Gastrulación Y Neurulación PDF

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Es la clase completa sobre Gastrulación y Neurulación....

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GASTRULACIÓN Y NEURULACIÓN Los procesos de Gastrulación y Neurulación tienen lugar durante la tercera semana del desarrollo. Ambos procesos están enmarcados en el disco embrionario bilaminar, específicamente en el Epiblasto; donde ocurrirán las principales modificaciones. Es necesario recordar, que al final de la segunda semana el embrión se encuentra en un estado bilaminar; formado por epiblasto e hipoblasto, completamente implantado y además posee formados anexos tempranos tales como el amnios y el saco vitelino, ambos rodeados por el corion, lugar donde se están formando las vellosidades.

GASTRULACIÓN El primer proceso que ocurre al comenzar la tercera semana es el proceso de gastrulación (desde el día 14 al día 17 del desarrollo), el cual tiene como característica un conjunto de movimientos celulares morfogenéticos, los que son comandados genéticamente en la medida que se expresan ciertos genes y se inhiben otros. El objetivo de la gastrulación es formar un disco embrionario trilaminar, formado a su vez por tres hojas germinativas: Endodermo, Mesodermo y Ectodermo . Estas 3 hojas germinativas son las que formarán al individuo y darán origen a todos los tejidos y distintas estructuras del embrión.

Si bien durante el desarrollo existen más movimientos celulares y un conjunto de cambios, es en este período donde son más relevantes, en mayor cantidad, más notorios y regulares. Es por esto que los movimientos morfogenéticos son considerados como una característica particular del proceso.

Movimientos Morfogenéticos En la gastrulación ocurren 4 grandes movimientos: 1) Embolia o Internalización: A través de este movimiento las células pasan de una capa superior a otra inferior, sin embargo, el mecanismo que utilicen las células para realizar este movimiento depende de la especie: a) Drosofila: La internalización ocurre por invaginación, por lo que cambia el citoesqueleto de las células y hay una constricción en la porción apical y se invagina produciendo un surco.

b) Erizo de mar y amnios (mamíferos): La internalización se produce por ingresión, es decir, las células se sueltan del epitelio y migran. c) Rana: La internalización se produce por involución de las células que se encontraban en el epitelio, las cuales se introducen debajo del epitelio y posteriormente se sueltan y migran. 2) Epibolia: Tiene como función extender al embrión, a través de cambios morfológicos y puede producirse por 3 mecanismos: a) Intercalación: Este tipo de mecanismo sucede cuando hay más de una capa de células, donde varios estratos de células se intercalan y se juntan formando una sola capa alargada. b) Cambio de forma: Por ejemplo, el cambio de células cúbicas a planas, con el objetivo de ampliar la superficie del embrión. c) Migración directa: Las células que se encontraban polarizadas en una zona, migran en línea para expandir al embrión. 3-4) Convergencia y Extensión: Este proceso se produce casi paralelamente al de extensión, y se describen 3 procesos bastante similares con el de extensión. a) Extensión Convergente: Sucede principalmente en ranas, y se describe como una extensión y migración de células hacia un punto. b) División Celular Polarizada: Sucede principalmente en pollos, y ocurre cuando en las células hijas tienen destino distinto, por ejemplo, una célula queda en la capa superior y la otra en la inferior. c) Migración Celular: Este mecanismo sucede en mamíferos y puede ser convergente, es decir, las células migran hacia un punto común, o bien, puede ser divergente, o sea, migran hacia el disco embrionario.

La convergencia produce un cambio dorso-mediolateral, en cambio, la extensión produce un cambio antero-posterior. Para que haya movimiento en el disco embrionario, las células que se encuentran en la parte posterior del embrión migran hacia la parte posterior, produciendo el alargamiento de la zona, y aquellas que están en la zona anterior migran hacia la posición anterior extendiendo esta zona. Los cambios morfogenéticos van a estar determinados por cambios a nivel del citoesqueleto, ya sea en los filamentos de actina o miosina, cambios en la ubicación de los microtúbulos, etc.; los cuales van a permitir el cambio de forma, la migración, entre otras cosas. Estos movimientos no son al azar, sino que son guiados, lo cual se debe a:  Adhesiones celulares diferenciales entre una célula y otra.  Un efecto quimiotáctico, en el cual las células van a migrar hacia un lugar que expresa más un factor de crecimiento que otro o se van a ir del lugar que comienza este cambio y empieza a expresar otro factor.  Una medida azarosa (quimioquinesis)  Polaridad planar. Otro aspecto importante, es que este disco embrionario bilaminar es un epitelio, lo cual significa que tiene uniones celulares y una matriz extracelular o lámina basal (donde también habrán uniones celulares pero que serán de distinto tipo). En la zona del epitelio existirán uniones de tipo oclusivas, tight-junction o adherentes, y por lo tanto, forman una barrera muy selectiva que no permite el paso

de muchas sustancias. Esto provoca que la célula sea polarizada, presentando una porción apical y una porción basal o basolateral. Las células epiteliales son muy unidas, y por consiguiente funcionan como bloque, actuando todas juntas a la vez. Además, las células del epitelio también presentan una forma definida (cúbica, columnar o cilíndrica, aplanada, etc.) Entonces, el epiblasto y el hipoblasto al ser células epiteliales, tienen estas mismas características. Para que ocurran los movimientos celulares propios de la gastrulación se deben desunir estas células epiteliales, proceso conocido como transición epitelio-mesénquima. Esto quiere decir, que de una célula epitelial con uniones celulares importantes se pasa a una célula mesenquimatosa sin forma definida y con la capacidad de emitir pseudópodos, es decir, cambiar su citoesqueleto para migrar hacia un determinado sector. Estas células mesenquimatosas y epiteliales tienen ciertas características, por ejemplo, la célula epitelial se tapa con moléculas de adhesión expresadas por sí misma, entre las cuales se encuentra la ocludina y la Claudina, características de las uniones oclusivas, desmogleinas y desmocolinas son características de desmosomas y las cadherinas son características de uniones adherentes. Estas células no son invasivas ni mótiles. Hay una transición en que la célula cambia y se hace mesenquimatosa. Ahora esta célula no expresa las mismas moléculas de adhesión, sino que cambia de poseer E-cadherinas a N-cadherinas, expresa conectinas, dineínas, entre otras. Se hace más alargada, sin forma definida y se vuelve móvil e invasiva, como las células sinciciales y células cancerígenas, que se caracterizan por sufrir una mutación y pueden volverse mesenquimatosas, invadiendo y recorriendo otros tejidos. Este proceso de transición epitelio-mesénquima ocurre constantemente en la transición entre embrión bilaminar y trilaminar. Cuando ocurre la migración de estas células, en el lugar donde llegan, vuelven a tener una transformación mesénquima-epitelio y recuperan sus características.

Podemos reconocer tres grandes transiciones epitelio mesénquima:   

Embrionaria: Ocurre durante gastrulación y neurulación. Fibrosis: pulmonar, cardíaca. Cáncer.

Tenemos un embrión bilaminar (epiblasto e hipoblasto). Lo primero que ocurre es una migración convergente de células en el epiblasto hacia un punto. Esta acumulación de células en punto central va a conformar lo que se conoce como línea primitiva, que marca el inicio de la gastrulación. Esta está formada por pliegues primitivos, surco primitivo, nódulo primitivo y fosita primitiva.

La Línea primitiva comprende: a) Los pliegues primitivos; Lo forman las paredes a los costados del surco primitivo. b) Surco primitivo: Espacio entre los pliegues primitivos. c) Nodo de Hensen: Engrosamiento celular en la cabeza de la línea primitiva. d) Fosita primitiva: Hendidura al centro del nodo de Hensen. La línea primitiva se forma por procesos de movimientos celulares convergentes (las células migran por ella) y allí quedan establecidos los ejes del embrión:  Por delante de la línea primitiva: Se formará lo anterior, rostral, cabeza, cerebro.  Por detrás de la línea primitiva: Se formará cola, ano, extremidades inferiores.  Por arriba de la línea primitiva: Se formará lo dorsal.  Hacia la pared de la línea primitiva: Se formará lo ventral y el eje derecho e izquierdo. La línea primitiva marca la zona de movimientos celulares porque a través de ella, viajarán todas las células necesarias para poder formar el embrión trilaminar. Es un generador de señales que se expresan para provocar quimiotaxis (migración) en las células y permitir la mantención y formación de otras estructuras. El Nodo de Hensen es el principal centro inductor de señales. En él se expresa: a) Factor nodal: Permite la formación y mantención de la línea primitiva.

b) GenT: Movimiento de células por la línea primitiva. c) Goosecoid: Establece los ejes del embrión. d) HNF 3b (factor neurotrófico 3 beta): Para la formación de la notocorda. La primera gran migración celular, está dada por células del epiblasto, las cuales migran e ingresan (movimiento de internalización por ingresión) a través de la línea primitiva.

en pollos, donde el movimiento que existe por parte de las células se denomina invaginación, pero en mamíferos, al movim

La primera migración para formar el embrión trilaminar ocurre por movimientos de ingresión o invaginación de células del epiblasto, desplazando al hipoblasto para generar la primera hoja germinativa que corresponde al endodermo; en esta etapa, las células tienen una forma en botella debido a la pérdida de uniones celulares para transformarse posteriormente en células mesenquimatosa s, es decir, de forma irregular o estrellada.

Luego, una segunda oleada de células del epiblasto migran, ingresan por el surco primitivo pero esta vez se ubican entre el endodermo y el epiblasto, formando la segunda capa germinativa que corresponde al mesodermo. Las células de la capa mesodérmica recientemente formada son células mesenquimatosas que divergen migrando lateralmente y hacia el polo cefálico poniéndose en contacto con el mesodermo extraembrionario que cubre al amnios y al saco vitelino. Hacia el final de la tercera semana, se observa mesodermo en todo el disco embrionario, excepto en dos zonas: una

cefálica que constituirá la membrana bucofaríngea (futura boca) y una caudal que constituirá la membrana cloacal (futuro ano). Una vez establecido el mesodermo, el epiblasto cambia, se hace más epitelial con células más columnares y cilíndricas, pasando a llamarse ectodermo, finalizando la gastrulación.

Al finalizar el proceso de gastrulación queda el embrión formado por un epitelio cúbico (endodermo como monocapa), células mesenquimatosas que corresponden al mesodermo, y el ectodermo, el cual es un epitelio pseudoestratificado columnar muy alto.

A partir de estas 3 hojas germinativas se van a formar todos los tejidos del embrión. Quedando establecido el embrión trilaminar. ● Ectodermo: Sistema nervioso y epidermis. ● Mesodermo: Músculo, cartílago, hueso, dermis, aparato urogenital, células y vasos sanguíneos, membranas serosas, corteza suprarrenal. ● Endodermo: Sistema digestivo, hígado, páncreas, epitelio del aparato respiratorio, epitelio de derivados faríngeos.

Resumen de los derivados embrionarios

A través del proceso de segmentación se forma el blastocisto que tiene un macizo celular interno y un trofoblasto; el trofoblasto se diferencia en citotrofoblasto y este deriva al sinciciotrofoblasto, este último invade al útero para poder implantar al embrión; por otro lado el macizo celular interno se transformó en un embrión bilaminar, que contiene al hipoblasto y epiblasto, el hipoblasto forma al endodermo extraembrionario y luego derivara al endodermo del saco vitelino. El epiblasto forma parte del amnios, a partir del epiblasto se formarán las tres hojas germinales. Todas las hojas germinativas provienen del epiblasto, incluso las células germinales primordiales (las que forman gametos).

Mapas de destino o territorios presuntivos Se determinó en un embrión bilaminar, que dependiendo de donde migran las células, uno podía saber a qué daban origen, así se determinaron los mapas de destino. Estos son mapas establecidos a partir de estudios de rastreo, en los cuales se pueden predecir el destino de ciertas regiones del epiblasto, según la ubicación de las células en el embrión temprano. En humanos se observan las mismas estructuras; notocorda que está en el centro, endodermo, ectodermo neural, ectodermo general, entre otras. Ya

en un embrión bilaminar y trilaminar están las regiones que van a originar los distintos sectores en el embrión. Luego sucede otra migración de células del ectodermo , esta vez se van a invaginar principalmente por la fosita primitiva. Todas estas células migratorias van a la región de la membrana bucofaríngea, al migrar en conjunto formarán una estructura denominada notocorda. La función principal de la notocorda es inducir la formación del sistema nervioso a partir del tubo neural.

Si realizamos un corte transversal, podemos observar ectodermo, notocorda, mesodermo y endodermo. La formación de la notocorda se denomina Proceso Notocordal, el cual no es instantáneo; consiste en que las células cuando migran hacia adelante lo hacen formando una especie de cilindro o tubo hueco dejando un espacio en el entremedio, lo que permite que las células migren hacia la posición anterior. Una vez que las células migran se fusionan con la hoja del endodermo, dejando un espacio llamado Conducto Neuroentérico y tiene la particularidad de que por un breve periodo de tiempo, la cavidad amniótica estará en contacto con el saco vitelino. Por lo tanto hay intercambio de sustancias entre ellas.

Una vez que se fusiona o cierra dicho conducto, la notocorda se suelta del endodermo, pero en vez de ser un cilindro hueco, es un cilindro circular de carácter macizo (día 16-17 del desarrollo). La notocorda induce la formación del tubo neural el cual se encuentra a lo largo de todo el eje del embrión. Sin embargo, el tubo neural inicialmente está sólo hacia adelante, entonces para poder extenderse hacia atrás lo hace gracias a que la línea primitiva se va acortando, permitiendo que las células continúen migrando y además invaginándose por la fosita primitiva, la notocorda se elonga hasta que la línea primitiva desaparece, quedando un vestigio. Este proceso descrito permite la elongación y la ubicación de la notocorda a lo largo de todo el embrión. Lo anterior tiene dos consecuencias, la inducción que realiza la notocorda de formación del tubo neural no es simultánea. El tubo neural no se forma de una sola vez, sino que primero se forma desde anterior hacia posterior, secuencialmente. Las células van migrando, al día 17 se forma la notocorda, se va induciendo la formación del tubo neural a través de la placa neural. Se elonga la notocorda, se acorta la línea primitiva y se induce la formación de la placa neural, teniendo al día 21, sólo un vestigio de la línea primitiva, donde la notocorda ya está a lo largo de todo el eje. La aparición de la notocorda marca el inicio de la neurulación.

Neurulación : formación del sistema nervioso primitivo.

La notocorda es un potente inductor de cambios, especialmente a nivel del ectodermo suprayacente. Es decir, en la región del ectodermo que está inmediatamente arriba de la notocorda. Inhibe ciertos factores como BMP-4 (Factor morfogénico de hueso), cuando se forma la notocorda se expresa cordina y nogina, las que inhiben la expresión de BMP-4 en ésta región específico. Al no expresarse BMP-4, las células del sector se modifican elongándose haciéndose más columnares, marcando la primera etapa de la neurulación correspondiente a la formación de la placa neural , la cual corresponde a un engrosamiento del ectodermo. Pasan a formarse 2 tipos de poblaciones celulares diferentes en el ectodermo: las células del ectodermo neural (el que formará el tubo neural ) y otras células del ectodermo general o epidermal (el que formará la epidermis ). En este momento, el ectodermo general se encuentra hacia los lados del tubo neural, y tenemos la epidermis por arriba del tubo neural. Por lo tanto debe producirse un cambio. Éste proceso de neurulación de 3 etapas, se conoce como neurulación primaria. Proceso encargado de la formación del cerebro y la médula espinal hasta nivel lumbar. Existe un proceso de neurulación secundaria , encargada de formar la última parte de la médula espinal del sector sacrococcígeo y la cola en aquellos organismos que la tienen.

El proceso de Neurulación está dividido en 4 etapas: 1.- Formación de la placa neural. 2.- Formación de los pliegues del tubo neural. 3.- Flexión del tubo neural. 4.- Cierre del tubo neural. Sin embargo, se van a destacar 3 etapas: 1.- Placa neural. 2.- Surco neural (comprende todos los cambios que van a ocurrir en el tubo). 3.- Cierre del tubo neural. Imagen de embrión de pollo: Se utiliza principalmente para visualizar todas las etapas de la neurulación primaria, desde la formación de la placa neural, hasta visualizar cerebro y médula. Finalmente queda en evidencia que la formación del tubo neural no es un proceso simultáneo, sino que depende de la migración de la notocorda, desde anterior hacia posterior.

Primer estadio: placa neural. En la medida en que aparece la notocorda comienza a formarse la placa desde anterior a posterior, Luego se cierra el tubo neural. La formación del tubo neural no es simultaneo, sino secuencial y tiene relación de cómo migra y se expande la notocorda desde anterior a posterior. Segundo estadio: Del surco neural donde los extremos de la placa se van acercando y la región central sufre un cambio en el citoesqueleto y produce una hendidura. Tercer estadio: De tubo neural se cierra el tubo, el ectodermo se separa.

Estadio de placa neural La notocorda es la estructura responsable de inducir la diferenciación del ectodermo suprayacente, provocando la aparición de dos tipos; ectodermo neural y ectodermo epidermal. La zona correspondiente al ectodermo neural constituye la llamada “placa neural ”. Esta diferenciación del epitelio es producto de cambios en la morfología celular, resultando células columnares más elongadas. Se puede evidenciar entonces la formación a nivel de la placa de un epitelio pseudoestratificado (a simple vista pareciera que existieran muchas capas celulares, sin embargo, se trata de solo una capa con núcleos a distintas alturas). Para que ocurra el cambio en la morfología celular tiene que haber reagrupación de los microtúbulos del eje central de las células. Este proceso de diferenciación es independiente de los tejidos laterales, es decir, no requiere de la contribución del ectodermo epidermal, es por esto que la extracción de este ectodermo, el mesodermo o el endodermo durante este proceso, no afectará la formación de la placa neural.

Estadio de surco neural La formación del surco neural es debido al cambio en el patrón del citoesqueleto celular. Los filamentos de actina y miosina ubicados en el extremo superior del epitelio se contraen provocando el acercamiento de las zonas apicales de las células. Se formará de esta forma un surco, sumado al plegamiento celular que dará origen a los pliegues neurales. Este proceso es dependiente del ectodermo epidermal debido a que es necesario que los extremos de la placa neural se vayan acercando cada vez más hasta lograr su fusión. Ese acercamiento depende del movimiento del ectodermo epidermal, el que va empujando los pliegues hacia el centro. Es por esto que si se extrae el ectodermo general no hay formación del tubo neural.

La formación del surco neural se enmarca en 4 grandes eventos: 1. Formación de la placa neural , que es la elevación del ectodermo derivando en la formación de dos poblaciones celulares distintas, que son el neuroectodermo y el ectodermo epidermal o general. 2. Curvatura epitelial que es la conformación d...