Genes que participan en el desarrollo de las

GENES QUE PARTICIPAN EN EL DESARROLLO DE LAS ESTRUCTURAS
CRÁNEOFACIALES
DURANTE
LA
TERCERA
SEMANA
DE
VIDA
INTRAUTERINA: ESTADÍOS 7-16.
Angélica Martínez. Carlos Forero. David Peña. Victoria Martín. Orlando
Martínez. Lina Quintero. Desirée Champsaur. Erika Simanca. Adolberto
Torres. Jose Ariza. Patricia Maza. Irene Rodríguez. Liliana Otero.
La tercera semana del desarrollo se caracteriza por ser un período de desarrollo
rápido. Coincide con la primera falta del período menstrual de la embarazada. Al
comienzo de la tercera semana aparece en la superficie dorsal del embrión
bilaminar, la línea primitiva, en su porción caudal y en la línea medía. Dicha
estructura se va alargando progresivamente debido al agregado de células en su
región caudal y al mismo tiempo su extremo craneal sufre un engrosamiento que
constituye el nódulo primitivo o de Hensen.
•
Formación del mesodermo
Alrededor del decimosexto día del desarrollo y por un mecanismo de gastrulación,
que se define como importantes migraciones celulares que terminarán con la
aparición de la tercera hoja germinativa embrionaria, el mesodermo. Las células
del ectodermo proliferan en los bordes de la línea primitiva y migran hacía el
interior para formar el mesodermo, mientras que las células restantes permanecen
formando la capa superficial. El mesodermo se ubica entre el ectodermo y el
endodermo. A partir del mesodermo se originará el mesénquima intraembrionario.
•
Formación de la notocorda
El embrión bilaminar se ha transformado en trilaminar. Desde el nódulo primitivo se
produce una migración celular en sentido craneal formando en la línea media un
cordón, el proceso notocordal. Este proceso avanza hacía la lámina procordal que
índica el futuro lugar de la boca entre el ectodermo y el endodermo y con las
láminas de mesodermo situadas lateralmente.
La lámina o placa procordal, de
morfología circular, es un área del endodermo formada por células columnares que
al unirse al ectodermo formará la membrana bucofaríngea bilaminar.
Esta placa
procordal es una de las más importantes organizadoras de la región cefálica del
embrión.
Caudalmente, en relación a la línea primitiva se encuentra la membrana cloacal
donde también se fusionan ectodermo y endodermo.
En consecuencia, a nivel de la membrana bucofaríngea y cloacal el embrión es
bilaminar (ectodermo y endodermo).
Al comienzo el embrión es plano y circular adoptando con posterioridad una
morfología piriforme. A medida que crece el proceso notocordal el embrión se va
alargando.
El proceso notocordal, constituido inicialmente, por un cordón celular macizo, se
ahueca secundariamente para formar el conducto notocordal. La pared central de
dicho conducto, se asocia al endodermo fusionándose e incorporándose a él, en
tanto que la pared dorsal se engrosa para constituir la placa notocordal. Al final del
proceso la placa notocordal se independiza del endodermo y forma la notocorda
definitiva.
En esta etapa, un grupo de células ectodérmicas vecinas al sitio de cierre del tubo
neural se separan para constituir las crestas neurales. El tubo neural es el que da
origen a todo el sistema nervioso central, mientras que las crestas neurales darán
origen a casi todo el sistema nervioso periférico, las meninges, melanocitos, médula
suprarrenal y odontoblastos. A diferencia del tubo neural, que permanece como una
estructura continua, las crestas neurales se fragmentan con la aparición de las
somitas, originando así los ganglios de la raíz posterior de la médula espinal.
A medida que la notocorda se desarrolla, el ectodermo suprayacente sufre un
engrosamiento y constituye la placa neural que origina el sistema nervioso central.
Hacia el día 18 se produce en la placa neural una invaginación a lo largo de su eje,
formándose el surco neural, el cual presenta a cada lado, los pliegues neurales. Al
finalizar la tercera semana dichos pliegues comienzan a aproximarse y se fusionan.
En esta etapa, un grupo de células ectodérmicas vecinas al sitio de cierre del tubo
neural se separan para constituir las crestas neurales. El tubo neural es el que da
origen a todo el sistema nervioso central, mientras que las crestas neurales darán
origen a casi todo el sistema nervioso periférico, las meninges, melanocitos, médula
suprarrenal y odontoblastos. A diferencia del tubo neural, que permanece como una
estructura continua, las crestas neurales se fragmentan con la aparición de las
somitas, originando así los ganglios de la raíz posterior de la médula espinal.
•
Neurulación:
Así, el surco neural se transforma en el tubo neural. El cierre del tubo neural no es
simultáneo a lo largo de él, sino que comienza en la región cervical del embrión
progresando luego hacia caudal y más hacia cefálico. El tubo permanece
temporalmente abierto a la cavidad amniótica en los denominados neuroporos
anterior o cefálico y posterior o caudal los que luego se cierran en ese mismo
orden.
Diferenciación del mesodermo
El mesodermo intraembrionario al finalizar la tercera semana comienza a
diferenciarse en: Mesodermo paraaxial, que dará origen a las somitas; Mesodermo
lateral, del cual va a derivar el mesodermo somático, el esplácnico y el celoma
intraembrionario; y
Mesodermo intermedio o futuro cordón nefrógeno, que da
origen al sistema urogenital. Hacia el final de la tercera semana el mesodermo
paraaxial se fragmenta en estructuras cuboides y pares, denominadas somitas. Las
primeras somitas aparecen próximas al extremo cefálico de la notocorda y luego se
forman metaméricamente en dirección caudal.
Debido a la aparición de estas estructuras, el período de tiempo correspondiente
entre los días 20 y 30 se llama período somítico, donde se forman 38 pares de
somitas alcanzando al final de la quinta semana el número de 42 a 44 pares de
somitas.
Las somitas se dividen en dos zonas, el esclerótomo (ventromedial) y el
dermomiótomo (dorso-lateral), de los que derivan respectivamente las vértebras y
costillas en el primer caso y, la dermis de la piel y el tejido muscular estriado en el
segundo.
En el mesodermo lateral van apareciendo espacios aislados que más tarde van
confluyendo para constituir el celoma intraembrionario, el cual divide a aquél en:
a)
mesodermo
parietal
o
somático
que
se
ubica
próximo
al
ectodermo
(somatopleura) y que da lugar a la pared corporal y
b) en mesodermo visceral o esplácnico próximo al endodermo (esplacnopleura) que
origina los elementos conectivos musculares corporales. De este celoma van a
derivar las cavidades pleural y peritoneal.
La tercera semana del desarrollo se caracteriza por la formación de una capa
germinativa mesodérmica. Esta semana se extiende desde el día 15 hasta el día 21.
El fenómeno mas característico de esta semana es la formación de un surco
angosto denominada línea primitiva 1 .
Durante este periodo, se desarrolla la
gastrulación, este es el primer proceso
morfogenético en el desarrollo embrionario. En este periodo los grupos de células
se localizan en diferentes regiones específicas
del embrión. Para lograr esta
disposición celular es imprescindible una predestinación celular, la
acción
coordinada
y por
supuesto, el
1
2
de ciclo
celular, los cambios del tamaño y
movimiento
grupal de ciertas células.
Biología medica de Langman. 5ª edición, Editorial panamericana.
Current opinion in genetics & Development 2002, 12:423-429
2
forma celular,
Entre estos movimientos
coordinados están: la migración que se produce por parte de las células del
epiblasto
dirección de la línea primitiva, donde se desprende y se desliza por
debajo de esta. Estas células se localizan posteriormente entre el epiblasto
y el
hipoblasto creando la capa mesodérmica que al establecerse da inicio como tal a
la gastrulación.
Más adelante estas células se irán incrementando entre el epiblasto y el hipoblasto.
Es importante mencionar que
en el extremo cefálico de la línea primitiva se
invaginaran también algún número considerable de células las cuales forman una
prolongación a modo de tubo, llamado
prolongación cefálica
o
notocordal que
ocurre aproximadamente en el día 17.
Para una correcto, y, coordinado
disposición y
comportamiento de las células
durante la
establecimiento del las tres capas germinativas, es importante la
participación de un sin número de genes. Cada día se descubren nuevos genes en
la participación del crecimiento y desarrollo craneofacial. A continuación se
describen algunos de los genes que intervienen en este proceso.
Durante la gastrulación los factores de transcripción Twist y Snail, se expresan el
las células dorsales y
en las células ventrales (mesodermo). El gen Snail en
ausencia de Twist, promueve la invaginación celular, y ambos
regulación de la circulación celular y en el
participan en la
mantenimiento de
la polaridad
3
apical/basal para promover la gastrulación .
El factor de trascripción Snail, actúa directamente como represor de ciertos genes
que son expresados en los futuros territorios del neuroectodermo 4 . La represión de
algunos genes, tales como Crumb, shot gastrulation, E-cadherina, Delta y otros
del complejo Enhancer of Split hacen que se efectué exitosamente la gastrulación.
Por otra parte los FGF regulan la morfogénesis y los patrones de movimiento de la
capa mesodérmica, durante el periodo de gastrulación 5 .
Twist es un factor de trascripción, que originalmente se encontró en la mosca
Drosophila. Este gen tiene una función importante en la embriogénesis temprana
en el momento de la gastrulación e interviene en la formación del tubo neural
6-7
.
La mutación de este gen está relacionada con los síndromes Saethre-Chotzen y y
Baller-Gerold.
Tercera semana- estadío 8:
3
Ibid
Hemavathy K, Meg X , Differential regulation of gastrulation and neuroectodermal genes expression by
Snail un the Drosophila embryo. Development 1997, 124:3683-3691
5
Ibid
6
Laura Flrores ; Avances en craneosinostosis, Rev Mex neuroci 2003; 4(2);63-74
7
Chen Zf, Behringer RR. TWist is required in brain mesenchyma for cranial neural tube morphogenesis.
Genes Dev 1995;9:686-699
4
El estadío 8 del embrión, está caracterizado por la aparición de la fosa primitiva, el
canal de la notocorda, y el canal neuroentérico; esto es identificado en el día 18
después de la ovulación. La formación de la línea primitiva esta inducida por la
activina que es un miembro de la familia de las TGF- beta y por factores de
transcripción como el nodal, que es otro miembro de la familia del TGF- beta y
HNF-3beta. Posteriormente esta línea crece y forma una invaginación o surco
primitivo, que posee una depresión denominada fosita primitiva. Otras moléculas y
genes implicados en dichos ejes son: Lim-1, cerberus, gen-T, Shh, Lefty y nodal.
En distintos tejidos ectodermicos, se ha observado
mRNA Dlx5 en la porción
cefálica anterior ectodérmica (aCE), el pliegue neural (NF) y en la placoda ótica
(pOPc), durante este estadío. Dlx5 es expresado
primero que otros genes Dlx
durante el desarrollo.
El factor de crecimiento fibroblástico (FGFs) también juega un papel importante
durante el desarrollo fetal y embrionario.
Tercera semana- estadío 9:
El estadío 9 se alcanza entre 19 y 21 días post ovulación, y se observan entre 1 y 3
somitas pares presentes. También el pliegue neural está en desarrollo. El tamaño
de este embrión puede variar de 1,5 a 2 mm de longitud.
El embrión bilaminar se ha transformado en trilaminar. Desde el nódulo primitivo se
produce una migración celular en sentido craneal formando en la línea media un
cordón, el proceso notocordal. Este proceso avanza hacía la lámina procordal que
índica el futuro lugar de la boca entre el ectodermo y el endodermo y con las
láminas de mesodermo situadas lateralmente.
La lámina o placa procordal, de
morfología circular, es un área del endodermo formada por células columnares que
al unirse al ectodermo formará la membrana bucofaríngea bilaminar.
Esta placa
procordal es una de las más importantes organizadoras de la región cefálica del
embrión.
A medida que la notocorda se desarrolla, el ectodermo suprayacente sufre un
engrosamiento y constituye la placa neural que origina el sistema nervioso central.
Hacia el día 18 se produce en la placa neural una invaginación a lo largo de su eje,
formándose el surco neural, el cual presenta a cada lado, los pliegues neurales. Al
finalizar la tercera semana dichos pliegues comienzan a aproximarse y se fusionan.
En esta etapa, un grupo de células ectodérmicas vecinas al sitio de cierre del tubo
neural se separan para constituir las crestas neurales. El tubo neural es el que da
origen a todo el sistema nervioso central, mientras que las crestas neurales darán
origen a casi todo el sistema nervioso periférico, las meninges, melanocitos, médula
suprarrenal y odontoblastos. A diferencia del tubo neural, que permanece como una
estructura continua, las crestas neurales se fragmentan con la aparición de las
somitas, originando así los ganglios de la raíz posterior de la médula espinal.
El mesodermo intraembrionario al finalizar la tercera semana comienza a
diferenciarse en: Mesodermo paraaxial, que dará origen a las somitas; Mesodermo
lateral, del cual va a derivar el mesodermo somático, el esplácnico y el celoma
intraembrionario; y
Mesodermo intermedio o futuro cordón nefrógeno, que da
origen al sistema urogenital. Hacia el final de la tercera semana el mesodermo
paraaxial se fragmenta en estructuras cuboides y pares, denominadas somitas. Las
primeras somitas aparecen próximas al extremo cefálico de la notocorda y luego se
forman metaméricamente en dirección caudal.
Al finalizar la tercera semana comienza la circulación sanguínea en el embrión,
siendo, por tanto el sistema cardiovascular el primer sistema con actividad
funcional en el embrión. Las transformaciones que tienen lugar en segunda y la
tercera semanas del desarrollo especialmente relacionadas con el complejo
mecanismo la gastrulación, se deben a un cambio significativo del patrón espacio
temporal que se origina por consecuencia de modificaciones en la forma y
estructura celular, en los movimientos y en las adhesividades celulares.
Las células en la etapa de migración se caracterizan estructuralmente por presentar
dos polos diferentes: un polo de arrastre donde se ubican la mayor parte de las
organelos incluido el complejo de Golgi y un polo de avance donde se localizan los
microtúbulos que intervienen en el desplazamiento. La formación del disco
trilaminar se caracteriza también, por un cambio en el metabolismo celular que, de
anaerobio típico del blastocisto, pasa a ser aerobio con un incremento de los
fenómenos oxidativos. Desde el punto de vista morfológico este hecho se relaciona
con el aumento de mitocondrias presentes en las células del mesodermo.
Durante el estadio E9.5 el crecimiento del primer arco branquial en cada lado de la
cabeza se desarrolla en el primordio de los arcos mandibulares y maxilares, los
cuales crecen hacia la línea media ventral. Subsecuentemente múltiples fusiones de
los pares de arcos mandibulares, maxilares y procesos frontonasal establecen la
forma
básica
de
la
cara.
Errores
en
este
evento
morfogenético
causan
anormalidades craneofaciales incluyendo defectos de la mandíbula, los cuales están
entre las más comunes de las malformaciones en humanos. Más de 130 síndromes
humanos aparecen involucrados en el incorrecto desarrollo del primer arco
branquial.
Dlx1 y Dlx 2 se expresan en el mesénquima de los dominios distal y proximal del
primer y segundo arco branquial comenzando el E9.5. Contrariamente a Dlx1 y Dlx
2, el gen Dlx3 solo se expresa en la piel y punta distal de los arcos branquiales y
luego se restringe a la porción caudal del proceso mandibular. En contraste a los
otros genes Dlx, Dlx3 no se expresa de una manera detectable en el sistema
nervioso central.
Hibridación de RNA en embriones en E8.5 y E9 sugieren que Dlx1 y Dlx2 se
expresan en células migratorias y post migratorias de la cresta neural, mientras
que Dlx3 y Dlx5 se expresan solo en células post migratorias de la cresta neural
craneal comenzando alrededor de E9.5.
En E9.5 Dlx3 y Dlx5 se expresan
progresivamente en dominios más distales del primer y segundo arco branquial.
Solo Dlx1 y Dlx2 se expresan en el proceso maxilar del primer arco branquial
(tejido que es sensible a la pérdida de la expresión Dlx1 y Dlx2).6
Al igual que Dlx3, el gen Dlx5 y Dlx6 también se expresan en el mesénquima del
arco branquial distal. La expresión Dlx5 se presenta en la parte distal de la región
mandibular del primer arco en E8.5 y posteriormente en E9.5 en el maxilar superior
como también en el hioides y mas débilmente en el tercero y cuarto arcos
branquiales. Dlx5 también se expresa en las placodas óticas y olfatorias, el cerebro
anterior y la cresta neural, produciendo neuro epitelio. Dlx5 y Dlx6 se expresan en
la región pericondral de todos los elementos en desarrollo del elemento fetal,
comenzando tan temprano como la iniciación de cartílago y continuando a través
del período de mineralización.
5
El cráneo en desarrollo puede ser subdividido en la porción neuro craneal (también
llamado endocráneo o cerebro primario) que contiene los órganos sensoriales: ojo,
nariz, oído interno y cerebro; y el esplanocráneo,( también llamado esqueleto
visceral o branqueocráneo), derivado de los arcos branquiales. Existen evidencias in
Vitro que sugieren que Dlx5 juega un papel en la expresión de osteocalcina y
diferenciación osteoblástica.
Miembros de la familia FGF, particularmente FGF8 han estado implicados en señales
epiteliales que regulan la expresión genética durante el desarrollo del primer arco
branquial. En el estadío 9.5 la expresión de Fgf8 aparece restringida al lado rostral
del ectodermo. Se ha sugerido que Fgf8 no se requiere para la proliferación celular
en el primer arco branquial.
Poco tiempo después de que Fgf8 es inactivado en el epitelio del primer arco
branquial naciente hay un breve período de muerte celular que llega a su pico en
E9, durante el cual hay una gran proporción de mesénquima proximal pero no
distal que muere por apoptósis.
Los genes homeóticos “Homeobox” también se expresan durante E9, y una de sus
funciones es interactuar con los FGF en la formación de las estructuras
cráneofaciales.
Barx1 es un gen homeobox identificado como inducidle por Fgf8. Al inicio de E9.5
se expresa en el mesénquima en la porción proximal del primer arco branquial pero
no en la distal. Se ha sugerido que la expresión transitoria de Fgf8 en el lado caudal
del primer arco branquial en E9.0 es suficiente para inducir la expresión de Barx1,
Et1 y Gsc, pero que la expresión continuada de Fgf8 no se requiere para
mantenerlos.
Pax 9 y Msx-1 son también genes homeóticos que se observan
E10.5.
entre E9.5 y
La expresión de Msx1 normalmente está restringida al ectomesénquima
distal y Bmp4 (gen de la familia de TGFB2) se detecta en el ectodermo del primer
arco branquial. En el E9.0 la expresión de Pax9 se restringe a la bolsa faríngea.7
El estadío 10 según la clasificación de Carnegie, comprende los días 22 y 23 del
desarrollo embrionario. En el día 22, el embrión presenta una forma alargada y la
placa neural está doblándose dorsalmente y la formación de las somitas es
continua.
A los lados del notocordio se han venido organizando cordones longitudinales
mesodérmicos, cuyas células centrales degeneran y al establecerse una cavitación o
luz central se transforman en las aortas dorsales.
Estas se extienden desde la
región cardiaca hasta la caudal; simultáneamente se están formando las venas
cardinales.
Los lados derecho e izquierdo del embrión empiezan a doblarse hacia el centro y así
el endodermo va formando un tubo llamado intestino primitivo, cuyo extremo
interior llega hasta la placa procordal. De esta manera tendremos dos tubos; uno
dorsal, el tubo neural, y otro ventral, el intestino primitivo. El saco vitelino se está
reduciendo por lo tanto a un pedículo.
Durante el día 23, el tubo neural permanece abierto en sus extremos que se
denominan neuroporos anterior y posterior.
El crecimiento mesenquimal de la región cefálica y la epibolia ectodérmica de la
región, conforman el proceso frontal, el cual empieza a doblarse hacia delante, lo
que favorece que el mesénquima en expansión rodee al tubo endodérmico y forme
dos rodetes de crecimiento anteroposterior, llamados Arcos Faríngeos o Braquiales.
El primer arco se llama mandibular y el segundo hioideo, también nace de cada
aorta dorsal el primer arco arterial aórtico8 .
Entre los rodetes mandibulares a los lados, la eminencia cardiaca abajo y el proceso
frontal arriba, se forma una depresión, que constituye el estomodeo. En el fondo de
ésta se halla la membrana Bucofaríngea (antes la placa procordal). Esta membrana
8
CAMPOS, L. Desarrollo embriológico y fetal del sistema masticatorio.
Universitas Odontológica. 1994; 13(26): 37-52.
tiene una capa interna de origen endodérmico y una capa externa de amnioblastos,
ya que el epiblasto se separa para formar el tubo neural.
De las
células de la cresta neural se derivan, el mesénquima del proceso
mandibular y el mesodermo paraxial.
9
Las células de la cresta neural que
provienen del cerebro medio, participan en la formación del esqueleto del arco
mandibular,
10
también, las estructuras del esqueleto caudal del arco mandibular,
incluyendo elementos cercanos a la mandíbula y a las estructuras del oído medio.
El proceso mandibular está compuesto de dos regiones independientes: dos
regiones laterales grandes y una medial pequeña, las que están mediadas por
patrones de expresión exclusivos de moléculas señalizadoras como la proteína
morfogenética ósea 4 (BMP-4), factor de crecimiento fibroblástico 8 (FGF-8) en el
epitelio, entre otras moléculas reguladoras en el mesénquima. 11
Las regiones laterales donde la condrogénesis y osteogénesis, producen la porción
del arco mandibular que contiene los molares, el cartílago de Meckel, estructuras
óseas asociadas y estructuras del oido medio 12 .
La región lateral se caracteriza por la expresión de Fgf8 en el epitelio y altos niveles
de expresión de los genes como el Dlx, Barx1, Lhx-6/7, Pitx1, genes Pax y
Wnt5a. 13
La expresión restringida de muchos genes reguladores como el Shh, Fgfs, Fgfr2c,
Fgfr3, Msx1, Gsc, Prx1, Et-1, Glil y ptc, se ha observado en el mesénquima epitelial
y mandibular que rodea al proceso hioides. 14
La señalización de FGF-8, por medio de la interacción con varios genes como Et-1,
Jhx6, Barx1 y Gsc, juega un rol esencial en la mediación de las interacciones que
regulan la supervivencia, el crecimiento y la morfogénesis de la región lateral.
(MORPH)
Berge en 2001, reporta que los genes Prx1 y Prx2 controlan la proliferación celular,
por medio de la regulación de la expresión del gen Shh en el epitelio del arco
mandibular. La Shh ejerce un efecto en la morfogénesis del arco mandibular, ya
que regula la proliferación celular en áreas específicas del mesénquima del arco
mandibular.
9
Noden, D. M. The Embryonic origins of avian cephalic and cervical muscles and associated connective
tissues. Am J Anat. 1983; 168: 257-276.
10
Courly G. A. Grapin-Botton. et al., The regeneration of the cephalic neural crest, a problem revisted:
The regenerating cells originate from the contralateral or from the anterior and posterior neural fold.
Development. 1996; 122:3393- 3407.
11
Mina, M.. Wang.Y. H. Ivanisevic. AM. Upholt WB y Rodgers B. Region and stege specifics effects of
FGFsand BMPs in chick mandibular morphogenesis. Dev Dyn. 2002; mar 223(3): 333- 52.
12
Mallo, M. Embryological and genetic aspects of middle ear development. Int J Dev Biol. 1998; 42: 1122.
13
Francis West, Ladher, A. Barlow, A. Graveson . Signaling interactions during facial development.
Mech Dev. 1998: 75:3- 28..
14
Op cit. Mallo.
Las células de la cresta neural juegan un papel clave en el desarrollo craneofacial.
Los polipéptidos en la familia de la endotelina regulan el desarrollo de varios
sublinajes de la cresta neural, incluyendo los del arco branquial.
El factor de
trascripción dHAND es requerido para el desarrollo craneofacial y los embriones
mutantes para Endotelina-1, la expresión de dHAND en los arcos braquiales está
disminuida, sugiriendo que es un efector transcripcional de la acción de la
Endotelina-1.
15
Los ratones que tienen una inactivación del gen que codifica para
la Endotelina-1, presentan anomalías craneofaciales y cardiovasculares. Edn1 se
expresa principalmente en el epitelio de los arcos faringeos y en el arco arterial
aórtico, así como también en el tracto de circulación cardiaca.
16
.
Durante la 4° semana el saco vitelino se estrangula y forma el intestino delgado
primitivo, que se comunica con el saco vitelino por el conducto onfalomensentérico
o vitelino. El endodermo estimulado por el Dlx5 da origen al epitelio del tubo
digestivo, hígado, páncreas, aparato respiratorio, tiroides y paratiroides, proceso
ótico; además controla el crecimiento craneofacial y es el responsable de múltiples
malformaciones craneofaciales junto con los genes Dlx1, Dlx2 ya que estos genes
son reguladores del ectomesénquima 17 .
El intestino primitivo está cerrado por la membrana bucofaríngea cefálicamente y la
membrana cloacal caudalmente. La membrana bucofaríngea desaparece al final del
1° mes.
En el primer arco faríngeo o mandibular tiene como base esquelética rodetes o
cartílagos de MECKEL (Burdi 1992) derecho e izquierdo. Estos dan soporte alas
arterias
del primer arco, los nervios trigéminos y el ectomesenquima con los
músculos masticatorios2.
El segundo arco faríngeo es llamado arco hioideo (cartílago de Richert), el cual va a
originar al estribo, apófisis estiloides, ligamento estilo hioideo, hasta menor y
porción superior del cuerpo del hueso hioides.
Los músculos son el músculo del estribo, el estilo hioideo, vientre posterior del
digástrico, auricular y los músculos de la mímica, todos estos están inervados por el
facial2. En un estudio realizado en DNA de ratas adultas estudiando los arcos
branquiales primero y segundos encontraron que la proteína BMP estimula la
diferenciación morfogenetica de hueso
cráneo facial además encontraron genes
15
Charite, J. et al,. Role of Dlx6 in regulation o fan Endothelin-1- dependent, dHAND branchian arch
enhencer Genes and Development. 2001; 15(22): 3039-3049.
16
THOMAS, T. et al,. A signaling cascade involving endothelin-1, dHAND and Msx1 regulates
development of neural crest derived branchial arch mesenchyme. Development. 1998; 125: 3005- 3014.
17
Depaw M. Dlx5 reglates regional development of the branchial arches and sensory.
Development. 1999; 128, 3831-3846.
tales como el GNB (proto – oncogen receptor de proteínas, varios tipos de proteínas
ribosomales
como Rp13, 16, 7,19 y HNA 18 , lo cual permite deducir la gran
cantidad de factores que intervienen en la diferenciación del primero y segundo
arco branquial.
El tercer arco faríngeo da origen a la porción inferior del cuerpo y el asta mayor del
hioides. La musculatura se circunscribe al músculo estilofaríngeo, son inervados por
el glosofaríngeo, nervio del tercer arco3.
Hacia la línea media la eminencia hipobranquial que está formada por mesodermo
del segundo y tercer arco y parte del cuarto arco.
Un tercer abultamiento medial, formado por la porción posterior de la lengua.
Aparece a las 4 semanas como 2 protuberancias linguales laterales y una
prominencia medial. El tubérculo impar se origina en el primer arco posterior del y
el cuarto arco señala el cual desarrollo de la epiglotis. Por detrás se forma el orificio
laríngeo. Las protuberancias linguales laterales se fusionan entre sí formando los
dos tercios anteriores del cuerpo de la lengua. Los 2/3 anteriores de la lengua están
separados del tercio posterior por la V lingual o surco terminal.
El oído, la nariz y los ojos provienen del proceso frontonasal, las placodas nasales
se invaginan dentro del mesenquima del periprocenfalico y forman la foceta nasal.
El mesensequima nasal crece alrededor formando una prominencia a manera de u
invertida cuyas barras se denominan prosesos nasal medio, promedio nasal lateral.
Los procesos nasales medios están separados entre si por un segmento del proceso
frontal.
Las placodas ópticas y óticas se han sumergido en el mesenquima y han formado
las vesículas correspondientes en los estudios realizados en ratas se a encontrado
que el gen Pax6 controla los diferentes estadios de la expresión del ojo, el Pax6,
controla el ectodermo para ala expresión del ojo en ratas.5
Además se ha podido encontrar que el gen Foxe3 es quien controla la posición de
los ojos. Los genes Dlx permiten la expresión del epitelio olfativo en particular el
Dlx5 se a demostrado que cuando se altera este gen se producen mutaciones en el
epitelio olfativo de las ratas.6
5. Patricia V Dimanlig. the upstrearm enhancer in Pax6 has inportands role in lens
induction, Development 128, 4415-4424. 2001
6. Dlx5 regulates development of peripheral and central components olfactory
system, JNeuro.15, 2003;23 568-578
18
Lindsay F Fowles. Genomic Screen for genes involmed in mammalian craniofacial
developmet. Genome. 2003; 35, 73-75.
La morfogénesis involucra la secuencia de eventos que determinan la forma y
estructura a un organismo. La migración celular también juega un papel importante
durante algunos eventos del desarrollo y en otras células induce muerte celular
programada lo que contribuye a la remoción de tejido localizado y moldeamiento de
órganos 19 .
Durante el día 23 se forman los arcos faríngeos o braquiales. En esta formación
intervienen entre otros, los genes Wnts.
1ero. Arco: Proceso Mandibular. Gen Col2a1 expresa formando cartílago. El gen
Eng1-3 se expresa en arco madibular dorsal del embrión 20 2do. Arco: Hioideo. Gen
Shh y Wnts (mesénquima faríngeo) se expresa en el endodermo faríngeo y en el
margen posterior ectodérmico del segundo arco.
21
Como ejemplo están los ratones en los que la disrupción del gen Hoxα-2 causó la
ausencia de derivados del segundo arco braquial.
Una conclusión importante es
que los arcos branquiales expresan una combinación de genes Hox específica para
el arco, este código o combinación está involucrado en la transmisión de la
especificación morfogenética y posicional del cerebro anterior a los arcos
braquiales. 22
Nace de cada aorta dorsal el 1er arco arterial aórtico. El desarrollo del sistema
vascular es regulado por una serie de señalizaciones extrínsecas e intrínsecas que
resultan en la formación y especialización de
vasos por donde circula sangre y
linfa. Moléculas de señalización como Factor de Crecimiento 23 Epitelial Vascular
(VEGFA/VEGF2) y angiopoietinas, que establecen la identidad celular de células
endoteliales en el embrión también juega un papel en establecer el desarrollo de
vasos en arterias, venas o linfáticos.
Formación del Estomodeo, aquí se halla la membrana bucofaríngea
Durante el día 24 se rompe la membrana bucofaríngea y queda el estomodeo
comunicado con el intestino primitivo anterior. Hay un aumento de la curvatura
19
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Develop 2003, 13: 408-412
20
cefálica. Se cierra el neuroporo cefálico o anterior. Se han desarrollado entre 13-20
pares de somitas. Gen foxc1-a participa en somitogénesis 24 .
La proliferación mesenquimal aproxima los hemiarcos mandibulares derecho e
izquierdo hacia la línea media, mientras que en la parte posterior el mesénquima
forma los procesos maxilares. Los mecanismos moleculares que operan durante el
establecimiento de la asimetría derecha e izquierda, pueden estar dados por
moléculas de señalización como el factor de crecimiento fibroblástico (FGF-8) y Shh
modulados por moléculas de adhesión expresadas localmente. Estas moléculas han
mostrado inducir nodos en el lado izquierdo de la expresión nodal. Sin embargo,
aunque Wnt 8c se localizó más en el lado derecho, la expresión nodal es represada
en este territorio como consecuencia de la expresión de N-caderina.
25
La regulación molecular del desarrollo está en relación con el Shh (sonic hedgehog)
secretado por la placa procordal y notocorda que ventraliza las áreas del tubo
neural medular y de los cerebros anterior y medio y las proteínas BMP-4 Y BMP-7,
secretadas por el ectodermo no neural que son las que inducen y mantienen la
expresión de genes que producen dorsalización. 26
Se ha detectado la expresión de Msx1 en las células mesenquimales debajo del
ectodermo de la parte posterior del tronco, estas células están destinadas a formar
dermis. Experimentos de injertos han mostrado que estas células se originan de
somitas. 27
Durante el día 25, el mesénquima de los hemiarcos mandibulares se encuentra
uniéndose en un solo arco y desplaza la eminencia cardiaca hacia abajo. Los
procesos maxilares aumentan su volumen. Las células dorsales del tubo neural que
quedan por fuera al completarse el cierre de este, son las células de la cresta
neural:
-Migran entre las somitas.
-Migran
sobre
las
somitas
(ganglios
simpáticos
y
parasimpáticos:
ciliar,
esfenopalatino,ótico y submaxilar)
-Entre las somitas y el tubo neural (ganglios V,VII,IX,X) espinales células de
Schwann
24
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progenitor cells originating from the somites. Development . 2000. 127, 2155-2164
-Migración subdérmica (ameloblastos, odontoblastos, mesénquima de la cara,
cartílago).
Una vez que las células de la cresta neural son inducidas al borde del plato neural
una cascada genética de factores de transcripción se activa lo que controla la
migración y diferenciación final de estas células. Entre ellas los genes Pax 3,
FoxD3. 28
Aunque todas las somitas comparten morfología idéntica y linajes celulares, la
morfogénesis de los tejidos que generan depende de su posición a lo largo del eje
AP. Esta regionalización depende en una combinación cambiante de una familia de
factores de transcripción, genes Hox a lo largo del eje antero-posterior del cuerpo.
Este fenómeno se conoce como colinearidad. 29
Se ha demostrado la presencia de Tenascina en la formación de tejidos derivados
de la cresta neural y del SNC. 30 Algunas células neuroectodérmicas que se
encuentran en los bordes laterales del canal neural no se incorporan a la pared del
tubo neural y forman las crestas neurales.
Unas células de la cresta proliferan y migran para constituir las poblaciones
celulares, denominadas ectomesenquimales o neuroectodérmicas, que al situarse
centralmente contribuyen a formar la mayor parte de las estructuras de la cara y
órganos dentales. La migración ocurre entre los 18 a 37 días de gestación y sus
movimientos son regulados por varios factores del tipo de los proteoglicanos,
colágeno, iones. Se trata de un mecanismo muy sensible a la acción de los agentes
teratógenos. Al parecer la disminución de las moléculas de adhesión al comienzo de
la etapa migratoria, el estímulo del factor activador del plasminógeno y el
incremento en la producción de ácido hialurónico facilitan la migración de las
células de la cresta neural a través del embrión.
El ácido hialurónico por su capacidad hidrofílica favorece el desplazamiento de las
células al ampliar los espacios intercelulares. Cuando las células alcanzan su
destino se produce la hialuronidasa facilitando la adhesión celular. 31
En el día 26 se produce el cierre completo del tubo neural y se forman las 3
vesículas: prosencéfalo, mesencéfalo y rombencéfalo.
28
AYBAR, M. Early induction of neural crest cells: lessons learned from frog,fish and chick. 2002 Curr
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31
FERRARIS, M.E. Histología y Embriología Bucodental. 2ª Ed. 2002.Ed Médica Panameriacana.
Madrid p.48.
La distribución de los genes Tlx y Dlx
tienen papel en el modelamiento de las
estructuras en el cerebro y la región craneofacial. 32 El gen que codifica el dominio
del telencéfalo es el Foxg-1.Su acción es mediada probablemente por moléculas de
señalización incluyendo el factor de crecimiento fibroblástico 8 (FGF8). 33
El ectodermo del proceso frontal induce proliferaciones y diferenciaciones formando
plácodas nasales y ópticas y en la parte dorsal del 2º surco se forman las placodas
óticas. El proceso nasal se llama ahora proceso frontonasal. Al comienzo de la
cuarta semana comienza el desarrollo de los esbozos de los ojos y de los oidos.
Se ha comprobado que el Pax-6 es un gen maestro para el desarrollo del ojo, este
gen produce un factor de transcripción que se expresa en el reborde neural anterior
de la placa neural. La proteína BMP-7 miembro de la familia del gen del factor de
crecimiento TGF-β es necesaria para mantener el desarrollo del ojo. 34
Miembros de la familia del gen Dlx ( Dlx-1, Dlx-3 y Dlx-5, Dlx-7) son necesarios
para el desarrollo del oído interno. 35
Se forma el tercer arco faríngeo o branquial. La extensa migración celular hace que
las poblaciones celulares establezcan nuevas relaciones y conduzcan a interacciones
por inducción, las cuales a su vez producen otros tipos celulares cada vez más
diferenciados. Se ha comprobado que el patrón de organización y diferenciación de
los arcos braquiales parece estar regulado por los genes Hox. Estos genes
establecen el modelo o código del arco faríngeo a través de las células de la cresta
neural que alcanzan esa región desde el cerebro posterior. 36
Los genes Homeobox, grupo de factores de transcripción, son una secuencia de 180
pares de bases que codifican el homeodominio unido al DNA. Los genes Hox tienen
la característica especial de codificar la información sobre posición durante la
embriogénesis. Ejemplos dramáticos son los ratones en los que la disrupción del
gen Hoxα-2 causó la ausencia de derivados del segundo arco braquial. 37
Los homeogenes Msx juegan un papel importante en la inducción de interacciones
epitelio-mesenquimales que conducen a la organogénesis de los vertebrados. Entre
los miembros de esta familia el Msx1 es un factor fundamental para la formación
32
THESLEFF,I. Homebox genes and growth factors in regulation of craneofacial and tooth
morphogenesis. Acta Odontol Scand 1995, 53: 129-134.
33
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34
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35
FERRARIS, M.E. Histología y Embriología Bucodental. 2ª Ed. 2002.Ed Médica Panameriacana.
Madrid p.49
36
FERRARIS, M.E. Histología y Embriología Bucodental. 2ª Ed. 2002.Ed Médica Panameriacana.
Madrid p.53.
37
THESLEFF,I. Homebox genes and growth factors in regulation of craneofacial and tooth
morphogenesis. Acta Odontol Scand 1995, 53: 129-134.
del esqueleto craneofacial. La expresión del gen Msx 1 se localiza principalmente en
las regiones de migración y diferenciación de células de la cresta neural cefálica. 38
Durante la quinta semana del desarrollo embrionario, en el estadío 13, se comienza
a observar la diferenciación de los procesos derivados de los 3 primeros arcos
branquiales y aparecen los arcos 4º, 5º y 6º, y se observa la inducción del de la
cresta neural sobre el mesénquima. 39 Las crestas neurales migran desde el tubo
neural hasta las paredes faríngeas respectivas, para introducirse en las hendiduras
faríngeas y contribuir al desarrollo de los arcos branquiales. Externamente, los
arcos branquiales están separados entre sí por las hendiduras branquiales o surcos
faríngeos, mientras que por su cara interna esta separación se denomina bolsa
faríngea. Inicialmente entre el ectodermo y el endodermo branquial existe tejido
mesodérmico mesenquimal, que se ve invadido por células de la cresta neural, las
cuales se constituyen en el mayor componente del mesénquima de los arcos.
En la constitución de un arco branquial, se tienen contribuciones (y derivados en la
región de cara y cuello) endodérmicas, como la pared faríngea, las papilas
gustativas y glándulas tiroides y paratiroides; mesodérmicas, como los músculos y
el tejido endotelial; de la cresta neural, como lo son los huesos, los cartílagos y el
tejido conectivo, y ectodérmicas, tales como la epidermis y las neuronas sensitivas
de los ganglios epibranquiales. Así un arco está constituido por un arco aórtico, un
componente muscular, un nervio y un bastón cartilaginoso, que constituye el
esqueleto del arco. Los arcos se numeran en orden céfalo-caudal, siendo el primero
el mandibular 40 , que tiene como base esquelética los cartílagos de Meckel derecho
e izquierdo, los cuales dan soporte a las arterias del primer arco branquial, los
nervios trigéminos y el ectomesénquima de los músculos masticatorios. El segundo
es el arco hioideo, constituido por los cartílagos de Reichert, las arterias, nervios y
el ectomesénquima correspondiente con los músculos de la expresión facial. El
tercer arco tiene cartílagos, nervios glosofaríngeos, arterias que persisten como
carótidas y en el ectomesénquima el músculo estilofaríngeo. El cuarto arco, tiene
cartílagos, arterias, nervios laríngeos superiores y el ectomesénquima de los
músculos del paladar y la faringe. El quinto y sexto arcos poseen cartílagos y están
inervados por el nervio vago, pero estos involucionan rápidamente. 41
38
WAKKACH,C. Endogenous Msx1 antisense transcript: In vivo and In vitro evidences, structure, and
potencial involvement in skeleton development in mammals. PNAS, June 19 2001 vol 98 N.13,p.73367341.
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41
Campos, L. Desarrollo embriológico y fetal del sistema masticatorio. Univers Odont. 1994; 13(26):3752
La morfogénesis mandibular se da bajo estricto control genético, y se han
identificado cientos de genes que regulan el desarrollo embriológico y actualmente
se han comenzado a esclarecer sus funciones dentro de este proceso. Sin embargo,
los
mecanismos
genéticos
y
moleculares
que
intervienen
el
desarrollo
y
diferenciación mandibular aún no están muy claros 42 .
En estudios efectuados en ratas, se han logrado aislar hasta 306 genes distintos
involucrados en el desarrollo de la mandíbula, mediante estudios en los que se
observa la actuación de varios genes y factores moleculares en conjunto, los cuales
permiten comprender de una manera más exacta su función en la diferenciación
mandibular. Se han clasificado los genes de acuerdo a su actividad funcional
durante el desarrollo embrionario, luego de analizar los estudios de RNA en tejido
mandibular de rata. 43
Básicamente se postula que ambos procesos mandibulares del embrión, tienen dos
regiones funcionales independientes: las dos regiones laterales cuya morfogénesis
es dependiente del factor de crecimiento fibroblástico 8 (FGF-8) y una región
medial, más pequeña, que es independiente de este factor. Estudios recientes
sugieren que la morfogénesis del esqueleto mandibular está regulada por factores
de señalización y factores de transcripción que se observan después de la llegada
de las células de la cresta neural. Se ha sugerido que el desarrollo mandibular esta
condicionado por la interacción epitelio-mesénquima, involucrando no sólo al
epitelio mandibular, si no también al de otros procesos faciales. Se han observado
diferencias entre las cascadas de señalización que regulan la diferenciación de la
región lateral y medial del epitelio de la mandíbula en pollos por medio de los genes
Msx1 y Msx2. Se ha observado que el epitelio de la región medial, el cual cubre al
mesénquima que expresa los Msx, son capaces de producir a su vez la inducción
ectópica de estos genes en el epitelio de región lateral. 44 Otra teoría que también
se ha estado estudiando, y a la que ya se hizo mención anteriormente, es la del
Fgf8, el cual fue estudiado en ratones transgénicos a los que se les inactivó esta
molécula en el epitelio del primer arco branquial, y se observó que las estructuras
derivadas de la porción lateral de la mandíbula (cuerpo del cartílago de Meckel,
huesos mandibulares, molares y oído medio, excepto por el martillo) no se
formaron; sin embargo, los dientes incisivos, sus huesos asociados y la porción de
la sínfisis del cartílago de Meckel si estuvieron presentes, lo que proporciona
42
Osikawa, M. et al. Gene expresión in the developing rat mandible: a gene array study. Arch Oral Biol.
2004; 49: 325-329.
43
Ob cit.
44
Mina M., Wang, YH., Ivanisevic, AM, Upholt, WB., Rodgers, B. Region- and stage-specific effects of
FGFs and BMPs in chick mandibular morphogenesis. Dev Dyn; 2002 Mar; 223(3): 333-52.
evidencia de la dependencia del desarrollo que tiene la porción lateral de la
mandíbula y el control que ejerce sobre esas estructuras el FGF-8.
Por otra parte, se ha observado que ha diferencia de la porción lateral, la
proliferación del mesénquima de las regiones mediales, es dependiente de las
señales derivadas por el epitelio que lo recubre 45 . Se observa que en períodos
tempranos del desarrollo embrionario, se expresan en todo el epitelio mandibular
los genes Fgfr1, Fgfr2 (en dos isoformas Fgfr2b y Fgfr2c) y Fgfr3. Se cree que de la
mayor
o
menor
expresión
de
estas
moléculas,
dependen
los
cambios
morfogenéticos de la mandíbula, pudiéndose afirmar que cantidades tan pequeñas
como 10 ng/µl, producen cambios significativos en la mandíbula. Los factores FGF-2
y FGF-4 pueden producir efectos sobre la porción medial del proceso mandibular,
incluyendo el mantenimiento de la expresión de genes los Msx durante el
crecimiento del proceso mandibular y la elongación del cartílago de Meckel 46 . Así
mismo se han hecho estudios que sugieren que las proteínas morfogenéticas óseas
(BMPs) no tienen un rol positivo en el crecimiento del mesénquima mandibular. Al
realizar experimentos sobre embriones de pollo, se presume que la aplicación de
BMP-7 en la región lateral de la mandíbula en estadios tempranos del desarrollo
causan apoptosis, expresión ectópica de genes Msx e inhibe el crecimiento de los
procesos mandibulares y la formación del cartílago de Meckel; aunque se ha
observado
que
en
estadios
posteriores
esta
proteína
puede
inducir
la
condrogénesis.
En estudios realizados sobre ratones, a los cuales se les inactivaron los genes Dlx5
y Dlx6 (Dlx5/6-/-), se han observado grandes defectos en el desarrollo craneofacial,
que en ocasiones no son compatibles con la vida. Se observaron diferencias
fenotípicas en los embriones Dlx5/6-/- en E11.5, tales como ausencia de las
estructuras del oido interno y del ojo, derivados de los arcos branquiales
dismórficos, y reducción de la expresión de lacZ en la prominencia frontonasal 47 . En
E14.5 se observaron grandes fisuras en toda la cavidad nasal, asi como también la
pérdida de la expresión de los tejido que dan origen a las estructuras faciales y del
cráneo. También durante este estadío, se observaron defectos en el desarrollo de
las áreas frontonasal, supraoccipital y rostral del temporal, con ausencia completa
de la formación del cartílago de Meckel. Se observó también que, aunque los
cartílagos que dan origen a las estructuras de la base de cráneo (basioccipital,
basiesfenoides y esfenoides) estaban presentes, su formación presentaba defectos
45
Ob cit.
Mina M., Wang, YH., Ivanisevic, AM, Upholt, WB., Rodgers, B. Region- and stage-specific effects of
FGFs and BMPs in chick mandibular morphogenesis. Dev Dyn; 2002 Mar; 223(3): 333-52.
47
Robledo, R., Rajan, L., Li, X., Lufkin, T. The Dlx5 and Dlx6 homebox genes are essential for
craniofacial, axial, and appendicular skeletal development. Genes & Development. 2002; 16:1089-1101.
46
graves, sugiriendo que los genes Dlx5 y Dlx6 cumplen un rol fundamental en la
cascada de señalización para la formación de todas estas estructuras
La etapa 15 se localiza entre los días 35 y 38, durante la quinta semana de
desarrollo del embrión. Esta etapa se caracteriza por el cierre de las vesículas del
cristalino, la formación de los agujeros nasales, la segmentación del arco hioideo, la
diferenciación de los brotes de los miembros superiores, y la elevación de las
somitas y el ganglio espinal. 48
En cuanto al desarrollo nasal, en esta etapa, el
mesénquima nasal se invagina hasta hacer contacto con la mucosa del estomodeo y
finalmente la perforan, este proceso forma dos cavidades nasales. 49
Vesículas del cristalino:
Se ha reconocido que el gen Pax 6 tiene un rol central en el desarrollo del ojo;
algunos experimentos han mostrado que este gen es esencial en la formación del
cristalino durante todas sus etapas de desarrollo, incluyendo el cierre de las
vesículas. Mutaciones en este gen en ratones, han dado como resultado defectos
en: las vesículas del cristalino, en el cierre de dichas vesículas, tamaño reducido del
cristalino (microftalmia o anoftalmia), y
en la separación con el ectodermo;
además se encontró que producía defectos a nivel de las placodas nasales y
disminución en la expresión del Foxe3.
50
Dudley y col. en 1995 encontraron que la proteina ósea morfogenética – 7 (Bmp7)
se encontraba en anomalías como anoftalmia y microftalmia, posteriormente
Wawersik y col. en 1999 encontraron que la Bmp7 jugaba un papel importante en
el desarrollo del cristalino y, particularmente, en la expresión del Pax6 y el Sox2
(gen al que se le ha atribuido la ubicación del ojo en la cara) 51 . Furuta y Hogan en
1998 señalaron que la Bmp4 también intervenía en el desarrollo del cristalino.
Faber en el 2001 mencionó la importancia del la Bmp7 en el proceso de formación
del cristalino y además señaló que el Pax6 requiere de el receptor Fgf.52
Ruyichi y col. en el 2003 en un estudio en ratones, señalaron que el gen Mab21/1
(responsable de formar la placoda de la córnea y la vesícula óptica) es dependiente
48
L.M.Harkness, D.T.Baird. Morphological and molecular characteristics of living human fetuses
between Carnegie tages 7 and 23: developmental stages in the post-implantation embryo,
Human Reproduction Update 1996, Vol. 3, No. 1 pp. 3–23
49
Campos L., Desarrollo embriológico y fetal del sistema masticatorio. Universitas
Odontológica, 1994; 13 (26): 46.
50
Patricia V. Dimanlig, Sonya C. y col. The upstream ectoderm enhancer in Pax6has an
important role in lens induction. Development 128, 4415-4424 (2001)
51
Wawersik, S., Purcell, P., Rauchman, M., Dudley, A. T., Robertson, E. J. and Maas, R. BMP7
acts in murine lens placode development. Dev.Biol. 207, 176-188. 1999).
52
L.M. Harkness, Op cit p 4423
del gen Pax6, por tanto, si se produce una alteración en este gen, el Mab 21/1
también se verá afectado. 53
Agujeros nasales:
Quinn y col. en 1996 en un estudio en ratones, encontraron que el gen Pax6
también se relacionaba con anormalidad en el desarrollo del epitelio nasal y de las
cavidades nasales en donde éstas no se desarrollaban o se encontraban
pequeñas. 54 MacKenzi y col. en 1991, en un estudio en ratones, encontraron que
las mutaciones en el gen Hox-7 producen diferentes alteraciones durante el
desarrollo craneofacial (E9.5 al E15.5), entre estas una malformación en los
agujeros nasales, oído externo y formación del ojo. El Hox-7 ha sido relacionado
con áreas en donde hay interacción meséquima/epitelio y migración celular 55
El gen “Goosecoid” se ha asociado al desarrollo embriológico temprano de
estructuras como: procesos faciales, arcos branquiales, miembros y cuerpo ventrallateral 56 ; sin embargo Gen Yamanda y col. en 1995 en un estudio realizado en
ratones encontraron que los defectos en donde interviene el gengoosecoid afecta la
expresión en fases mas tardías del desarrollo embrionario que involucra estructuras
como: mandíbula y músculos asociados, cavidades nasales y agujeros nasales, y
oído interno y externo; además, los defectos en este gen no son compatibles con la
vida, ya que los ratones mueren después de 24 h. de nacidos. 57
López
en 1992 en un estudio en ratones, encontró que un incremento en las
concentraciones de ácido retinóico, afecta el Xeb1 (homebox asociado al desarrollo
temprano del rostro) y por tanto afecta estructuras como: agujeros nasales, ojos,
vesículas óticas y cerebro. 58
Es muy drástico dividir el rol de los genes en un estadio determinado ya que éstos
están involucrados en un proceso, y como tal intervienen; es por ello que varios de
los
genes
anteriormente
mencionados
también
son
responsables
de
otras
estructuras craneofaciales que se desarrollan en los diferentes estadios. La
53
Ryuchi Y.y col. Cell-autonomous involvement of Mab21l1is essential for lens placode
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54
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55
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56
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57
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58
Lopez SL, Carrasco AE. Retinoic acid induces changes in the localization of homeobox
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comprensión de la genética y el papel de los genes en el desarrollo craneofacial,
nos acerca aún mas al entendimiento de las patologías y alteraciones que se dan
durante los procesos de génesis de los tejidos, razón por la cual, cada vez se
amplía mas la puerta que nos conduce hacia el manejo de la genética como
terapéutica.
En el estadio 16, el embrión se encuentra alrededor e la sexta semana entre los
días 37 a 42. Las características asociadas con esta etapa incluyen: un tamaño
aproximado entre 11-14 mm (rango total entre 7-14 mm); 37 días de postovulación; las fosas
nasales envolviéndose ventralmente de su posición lateral
ligeramente levantada, desaparece desde una vista de perfil y sólo los labios
prominentes que forman
el límite lateral puede verse con su pliegue colgando
marginalmente en el suelo de las fosas nasales. El pigmento de la retina se vuelve
visible hacia el fin de la fase; los arcos hioideos se arquean y se ponen mucho
más eminentes, formando los montículos auriculares, y recíprocamente, el arco
glosofaríngeo retrocede y no se vuelve a ver después de finales de la fase 16. El
brote del miembro superior empieza a mostrar la formación de una planta de la
mano en que, ocasionalmente, la vena marginal puede verse; el brote del miembro
inferior empieza a diferenciarse en el muslo, la pierna, y el pie 59 .
Los puntos en desarrollo son las vesículas de la frente (fbv), las manos (hp) y las
plantas del pie (fp), el ombligo (u) y el pigmento retinal (rp) en la vesícula óptica.
En el embrión de 8 mm, todos los pares craneales son reconocidos exceptuando el
nervio óptico y el olfativo. Todos los nervios que llevan las fibras sensitivas
presentan ganglios prominentes cerca se sus puntos de conexión con el cerebro,
esto incluye los pares V, VII, VIII, IX, y X. Los principales pares aferentes III, IV,
VI, y XII no presentan un ganglio externo. Durante el periodo de 8 a 14-mm, el
nervio posterior auricular aparece cerca de la cuerda del tímpano (chorda tympani).
La separación completa de los nervios faciales y acústicos es aparente y se
desarrolla discretamente el nervio intermedio 60 .
Durante la sexta semana, el desarrollo facial progresa rápidamente. El prosencefalo
se
divide
en
telencefalo
(hemisferios
cerebrales)
y
Diencéfalo
(tálamo
e
hipotálamo). El mesencefalo persiste en los pedúnculos cerebrales. El rombencefalo
constituye el mialencefalo (medula espinal) y el metencéfalo (cerebro) 61 .La
59
L.M.Harkness, D.T.Baird. Morphological and molecular characteristics of living human fetuses
between Carnegie stages 7 and 23: developmental stages in the post-implantation embryo. Human
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61
Campos L. Desarrollo embriológico y fetal del sistema masticatorio. Universitas Odontológicas. 1994;
13(26): 37-52.
expresión de los genes humanos PAX6 y PAX3
semanas
fueron investigados entre las
6-9. El PAX6 se expreso en la zona ventricular del telencefalo y el
diecencefalo, y en las zonas intermedias ventriculares y ventrales de la medula
oblongata y en la medula espinal. Durante esta semana del embrión humano, la
transcripción del gen PAX3
fue observado en la zona ventricular del borde
mesencefalico-rhombencefalico, y en la parte dorsal de la zona ventricular del techo
del plato de la medula oblongata y de la medula espinal. Durante el desarrollo del
embrión humano, los genes PAX6 y PAX3 parecen estar envueltos en la
regionalización del cerebro y el establecimiento de la polaridad de la medula espinal
La expresión de Pax6 fue detectada tanto en la capa óptica, el tallo óptico y el
epitelio de la cornea. También se encontró expresión del PAX6 en el infundíbulo
como en el saco de Rathke de la glándula pituitaria.
El ojo vertebrado se origina de tejidos derivados de un gran número de partes
incluyendo la superficie del ectodermo neural, las células de la cresta neural y el
mesenquima mesodermico 62 . En el ojo, las señales de Pax6 son necesarias para el
desarrollo y posterior funcionamiento de este. Pax6 expreso en la cornea en el
epitelio del lente, y en la retina pigmentada mientras que fallo en expresarse en el
nervio y disco óptico4. La expresión del Pax6 se ha visto vinculada al Msx1 (gen
miembro de los homebox-7) durante la formación del ojo y de las placodas
nasales 63 .. Adicionalmente, el PAX6 participa en la organogénesis del ojo y de la
glándula pituitaria y
PAX3 en el desarrollo del mesenquima de la cara y del
64
cuello .
El hipocampo es una de las estructuras craneofaciales encontradas en el cerebro la
cual juega un papel importante en la memoria y el aprendizaje del humano y de los
animales. Esta estructura ha sido estudiada desde el punto de vista embriológico,
donde se encontró una cascada de genes (432) presentes durante su desarrollo en
la E16. La expresión de estos genes en vueltos en diferentes funciones celular
(proliferación celular, síntesis de DNA y RNA, y la regulación de la transcripción y la
translación) se vieron altamente expresados en esta etapa pero fueron decayendo a
medida que se avanzaban las etapas embrionarias 65 .
62
Xu P, Woo I, Her H, Beir D, Maas R. Mouse Eya homologues of the drosophilia eyes absent gene
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developing mouse hippocampus. PNAS. 2001; 98 (15): 8862-67.
Durante la sexta semana, las fositas nasales continúan su ingresión en el
mesenquima nasal hasta hacer contacto con la mucosa del estomodeo (boca
primitiva) y finalmente la perfora. Este proceso crea dos cavidades nasales arriba y
la cavidad bucal abajo dejando una porción de tejido interpuesta o paladar
primario. Desde la periferia de la vesícula óptica hasta el estomodeo y entre los
procesos nasal lateral y maxilar se forma el surco nasolacrimal que al cerrarse se
sumerge en el mesenquima mientras los dos procesos nasal y maxilar quedan
unidos. El encorvamiento cefálico cada vez más acentuado favorece que la lengua
cuya consistencia es gelatinosa y su actividad miogenica contráctil, produzcan caída
de la punta lingual hacia delante. El descenso lingual permite que el mesenquima
de los procesos maxilares se desplace hacia el centro, de atrás hacia delante3. La
falla en cualquiera de estos procesos que se efectúan consecutivamente puede
ocasionar hendiduras que la cual la estructura que se va a ver mayormente
afectada en esta etapa embrionaria (E16) va a ser el paladar secundario. Dentro de
los genes encontrados en literatura como candidatos asociados a estas patologías
podemos encontrar Mthfr, Tgfa, Msx1, F13a, Tgfb2, Tgfb3, Rara, Bcl3, Cpx, Ofc1,
Ofc2, Ofc3, Vws, Edn1 Tfap2a, Tgfb1, Pvr, Pvrl1, Pvrl2, Tp63, Ap2, Mthfr, Ski/Mthfr,
Gabrb3, Rara 66, 67 , 68 .
Durante el crecimiento normal, el maxilar inferior se forma del componente
mandibular del primer arco branquial. El mesenquima del proceso mandibular se
deriva de las células de la cresta neural y del mesodermo paraxial. El mesodermo
paraxial produce el crecimiento de los músculos de la mandíbula y de los tejidos
vasculares. Además de las células de la cresta neural, otras células han sido
encontradas en jugar un papel importante en el desarrollo del esqueleto
mandibular. El desarrollo embriológico de la mandíbula se puede dividir en dos
eventos que aunque diferentes no pueden estar separados. Uno es la morfología de
la región lateral y otro es la morfología de la región media. La región lateral se ha
visto influenciada por la expresión directa del Fgf8 en el epitelio y otra variedad de
genes incluyendo los Dlx, Barx1, Lhx-6/7, Pitx1, genes Pax y los Wnt5a. En adición
también se ha encontrado una expresión restricta de genes como Shh, Fgfs, Fgfr3,
Msx1, Gsc, Prx1, Et-1, Gli1 y ptc rodeando la hendidura hiomandibular.
La
morfología de la región media se ha caracterizado por la expresión de la Bmp4 en el
epitelio y Msx1, Msx2, Bmp2 y Fgfr2 en el mesenquima. Esta región media del arco
66
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68
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mandibular contiene los dientes incisivos, y los elementos esqueléticos mediales
incluyendo la porción sinfisiana del cartílago de Meckel 69 .
La morfogénesis es el proceso por el cual la lámina dental genera un diente con
características morfológicas. La morfogénesis dental envuelve diferentes etapas: 1.
lamina dental, 2. brote, 3. casquete, 4. campana temprana, 5. campana tardía, 6.
Folículo dentario 70 .
La transición entre la etapa de brote y la etapa de campana parece ser un paso
critico en la morfogénesis dental (E15-16) 71 , y marca la aparición del desarrollo de
la corona de los dientes. El sitio de la punta del diente donde se produce el
comienzo del doblamiento del epitelio un centro de señalización que marca
la
formación de los nudos del esmalte. La expresión restringida de 10 señales
pertenecientes a las familias de las BMP, FGF, Hh, y Wnt han sido reportadas en
jugar un papel en el nudo del esmalte. El nudo del esmalte ha sido reportado por
ser tener un papel regulador en la forma del diente y su inducción es un
prerrequisito para que el diente avance a la etapa de campana. EL nudo del
esmalte es una estructura que desaparece por apoptosis, luego de su apoptosis en
dientes con varias cúspides, se forman nuevos nudos en el lugar donde van a
aparecer las cúspides, por lo cual podemos llamarlos primeros y segundos nudos
del esmalte respectivamente 72 . Estos nudos secundarios expresan Fhf4 y son
removidos por apoptosis como los primeros. La apoptosis de estos nudos esta
asociada con la expresión de BMP4 en la célula del nudo. Los nudos secundarios
son la primera señal para los patrones cuspideos. Usando la Fgf4 como un
marcador cuspideo, se evaluó la aparición de patrones cúspideos específicos, para
lo cual se encontró que estos comienzan su aparición hacia la etapa 15 en los
ratones. Además las señales moleculares que regulan la relativa posición de las
cúspides se activan inmediatamente después de la apoptosis de los nudos
primarios. Mientras la Fgf1 y la p21 son moléculas que se activan una vez comienza
el desarrollo de las cúspides, la expresión de Fgf4 se ve restringida en las puntas de
las cúspides. La expresión de p21 comienza su función alrededor del nudo del
esmalte y se encuentra asociada al cese de la proliferación celular y en compañía
69
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de otras señales como la Fgf9 y la Shh producen la diferenciación de los
ameloblastos 73 .
Se a reportado, que el desarrollo del diente se ve afectado en la etapa de casquete
si se produce la anulación de los genes Left1, Msx1 y Pax9 Así como los factores de
trascripción son blancos de las señales de BMP, FGF y Wnt, la formación de la
campana del diente parece ser dependiente, de nuevo, de estas vías de
señalización.
La BMP-4 es una buena candidata para la señal mesenquimal
induciendo la transformación desde la etapa de casquete a campana4, 74 ,.
Particularmente, Las BMPs han sido sugeridas a jugar un mayor papel en la
formación periódica de patrones por medio de la inhibición de señalización de de las
FGFs 75 . Por lo cual se ha llegado a la conclusión que la Fgf4 va a funcionar como un
activador cuspídeo mientras que las BMPs y posiblemente la Shh, pueda funcionar
como inhibidoras regulando la distancia entre las cúspides en formación.
El estadio 17 se localiza aproximadamente en el día 42, final de la sexta semana
de desarrollo del embrión. Esta etapa se caracteriza por presentar: el pigmento del
ojo, los hoyos nasales, canal nasolacrimal , el meatus acústico externo, el
montículo auricular, el corazón, los rayos digitales, el muslo, el tobillo, el plato del
pie, el cordón umbilical. 76 Las fositas nasales
continúan su ingresión en el
mesénquima nasal hasta hacer contacto con la mucosa del estomadeo y finalmente
la perforan. Este proceso crea dos cavidades nasales arriba y la cavidad bucal abajo
dejando una porción de tejido interpuesta o paladar primario (Moss- Salentijn
1981) Otros autores consideran que la lámina dental se forma de manera
independiente y adyacente a la lámina bucal (Ten Cate 1989). Entre la sexta y la
séptima semana los procesos nasales medio y laterales establecen contactos entre
si, por debajo de la fosa olfatoria en desarrollo.
La fusión de los tres procesos:
lateronasal, medionasal y maxilar forman un reborde considerable de tejido en la
base de la fosa olfatoria, que luego se desarrolla hacia abajo y hacia delante.
Mientras ocurren estos cambios se advierte que en el primer arco branquial, se
subdivide en dos porciones el proceso maxilar y mandibular. Alrededor de las seis
semanas
73
se
produce
la
diferenciación
de
la
lámina
dental,
e
inicia
la
Jernvall J, Thesleff I. Reiterative signaling and patterning during mammalian
tooth morphogenesis. Mechanisms of Development. 2000; 92: 19-29.
74
Cobourne MT, Sharpe PT. Tooth anf jaw: molecular mechanism of patterning in the first branchial
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76
http://anatomy.med.unsw.edu.au/cbl/embryo/wwwhuman/Stages/Stage17L.htm
odontogénesis. 77 La función del gen homeobox Msx-1 ha demostrado ser necesaria
para el desarrollo dental 78 . La expresión de Msx1 inicia localizada en las células
mesenquimales de la papila y del folículo dental. En contraste la expresión de Dlx1
y 2 en el mesénquima del arco maxilar y mandibular es restringido a las regiones
donde se desarrollara el futuro molar. Barx 1 se expresa en las regiones del futuro
molar no en las regiones anteriores. 79
Al finalizar la sexta semana los rebordes de los futuros maxilares superior e inferior
son formaciones macizas, que no muestran subdivisiones en labios y encías. El
maxilar inferior tiene osificación mixta, yuxtaparacondral( el cuerpo), el cual;
aparece entre la sexta y la séptima semana, y la rama es endocondral (con
aparición entre la 12 y 13 semana). El maxilar superior comienza su osificación al
terminar la sexta semana, a partir de los puntos de osificación situados por fuera
de cartílago nasal, uno a nivel anterior denominado premaxilar y otro posterior
denominado postmaxilar, el tipo de osificación es intramembranosa. 80 Los genes
Dlx 5 y Dlx6, asociados con el desarrollo craneofacial, pueden regular la osificacion
endocondral y la intramembranosa, y defectos en estos genes pueden causar
perdida completa del cartílago de Meckel. El Dlx5 y Dlx6-lacZ fueron espresados en
el desarrollo de las extremidades y del oido externo. 81 Numerosos genes se
requieren para el desarrollo craneofacial, incluyendo Prx1, Prx2, Msx1, Msx2, Edn1,
ETa, ratones nulos en Prx1/2, Msx1/2 y Edn1 o Eta, presentaron defectos
craneofaciales y oticos similares a los defectos causados por alteraciones en Dlx5/6.
El gen Msx-1 mostró ser necesario para el desarrollo del paladar y de los dientes. 82
En ratones transgenicos en los cuales el Msx-1 fue alterado hubo paladar fisurado
y anodoncia completa. El Msx-1 es expresado en células mesenquimales derivadas
de la cresta neural , en el proceso facial
es especialmente intenso en el
mesenquima alrededor de la morfogénesis dental. Por otro lado el Msx-1
expresado intensamente en las extremidades.
77
es
83
CAMPOS L. Desarrollo embriologico y fetal del sistema maticatorio. Univers Odont, 1994;13 (26):3352.
78
THELEFF I. homeobox genes and growth factors in regulation of craniofacial and tooth
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79
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80
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83
THELEFF I. homeobox genes and growth factors in regulation of craniofacial and tooth
morphogenesis. Acta Odontol Scand. 1995; 53: 129-134.
El gen Pax 6 es un gen altamente conservado que controla el desarrollo del ojo 84 .
La proteina BMP7 es necesaria para mantener el desarrollo del ojo. 85
El estadio 18 se localiza aproximadamente en el día 44, al inicio de la séptima
semana
de desarrollo del embrión. Esta etapa se caracteriza por presentar
formación del párpado, los canalas nasolacrimales, la formación de la aurícula,el
meatus acústico externo y el plato de la mano con los rayos digitales 86 . Desde la
periferia de la vesícula óptica hasta el estomodeo y entre los procesos nasal lateral
y maxilar se forma el surco nasolacrimal; éste se cierra y sumerge
en el
mesenquima mientras los dos procesos nasal y maxilar quedan unidos.
La curvatura pronunciada del embrión y la proliferación mesenquimal producen la
proyección del proceso maxilar hacia delante y simultáneamente el empuje y fusión
de los procesos nasales en la línea media hasta dejar un proceso nasal medio único.
En los extremos distales del primer surco aparecen los promontorios auriculares y
empieza la formación de la oreja 87 . MacKenzi y col. en 1991, en un estudio en
ratones, encontraron que las mutaciones en el gen Hox-7 producen diferentes
alteraciones durante el desarrollo craneofacial, tales como,
malformación en los
agujeros nasales, oído externo y formación del ojo. El Hox-7 ha sido relacionado
con áreas en donde hay interacción epitelio- mesénquima y migración celular 88 La
glándula submaxilar se forma al comienzo de la La lámina epitelial o engrosamiento
epitelial de la mucosa del estomodeo se invagina dentro del mesénquima
subyacente, formando una cinta epitelial o lámina vestibular o bucal. En la región
anterior de esta lámina nace otra como una repisa horizontal que es la Lámina
Dental, mientras en la región posterior las dos láminas, bucal y dental, se originan
separadas pues la lámina dental se halla curvada hacia adentro (Radlanski
1993).En el extremo de la lámina dental se van formando engrosamiento esféricos
o botones dentarios en respuesta a una condensación del mesénquima adyacente. 89
Se expresan Msx1 y Msx2 ampliamente en muchos órganos; particularmente en los
sitios dónde hay interacciones epitelial-mesenquimales. Se expresan Msx1 y Msx2
fuertemente en las regiones cráneofaciales en vías de desarrollo.
84
PICHAUD F. et al. Pax genes and eye organogenesis. Current opinión in genetics and development
2002, 12:430-434.
85
FERRARIS M. Histologia y Embriologia Bucodental. 2ª edicion Panamericana. 2002.
86
87
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CAMPOS L. Desarrollo embriologico y fetal del sistema maticatorio. Univers Odont, 1994;13 (26):3352.
88
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89
CAMPOS L. Desarrollo embriologico y fetal del sistema maticatorio. Univers Odont, 1994;13 (26):3352.
La expresión de Msx2 es perceptible en la semana 7.5 del desarrollo embrionario
humano. En la fase de desarrollo el germen del diente, Msx2 es perceptible en la
lámina vestibular, y el epitelio dental y mesénquima
distribución
temprana
de
colágeno,
fibronectina
y
90
Se ha demostrado la
tesnacina
durante
la
morfogénesis dental. 91 Se ha propuesto que la tesnacina juega un papel importante
en las interacciones de tejido que maneja el desarrollo temprano de organos
embriónicos y los folículos dentales. 92 Esta glicoproteina esta asociada con la
capacidad de diferenciación de células formadoras de tejidos duros.93
YY1 activa endógenamente la expresión del gen Msx2. BMP4 regula la expresión de
Msx2 en tejido embriónico y en células P19, se evaluó que YY1 es el mediador de
la actividad de BMP4. BMP4 no induce la expresión de YY1 esto sugiere que
las
células P19 no requieren mediador vía BMP4. Las funciones de YY1 como un
activador para el Msx2, y su regulación independiente de la vía BMP4 , puede ser
requerida durante la morfogénesis temprana craneofacial y de las extremidades. 94
Msx-1 se encuentra en una variedad de tejidos embrionarios requiriendo de
interacciones epitelio-mesenquimales para su morfogénesis como el brote de las
extremidades, cola embrionaria, foliculo piloso y brote dentario. Los ratones con
déficit de Msx-1 exhibieron malformaciones como paladar figurado, longitud
mandibular reducida, anormalidades del hueso nasal, frontal y parietal así como
desarrollo dental afectado, sugiriendo el papel del MSx-1 en el crecimiento
aumentado de estos tejidos. En humanos, las mutaciones en el Msx-1 han sido
involucradas en la agenesia dental y paladar hendido y el fenotipo fue relacionado
con una dosis efectiva de la proteina Msx-1. la subregulacion de Msx 1 esta
asociada con la diferenciación terminal de varios tipos celulares como cartílago y
músculo y también células musculares. Otros factores que estan involucrados en la
diferenciación celular esqueletica como el Cbfa1 (factor unido al núcleo), un gen
maestro para el hueso. Cbfa 1 y actores como Msx2 o Dlx5 miembros de la familia
90
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de proteinas del homeodominio han sido encontrados como controladores de la
expresión de osteocalcina. 95
En la morfogénesis dental, la expresión de Lhx 6 y Lhx7
es única y está
restringida al mesénquima de la cresta neural y al medio oral, y Fgf8 induce su
expresión, y se puede considerar que este induce la cascada de la iniciación dental..
BMP4 y Shh, están relacionados con la posición del germen dental. La expresión de
Pax 9 es inducida por Fgf8 y represada por Bmp 4, Bmp4 es capaz de inducir Msx
1. Msx1 esta relacionado con la region de incisivos, mientras Barx 1 con la de
molares. Por otro lado mutaciones a nivel de Lef-1, Msx-1 y Pax-9 resultan en el
bloqueo
a nivel del estadio de campana. Muchos factores de transcripción son
expresados en el epitelio oral, tales como, Otlx2, Dlx2, Msx1, Msx2. Shh, Bmps, y
Fgfs son expresados en centros de señalización como ZPA y AER de las
extremidades, del nodo y la notocorda.
96
En la Séptima semana del desarrollo embriológico humano (días 43-49), ocurre
que la lámina epitelial primaria se invagina dentro del mesenquima subyacente,
formando una cinta epitelial o lámina vestibular. En la parte anterior de esta lámina
nace otra como una repisa horizontal que es la Lámina Dental, mientras en la
región posterior dos láminas (bucal y dental), se originan separadamente pues la
lámina dental se haya curvada hacia adentro.
En el extremo de la lámina dental se van formando engrosamientos esféricos o
botones dentarios en respuesta a una condensación del mesénquima adyacente.
Las células centrales de la lámina degeneran y se forma un surco que separa una
parte externa o labial de otra interna o alveolar, conformando así lo que se conoce
como vestíbulo bucal 97 .
El mesénquima externo a la lámina crece enrollándose hacia fuera, produciendo un
abultamiento trasversal que corresponde al labio. Se inicia igualmente la formación
de las papilas que dura hasta la 9ª semana, mientras los procesos palatinos del
maxilar comienzan a fusionarse en el centro y de adelante atrás, para conformar el
paladar duro.
El estadio 18 esta caracterizado por un aumento en el tamaño del embrión de 1317 mm, y una edad post-ovulatoria de 44 días. Las extremidades son más largas y
95
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Odont. 1994; 13(26): 37-52.
el plato de la mano es escotado; la región del codo es usualmente discernible; el
brote del
miembro inferior muestra
proyecciones
que el primer dedo (pulgar) forma rayos o
en el plato digital que son identificable u observables
en algunas
especies. Los dobleces del párpado han tomado una forma más avanzada y una
extremidad distinta al final de la nariz, es también observable; el ventrículo
auricular se ha transformado para la especie en parte del oído.
Los factores de crecimiento fibroblásticos (FGFs) son una familia de polipéptidos
que
juegan
importantes
roles
en
lo
que
al
crecimiento,
supervivencia celular se refiere; así como también en
diferenciación
y
numerosos procesos de
desarrollo endocondral e intermenbranoso 98 .
Diversos síndromes displásicos esqueléticos resultan de mutaciones específicas en
el
Fgfr1, Fgfr2 y Fgfr3 sugiriendo que los FGFRs antes mencionados, son un
componente esencial de la cascada reguladora que gobierna el
crecimiento y
desarrollo esquelético.
Mutaciones (carácter dominante) que producen aumento de las funciones en los
receptores del Factor de Crecimiento Fibroblástico (FGF) causan síndromes como la
Cráneosinostosis y
la Condroplasia. De hecho el señalar al FGF en el desarrollo
esquelético cobra mayor importancia al conocer que una mutación en un punto en
el dominio de la transmembrana del FGFR3 es la etiología de la Acondroplasia, la
más común de las formas genéticas del enanismo en humanos.
Las mutaciones en el FGFR2 como responsables de la Cráneosinostosis de Apert,
Crouzon
y Pfeiffer, aunque cada uno de ellos cursa con características
craneofaciales específicas.
Se sugiere que el FGF18 es un ligando fisiológico para el FGFR3. El FGF18 actúa
como un factor paracrino que transmite señales a través del FGFR3 para inhibir la
proliferación condrocítica.
El FGF18 es expresado en el pericondrio en crecimiento, y por tal razón se
considera un candidato para regular el crecimiento esquelético. Además es el
primero en ser detectado en las células mesenquimales de la clavaría y
posteriormente en el desarrollo es expresado en el mesénquima osteogénico y en
los osteoblastos diferenciados en las superficies endóstica y perióstica de los huesos
del cráneo.
98
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Development.Vol. 16 No. 12, pp.1446-65.
La sobreexpresión del MSX2 en ratones (in Vitro) y la mutación de Msx2 en
humanos inducen la formación ósea precoz y Cráneosinostosis (tipo Boston), por
incremento en el número de células progenitoras.
La insuficiencia de Twist, el cual es factor de transcripción que se expresa en la
sutura mesenquimal y afecta la expresión genética de los osteoblastos y apoptósis
en los osteoclastos de los huesos calvarios,
resulta en una osificación craneana
99
prematura .
Los genes Dlx son considerados los homólogos mamíferos del gen Dll. Los genes de
la familia Dlx/ Dll pareciera jugar un rol importante en el desarrollo de algunas
especies. La inactivación dirigida de los genes Dlx5 y Dlx6 en ratones (in Vitro)
se traduce en severas anormalidades esqueléticas, craneofaciales y axiales y con
ello la muerte perinatal.
Igualmente la inactivación dirigida o ablación de los genes Dlx1, Dlx2, Dlx1/2 o
Dlx5 en ratones (in Vitro)
resultó en defectos craneofaciales, oseaos y
vestibulares.
La inactivación dirigida de los genes Dlx5/6 (in Vitro) causan defectos
severos
caniofaciales, óseos y del oído interno. Defectos craneofaciales que pueden incluir
alteraciones como: la disminución del tamaño de los ojos, la hendidura y
dimorfismo nasal, maxilar y mandibular.
Otros de los numerosos genes que son requeridos para alcanzar el adecuado
desarrollo craneofacial y del oído, son Prx1, Prx2, Msx1, Endothelin-1 (Edn1) y Al
Endotelial –Areceptor (ETA) 100 .
Función de los genes Prx en la morfogénesis craneofacial:
El prx-1 y
prx-2 realizan funciones similares en el proceso
mandibular del
mesénquima del primer arco branquial. Estos genes requieren se requiere para una
formación del incisivo mandibular como para la mayoría del cartílago de Meckel.
Se encontró que el prx-1 se encuentra expresado ectopicamente en los ratones
mutados.
99
ROBLEDO, R. RAJAN, L. LI, X and LUNKIN, T.
The Dlx5 and Dlx6 homeobox
genes are essential for craniofacial, axial and appendicular skeletal development.
2002. Gene and Development Vol. 16, No. 9, pp.1089-1101.
100
ZHONGAHAO, L. JINGSONG, X, COLVIN, J and ORNITZ, D.Coordination of
chondrogenesis and osteogénesis by fibroblast grown factor 18. 2002. Genes and
Development. Vol. 16, No. 7, pp.859-69.
Prx-1 y
prx-2 funcionan para mantener y
estabilizar
los destinos celulares del
mesénquima craneofacial.
En ausencia del prx-1 las poblaciones especificas de células están presentes pero
no expresan lacZ, fallando en el desarrollo o generando procesos de apoptosis.
El prx-1 y
prx-2 funcionan para mantener la expresión correcta del pax 9 en el
incisivo central mandibular.
Estos resultados tienen las implicaciones importantes para los mecanismos de
desarrollo
el craneofacial subyacente el desarrollo.
El reciente trabajo ha
demostrado que el CNC tiene en algún grado una capacidad de patrón intrínseca .
Los datos sugieren que el prx-1 y prx-2 son los componentes del programa
genético que funciona para mantener la información del patrón
durante la
migración y escala de órgano génesis craneofacial.
OTRAS PATOLOGÍAS CRÁNEOFACIALES PRODUCIDAS POR ALTERACIONES
GENÉTICAS
El rol de Dlx6 en la regulación de la endotelina-1-dependiente, dHAND en
el desarrollo de arcos branquiales
Las células de la cresta neural juegan un papel importante en el desarrollo
craneofacial. La endotelina es secretada y regulada por polipéptidos de la cresta
neural, que se encuentran incluidas en el arco branquial de la cresta neural.
El helix-loop-helix
del
factor de Transcripción
dHAND
es requerida para el
desarrollo craneofacial, al igual que la regulación de la endotelina-1 (ET-1) en
embriones; la expresión de dHAND en los arcos branquiales presenta una baja
regulación, lo que implica que el factor transcripcional ET-1 se encuentra activo.
Para determinar los mecanismos de regulación de ET-1 en la Transcripción de
dHAND, fueron analizados los genes dHAND de los arcos branquiales.
Se analizaron receptores de endotelial, identificando Dlx6, miembro de la familia
de proteínas homeodomain, asociado al factor ET-1.
Concluyendo que el
Dlx6 es receptor de la endotelina 1, y
presenta una baja
regulación en los arcos branquiales de ratones. Lo que puede entenderse que el
Dlx6 es un regulador intermediario entre la señalización de ET-1 y el gen dHAND
durante la morfogénesis craneofacial.
También se ha encontrado que tanto Dlx5 y Dlx6, se encuentran involucrados en la
diferenciación de osteoblastos, y por lo tanto son necesarios para el desarrollo
craneofacial.
Mutaciones en dHAND se encuentran relacionadas con pérdidas de la función,
alteraciones en el desarrollo craneofacial, lo que da pie a futuras investigaciones
relacionadas con el Síndrome de Treacher-Collins.
Deficiencia
de
los
derivados
de
membrana
faríngea
en
ratones,
anormalidades dentales, craneofaciales y de las extremidades.
Los genes Pax han mostrado un importante papel en el desarrollo de mamíferos y
en la organogésesis.
El Pax9, es miembro de la familia del factor de transcripción, expresado en las
somitas, membrana faríngea, el mesénquima que involucra el sistema craneofacial,
dientes, y el desarrollo de las extremidades, durante la embriogénesis del ratón.
Para analizar la función in vivo en el estudio, se produjo deficiencia de Pax9 en
ratones y muestra que el Pax9 es esencial para el desarrollo de una variedad de
órganos y elementos del esqueleto. Los ratones después del experimento murieron,
y la mayoría tenía como consecuencia paladar hendido. A ellos les faltaba, el timo,
glándula paratiroides, y el último cuerpo branquial (órganos que son derivados de
la membrana faríngea).
El Pax9 es requerido para la expresión de Bmp4, Msx1 y Lef1, lo que sugiere que el
papel del Pax9 induce el desarrollo de los dientes.
Hay que resaltar que en el estudio se muestra al Pax9 como un regulador clave
durante el desarrollo del órgano del primordio.
Durante el estadío 11.5, la membrana faríngea se encuentra relacionada con el
desarrollo del timo, glándula paratiroides, y último cuerpo branquial.
En este estadío tanto el Pax9 como el Pax1 se expresan en epitelio de la membrana
faríngea, observándose después de éste estadío que el epitelio del timo es
requerido para la maduración normal de las células T.
Al parecer Pax1 no actúa en ausencia del Pax9 durante la fase embrionaria de la
formación del timo.
Es posible que tanto el Pax9 como el Pax1 regulen diferentes procesos durante el
desarrollo de la membrana faríngea.
Diferenciación de células stem de embriones inducida por factores GATA
El endodermo extraembrionario es diferenciado de células en estado de blastocito
tardío del endodermo visceral y parietal; ambos tienen un importante papel en la
embriogénesis temprana.
El papel esencial de los factores GATA 6 y GATA 4 en la diferenciación del
endodermo
visceral,
ha
sido
analizado
en
este
estudio
en
ratones.
La
sobreproducción de ambos factores causa la activación de los dos genes exógenos.
El GATA 6 promueve la diferenciación del endodermo extraembrionario después de
retirar el factor estimulador de leucemia y promueve el endodermo visceral.
En el estudio muestra que los factores GATA son suficientes para la diferenciación
del endodermo extraembrionario. Se demuestra que inducen diferenciación de las
células indiferenciadas (stem), por una sobre-expresión de los factores específicos
de Transcripción; sin embargo se reporta este estudio como el primer estudio
fisiológico de diferenciación de eventos por expresión ectópica de factores de
Transcripción en células indiferenciadas embrionarias. Estas células podrían
diferenciar la formación de cuerpos embrioides que es la vía de transición al
ectodermo primitivo, lo cual podría ser esencial para la diferenciación de los
gérmenes del embrión.
Si se produce sobre-expresión del GATA 4, se dan diferentes respuestas en las
células
indiferenciadas
del
embrión,
y
células
embrionarias
carcinogénicas,
induciendo las células del endodermo extraembrionario y los cardiomiocitos. Estas
diferencias podrían estar basadas en
que éstas células pluripotenciales
(células
cancerígenas) tienen características semejantes a las del ectodermo primitivo.
En conclusión, existen numerosos genes relacionados con la morfogénesis
craneofacial, y cada día la investigación en esta área crece y con ella, el número de
genes reportados en la literatura.
Las alteraciones pequeñas en cualquiera de
estos genes da lugar a las patologías y síndromes craneales y dentomaxilofaciales.