Labio dorsal

El labio dorsal del blastoporo es una estructura que se forma durante el desarrollo embrionario temprano y es importante por su papel en la organización de las capas germinales . [1] El labio dorsal se forma durante la gastrulación temprana a medida que el plegamiento de tejido a lo largo de la zona marginal involutiva del blastocele forma una abertura conocida como blastoporo . [2] Es particularmente importante por su papel en la inducción neuronal a través del modelo predeterminado, donde la señalización del labio dorsal protege una región del epiblasto de convertirse en epidermis , lo que le permite desarrollarse hasta su tejido neuronal predeterminado . [3]

Figura 1: El experimento de trasplante de labio dorsal de Mangold en Xenopus demostró que un labio dorsal trasplantado podía inducir la formación de un doble eje en el nuevo embrión huésped, consolidando la suficiencia del labio dorsal en la inducción neuronal (A). La inyección de ARNm extraído del labio dorsal en embriones de Xenopus irradiados rescató la inducción neuronal y el desarrollo general, demostrando que existe una base genética de la inducción neuronal (B). El establecimiento de bibliotecas de ADNc a partir del ARNm extraído del labio dorsal identificó genes candidatos que pueden ser responsables de la inducción neuronal. Uno de esos genes candidatos, noggin, es suficiente para rescatar el desarrollo de embriones irradiados cuando se inyecta su ARNm (C).

Descubrimiento

El labio dorsal se refiere a la sección de tejido ubicada en el sitio de la primera invaginación en la pregástrula en desarrollo y se entiende que actúa tanto como inductor neural en el embrión temprano como organizador general de todo el eje corporal . [1]   Los primeros experimentos de trasplante en embriones en desarrollo demostraron que diferentes capas del embrión, cuando se aislaban y trasplantaban antes de la gastrulación versus después de la gastrulación, se desarrollarían en tejidos maduros claramente diferentes. El Dr. Hans Spemann notó este fenómeno y planteó la hipótesis de que los reordenamientos de tejido que ocurrieron durante la gastrulación deben estar relacionados de alguna manera con el control de los destinos del tejido en desarrollo en el embrión. [4]   Su investigación se centró en el labio dorsal como un posible organizador de estos cambios de especificación del destino , ya que es la primera estructura que se pliega hacia adentro durante la gastrulación . El trasplante del labio dorsal de un embrión de Xenopus en la región ventral de un embrión huésped diferente demostró que se formaría un eje secundario completo utilizando el propio tejido del embrión huésped , lo que indica un papel claro del labio dorsal como inductor y organizador neural. [5]   El labio dorsal de la gástrula en desarrollo fue denominado organizador de Spemann-Mangold por su papel en la inducción neuronal y la organización de los tejidos neuronales en desarrollo.

El interés se centró entonces en identificar los mecanismos químicos que subyacen a la función organizadora del labio dorsal. Experimentos posteriores en los que se utilizaron una serie de inyecciones de ARNm del labio dorsal en embriones irradiados demostraron que el labio dorsal contenía factores genéticos que eran suficientes para la inducción neuronal. Investigaciones posteriores permitieron identificar factores específicos como la noggin y la chordin como factores genéticos en el labio dorsal que son fundamentales para el desarrollo neuronal adecuado . [6]

Información genética para la inducción neuronal

Se llevaron a cabo experimentos para identificar la base genética de la inducción neuronal exponiendo embriones de Xenopus a radiación UV , lo que hace que se desarrollen sin cabeza. [7] El Dr. Richard Harland y el Dr. William Smith extrajeron ARNm del labio dorsal de embriones de Xenopus en desarrollo normal que luego se inyectó en los embriones irradiados con UV para ver si se podía rescatar el desarrollo normal de la cabeza. [2] [7] Estos experimentos determinaron que el ARNm de noggin puede inducir el desarrollo normal de la cabeza y el cerebro , y que el aumento de los niveles de noggin da como resultado estructuras cerebrales más grandes y, eventualmente, un eje secundario. [8]

Experimentos similares en el laboratorio del Dr. Edward DeRobertis identificaron que el ADNc de la cordina también podría inducir un eje secundario, lo que sugiere que existe redundancia en los genes que codifican el desarrollo neuronal. [9] Para probar si solo uno o ambos genes son necesarios para la inducción neuronal, se utilizaron ratones knockout modificados genéticamente . Los ratones a los que se les había eliminado el gen noggin o el gen chordin se desarrollaron sin algunas estructuras de la cabeza, como las orejas, pero tuvieron un desarrollo generalmente intacto. [10] Sin embargo, los ratones a los que se les había eliminado tanto el gen noggin como el chordin se desarrollaron sin cerebro, lo que demuestra que hay múltiples genes que contribuyen a funciones similares del desarrollo neuronal. [10]

Un conjunto diferente de estudios identificó otra molécula, la folistatina , que está involucrada en la inducción neuronal. Esto fue el resultado del trabajo de Doug Melton y Ali Hemmati-Brivanlou, quienes estaban estudiando la función de la activina , una molécula de señalización que actúa sobre los receptores de TGF-β . [5] Descubrieron que al mutar el receptor de activina , el tejido que normalmente se desarrollaría en epidermis se convierte en tejido neuronal. [11] Esto proporcionó información sobre el mecanismo de señalización de la inducción neuronal, ya que se demostró que la inhibición de los receptores de TGF-β conduce a la formación de tejido neuronal. [12] [13] La folistatina se identificó como un inhibidor de TGF-β , y más tarde se demostró que la cordina y la noggin funcionan junto con la folistatina para inhibir que las proteínas morfogénicas óseas (BMP) activen TGF-β. [6] A través de este mecanismo de señalización, el labio dorsal del blastoporo protege al tejido de convertirse en epidermis , permitiendo la formación predeterminada de tejido neural [3]

Formación del labio dorsal

Antes de que se produzca la formación estructural del labio dorsal, otro centro de señalización conocido como centro de Nieuwkoop , ubicado en la región vegetal del blastocele en desarrollo , es responsable de organizar los patrones de polaridad necesarios para formar el labio dorsal. Se descubrió que el centro de Nieuwkoop era responsable del establecimiento de la polaridad dorsoventral a través de Wnt / GSK / beta-catenina . [14]  Esta señal dorsalizante permite que el organizador de Spemann se establezca en las células marginales dorsales donde se formará el futuro sitio del labio dorsal y el blastoporo.

Referencias

  1. ^ ab Arias, Alfonso Martinez; Steventon, Ben (2018-03-01). "Sobre la naturaleza y función de los organizadores". Desarrollo . 145 (5): dev159525. doi : 10.1242/dev.159525 . ISSN  0950-1991. PMC  5868996 . PMID  29523654.
  2. ^ ab Hemmati-Brivanlou, Ali; Melton, Douglas (1997-01-10). "Las células embrionarias de vertebrados se convertirán en células nerviosas a menos que se les diga lo contrario". Cell . 88 (1): 13–17. doi : 10.1016/S0092-8674(00)81853-X . ISSN  0092-8674. PMID  9019398. S2CID  18056689.
  3. ^ ab Levine, Ariel J.; Brivanlou, Ali H. (15 de agosto de 2007). "Propuesta de un modelo de inducción neural en mamíferos". Biología del desarrollo . 308 (2): 247–256. doi :10.1016/j.ydbio.2007.05.036. ISSN  0012-1606. PMC 2713388 . PMID  17585896. 
  4. ^ Sanes, Dan Harvey (2012). Desarrollo del sistema nervioso . Reh, Thomas A., Harris, William A. (William Anthony) (3.ª ed.). Ámsterdam: Elsevier. pág. 9. ISBN. 978-0-12-374539-2.OCLC 667213240  .
  5. ^ ab Stern, Claudio D. (1 de mayo de 2005). "Inducción neuronal: viejo problema, nuevos hallazgos y aún más preguntas". Desarrollo . 132 (9): 2007–2021. doi : 10.1242/dev.01794 . ISSN  0950-1991. PMID  15829523.
  6. ^ ab Chitnis, A.; Kintner, C. (1995). "Inducción neuronal y neurogénesis en embriones de anfibios". Perspectivas sobre neurobiología del desarrollo . 3 (1): 3–15. ISSN  1064-0517. PMID  8542254.
  7. ^ ab Sanes, Dan Harvey (2012). Desarrollo del sistema nervioso . Reh, Thomas A., Harris, William A. (William Anthony) (3.ª ed.). Ámsterdam: Elsevier. pág. 11. ISBN 978-0-12-374539-2.OCLC 667213240  .
  8. ^ Guille, Matthew (1999). Métodos moleculares en biología del desarrollo: Xenopus y pez cebra . Totowa, Nueva Jersey: Humana Press. p. 27. ISBN 978-0-89603-790-8.
  9. ^ Sasai, Yoshiki; Lu, Bin; Steinbeisser, Herbert; Geissert, Douglas; Gont, Linda K.; De Robertis, Eddy M. (2 de diciembre de 1994). "Xenopus chordin: un nuevo factor dorsalizante activado por genes homeobox específicos del organizador". Celúla . 79 (5): 779–790. doi :10.1016/0092-8674(94)90068-X. ISSN  0092-8674. PMC 3082463 . PMID  8001117. 
  10. ^ ab Sanes, Dan Harvey (2012). Desarrollo del sistema nervioso . Reh, Thomas A., Harris, William A. (William Anthony) (3.ª ed.). Ámsterdam: Elsevier. pág. 15. ISBN 978-0-12-374539-2.OCLC 667213240  .
  11. ^ Rogers, Crystal; Moody, Sally A.; Casey, Elena (11 de septiembre de 2009). "Inducción neuronal y factores que estabilizan un destino neuronal". Birth Defects Research Part C: Embryo Today: Reviews . 87 (3): 249–262. doi :10.1002/bdrc.20157. ISSN  1542-975X. PMC 2756055 . PMID  19750523. 
  12. ^ Muñoz-Sanjuán, Ignacio; Brivanlou, Ali H. (1 de abril de 2002). "Inducción neuronal, el modelo por defecto y células madre embrionarias". Nature Reviews Neuroscience . 3 (4): 271–280. doi :10.1038/nrn786. ISSN  1471-0048. PMID  11967557. S2CID  23551830.
  13. ^ Weinstein, Daniel; Hemmati-Brivanlou, Ali (1999). "Inducción neuronal". Revisión anual de biología celular y del desarrollo . 15 : 411–433. doi :10.1146/annurev.cellbio.15.1.411. PMID  10611968.
  14. ^ Carron, Clémence; Shi, De-Li (2016). "Especificación del eje anteroposterior mediante señalización combinatoria durante el desarrollo de Xenopus". Wiley Interdisciplinary Reviews. Biología del desarrollo . 5 (2): 150–168. doi :10.1002/wdev.217. ISSN  1759-7692. PMID  26544673. S2CID  13504185.
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