Neurula

Una neurula es un embrión de vertebrado en la etapa temprana de desarrollo en la que ocurre la neurulación . La etapa de neurula está precedida por la etapa de gástrula ; por consiguiente, la neurulación está precedida por la gastrulación . ^{[ 1 ]} La neurulación marca el comienzo del proceso de organogénesis . ^{[ 2 ]}

Los ratones, los polluelos y las ranas son modelos experimentales comunes para estudiar la neurula. Dependiendo de la especie, los embriones alcanzan la etapa de neurula en diferentes momentos y pasan una cantidad variable de tiempo en esta etapa. ^{[ 3 ] [ 4 ]} En los organismos ovíparos , la temperatura de incubación también afecta la duración de la neurulación. ^{[ 2 ]} Además del desarrollo del tubo neural , otros procesos ocurren en un embrión en etapa de neurula dependiendo de la especie. Por ejemplo, en los reptiles, los tejidos de la membrana extraembrionaria se distinguen del embrión. ^{[ 2 ]}

El embrión en estadio de neurulación tiene cinco regiones de mesodermo que rodean el tubo neural. ^{[ 5 ]} El mesodermo anterior se desarrolla en la región de la cabeza, mientras que el mesodermo posterior se desarrolla en el tronco. ^{[ 1 ]} Varias moléculas, incluidos los proteoglicanos en la matriz extracelular , y genes, incluidos los factores de transcripción Pax , son esenciales para el desarrollo y el cierre del tubo neural en el embrión en estadio de neurulación. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

La neurulación es un proceso en embriones de vertebrados en la etapa de neurula en el que se forma el tubo neural . ^{[ 6 ] [ 8 ]} Hay dos tipos de neurulación: neurulación primaria y secundaria . La neurulación primaria se refiere a la formación y el plegamiento hacia adentro de la placa neural sobre sí misma para formar el tubo neural. ^{[ 6 ] [ 8 ]} En la neurulación secundaria, el tubo neural se forma a través de la fusión de cavidades en la médula espinal. ^{[ 6 ] [ 8 ] [ 9 ]} En anfibios y reptiles, la neurulación primaria forma todo el tubo neural, y este se cierra simultáneamente a lo largo de su longitud. ^{[ 8 ]} Por el contrario, en los peces, la neurulación secundaria forma el tubo neural. ^{[ 10 ]} Tanto la neurulación primaria como la secundaria ocurren en aves y mamíferos, aunque con ligeras diferencias. La neurulación primaria ocurre en las regiones craneal y espinal superior, que da origen al cerebro y las regiones superiores de la médula espinal. La neurulación secundaria ocurre en las regiones sacra inferior y caudal, dando como resultado la formación de las regiones inferiores de la médula espinal. ^{[ 6 ] [ 10 ]} En las aves, el tubo neural se cierra de anterior a posterior, mientras que en los mamíferos, primero se cierra la parte media, seguida del cierre de ambos extremos. ^{[ 8 ]}

El momento en que el embrión alcanza la etapa de neurulación difiere entre especies, mientras que en los organismos ovíparos, la duración de la neurulación se ve afectada adicionalmente por la temperatura de incubación. En general, cuanto menor es la temperatura, mayor es la duración de la neurulación. Los embriones de pollo alcanzan la etapa de neurulación el día 2 después de la fertilización y experimentan neurulación hasta el día 5. Los reptiles, incluidos los cocodrilos, lagartos y tortugas, tienden a pasar más tiempo en la etapa de neurulación. ^{[ 2 ]} Un embrión de rana típico, incubado a 18  °C, es una neurulación temprana a las 50 horas después de la fertilización y una neurulación tardía a las 67 horas. ^{[ 3 ]} El embrión de ratón comienza la neurulación el día 7.5 de gestación y permanece en la etapa de neurulación hasta el día 9. ^{[ 4 ]}

El mesodermo de un embrión de vertebrado en la etapa de neurulación se puede dividir en cinco regiones. Ventral al tubo neural se encuentra el cordamesodermo . Lateral a cada lado del tubo neural se encuentra el mesodermo paraxial , mientras que la región lateral intermedia al tubo neural es el mesodermo intermedio . La cuarta región es el mesodermo de la placa lateral , y la última región es el mesénquima cefálico. ^{[ 5 ]} Las porciones anteriores del mesodermo se desarrollan en regiones rostrales de un organismo, como la cabeza, mientras que el mesodermo posterior se desarrolla en regiones caudales, como el tronco o la cola. ^{[ 1 ]} El mesodermo paraxial, también denominado mesodermo somítico, se desarrolla en somitas , bloques de tejido que se presentan en un patrón segmentario. Las somitas, a su vez, dan origen a las vértebras, costillas, músculo esquelético, cartílago, tendones y piel. ^{[ 8 ] [ 11 ]}

En Xenopus laevis , la transición de la gástrula a la neurula implica cambios morfológicos en dos regiones que rodean el blastoporo: la zona marginal involutiva dorsal (IMZ) y la zona marginal no involutiva suprayacente (NIMZ) de la gástrula. Tras la involución en la etapa de media gástrula, la IMZ experimenta una extensión convergente , en la que las regiones laterales se estrechan y se mueven hacia la línea media, mientras que el extremo anterior se alarga. Esto tiene el efecto de estrechar el blastoporo . La NIMZ, que no involuciona, se extiende simultáneamente en la dirección opuesta y a mayor velocidad para cubrir las regiones que ya no ocupa la IMZ. La extensión convergente de la IMZ y la NIMZ comienza en la segunda mitad de la gastrulación y continúa hasta la etapa tardía de neurula. Finalmente, el tejido profundo de la IMZ forma la notocorda central y el mesodermo paraxial circundante . En la etapa temprana de neurula, la notocorda se distingue claramente. Las células notocordales se disponen en una formación que representa una pila de monedas en un proceso denominado intercalación circunferencial. La capa superficial de la ZIM se desarrolla en el techo del arquénteron , o intestino primitivo, mientras que el endodermo subyacente forma el suelo del arquénteron. La ZIMN se desarrolla en una estructura que se asemeja al tubo neural primitivo . La capa ectodérmica externa de la neurula se forma por la expansión uniforme de las células en el polo animal , conocida como casquete animal. El ectodermo se diferencia entonces en tejido neural y epidérmico . ^{[ 12 ]}

En los embriones de reptiles, desde la etapa tardía de la neurula hasta las primeras etapas de la organogénesis, los tejidos de membrana extraembrionarios que comprenden el saco vitelino , el corion y el amnios se distinguen de los tejidos del embrión. El mesodermo se divide para crear el celoma extraembrionario, que consta de dos capas. La capa interna vascularizada de mesodermo-endodermo, denominada esplacnopleura, se desarrolla en el saco vitelino, mientras que la capa externa no vascularizada de ectodermo-mesodermo, denominada somatopleura, se convierte en el amnios y el corion. Durante la organogénesis, estos tres tejidos extraembrionarios se desarrollan completamente. Además, dentro de la neurula de los reptiles, los tejidos del cerebro comienzan a diferenciarse y el corazón y los vasos sanguíneos empiezan a formarse. ^{[ 2 ]}

Los tejidos de la neurula del ratón se dividen rápidamente, con un ciclo celular promedio de 8 a 10 horas. Los proteoglicanos en la matriz extracelular (MEC) de las células en etapa de neurula desempeñan un papel importante en la promoción de la neurulación craneal funcional y la elevación del pliegue neural; el ácido hialurónico (AH) se sintetiza y se acumula, mientras que la célula mantiene un bajo nivel de glicosaminoglicanos sulfatados (GAG). El AH participa en la creación de pliegues neurales biconvexos, mientras que los GAG sulfatados son cruciales para la manipulación del surco neural en forma de V, así como para el cierre del tubo neural. La MEC no desempeña un papel importante en la neurulación espinal debido a la naturaleza compacta de las células mesodérmicas en la región espinal, lo que deja poco espacio intercelular. Además, se cree que los microfilamentos que contienen actina son necesarios en la neurulación craneal. Podrían actuar como mecanismo para el plegamiento neural o estabilizar los pliegues neurales ya formados; sin embargo, su función exacta aún no se ha determinado. Hay cierta evidencia de que los factores de crecimiento , como la insulina o la transferrina , también juegan un papel en la neurulación, pero este vínculo no ha sido bien estudiado. ^{[ 6 ]}

Se ha descubierto que diversos genes se expresan en el embrión en la etapa de neurulación. Diferentes genes se activan para distintos eventos de neurulación, como los que ocurren en regiones separadas del tubo neural en desarrollo. ^{[ 6 ]} Estos genes son necesarios para una neurulación y cierre adecuados del tubo neural. Moléculas de señalización como Wnts , FGF y BMF, junto con factores de transcripción que incluyen los genes Msx , Snail , Sox8 /9/10 y Pax3 /7, desempeñan funciones clave en la formación de la cresta neural. ^{[ 6 ]}

Los factores de transcripción Pax tienen un papel importante en el desarrollo temprano, especialmente en lo que respecta al SNC y la cresta neural. Pax3 y Pax7 son promotores tanto de la supervivencia de las células de la cresta neural como de la resistencia al estrés ambiental. ^{[ 7 ]} En embriones de ratón, Pax3 bloquea el gen supresor de tumores p53 , que es necesario para la proliferación controlada y la estabilidad genómica, y se expresa en todas las células de la neurula. ^{[ 6 ] [ 7 ]} Durante el desarrollo temprano, Pax3 se expresa en el área posterior y lateral de la placa neural, la misma región de donde surge la cresta neural. ^{[ 7 ]} Se encontraron defectos en la cresta neural en mutantes de Pax3 de ratón y humanos, lo que indica la importancia de la funcionalidad. ^{[ 7 ] [ 13 ]} En pollos, ranas y peces, Pax3/Pax7 se activan mediante la señalización Wnt y FGF. ^{[ 7 ]} Pax3 y Pax7 también son necesarios para la inducción de la cresta neural después de que el agotamiento de los dos genes resultó en la falta de activación de los genes específicos de la cresta neural Snail2 y Foxd3 , lo que no permitió un mayor desarrollo o emigración de la cresta neural. ^{[ 7 ]} El uso de knockouts ha sido útil para comprender el rol y las funciones de varios genes encontrados en la neurula. Por ejemplo, se encontró que Wnt-1 no tiene un rol en el cierre de la placa neural, a pesar de estar presente en la punta de los pliegues neurales cuando se cierra. Aunque los mutantes de Wnt-1 conducen a defectos de patrón dentro del cerebro. Notch1 está involucrado con la formación de somitas. HNF-3 es necesario para el desarrollo de la notocorda y el nodo. El gen Apolipoproteína B , que está involucrado en el transporte y metabolización de moléculas liposolubles en la sangre, se expresa en el saco vitelino y el hígado fetal. ^{[ 6 ]} Dentro de la neurula en Xenopus laevis, están presentes los genes de desarrollo Xwnt-3 y Xwnt-4. ^{[ 14 ]}