Somitogénesis - Somitogenesis
| Somitogénesis | |
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 Dorso de embrión humano, 2,11 mm de longitud. (El término más antiguo segmentos primitivos se usa para identificar los somitas formados en la somitogénesis)
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| Detalles | |
| Precursor | mesodermo paraxial |
| Da lugar a | dermatoma , miotoma , sindetoma, esclerotomo |
| Terminología anatómica | |
La somitogénesis es el proceso mediante el cual se forman los somitas . Los somitas son bloques emparejados bilateralmente de mesodermo paraxial que se forman a lo largo del eje anteroposterior del embrión en desarrollo en animales segmentados . En los vertebrados , los somitas dan lugar a músculo esquelético, cartílago , tendones , endotelio y dermis .
Visión general
En la somitogénesis, los somitas se forman a partir del mesodermo paraxial , una región particular del mesodermo en el embrión neurulador. Este tejido experimenta una extensión convergente a medida que retrocede la estría primitiva o cuando el embrión se gastrula . La notocorda se extiende desde la base de la cabeza hasta la cola; con él se extienden bandas gruesas de mesodermo paraxial.
A medida que la racha primitiva continúa retrocediendo, los somitas se forman a partir del mesodermo paraxial "brotando" rostralmente como somitómeros , o verticilos de células del mesodermo paraxial, compactados y separados en cuerpos discretos. La naturaleza periódica de estos eventos de división ha llevado a muchos a decir que la somitogénesis se produce a través de un modelo de frente de onda de reloj, en el que las ondas de señales de desarrollo provocan la formación periódica de nuevos somitas.
Estos somitas inmaduros luego se compactan en una capa externa (el epitelio) y una masa interna (el mesénquima ).
Los propios somitas se especifican según su ubicación, como el mesodermo paraxial segmentario a partir del cual lo forman, determinado por su posición a lo largo del eje anteroposterior antes de la somitogénesis.
Las células dentro de cada somita se especifican en función de su ubicación dentro del somita. Además, conservan la capacidad de convertirse en cualquier tipo de estructura derivada de somitas hasta relativamente tarde en el proceso de somitogénesis.
Señalización
Periodicidad
Una vez que las células del mesodermo presomítico están en su lugar después de la migración celular durante la gastrulación, la expresión oscilatoria de muchos genes comienza en estas células como si estuviera regulada por un "reloj" de desarrollo. Como se mencionó anteriormente, esto ha llevado a muchos a concluir que la somitogénesis está coordinada por un mecanismo de "reloj y onda" .
En términos técnicos, esto significa que la somitogénesis se produce debido a las oscilaciones en gran medida autónomas de una red de genes y productos génicos, lo que hace que las células oscilen entre un estado permisivo y no permisivo de manera sistemática y cronometrada, como un reloj. . Estos genes incluyen miembros de la familia FGF , vía Wnt y Notch , así como objetivos de estas vías. El frente de onda progresa lentamente en una dirección posterior a anterior. A medida que el frente de onda de la señalización entra en contacto con las células en el estado permisivo, experimentan una transición epitelio-mesenquimatosa y se desprenden del mesodermo presomítico más posterior, formando un límite de somita y reajustando el proceso para el siguiente somita.
En particular, la activación cíclica de la vía Notch parece ser de gran importancia en el modelo de reloj de frente de onda. Se ha sugerido que la activación de Notch activa cíclicamente una cascada de genes necesarios para que los somitas se separen del cuerpo paraxial principal. Esto se controla por diferentes medios en diferentes especies, como a través de un simple circuito de retroalimentación negativa en el pez cebra o en un proceso complicado en el que los relojes FGF y Wnt afectan el reloj Notch, como en polluelos y ratones. Sin embargo, el modelo del reloj de segmentación se conserva en gran medida evolutivamente.
La expresión intrínseca de los "genes reloj" debe oscilar con una periodicidad igual al tiempo necesario para que se forme un somita, por ejemplo, 30 minutos en el pez cebra, 90 minutos en los polluelos y 100 minutos en las serpientes.
La oscilación genética en las células presomíticas es en gran medida, pero no completamente, autónoma de células. Cuando la señalización de Notch se interrumpe en el pez cebra, las células vecinas ya no oscilan sincrónicamente, lo que indica que la señalización de Notch es importante para mantener sincronizadas las poblaciones vecinas de células. Además, se ha demostrado cierta interdependencia celular en estudios relacionados con la proteína Sonic hedgehog (Shh) en la somitogénesis. Aunque no se ha informado que la expresión de las proteínas de la vía Shh oscile en el mesodermo presomítico, se expresan dentro del mesodermo presomítico durante la somitogénesis. Cuando se realiza la ablación de la notocorda durante la somitogénesis en el embrión de pollo, se forma el número adecuado de somitas, pero el reloj de segmentación se retrasa para los dos tercios posteriores de las somitas. Los somitas anteriores no se ven afectados. En un estudio, este fenotipo fue imitado por inhibidores de Shh, y la proteína Shh exógena rescató la formación oportuna de somitas, lo que demuestra que la señal faltante producida por la notocorda está mediada por Shh.
Señalización de separación y epitelización de somitas.
La separación física de los somitas depende de la separación de las células entre sí y de la formación de bordes y nuevas adherencias entre diferentes células. Los estudios indican la importancia de las vías que involucran al receptor Eph y la familia de proteínas Ephrin , que coordinan la formación de los bordes, en este proceso. Además, las fibronectinas y las cadherinas ayudan a que las células adecuadas se localicen entre sí.
Especificación y diferenciación
Con respecto al mesodermo paraxial a partir del cual se forman los somitas, los experimentos de mapeo del destino en la etapa de blástula muestran progenitores del mesodermo presomítico en el sitio de gastrulación, conocido como la línea primitiva en algunos organismos, en regiones que flanquean al organizador. Los experimentos de trasplante muestran que solo en la etapa tardía de la gástrula estas células están comprometidas con el destino paraxial, lo que significa que la determinación del destino está estrictamente controlada por señales locales y no está predeterminada. Por ejemplo, la exposición del mesodermo presomítico a proteínas morfogenéticas óseas (BMP) ventraliza el tejido; sin embargo, in vivo , los antagonistas de BMP secretados por el organizador (como Noggin y chordin) lo impiden y, por lo tanto, promueven la formación de estructuras dorsales.
Terminación de la somitogénesis
Actualmente se desconoce por qué mecanismo particular se termina la somitogénesis. Un mecanismo propuesto es la muerte celular masiva en las células más posteriores del mesodermo paraxial, de modo que se evita que esta región forme somitas. Otros han sugerido que la inhibición de la señalización de BMP por Noggin , un gen diana de Wnt, suprime la transición epitelial a mesenquimal necesaria para la separación de los somitas de las bandas del mesodermo presomítico y, por tanto, termina la somitogénesis. Aunque se requiere ácido retinoico endógeno en vertebrados superiores para limitar el dominio Fgf8 caudal necesario para la somitogénesis en el tronco (pero no en la cola), algunos estudios también apuntan a un posible papel del ácido retinoico en la terminación de la somitogénesis en vertebrados que carecen de cola (humanos) o tener una cola corta (pollito). Otros estudios sugieren que la terminación puede deberse a un desequilibrio entre la velocidad de formación de somitas y el crecimiento del mesodermo presomítico que se extiende hacia esta región de la cola.
Somitogénesis en diferentes especies.
Las diferentes especies tienen diferentes números de somitas. Por ejemplo, las ranas tienen aproximadamente 10, los humanos tienen 37, los polluelos tienen 50, los ratones tienen 65 y las serpientes tienen más de 300, hasta alrededor de 500.
El número de somitas no se ve afectado por los cambios en el tamaño del embrión mediante un procedimiento experimental. Debido a que todos los embriones en desarrollo de una especie en particular forman el mismo número de somitas, el número de somitas presentes se usa típicamente como referencia para la edad en los vertebrados en desarrollo.