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Somitogénesis

La somitogénesis es el proceso por el cual se forman los somitas . Los somitas son bloques de mesodermo paraxial, dispuestos bilateralmente , que se forman a lo largo del eje an...

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La somitogénesis es el proceso por el cual se forman los somitas . Los somitas son bloques de mesodermo paraxial, dispuestos bilateralmente , que se forman a lo largo del eje anteroposterior del embrión en desarrollo en los vertebrados . Los somitas dan origen al músculo esquelético , el cartílago , los tendones , el endotelio y la dermis . [ 1 ]

Descripción general

Durante la somitogénesis, los somitas se forman a partir del mesodermo presomítico, una región de mesodermo en la parte posterior del embrión en desarrollo. Este tejido experimenta una extensión convergente a medida que la línea primitiva retrocede o cuando el embrión se gastrula . La notocorda se extiende desde la base de la cabeza hasta la cola; con ella se extienden gruesas bandas de mesodermo paraxial. [ 2 ]

A medida que la estría primitiva continúa retrocediendo, los somitas se forman a partir del mesodermo presomítico mediante gemación periódica desde el extremo anterior del mismo. Se cree que las señales de desarrollo subyacentes que controlan esta formación periódica se ajustan a un modelo de frente de onda de reloj . Estos somitas inmaduros se compactan en una capa externa (el epitelio) y una masa interna (el mesénquima ). Los somitas, y las estructuras segmentadas como las vértebras que se originan a partir de ellos, adquieren una identidad mediante la expresión de genes Hox dentro del somita en desarrollo. [ 3 ]

Las células dentro de cada somita se especifican según su ubicación dentro de la misma. Además, conservan la capacidad de convertirse en cualquier tipo de estructura derivada de la somita hasta una etapa relativamente tardía del proceso de somitogénesis. [ 4 ]

Mecanismo

Periodicidad

Una vez que las células del mesodermo presomítico se encuentran en su lugar tras la migración celular durante la gastrulación, comienza la expresión oscilatoria de múltiples genes "reloj" [ 5 ] en estas células. Una diferencia en la sincronización del oscilador entre la parte anterior y posterior del mesodermo presomítico [ 6 ] conduce a la creación de ondas viajeras de expresión génica, análogas a una " ola mexicana " [ 7 ] .

Se cree que estas oscilaciones, en gran medida autónomas a nivel celular [ 6 ] [ 8 ], están impulsadas por la autoinhibición de genes de la familia Hes/Her y se cree que sincronizan la diferenciación de las células del mesodermo presomítico en somitas. Estas oscilaciones intracelulares son intrínsecamente ruidosas y la sincronía se logra mediante la señalización intercelular de Notch . [ 9 ] Se cree que el límite entre somitas está determinado por la inhibición de la señalización de ERK por genes de la familia Hes/Her, [ 10 ] y, por lo tanto, las oscilaciones en la expresión génica también controlan el momento, o la velocidad, de la formación de somitas. Una vez que las células han adoptado el destino de somita, experimentan una transición epitelio-mesenquimal y forman una nueva somita. [ 11 ] Se cree que la posición del límite del somita está controlada por un gradiente de señalización FGF o Wnt que se mueve posteriormente a la velocidad a la que el embrión se alarga y crece, [ 3 ] acoplando así el tamaño del somita al tamaño del embrión. [ 12 ] El mantenimiento de células indiferenciadas en el mesodermo presomítico mediante la gastrulación o el alargamiento del mesodermo presomítico permite que este proceso continúe repetidamente, lo que explica la formación periódica de somitas.

Este mecanismo explica por qué la expresión de los "genes reloj" oscila con una periodicidad igual al tiempo necesario para la formación de un somita, por ejemplo, 30 minutos en el pez cebra, 90 minutos en los pollos y 100 minutos en las serpientes. [ 13 ] La identidad de los genes reloj y el mecanismo por el cual oscilan pueden variar entre diferentes especies; por ejemplo, el pez cebra presenta un bucle de retroalimentación negativa simple , mientras que los pollos y los ratones presentan un proceso complejo en el que los relojes FGF y Wnt afectan al reloj Notch. [ 14 ] [ 15 ] Sin embargo, el modelo del reloj de segmentación está altamente conservado evolutivamente. [ 16 ]

Señalización en la separación y epitelización de los somitas

La separación física de los somitas depende de la atracción entre las células y de la formación de límites y nuevas adhesiones entre ellas. Los estudios indican la importancia de las vías que involucran al receptor Eph y a la familia de proteínas efrinas , las cuales coordinan la formación de límites, en este proceso. Asimismo, las fibronectinas y las cadherinas ayudan a que las células apropiadas se localicen entre sí. [ 17 ] [ 18 ]

Especificación y diferenciación

En cuanto al mesodermo paraxial a partir del cual se forman los somitas, los experimentos de mapeo del destino celular en la etapa de blástula muestran progenitores del mesodermo presomítico en el sitio de gastrulación, denominado estría primitiva en algunos organismos, en regiones que flanquean al organizador. Los experimentos de trasplante muestran que solo en la etapa tardía de gástrula estas células se comprometen 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 las proteínas morfogenéticas óseas (BMP) ventraliza el tejido; sin embargo, in vivo , los antagonistas de las BMP secretados por el organizador (como Noggin y chordin) lo impiden y, por lo tanto, promueven la formación de estructuras dorsales. [ 19 ]

Terminación de la somitogénesis

Actualmente se desconoce por qué mecanismo se termina la somitogénesis. Un mecanismo propuesto es la muerte celular masiva en las células más posteriores del mesodermo presomítico, de modo que esta región se ve impedida de formar somitas. [ 20 ] [ 21 ] Otros han sugerido que la inhibición de la señalización de BMP por Noggin , un gen diana de Wnt, suprime la transición epitelial-mesenquimal necesaria para la separación de los somitas de las bandas del mesodermo presomítico y, por lo tanto, termina la somitogénesis. [ 22 ] Aunque el ácido retinoico endógeno es necesario en vertebrados superiores para limitar el dominio caudal de Fgf8 necesario para la somitogénesis en el tronco (pero no en la cola), algunos estudios también señalan un posible papel del ácido retinoico en la terminación de la somitogénesis en vertebrados que carecen de cola (humano) o tienen una cola corta (pollo). [ 23 ] 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. [ 24 ]

Somitogénesis en diferentes especies.

Las distintas especies presentan un número diferente de somitas. Por ejemplo, las ranas tienen aproximadamente 10, los humanos 37, los polluelos 50, los ratones 65 y las serpientes más de 300, llegando incluso a unos 500. Se cree que las diferencias en el número de somitas entre especies se deben principalmente a cambios evolutivos en la frecuencia del reloj de segmentación y en la duración de la somitogénesis. [ 25 ]

El número de somitas no se ve afectado por los cambios en el tamaño del embrión durante el procedimiento experimental. Dado que todos los embriones en desarrollo de una especie en particular forman, en promedio, el mismo número de somitas, este número se utiliza habitualmente como referencia para la edad en vertebrados en desarrollo. [ 26 ] [ 27 ]

Referencias

  1. ↑ Christ, Bodo; Ordahl, Charles P. (1995-05-01). "Primeras etapas del desarrollo de los somitas del pollo" . Anatomía y Embriología . 191 (5): 381– 396. doi : 10.1007/BF00304424 . ISSN 1432-0568 . PMID 7625610 .  
  2. ↑ Gilbert, SF (2010). Biología del desarrollo (9.ª ed.). Sinauer Associates, Inc. págs. 413–415 . ISBN   978-0-87893-384-6.
  3. 1 2 Gomez, Céline; Pourquié, Olivier (2009-09-15). "Control del desarrollo del número de segmentos en vertebrados" . Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution . 312B (6): 533– 544. Bibcode : 2009JEZB..312..533G . doi : 10.1002 / jez.b.21305 . ISSN 1552-5007 . PMC 3094763. PMID 19621429 .   
  4. ↑ Gilbert, SF (2010). Biología del desarrollo (9.ª ed.). Sinauer Associates, Inc. págs. 413–415 . ISBN   978-0-87893-384-6.
  5. ^ Krol, Aurélie J.; Roellig, Daniela; Dequéant, Mary-Lee; Tassy, ​​Olivier; Glynn, conde; Hattem, Gaye; Mushegian, Arcadia; Oates, Andrew C.; Pourquié, Olivier (1 de julio de 2011). "Plasticidad evolutiva de las redes de reloj de segmentación" . Desarrollo . 138 (13): 2783–2792 . doi : 10.1242/dev.063834 . ISSN 0950-1991 . PMC 3109603 . PMID 21652651 .   
  6. 1 2 Rohde, Laurel A.; Bercowsky-Rama, Arianne; Valentin, Guillaume; Naganathan, Sundar Ram; Desai, Ravi A.; Strnad, Petr; Soroldoni, Daniele; Oates, Andrew C. (2024-08-28). "La sincronización celular autónoma impulsa el patrón de onda del reloj de segmentación de los vertebrados" . eLife . 13. doi : 10.7554 /eLife.93764.2 . PMID 39671306 . 
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  8. ↑ Rohde, Laurel A.; Bercowsky-Rama, Arianne; Valentin, Guillaume; Naganathan, Sundar Ram; Desai, Ravi A.; Strnad, Petr; Soroldoni, Daniele; Oates, Andrew C. (2024-08-28). "La sincronización celular autónoma impulsa el patrón de onda del reloj de segmentación de los vertebrados" . eLife . 13. doi : 10.7554 /eLife.93764.2 . PMID 39671306 . 
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  27. ↑ Gilbert, SF (2010). Biología del desarrollo (9.ª ed.). Sinauer Associates, Inc. págs. 413–415 . ISBN   978-0-87893-384-6.