiento de fibroblastos (FGF) para especificar los destinos de la notocorda y el mesénquima. Las células anteriores responden al FGF para convertirse en notocorda, mientras que las células posteriores (identificadas por la presencia de macho-1) responden al FGF para convertirse en mesénquima.

El citoplasma del óvulo no sólo determina el destino celular, sino que también determina el eje dorsal/ventral. El citoplasma del polo vegetal especifica este eje y la eliminación de este citoplasma conduce a una pérdida de información del eje. El citoplasma amarillo especifica el eje anterior/posterior. Cuando el citoplasma amarillo se mueve hacia la parte posterior del óvulo para convertirse en citoplasma vegetal posterior (CVP), se especifica el eje anterior/posterior. La eliminación del CVP conduce a una pérdida del eje, mientras que el trasplante a la parte anterior invierte el eje.

En la etapa de dos células, el embrión del nematodo C. elegans exhibe un comportamiento en mosaico . Hay dos células, la célula P1 y la célula AB. La célula P1 fue capaz de producir todas las células destinadas a producir, mientras que la célula AB solo pudo producir una parte de las células que estaba destinada a producir. Por lo tanto, la primera división da la especificación autónoma de las dos células, pero las células AB requieren un mecanismo condicional para producir todas sus células destinadas a producir.

El linaje AB da origen a las neuronas, la piel y la faringe. La célula P1 se divide en EMS y P2. La célula EMS se divide en MS y E. El linaje MS da origen a la faringe, el músculo y las neuronas. El linaje E da origen a los intestinos. La célula P2 se divide en células fundadoras P3 y C. Las células fundadoras C dan origen al músculo, la piel y las neuronas. La célula P3 se divide en células fundadoras P4 y D. Las células fundadoras D dan origen al músculo, mientras que el linaje P4 da origen a la línea germinal.

• Especificación del eje

El eje anterior/posterior lo determina el espermatozoide en el lado posterior. En la etapa de dos células, la célula anterior es la célula AB, mientras que la célula posterior es la célula P1. El eje dorsal/ventral del animal lo determina una posición aleatoria de las células durante la etapa de cuatro células del embrión. La célula dorsal es la célula ABp, mientras que la célula ventral es la célula EMS.

• Localización de determinantes citoplasmáticos

La especificación autónoma de C. elegans surge de diferentes determinantes citoplasmáticos. Las proteínas PAR son responsables de la partición de estos determinantes en el embrión temprano. Estas proteínas se encuentran en la periferia del cigoto y desempeñan un papel en la señalización intracelular. El modelo actual para la función de estas proteínas es que causan cambios locales en el citoplasma que conducen a una acumulación de proteínas diferente en la parte posterior que en la anterior. Mex-5 se acumula en la parte anterior, mientras que PIE-1 y los gránulos P (ver más abajo) se acumulan en la parte posterior.

• Especificación de la línea germinal

Los gránulos P se identificaron como determinantes citoplasmáticos. Si bien están presentes de manera uniforme en la fecundación, estos gránulos se localizan en la célula P1 posterior antes de la primera división. Estos gránulos se localizan aún más entre cada división en células P (p. ej., P2, P3) hasta después de la cuarta división, cuando se colocan en las células P4 que se convierten en la línea germinal.

• Especificación de celdas EMS y P1

Otras proteínas que probablemente funcionen como determinantes citoplasmáticos localizados en el linaje P1 incluyen SKN-1, PIE-1 y PAL-1.

SKN-1 es un determinante citoplasmático que se localiza en el linaje de células P1 y determina el destino de las células EMS. PIE-1 se localiza en el linaje de células P2 y es un represor general de la transcripción. SKN-1 está reprimido en las células P2 y no puede especificar un destino EMS en estas células. La actividad represiva de PIE-1 es necesaria para evitar que el linaje de la línea germinal se diferencie.

• Especificación de las células fundadoras C y D

La PAL-1 es necesaria para especificar el destino de las células fundadoras C y D (derivadas del linaje P2). Sin embargo, la PAL-1 está presente tanto en EMS como en P2. Normalmente, la actividad de la PAL-1 es reprimida en EMS por SKN-1, pero no en P2. Las células fundadoras C y D dependen de la PAL-1, pero hay otro factor que es necesario para distinguir a C de D.

• Especificación del linaje E

La especificación del linaje E depende de las señales de P2 a la célula EMS. Participaron componentes de la señalización de Wnt y se denominaron genes mom . mom-2 es un miembro de la familia de proteínas Wnt (es decir, la señal) y mom-5 es un miembro de la familia de proteínas frizzled (es decir, el receptor).

• Especificación de ABa y ABp

La especificación de ABa y ABp depende de otro evento de señalización entre células. Una diferencia entre estos dos tipos de células es que ABa da lugar a la faringe anterior, mientras que ABp no contribuye a la faringe. Una señal de MS en la etapa de 12 células induce la faringe en las células de la progenie ABa, pero no en la progenie ABp. Las señales de las células P2 impiden que ABp forme faringe. Se descubrió que esta señal de P2 era APX-1 dentro de la familia de proteínas Delta. Se sabe que estas proteínas son ligandos de la proteína Notch . GLP-1, una proteína Notch, también es necesaria para la especificación del destino de ABp.

El patrón anterior/posterior de Drosophila proviene de tres grupos maternos de genes. El grupo anterior modela los segmentos de la cabeza y el tórax. El grupo posterior modela los segmentos abdominales y el grupo terminal modela las regiones terminales anterior y posterior llamadas terminalia (el acrón en la parte anterior y el telson en la parte posterior).

Los genes del grupo anterior incluyen bicoid. Bicoid funciona como un factor de transcripción de morfógeno graduado que se localiza en el núcleo. La cabeza del embrión se forma en el punto de mayor concentración de bicoid y el patrón anterior depende de la concentración de bicoid. Bicoid funciona como un activador transcripcional de los genes gap hunchback (hb), buttonhead (btd), empty spiracles (ems) y orthodentical (otd) mientras que también actúa para reprimir la traducción de caudal. Una afinidad diferente para bicoid en los promotores de los genes que activa permite la activación dependiente de la concentración. Otd tiene una baja afinidad para bicoid, hb tiene una mayor afinidad y por lo tanto se activará a una menor concentración de bicoid. Otros dos genes del grupo anterior, tragar y exuperantia juegan un papel en la localización de bicoid en la parte anterior. Bicoid se dirige a la parte anterior por su región 3' no traducida (3'UTR). El citoesqueleto de microtúbulos también juega un papel en la localización del bicoide.

Los genes del grupo posterior incluyen nanos. De manera similar a bicoid, nanos se localiza en el polo posterior como un morfógeno graduado. La única función de nanos es reprimir el ARNm de la joroba transcrito por vía materna en la parte posterior. Otra proteína, pumilio, es necesaria para que nanos reprima la joroba. Otras proteínas posteriores, oskar (que une el ARNm de nanos), Tudor, vasa y Valois, localizan los determinantes de la línea germinal y nanos en la parte posterior.

A diferencia de la anterior y la posterior, la información posicional de las terminales proviene de las células foliculares del ovario. Las terminales se especifican a través de la acción de la tirosina quinasa del receptor Torso. Las células foliculares secretan Torso-like en el espacio perivitelino solo en los polos. Torso-like escinde el propéptido Trunk que parece ser el ligando Torso. Trunk activa Torso y provoca una cascada de transducción de señales que reprime al represor transcripcional Groucho que, a su vez, provoca la activación de los genes de brecha terminal tailless y huckebein.

Los patrones de los genes maternos influyen en la expresión de los genes de segmentación . Los genes de segmentación son genes expresados ​​embrionariamente que especifican la cantidad, el tamaño y la polaridad de los segmentos. Los genes gap están directamente influenciados por los genes maternos y se expresan en regiones locales y superpuestas a lo largo del eje anterior/posterior. Estos genes están influenciados no solo por los genes maternos, sino también por interacciones epistáticas entre los otros genes gap.

Los genes gap funcionan para activar los genes pair-rule . Cada gen pair-rule se expresa en siete franjas como resultado del efecto combinado de los genes gap y las interacciones entre los otros genes pair-rule. Los genes pair-rule se pueden dividir en dos clases: los genes pair-rule primarios y los genes pair-rule secundarios. Los genes pair-rule primarios pueden influir en los genes pair-rule secundarios, pero no viceversa. El mecanismo molecular entre la regulación de los genes pair-rule primarios se entendió a través de un análisis complejo de la regulación de even-skipped. Tanto las interacciones reguladoras positivas como las negativas de los genes maternos y gap y una combinación única de factores de transcripción funcionan para expresar even-skipped en diferentes partes del embrión. El mismo gen gap puede actuar positivamente en una franja pero negativamente en otra.

La expresión de los genes de la regla de pares se traduce en la expresión de los genes de polaridad de segmentos en 14 franjas. La función de los genes de polaridad de segmentos es definir los límites y la polaridad de los segmentos. Se cree que los medios por los que los genes logran esto implican una distribución gradual o cascada de señales iniciadas por estas proteínas en los casos de wingless y hedgehog. A diferencia de los genes gap y de la regla de pares, los genes de polaridad de segmentos funcionan dentro de las células en lugar de dentro del sincitio. Por lo tanto, los genes de polaridad de segmentos influyen en la formación de patrones a través de la señalización en lugar de hacerlo de forma autónoma. Además, los genes gap y de la regla de pares se expresan de forma transitoria, mientras que la expresión del gen de polaridad de segmentos se mantiene durante todo el desarrollo. La expresión continua de los genes de polaridad de segmentos se mantiene mediante un ciclo de retroalimentación que involucra a hedgehog y wingless.

Mientras que los genes de segmentación pueden especificar el número, tamaño y polaridad de los segmentos, los genes homeóticos pueden especificar la identidad del segmento. Los genes homeóticos son activados por genes gap y genes de regla de pares. El complejo Antennapedia y el complejo bithorax en el tercer cromosoma contienen los principales genes homeóticos necesarios para especificar la identidad segmentaria (en realidad, la identidad parasegmental). Estos genes son factores de transcripción y se expresan en regiones superpuestas que se correlacionan con su posición a lo largo del cromosoma. Estos factores de transcripción regulan otros factores de transcripción, moléculas de la superficie celular con funciones en la adhesión celular y otras señales celulares. Más adelante durante el desarrollo, los genes homeóticos se expresan en el sistema nervioso en un patrón anterior/posterior similar. Los genes homeóticos se mantienen durante todo el desarrollo a través de la modificación del estado de condensación de su cromatina. Los genes Polycomb mantienen la cromatina en una conformación inactiva mientras que los genes trithorax mantienen la cromatina en una conformación activa.

Todos los genes homeóticos comparten un segmento de proteína con una secuencia y estructura similares, llamado homeodominio (la secuencia de ADN se llama homeobox). Esta región de las proteínas homeóticas se une al ADN. Este dominio se encontró en otras proteínas reguladoras del desarrollo, como el bicoide, así como en otros animales, incluidos los humanos. El mapeo molecular reveló que el grupo de genes HOX se ha heredado intacto de un ancestro común de moscas y mamíferos, lo que indica que es un sistema regulador fundamental del desarrollo.

La proteína materna, Dorsal, funciona como un morfógeno graduado para fijar el lado ventral del embrión (el nombre proviene de mutaciones que llevaron a un fenotipo dorsalizado). Dorsal es como Bicoide en que es una proteína nuclear; sin embargo, a diferencia de Bicoide, Dorsal se distribuye uniformemente en todo el embrión. La diferencia de concentración surge del transporte nuclear diferencial. El mecanismo por el cual Dorsal se ubica diferencialmente en los núcleos ocurre en tres pasos.

El primer paso ocurre en el lado dorsal del embrión. El núcleo del ovocito se mueve a lo largo de una pista de microtúbulos hacia un lado del ovocito. Este lado envía una señal, gurken , a los receptores torpedo en las células foliculares. El receptor torpedo se encuentra en todas las células foliculares; sin embargo, la señal gurken solo se encuentra en el lado dorsal anterior del ovocito. Las células foliculares cambian de forma y propiedades sintéticas para distinguir el lado dorsal del lado ventral. Estas células foliculares dorsales no pueden producir la proteína de tubo necesaria para el segundo paso.

El segundo paso es una señal de las células del folículo ventral de vuelta al ovocito. Esta señal actúa después de que el óvulo ha abandonado las células del folículo, por lo que esta señal se almacena en el espacio perivitelino. Las células del folículo secretan windbeutel, nudel y pipe, que crean un complejo activador de proteasas. Debido a que las células del folículo dorsal no expresan pipe, no pueden crear este complejo. Más tarde, el embrión secreta tres proteasas inactivas ( gastrulación defectuosa, serpiente y Pascua ) y un ligando inactivo ( spätzle ) en el espacio perivitelino. Estas proteasas son activadas por el complejo y escinden el spätzle en una forma activa. Esta proteína activa se distribuye en un gradiente ventral a dorsal. Toll es una tirosina quinasa receptora para spätzle y transduce la señal graduada de spätzle a través del citoplasma para fosforilar cactus . Una vez fosforilado, cactus ya no se une a dorsal, dejándolo libre para entrar en el núcleo. La cantidad de dorsal liberada depende de la cantidad de proteína spätzle presente.

El tercer paso es la expresión regional de los genes cigóticos decapentaplegic ( dpp ), zerknüllt , tolloid , twist , snail y rhomboid debido a la expresión de dorsal en el núcleo. Se requieren altos niveles de dorsal para activar la transcripción de twist y snail. Bajos niveles de dorsal pueden activar la transcripción de rhomboid. Dorsal reprime la transcripción de zerknüllt, tolloid y dpp. Los genes cigóticos también interactúan entre sí para restringir sus dominios de expresión.

Entre la fecundación y la primera división en los embriones de Xenopus , el citoplasma cortical del cigoto rota unos 30 grados con respecto al citoplasma central para descubrir (en algunas especies) una medialuna gris en la región marginal o media del embrión. La rotación cortical es impulsada por motores de microtúbulos que se mueven a lo largo de conjuntos paralelos de microtúbulos corticales. Esta medialuna gris marca el futuro lado dorsal del embrión. El bloqueo de esta rotación impide la formación del eje dorsal/ventral. En la última etapa de la blástula, los embriones de Xenopus tienen un eje dorsal/ventral claro.

En la gástrula temprana, la mayor parte del tejido del embrión no está determinado. La única excepción es la porción anterior del labio dorsal del blastoporo. Cuando este tejido se trasplantó a otra parte del embrión, se desarrolló como lo haría normalmente. Además, este tejido fue capaz de inducir la formación de otro eje dorsal/ventral. Hans Spemann denominó a esta región organizadora y a la inducción del eje dorsal inducción primaria.

El organizador se induce a partir de una región vegetal dorsal llamada centro de Nieuwkoop . Existen muchos potenciales de desarrollo diferentes a lo largo de los embriones en etapa de blástula. El casquete vegetal puede dar lugar solo a tipos de células endodérmicas, mientras que el casquete animal puede dar lugar solo a tipos de células ectodérmicas. Sin embargo, la zona marginal puede dar lugar a la mayoría de las estructuras del embrión, incluido el mesodermo . Una serie de experimentos de Pieter Nieuwkoop demostró que si se elimina la zona marginal y se colocan los casquetes animal y vegetal uno al lado del otro, el mesodermo proviene del casquete animal y los tejidos dorsales siempre están adyacentes a las células vegetales dorsales. Por lo tanto, esta región vegetal dorsal, llamada centro de Nieuwkoop, fue capaz de inducir la formación del organizador.

Los ensayos de hermanamiento identificaron a las proteínas Wnt como moléculas del centro de Nieuwkoop que podrían especificar el eje dorsal/ventral. En los ensayos de hermanamiento, las moléculas se inyectan en el blastómero ventral de un embrión en la etapa de cuatro células. Si las moléculas especifican el eje dorsal, se formarán estructuras dorsales en el lado ventral. Las proteínas Wnt no eran necesarias para especificar el eje, pero el examen de otras proteínas en la vía Wnt condujo al descubrimiento de que la β-catenina era necesaria. La β-catenina está presente en los núcleos del lado dorsal pero no en el lado ventral. Los niveles de β-catenina están regulados por GSK-3. Cuando está activa, GSK-3 fosforila la β-catenina libre, que luego se dirige a la degradación. Hay dos posibles moléculas que podrían regular GSK-3: GBP (proteína de unión a GSK-3) y Dishevelled . El modelo actual es que estas actúan juntas para inhibir la actividad de GSK-3. Dishevelled es capaz de inducir un eje secundario cuando se sobreexpresa y está presente en niveles más altos en el lado dorsal después de la rotación cortical ( Ruptura de simetría y rotación cortical ). Sin embargo, la disminución de Dishevelled no tiene efecto. GBP tiene un efecto tanto cuando se agota como cuando se sobreexpresa. Sin embargo, evidencia reciente mostró que Xwnt11, una molécula de Wnt expresada en Xenopus , era suficiente y necesaria para la formación del eje dorsal. ^[5]

La formación del mesodermo se produce a partir de dos señales: una para la porción ventral y otra para la porción dorsal. Se utilizaron ensayos en el casquete animal para determinar las señales moleculares del casquete vegetal que pueden inducir al casquete animal a formar mesodermo. En un ensayo en el casquete animal, las moléculas de interés se aplican en el medio en el que se cultiva el casquete o se inyectan como ARNm en un embrión temprano. Estos experimentos identificaron un grupo de moléculas, la familia del factor de crecimiento transformante-β (TGF-β). Con formas negativas dominantes de TGF-β, los primeros experimentos solo pudieron identificar la familia de moléculas involucradas, no el miembro específico. Experimentos recientes han identificado las proteínas relacionadas con los nodos de Xenopus (Xnr-1, Xnr-2 y Xnr-4) como las señales inductoras del mesodermo. Los inhibidores de estos ligandos previenen la formación del mesodermo y estas proteínas muestran una distribución gradual a lo largo del eje dorsal/ventral.

El ARNm localizado en el vegetal, VegT y posiblemente Vg1, están involucrados en la inducción del endodermo. Se ha planteado la hipótesis de que VegT también activa las proteínas Xnr-1,2,4. VegT actúa como un factor de transcripción para activar genes que especifican el destino endodérmico, mientras que Vg1 actúa como un factor paracrino.

La β-catenina en el núcleo activa dos factores de transcripción: siamois y twin. La β-catenina también actúa sinérgicamente con VegT para producir altos niveles de Xnr-1,2,4. Siamois actuará sinérgicamente con Xnr-1,2,4 para activar un alto nivel de factores de transcripción como goosecoid en el organizador. Las áreas en el embrión con niveles más bajos de Xnr-1,2,4 expresarán mesodermo ventral o lateral. La β-catenina nuclear trabaja sinérgicamente con la señal de destino celular mesodérmico para crear la actividad de señalización del centro Nieuwkoop para inducir la formación del organizador en el mesodermo dorsal.

Existen dos clases de genes responsables de la actividad del organizador: factores de transcripción y proteínas secretadas. Goosecoid (que tiene una homología entre bicoid y gooseberry) es el primer gen conocido que se expresa en el organizador y es suficiente y necesario para especificar un eje secundario.

El organizador induce al mesodermo ventral a convertirse en mesodermo lateral, induce al ectodermo a formar tejido neural e induce estructuras dorsales en el endodermo. El mecanismo detrás de estas inducciones es una inhibición de la vía de señalización de la proteína morfogenética ósea 4 que ventraliza al embrión. En ausencia de estas señales, el ectodermo vuelve a su estado predeterminado de tejido neural. Cuatro de las moléculas secretadas por el organizador, cordina, noggin, follistatina y Xenopus nodal-related-3 (Xnr-3), interactúan directamente con BMP-4 y bloquean su capacidad de unirse a su receptor. Por lo tanto, estas moléculas crean un gradiente de BMP-4 a lo largo del eje dorsal/ventral del mesodermo.

BMP-4 actúa principalmente en la región del tronco y la cola del embrión, mientras que un conjunto diferente de señales funciona en la región de la cabeza. Xwnt-8 se expresa en todo el mesodermo ventral y lateral. El endomesodermo (que puede dar lugar tanto al endodermo como al mesodermo) en el borde delantero del arquenterón (futuro anterior) secreta tres factores Cerberus , Dickkopf y Frzb . Mientras que Cerberus y Frzb se unen directamente a Xwnt-8 para evitar que se una a su receptor, Cerberus también es capaz de unirse a BMP-4 y Xnr1. ^[6] Además, Dickkopf se une a LRP-5, una proteína transmembrana importante para la vía de señalización de Xwnt-8, lo que conduce a la endocitosis de LRP-5 y, finalmente, a una inhibición de la vía de Xwnt-8.

La formación de patrones anterior/posterior del embrión ocurre en algún momento antes o durante la gastrulación . Las primeras células en involucionar tienen actividad inductora anterior, mientras que las últimas células tienen actividad inductora posterior. La capacidad inductora anterior proviene de las señales antagonistas de Xwnt-8 Cereberus, Dickkopf y Frzb discutidas anteriormente. El desarrollo de la cabeza anterior también requiere la función de los IGF (factores de crecimiento similares a la insulina) expresados ​​en la línea media dorsal y el tubo neural anterior. Se cree que los IGF funcionan activando una cascada de transducción de señales que interfiere e inhibe tanto la señalización de Wnt como la señalización de BMP. En la parte posterior, dos candidatos para señales posteriorizantes incluyen eFGF, un homólogo del factor de crecimiento de fibroblastos, y ácido retinoico .

La base de la formación del eje en el pez cebra es paralela a lo que se conoce en los anfibios. El escudo embrionario tiene la misma función que el labio dorsal del blastoporo y actúa como organizador. Cuando se trasplanta, es capaz de organizar un eje secundario y su eliminación impide la formación de estructuras dorsales. La β-catenina también tiene un papel similar al que tiene en los anfibios. Se acumula en el núcleo solo en el lado dorsal; la β-catenina ventral induce un eje secundario. Activa la expresión de Squint (una proteína de señalización relacionada con Nodal, también conocida como ndr1) y Bozozok (un factor de transcripción de homeodominio similar a Siamois) que actúan juntos para activar el goosecoid en el escudo embrionario.

Al igual que en Xenopus, la inducción del mesodermo implica dos señales: una del polo vegetal para inducir el mesodermo ventral y otra de las células vegetales dorsales equivalentes al centro de Nieuwkoop para inducir el mesodermo dorsal.

Las señales del organizador también son paralelas a las de los anfibios. El homólogo de Noggin y Chordin, Chordino, se une a un miembro de la familia BMP, BMP2B, para impedir que ventralice el embrión. Dickkopf se une a un homólogo de Wnt, Wnt8, para impedir que ventralice y posteriorice el embrión.

Existe una tercera vía regulada por la β-catenina en los peces. La β-catenina activa el factor de transcripción stat3. Stat3 coordina los movimientos celulares durante la gastrulación y contribuye a establecer la polaridad planar.

El eje dorsal/ventral se define en los embriones de pollo por la orientación de las células con respecto a la yema. El eje ventral está hacia abajo con respecto a la yema, mientras que en el animal está hacia arriba. Este eje se define por la creación de una diferencia de pH "dentro" y "fuera" del blastodermo entre el espacio subgerminal y la albúmina del exterior. El espacio subgerminal tiene un pH de 6,5 mientras que la albúmina del exterior tiene un pH de 9,5.

El eje anterior/posterior se define durante la inclinación inicial del embrión cuando se deposita la cáscara. El huevo gira constantemente en una dirección constante y hay una estratificación parcial de la yema; los componentes más claros de la yema estarán cerca de un extremo del blastodermo y se convertirán en la futura parte posterior. No se conoce la base molecular de la parte posterior, sin embargo, la acumulación de células finalmente da lugar a la zona marginal posterior (ZMP).

El PMZ es el equivalente del centro de Nieuwkoop en el sentido de que su función es inducir el nódulo de Hensen. El trasplante del PMZ da como resultado la inducción de una línea primitiva, sin embargo, el PMZ no contribuye a la línea en sí. De manera similar al centro de Nieuwkoop, el PMZ expresa tanto Vg1 como β-catenina localizada en el núcleo.

El nódulo de Hensen es equivalente al organizador. El trasplante del nódulo de Hensen da como resultado la formación de un eje secundario. El nódulo de Hensen es el sitio donde comienza la gastrulación y se convierte en el mesodermo dorsal. El nódulo de Hensen se forma a partir de la inducción de PMZ en la parte anterior de la PMZ llamada hoz de Koller . Cuando se forma la línea primitiva, estas células se expanden para convertirse en el nódulo de Hensen. Estas células expresan goosecoid en consonancia con su función como organizador.

La función del organizador en los embriones de pollo es similar a la de los anfibios y los peces, sin embargo, existen algunas diferencias. Al igual que en los anfibios y los peces, el organizador secreta las proteínas Chordin, Noggin y Nodal que antagonizan la señalización de BMP y dorsalizan el embrión. Sin embargo, la inducción neural no depende completamente de la inhibición de la señalización de BMP. La sobreexpresión de antagonistas de BMP no es suficiente para inducir la formación de neuronas, ni la sobreexpresión de BMP bloquea la formación de neuronas. Si bien se desconoce la historia completa de la inducción neural, los FGF parecen desempeñar un papel en el mesodermo y la inducción neural. La formación de patrones anterior/posterior del embrión requiere señales como la de cerberus del hipoblasto y la regulación espacial de la acumulación de ácido retinoico para activar los genes 3' Hox en el neuroectodermo posterior (rombencéfalo y médula espinal).

La especificación más temprana en los embriones de ratón se produce entre las células del trofoblasto y las células de la masa celular interna en las células polares externas y las células apolares internas respectivamente. Estos dos grupos se especifican en la etapa de ocho células durante la compactación, pero no se determinan hasta que alcanzan la etapa de 64 células. Si una célula apolar se trasplanta al exterior durante la etapa de 8 a 32 células, esa célula se desarrollará como una célula del trofoblasto.

El eje anterior/posterior en el embrión de ratón está especificado por dos centros de señalización. En el embrión de ratón, el óvulo forma un cilindro con el epiblasto formando una copa en el extremo distal de ese cilindro. El epiblasto está rodeado por el endodermo visceral, el equivalente del hipoblasto de los humanos y los pollos. Las señales para el eje anterior/posterior provienen del nódulo primitivo . El otro sitio importante es el endodermo visceral anterior (AVE). El AVE se encuentra anterior a la posición más anterior del nódulo y se encuentra justo debajo del epiblasto en la región que será ocupada por el endomesodermo migratorio para formar el mesodermo de la cabeza y el endodermo del intestino anterior. El AVE interactúa con el nódulo para especificar las estructuras más anteriores. Por lo tanto, el nódulo puede formar un tronco normal, pero requiere señales del AVE para formar una cabeza.

El descubrimiento de la homeobox en las moscas Drosophila y su conservación en otros animales ha permitido avanzar en la comprensión de los patrones anterior/posterior. La mayoría de los genes Hox en los mamíferos muestran un patrón de expresión que es paralelo a los genes homeóticos de las moscas. En los mamíferos, hay cuatro copias de los genes Hox. Cada conjunto de genes Hox es parálogo de los demás (Hox1a es un parálogo de Hox1b, etc.). Estos parálogos muestran patrones de expresión superpuestos y podrían actuar de forma redundante. Sin embargo, las mutaciones dobles en genes parálogos también pueden actuar de forma sinérgica, lo que indica que los genes deben trabajar juntos para funcionar.

• Formación de patrones