Modelo de bandera francesa

El modelo de la bandera francesa es una definición conceptual de un morfógeno , descrito por Lewis Wolpert en la década de 1960. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Un morfógeno se define como una molécula de señalización que actúa directamente sobre las células (no a través de la inducción en serie ) para producir respuestas celulares específicas que dependen de la concentración del morfógeno. Durante el desarrollo temprano, los gradientes de morfógeno generan diferentes tipos de células en un orden espacial distinto. El patrón de la bandera francesa se encuentra a menudo en combinación con otros: el desarrollo de las extremidades de los vertebrados es uno de los muchos fenotipos que exhiben el patrón de la bandera francesa superpuesto con un patrón complementario (en este caso, el patrón de Turing ). ^{[ 4 ]}

En el modelo de la bandera francesa, esta se utiliza para representar el efecto de un morfógeno en la diferenciación celular: un morfógeno afecta los estados celulares en función de la concentración, y estos estados están representados por los diferentes colores de la bandera francesa: las concentraciones altas activan un gen "azul", las concentraciones bajas activan un gen "blanco", y el "rojo" sirve como estado predeterminado en las células por debajo del umbral de concentración necesario.

El modelo de la bandera francesa fue defendido por el destacado biólogo de Drosophila , Peter Lawrence . Christiane Nüsslein-Volhard identificó el primer morfógeno, Bicoid , uno de los factores de transcripción presentes en un gradiente en el embrión sincitial de Drosophila . Dos laboratorios, el de Gary Struhl y el de Stephen Cohen , demostraron posteriormente que una proteína de señalización secretada, Decapentaplegic (el homólogo de Drosophila del factor de crecimiento transformante beta ), actuaba como morfógeno durante las etapas posteriores del desarrollo de Drosophila . Esta sustancia rige el patrón de desarrollo tisular y, en particular, la posición de los distintos tipos de células especializadas dentro de un tejido. Se propaga desde una fuente localizada y forma un gradiente de concentración a través del tejido en desarrollo.

Entre los morfógenos más conocidos se incluyen: decapentaplegic / factor de crecimiento transformante beta , Hedgehog / Sonic hedgehog , Wingless / Wnt , factor de crecimiento epidérmico y factor de crecimiento de fibroblastos .

Algunos de los morfógenos más antiguos y mejor estudiados son factores de transcripción que se difunden en los embriones tempranos de Drosophila melanogaster (mosca de la fruta). Sin embargo, la mayoría de los morfógenos son proteínas secretadas que transmiten señales entre las células.

Los morfógenos se definen conceptualmente, no químicamente, por lo que sustancias químicas simples como el ácido retinoico también pueden actuar como morfógenos.

La base del modelo de la bandera francesa es la idea de que un morfógeno forma de forma autónoma un gradiente, y las células individuales leen la concentración de dicho gradiente. Las células responden entonces a un nivel específico del gradiente con una diferenciación específica para coincidir con la posición que el gradiente indica que ocupan. Si bien se acepta ampliamente como un modelo importante para comprender la morfogénesis , no es universalmente aceptado por todos los biólogos del desarrollo. Las dificultades de todos los modelos de morfogénesis basados ​​en gradientes fueron revisadas exhaustivamente por Natalie y Richard Gordon e incluyen siete ^{[ 5 ]} puntos específicos:

1. Para mantener un gradiente en estado estacionario, debe existir un sumidero, es decir, un mecanismo mediante el cual las moléculas difusoras se destruyen o eliminan a lo largo del camino o en ciertos límites. Los sumideros rara vez, o nunca, se consideran al aplicar el modelo de gradiente.
2. La difusión debe producirse en un espacio confinado para que se establezca un gradiente. Sin embargo, muchos organismos, como el ajolote, se desarrollan con normalidad incluso si se les extraen la membrana vitelina y las capas gelatinosas, y el desarrollo tiene lugar en agua corriente.
3. La difusión depende de la temperatura, pero el desarrollo puede transcurrir con normalidad en un amplio rango de temperaturas en animales cuyos huevos se desarrollan fuera de la madre.
4. Los gradientes de difusión no se adaptan bien a diferentes escalas, a pesar de que los embriones presentan una gran variedad de tamaños.
5. Los gradientes de difusión siguen el principio de superposición. Esto significa que un gradiente de una sustancia en una dirección y otro gradiente de la misma sustancia en una dirección perpendicular dan como resultado un único gradiente unidimensional en la dirección diagonal, no un gradiente bidimensional. Los biólogos del desarrollo suelen recurrir a un gradiente bidimensional, aunque un sistema de gradiente bidimensional requiere dos gradientes de morfógenos con dos fuentes y sumideros diferentes, situados aproximadamente perpendiculares entre sí.
6. Las fluctuaciones en los gradientes siempre ocurren, especialmente a las bajas concentraciones que se encuentran comúnmente durante la embriogénesis, lo que dificulta una respuesta específica de una célula individual a umbrales de concentración particulares.
7. Cada célula debe ser capaz de "leer" con precisión la concentración del morfógeno; de lo contrario, los límites entre los tejidos se vuelven irregulares. Sin embargo, estos límites irregulares son poco frecuentes durante el desarrollo.

• Volador interactivo
• Flybase
• Modelo de vida artificial de morfogénesis multicelular con gradientes generados de forma autónoma para información posicional.
• OMIM
• PubMed