Fisiología del Desarrollo

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Fisiología del Desarrollo
FISIOLOGÍA DEL DESARROLLO:
Estudiaremos la Biología del desarrollo, desde la formación del zigoto hasta el
nacimiento o eclosión. El desarrollo tiene lugar en fases marcadas, comunes a todo embrión
animal con distinta morfología. Estas fases son; unión de espermatozoide y óvulo,
fecundación, segmentación, gastrulación, (periodo larvario, metamorfosis) y adulto.
TEMA I; Historia de la Biología del Desarrollo
Los primeros documentos sobre embriología conocidos pertenecen a la civilización
egipcia. Hipócrates realizó los primeros estudios embriológicos. Aristóteles hablaba ya de
Morfogénesis; aparición progresiva de formas en el embrión. Leonardo da Vinci realizó dibujos
exactos de disecciones de úteros en gestación.
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Durante el siglo XVI comenzaron a aparecer más científicos dedicados al estudio de la
biología del desarrollo de los animales. En Italia destacan Vesalio, Falopio y Fabricio. Ciotier
estudió la embriología en aves. Harvey estudió el desarrollo en insectos, aves y mamíferos.
Pensaba que los animales inferiores aparecían por Generación Espontánea, mientras que en
animales superiores se producía Epigénesis, o formación de nuevas estructuras de nuovo. Por
el contrario, Malpigio y Leeuwenhock defendían la teoría de Preformación; creían que los
individuos estaban preformados en el interior del espermatozoide; lo llamaron el Homúnculo.
Posteriormente Spallanzani descubrió el valor de la unión óvulo-espermatozoide.
Wolff estudió la formación de las hojas embrionarias, demostrando que la teoría de
Preformación era falsa.
Von Baer y Haeckel estudiaron embriología comparada y evolutiva. Describieron los
fetos de todos los vertebrados como muy similares en los estados iniciales, y progresivamente
más diferentes. Descubrieron que la ontogenia es una recapitulación de la filogenia.
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Weissmann (1834-1914) fue la primera persona en estudiar la Genética del Desarrollo,
y descubrió los cromosomas determinantes. Boveri trabajó con equinodermos para estudiar
también la genética del desarrollo.
En el siglo XX apareció la Embriología Experimental, donde se trabaja con múltiples
animales, como turbelarios, nematodos, drosophila, equinodermos, peces, anfibios o ratas.
Están implicados muchos científicos como Boveri, Wilson, Driesch, Roux, Morgan o Spemann.
La aportación de Watson y Crick a la biología fue muy importante para este campo de la
embriología.
Entre las técnicas utilizadas actualmente destacan la clonación de mamíferos
transgénicos, o la tinción con telomerasa para crear telomapas de células madre.
TEMA II; La Línea Germinal
Las Células Somáticas son las células diferenciadas que conforman los tejidos del
cuerpo del animal. Aquellas células que permanecen indiferenciadas hasta que forman los
gametos reciben el nombre de Células Germinales Primordiales. Estas nunca se forman en el
interior de las gónadas; se forman en el embrión y posteriormente migran hacia los órganos
sexuales. Son células diploides y Totipotentes (en cuanto a la especialización celular).
Las células germinales se encuentran en una región específica del embrión. El conjunto
de las células germinales, que son mantenidas en una población de generación en generación
recibe el nombre de Estirpe Germinal. La estirpe germinal queda diferenciada muy pronto en
el desarrollo. El Plasma Germinal es la porción del citoplasma de una célula que dará lugar a
células reproductoras.
En insectos, las Células Polares son células germinales que se encuentran inicialmente
donde se forma el Blastoporo, futuro ano. La invaginación de la Gastrulación facilita
inicialmente el movimiento de estas células. A continuación estas células penetran en los
Sacos Gonadales, en el interior de las Células Gonadales somáticas del Mesodermo. La
migración de las células polares es facilitada por Quimioatracción; las células gonadales
secretan sustancias que atraen a las células polares. Además, las células del mesodermo
secretan sustancias de repulsión. Existen varios genes y proteínas implicados (en insectos,
algunos encontrados también en ratón y humano como gcl):
 Gen gcl (germ cell less) determina la formación de las células germinales. Si se
producen mutaciones, los individuos aparentemente normales son estériles.
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


Gen Wunen facilita la migración de las células germinales en el Endodermo.
Gen Columbus implicado en la Quimioatracción.
Proteínas OSKAR, NANOS, VASA relacionados con la aparición de las células polares
en la región posterior de la blástula. También en teleósteos.
En Teleósteos las células germinales migran por quimioatracción desde el Epiblasto
hasta el Hipoblasto, utilizando para ello como soporte a células del mesodermo dorsal, para
alcanzar a las células gonadales. La migración ya se ha producido a las 24 horas del zigoto.
En Anfibios se han realizado los primeros estudios sobre el Plasma Germinal
(Bounovre, 1934). El Citoplasma Germinal se encuentra en el Polo Vegetal de la Blástula. Al
formarse la Gástrula, el Plasma germinal se aproxima al núcleo del Blastómero, y lo recubre. Al
igual que en el caso de los insectos, las células germinales migran desde el Endodermo (futuro
tubo digestivo) hacia las hocedades del Mesodermo, utilizando para ello el Mesenterio Dorsal.
Las invaginaciones que se producen en estas hocedades son las futuras gónadas
indiferenciadas. La Fibronectina, proteína de la matriz extracelular, facilita la migración ya que
se dispone deacuerdo al gradiente de concentración que es seguido por las células en su
migración. Intervienen en la migración los Microtúbulos y la proteína motora Kinesina; ésta
migración implica cambios en la morfología celular.
Aves y Reptiles tienen un desarrollo especialmente similar, particularmente durante
las etapas iniciales. Tienen el mismo tipo de huevo, rico en vitelo, y muchos patrones del
desarrollo semejantes. Por ejemplo, la formación en la blástula de un disco germinativo con
pequeños blastómeros que darán lugar al cuerpo del animal en el Polo Animal, y mucho vitelo
en el Polo Vegetal. El disco a su vez se diferencia en Área Pelúcida y Área Opaca. Las células
germinales utilizan en este caso las Células Endoteliales de los capilares sanguíneos
embrionarios para migrar por quimioatracción hacia las gónadas, con las células sanguíneas.
En este caso la quimioatracción no es específica; es la misma molécula en las distintas
especies. Las células germinales se extravasan y se incorporan al epitelio de la gónada.
En Mamíferos las células germinales se forman de manera distinta. No existe un
citoplasma germinal, sino que las células germinales primordiales son independientes desde el
principio, y se diferencian por interacción con otras células vecinas. Para diferenciarlas se
puede realizar una tinción con Fosfatasa alcalina. Aunque pueden presentar un desarrollo
similar al de aves y reptiles, los mamíferos tienen huevos sin vitelo. Se forma un disco
germinativo en el polo animal, y un surco primitivo que se invagina e independiza formando
una nueva capa de células (tubo neural). Las células de la mitad posterior quedan
determinadas como células óseas morfogenéticas, debido a la acción del Factor BMP 8b (Bone
Morfogenetic protein). Al igual que en anfibios, las células migran a favor del gradiente de
fibronectina por el mesenterio y el tubo digestivo. Estas célula migran situándose entre el saco
vitelino (reminiscencia evol. que luego degenera) y el endodermo (digestivo). Ahí se produce
una invaginación, el Alantoides, desde donde migran las células germinales primordiales hasta
las gónadas, próximas al riñón, utilizando como soporte las células del endodermo, del tubo
digestivo. Están implicados distintos factores;
 Factor SCF o factor de proliferación de células zepa, facilita la división de las células
germinales y las células cepa hematopoyéticas.
 Factor FGF o factor de crecimiento de fibroblastos (fibronectina), que también facilita
el crecimiento de las células germinales.
 Factor TGF- o factor de crecimiento transformador también está implicado.
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Pueden producirse errores en la migración por falta de quimioatracción. Si las células
se situan en lugares indebidos pueden producir tumores llamados Teratomas. Son tumores
benignos que pueden pasar desapercibidos, pero pueden aparecer donde se encuentran los
dientes o en la piel.
Las Células Germinales Primordiales son células diploides y Totipotentes, que se
desarrollan en individuos adultos formando gametos femeninos o masculinos; pero tienen en
ambos casos características comunes. Este desarrollo es muy particular, ya que dan lugar a
células haploides por Meiosis; los Gametos. Al unirse un gameto masculino y uno femenino,
aparecerá un zigoto, celula de nuevo diploide. Las células germinales primordiales son células
que provienen de la estirpe germinal de la especie, y por lo tanto se sabe que darán lugar a los
gametos o células reproductoras. El ovocito, femenino, crecerá en volumen pues acumulará en
su citoplasma al vitelo. Estas células tienen detención en la primera meiosis y en la segunda
meiosis. El espermatozoide, masculino, adoptará motilidad y sólo transportará el material
genético.
TEMA III; La Función Testicular
Las Células Germinales sufren distintas especializaciones en las gónadas, hasta
transformarse en Gametos. La primera diferenciación es en Espermatogonias; células
diploides que siguen multiplicándose activamente. A continuación se produce un aumento del
volumen del citoplasma, formándose los Espermatocitos Primarios. Aquí comienza la primera
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división meiótica que dará lugar a Espermatocitos Secundarios. La segunda división da lugar a
las Espermátidas, haploides, cuyo citoplasma de especializa y se forma finalmente el
espermatozoide. Este proceso se llama Espermatogénesis.
Las células germinales en las gónadas masculinas se diferencian primero en
Espermatogonias A1, con capacidad de mitosis activa; las células forman un sincitio ya que la
citocinesis no llega a concluirse, y las células quedan unidas por puentes citoplasmáticos. Estos
puentes facilitan el transporte de nutrientes, y el mantenimiento del mismo estado de
desarrollo en las distintas células. Esta primera diferenciación depende de la acción del Factor
BMP 8b y el aumento de la proteína con mismo nombre. Los ratones mutantes BMP(-) son
estériles. Estas Espematogonias diferenciadas A1 pasan a ser Espermatogonias A2, lugo A3 y
A4. El paso de A1 a A2 tiene lugar en la región cortical de la gónada. Desde ahí, las células cada
vez más diferenciadas, se encontrarán más próximas a la luz. Las Espermatogonias A4 también
tienen capacidad mitótica, y se especializan en Espermatogonias Secundarias, y finalmente en
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Espermatogonias B, ambas con capacidad para multiplicarse, y unidas por puentes
citoplasmáticos. Todas estas células diploides existen y se forman a lo largo de la vida del
individuo adulto, formando continuamente espermatozoides.
Las Células de Sertoli se encuentran a lo largo de los túbulos seminíferos actuando
como células se soporte para las células reproductoras que se están diferenciando, además de
células nutritivas y de control del desarrollo de la línea germinal. De hecho el citoplasma de las
Células de Sertoli constituye el cuerpo del Túbulo, y alberga a las células reproductoras
durante su desarrollo. En la cara interna de los túbulos se encuentra la luz, y en la cara externa
la membrana basal que cubre toda la superficie.
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Además de actuar como soporte, las Células de Sertoli son células endocrinas, que
liberan el Factor GDNF o factor neurotrófico glial. Este factor es fundamental en el control de
la proliferación y diferenciación de las células reproductoras. Es liberado cuando la hipófisis
libera FSH a la sangre; activa la proliferación celular, inhibiendo a la vez la especialización o
diferenciación de las células madre. De tal manera que cuando su concentración es baja estas
tienden a especializarse y no a multiplicarse.
Las Proteínas de reconocimiento y adhesión celular N-Cadherinas se encuentran en las
membranas de las células reproductoras y de las células de sertoli. Esta unión también es
facilitada por los receptores de azúcar de las células de sertoli, y las Galactosil transferasa de
la membrana de las células germinales, que unen galactosa.
En los Espermatocitos, aumenta el volumen de citoplasma y se inicia la meiosis. Al
finalizar la meiosis las células haploides o Espermátidas siguen unidas por puentes
citoplasmáticos. Su transformación en Espermatozoides libres recibe el nombre de
Espermiogénesis. El espermatozoide es una estructura compleja formada por varias partes con
funciones específicas, y que ha perdido la mayor parte del citoplasma que había en la
Espermátida:
El Núcleo con la información genética se encuentra en la Cabeza del Espermatozoide.
Tiene forma ovoide y los cromosomas están condensados por Histonas y Protaminas. Anterior
al núcleo se encuentra la Vesícula Acrosómica, o Acrosoma, derivada del Aparato de Golgi que
contiene las enzimas necesarias para romper las membranas externas del óvulo y que se
produzca la fecundación; Hialuronidasa, Acrosina, Fosfatasa, Fosfatasa Ácida, Neuraminidasa.
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El Flagelo se inicia en los Centriolos de la espermátida, próximos al núcleo en la región
posterior del espermatozoide. En la base del flagelo (porción intermedia), o Axonema, se
encuentran agrupadas las mitocondrias que suministran el ATP necesario para el movimiento
del flagelo. La Cola o Flagelo se forma por un par de mictotúbulos centrales independientes, y
nueve pares de microtúbulos periféricos unidos (con 13-11 Protofilamentos), formados por
proteínas Tubulina  y .
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La porción final de la cola, más estrecha, carece de microtúbulos. Las proteínas
Histonas H1 se encargan de la cohesión de los componentes del flagelo. Las proteínas Dineína
(ATPasa) facilitan la motilidad; se encuentra en brazos transversos entre los distintos pares de
microtúbulos periféricos.
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Se diferencian dos tipos de Espermatogénesis: La Espermatogénesis Cística es propia
de Peces y Anfibios. Las células germinales se desarrollan en el interior de quistes en el
testículo. En cada quiste se encuentran células de un único tipo celular, como por ejemplo
Espermatogonias A1, y se van desarrollando todas en bloque. También se encuentran células
de sertoli en el interior de los quistes. Estas células de sertoli se van destruyendo y
regenerando, según los gametos son liberados de los quistes. La Estermatogénesis No Cística
es aquella en la que los gametos se forman en el interior de túbulos seminíferos donde se
encuentran (ordenados de corteza a lumen) todos los tipos de células reproductoras, y donde
no hay destrucción de las células de sertoli.
La participación de las células de sertoli en la espermatogénesis en túbulos seminíferos
destaca por la formación de uniones estrechas entre estas células, formando dos
compartimentos. En el compartimento externo, cercano a la membrana basal, se encuentran
las espermatogonias, y los núcleos de las células de sertoli. A nivel de las uniones estrechas se
forma la Barrera Hematotesticular. En la región interna, hacia la luz del túbulo, se encuentra el
segundo compartimento, con un líquido extracelulas diferente. En determinados instantes y
lugares concretos las uniones estrechas se rompen para permitir el paso de Espermatogonias
en diferenciación. Esta barrera protectora inmune impide el rechazo de los espermatozoides.
En el Testículo se pueden diferenciar dos tipos de tejidos; El tejido Gametogénico
contiene las células germinales, reproductoras y de sertoli; se trata del interior de los quistes o
de los túbulos seminíferos. El tejido Esteroidogénico contiene las células endocrinas del
testículo; se trata de las Células de Leydig. Estas células se encuentran agrupadas en paquetes
triangulares, en la matriz muy irrigada por capilares sangíneos y linfáticos, e inervado, que se
encuentra en el exterior de los túbulos. Sintetizan y liberan los Andrógenos. Los túbulos
seminíferos del interior testicular están agrupados en paquetes por un Intersticio o membrana
de tejido conjuntivo, recubierto a su vez por la Túnica Albugínea.
Los túbulos seminíferos contienen en su Lumen a los espermatozoides recién
formados. Los Conductos Eferentes comunican el lúmen de los túbulos con el Epidídimo;
conjunto de pequeños conductos que abandonan el testículo, donde además los
espermatozoides adquieren movilidad. Este se puede dividir en tres zonas; una porción inicial,
una porción intermedia, y una cola. Finalmente el epidídimo desemboca en el Conducto
Deferente, único para cada testículo, que lleva el semen hasta la Uretra. Las Glándula pares
que se encuentran a lo largo del aparato reproductor sintetizan y liberan los líquidos
necesarios para el mantenimiento de la motilidad y la nutrición de los gametos; se trata de las
glándulas prostáticas y las glándulas de la coagulación. Se produce el control de la
osmolaridad y pH del líquido seminal. El Semen formado se acumula en la vesícula seminal.
Todas estas estructuras se encuentran en el saco escrotal. Aunque los testículos se forman a
nivel del riñon, posteriormente descienden por cuestiones de Termorregulación, para
optimizar la producción de los gametos.
Pueden existir espermatozoides anormales; en función de su proporción sobre el total
de espermatozoides, estos pueden ser responsables de esterilidad. Entre los principales casos
de encuentran las gotas lipídicas en el flagelo, la cola ausente, rota, bifurcada, doblada o
enrollada. También puede tener forma de pera, tener una membrana extra o ser demasiado
larga o demasiado corta. Estas malformaciones dificultan su motilidad reacción acrosómica y
penetración en el óvulo. La Azoospermia es la ausencia de gametos en el líquido seminal. Se
debe a la ausencia de su producción en los túbulos, por ejemplo por problemas hormonales o
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ausencia de células germinales, por migración fallida. En ocasiones puede deberse a animalías
en los conductos de transporte. Puede deberse a malformaciones congénitas, traumatismos o
infecciones. La Oligospermia es el número reducido de espermatozoides, con escasa
motilidad. Puede deberse a la edad avanzada, el estrés, los excesos de temperatura, o los
productos químicos como el tabaco. Las bajas concentraciones de ADN en el núcleo también
es causa de esterilidad. Los toros Guernesey son estériles ya que sus espermatozoides quedan
decapitados después de su formación. En los híbridos, como los mulos, la meiosis se detiene
en fase de Espermatocitos Primarios.
Los movimientos de la cola vienen marcados por la actividad de las Dineínas sobre los
microtúbulos. Los brazos de Dineína de ambos lados de la cola están coordinados en desfase,
facilitando el movimiento rectilíneo. Este movimiento implica la modificación de la
concentración de nucleótidos y la apertura de los canales de calcio. Estos canales están
regulados por las proteínas Cat-Sper, cuyo bloqueo podría ser utilizado como método
anticonceptivo. También implica el mantenimiento del pH entorno a unos valores de 7,5; el el
tracto femenino el pH es ácido. Las elevadas concentaciones de cloro y magnesio, al igual que
el calcio, aumentan la motilidad.
El Sindrome de Kartagener se conoce en humanos y roedores; se trata de la ausencia
de brazos de Dineína, lo que imposibilita la motilidad. Tienen además propensión a
enfermedades bronquiales por ausencia de actividad de los cilios, y elevada probabilidad de
tener el corazón en el lado derecho.
El Síndrome de Klinefelter se produce en individuos con genotipo XXY, y fenotipo de
macho esteril. Carecen de células reproductoras en sus túbulos seminíferos.
La Termorregulación es fundamental en mamíferos para facilitar una temperatura de
o
36,5 C, óptima para la espermatogénesis. Para ello existe una musculatura específica que
regula la subida y bajada de los testículos al escroto. La concentración de andrógenos elevada
controla la bajada de las gónadas hasta el escroto durante el desarrollo ontogénico. La
Testosterona y el Factor INSL-3, similar a la insulina, secretados por las Células de Leydig,
controlan este proceso. En caso de carencia se puede solucionar quirúrgicamente, por
Criptorquidea, para evitar la infertilidad. La ropa ajustada y otras causas de temperatura
elevada son así responsables de esterilidad. También es importante en aves cuyos testículos se
encuentran en Sacos Aéreos.
Otras causas de esterilidad son las carencias nutritivas en grasas o vitaminas, las
sutancias mutagénicas y radiaciones UV, las drogas, los pesticidas y los productos químicos
tóxicos o insidiosos (lejía, detergente), así como la obesidad.
La Función Endocrina Testicular depende de las células de Sertoli y las células de
Leydig.
Las funciones de las Células de Sertoli son variables y necesarias para el desarrollo
específico de las células reproductoras. Sostienen, nutren y controlan los movimientos de
estas células en los túbulos seminíferos. También controlan la liberación de los
espermatozoides al Lumen y fagocitan las células espermáticas que degeneran, digiriéndolas
en lisosomas. Son responsables de la síntesis y liberación de:
 Proteína ABP (Androgen Binding Protein) que fija los andrógenos facilitando la
espermatogénesis; contola los niveles adecuados de testosterona el los túbulos.
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
Estrógenos cuyo precursor son los Andrógenos secretados en las células de Leydig,
que permiten el desarrollo de la Espermatogénesis.
 Enzima Aromatasa.
 Glucoproteína Inhibina que inhibe la acción de la FSH.
 Proteína Transferina de transacción del hierro; no se conoce su función.
 Factor SGF o Factor de crecimiento germinal que favorece la mitosis de las células
reproductoras.
 AMH es la hormona que impide el desarrollo de los conductos de Müller, propios del
aparato reproductor femenino.
Las Células de Leydig sintetizan los Andrógenos, las principales hormonas sexuales
masculinas, que también son sintetizadas en corteza de las glándulas adrenales por
estimulación de la ACTH (Hormona Corticotropa). En el periodo fetal sintetizan también INSL-3.
Se diferencian tres principales andrógenos, cuyo precursor es el Colesterol de las LDL que es
procesado en las Mitocondrias y Retículo Endoplásmico; Testosterona (90%),
Dihidrotestosterona y Epiadrosterona. Su síntesis viene controlada por el Eje HipotálamoHipófisis-Gónada desde el Sistema Nervioso, tal y como se representa en la siguiente imagen,
donde GnRH es la Hormona liberadora de Gonadotropinas, LH la hormona Luteinizante, y FSH
la hormona estimulante del folículo.
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Los Andrógenos, liposolubles, son transportados fácilmente en sangre con ayuda de las
proteínas Albúmina y Globulina. Ejercen su mecanismo de acción penetrando al núcleo de las
células diana, y modificando la expresión de la información génica.
A las siete semanas de desarrollo fetal comienza la funcionalidad de las células
endocrinas del testículo, debido a la presencia de Hormona hGC (Gonadotropina Coriónica
humana) materna, que llega a la Placenta. Así comienza la Esteroidogénesis, o síntesis de
Esteroides Sexuales.
Durante la Pubertad la concentración de andrógenos aumenta de tal manera que se
diferencian, desarrollan y mantienen los órganos sexuales, las estructuras sexuales accesorias,
y los caracteres sexuales secundarios. Además se inicia así el anabolismo de proteínas del
hueso y del músculo.
TEMA IV; La Función Ovárica
Al igual que en el caso anterior, las células germinales van a proliferar y diferenciarse
en el interior de las gónadas. A diferencia de la Espermatogénesis, cabe destacar que durante
la Ovogénesis se produce diferenciación antes de la meiosis, que la meiosis se detiene dos
veces, que, salvando excepciones como equinodermos y anfibios, la población de células
reproductoras es finita, y que una célula diploide dará lugar a un único gameto y tres
Corpúsculos Polares.
Las Células Germinales Primordiales se diferencian formando Oogonias diploides, que
se multiplican por mitosis en el Embrión y en el Feto. En la edad adulta terminan las mitosis y
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el número de Oogonias disminuye progresivamente por Apoptosis; se trata de la Atnesia. Sólo
algunas pasarán a transformarse desde la Adolescencia en Ovocitos primarios, que
permanecerán en la Profase I de la meiosis. Aunque algunos serán destruídos por apoptosis,
cuando se alcanza la madurez sexual se desbloquea la meiosis y un grupo de Ovocitos
primarios se transformará en Ovocitos Secundarios, que a su vez quedarán bloqueados en
Metafase II. La meiosis sólo concluirá después de la unión con el Espermatozoide. La ovulación
se produce cíclicamente siguiendo un ciclo lunar de 28 días en humanos, marcado por el
sistema endocrino: los Ovocitos Secundarios son liberados (uno en humanos) y podrán ser
fecundados.
El Ovocito Secundario o Óvulo contiene un núcleo haploide y una membrana
plasmática con permeabilidad selectiva para sodio y potasio. Tiene un elevado número de
componentes citoplasmáticos variados, un elevado metabolismo y síntesis proteica activa.
Después de la fecundación la transcripción de ARNm y la síntesis proteica no tendrá lugar, y se
deberán aprovechar los componentes de reserva sintetizados en el óvulo. Entre los principales
componentes se encuentran:
 Determinantes Morfogenéticos Citoplasmáticos que serán transmitidos a los
diferentes blastómeros durante la segmentación. Se trata de activadores o represores
de la expresión génica. De esta manera las células de la blástula podrán diferenciarse.
 Sustancias Químicas Protectoras distintas en los diferentes grupos animales. Evitan
depredación, desecación, infección y mutaciones en el huevo. Son especialmente
importantes en animales con fecundación externa.
 Gránulos de Vitelo nutritivos. El Vitelo es la sustancia de reserva del Embrión. Su
cantidad depende de las especies. Se encuentra en Gránulos en el Ovocito. Las Aves y
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

Reptiles tienen gran cantidad de vitelo, pero los mamíferos se alimentan de los tejidos
de la madre, y pueden prescindir de vitelo.
Mitocondrias.
Cortex o Porción Externa del citoplasma, endurecida. Se encuentra una elevada
cantidad de microfilamentos de actina que polimerizan justo en el momento previo a
la fecundación, sobresaliendo y formando las Microvellosidades para la retención de
espermatozoides. También se encuentran los Gránulos Corticales que evitan la
Polispermia.
y en los mamíferos
Se diferencian varios tipos de huevos por la cantidad de vitelo que contienen y su
disposición. El vtelo impide que se formen los planos de segmentación.
Los huevos Alecitos carecen de vitelo. Se trata de los huevos de mamíferos, cuyo
embrión se alimenta a través de la placenta.
Los huevos Oligolecitos tienen poca cantidad de Vitelo. Este puede estar repartido por
todo el huevo, en huevos Isolecitos, o encontrarse exclusivamente en el Polo Vegetal, en
huevos Heterolecitos.
Los huevos Telolecitos tienen una gran cantidad de Vitelo. Es el caso de Aves y
Reptiles, que presentan segmentación discoidal y el vitelo queda en el Polo Vegetal. Pueden
ser Centrolecitos si el Vitelo queda situado en la región central del embrión; es el caso de los
insectos.
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Los Equinodermos tienen Ovocitos Isolecitos. Dado que se produce fecundación
externa, tienen una Membrana Gelatinosa externa de Glucoproteínas que tiene como función,
entre otras, atraer a los espermatozoides. En su citoplasma contiene toda la maquinaria
necesaria para la síntesis proteica, y para la multiplicación del núcleo y la formación de nuevas
membranas plasmáticas en la blástula. Contienen vesículas lipídicas. Presentan Vitelogenina, o
proteína vitelina.
Los Insectos tienen Ovocitos Centrolecitos muy ricos en nutrientes. El aparato
reproductor femenino consta de dos ovarios que desembocan en oviductos. Las Ovariolas son
receptáculos que se forman en el Ovario, donde tendrá lugar la Ovogénesis en sentido
próximo-distal, es decir, hacia el oviducto. Se diferencian tres tipos de Ovogénesis; en todos
ellos está implicada la Vitelogenina, sintetizada en los cuerpos grasos como respuesta a las
hormonas HJ (hormona juvenil) y Ecdisona. Es transportada a través de la Hemolinfa.
En la Ovogénesis Paranoística las células germinales se desarrollan a lo largo de la
Ovariola, quedando cubiertas por las células del folículo. El volumen del Ovocito aumenta
según se carga de Vitelo.
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La Ovogénesis Meroística se divide a su vez en dos tipos. En la Telotrófica las células
germinales van a estar conectadas por puentes citoplasmáticos a los Trofocitos; células
nutritivas, que cargarán el huevo de vitelo. En la Politrófica las células germinales permanecen
unidas hasta el estado de 16 células. En este momento una se diferenciará a ovocito y las otras
15 serán nutricias y cargarán el huevo de vitelo; todas dentro del folículo.
El Corion es la membrana protectora formada por las células del folículo. Se forma en
el una estructura muy particular, se trata del Micropilo, un poro a través del cual penetra el
espermatozoide. Así se evita la deshidratación y se permite el intercambio gaseoso.
Los peces tienen huevos telolecitos, similares a los de las aves y reptiles, aunque no
presentan sgmentación discoidal. Pueden ser Ovíparos, pudiendo presentar fecundación
externa, u Ovovivíparos. El ovocito está cubierto por un Corion con un Micropilo, que tiene un
importante papel en la osmorregulación.
Los Anfibios tienen huevos Heterolecitos. El vitelo es un componente citoplasmático
determinante para el establecimiento de los polos animal y vegetal. En el polo animal queda el
plasma germinal; el núcleo (denominado vesícula germinal) es desplazado por el vitelo. Por
encima de la membrana plasmática se encuentra la Membrana Vitelina, que contiene el Vitelo
(Zona Pellucida en Mamíferos). Durante la ovulación el óvulo es liberado y quedan adheridas a
su superficie algunas células del folículo; son las Células del Cúmulo que forman la Membrana
Granulosa. Por encima se encuentran la Teca Interna, muy irrigada, donde se toma la
Vitelogenina, y la Teca Externa o epitelio peritoneal.
FSH
LH
La disposición de los Gránulos de Vitelo, los Microfilamentos y los Microtúbulos
determinan la distribución ordenada de las células en los polos animal y vegetal. La adquisición
del Vitelo se produce durante la Ovogénesis, y puede tardar años. El Vitelo se dispone en
capas concéntricas, siempre en el Polo Vegetal. La Hormona Vitelogenina es sintetizada en el
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hígado como respuesta a la FSH, mediada de forma indirecta por los Estrógenos. Penetra en el
Ovocito por Pinnocitosis, en el Polo Vegetal, y a partir de sus vesículas se forman los Gránulos
de Vitelo. La hormona LH actúa sobre las células foliculares facilitando la síntesis de
Progesterona, que favorece la Ovulación y la reanudación de la meiosis.
En Aves y Reptiles los huevos son Telolecitos, y presentan además de la membrana
vitelina y Vitelogenina, otras membranas nutritivas y protectoras como el Albumen, rico en
Albúmina, muy hidratada, que recubre el vitelo. También se tienen que depositar las
membranas interna y externa de la cáscara, y la propia Cáscara de carbonato cálcico. El huevo
abandona el ovario y desciende por el oviducto hasta que se produce la puesta a través de la
cloaca. El albumen y las distintas capas de la cáscara se depositan durante este recorrido,
durante el cual, si ha habido fecundación, comienza la segmentación. Las Chalazas son
filamentos enrrollados que mantienen el Blastodisco del Polo animal siempre en posición
superior. Hay una cámara de aire, ya que el huevo no realiza intercambios con el exterior,
excepto algunos gases; son huevos Cleidoidos. Presentan teca interna y teca externa.
Los huevos de mamíferos son huevos Alecitos. Las hembras tienen un útero bicórneo y
oviductos cortos. En este caso la membrana plasmática está recubierta por la Membrana
Pellucida, que corresponde a la membrana Vitelina. En su exterior se encuentran las células
foliculares o Células de la Granulosa y las tecas interna y externa. La Corona Radiada se forma
por un epitelio monoestratificado de células foliculares, más próximas a la zona pellucida.
Durante el desarrollo del folículo las células de la granulosa abren espacios que hacen
aumentar el volumen del folículo; se trata del Antro Folicular, que contiene líquido sintetizado
por las células de la granulosa. Después de la ovulación algunas células de la granulosa quedan
unidas al óvulo y reciben el nombre de Células del Cúmulo.
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Fisiología del Desarrollo
De hecho, existe un desarrollo del folículo, paralelo al desarrollo del óvulo. En una
etapa inicial se forma la Ovogonia, sin Folículo. Cuando se forma el Ovocito primario comienza
la formación del Folículo Primario, por multiplicación de las células foliculares. Cuando estas
células comienzan la liberación de líquidos que forman por presión las primeras cavidades en
el Folículo Secundario. En el Folículo Terciario o de Graaf el Antro Folicular está
completamente formado. El Ovocito secundario, la Zona Pelúcida, y algunas células foliculares
(células del Cúmulo) reciben como conjunto el nombre de Cúmulo Oóforo o Cúmulo Prolígero.
Si se produce fecundación se finaliza la meiosis y los corpúsculos polares son liberados. Las
células de la Granulosa están unidas al ovocito por uniones GAP, facilitadas por Conexones
(proteínas conexina). Estas uniones facilitan los intercambios de sustancias entre los
citoplasmas de azúcares, aminoácidos y Factor Inhibidor de la Meiosis, que la bloquea en
Metafase II. El Ovocito, a su vez, controla el desarrollo del folículo por medio de varios
Factores de Crecimiento (GF), como TGF-, o VEGF (vascular endotelial) muy importante para
la irrigación de la Teca Interna.
Si no se produce fecundación, el óvulo es expulsado del folículo y no finaliza la meiosis.
La hormona LH modifica las células de la granulosa transformándolas de Células Lúteas. Las
células del Cuerpo Lúteo o Cuerpo amarillo (resto del folículo) degeneran formando el Cuerpo
Albicans o Cuerpo Blanco. Si hay fecundación el balance hormonal será distinto, y el óvulo
terminará la meiosis y comenzará la segmentación. Las células periféricas del embrión, o
Células del Trofoblasto, que formarán la placenta, liberan Hormona hCG (Gonadotropina
Coriónica humana) que mantienen al Cuerpo Lúteo, el cual formará durante el embarazo el
Cuerpo Gravídico, fundamental para la síntesis de la hormona Progesterona. Esta hormona, a
su vez, estimula el engrosamiento de la pared uterina y facilita la implantación del embrión, y
el aumneto de la irrigación sanguínea. Una vez que se ha formado la Placenta, el Cuerpo
Gravídico degenera (3-4 meses). Si se extirpa el Cuerpo Gravídico antes se produce aborto.
El desarrollo del folículo, desde la oogonia hasta el cuerpo lúteo, sucede en la región
cortical del Ovario. La membrana del Ovario recibe el nombre de Epitelio Germinal, pero no
está formado por células germinales. Se encuentra altamente irrigado.
Todo el proceso viene controlado por la Endocrinología Femenina. Durante el
desarrollo de los Folículos, en presencia de FSH estos comienzan a sintetizar Estrógenos.
Cuando las concentraciones de estrógenos son bajas, el Eje Hipotálamo-Hipofisis-Gónada es
inhibido, sin embargo cuando el folículo está muy desarrollado y las concentraciones de
estrógenos son elevadas, se estimula el Eje y aumenta la liberación de FSH, y sobre todo de LH.
El aumento de LH desencadena por un lado la Ovulación; en este proceso durante el
cual el óvulo debe romper la pared del folículo y ser liberado implica varias proteínas y
enzimas. Las Metaloproteasas son enzimas que digieren la Matriz Extracelular. Las
Colagenasas son enzimas específicas capaces de despolimerizar el colágeno. También
intervienen Proteasas Activadoras del Plasminógeno. Las Prostaglandinas favorecen el paso
del agua al interior del Antro Folicular, haciendo aumentar la presión interna del folículo (así
como la presión de turgor de los vegetales). La fuerza ejercida por esta presión termina
rompiendo la pared del Folículo de Graaf y facilitando la liberación del óvulo. Esta salida del
óvulo es facilitada por la región del folículo en la que la capa de células es menos gruesa.
Además, en presencia de LH, el Cuerpo Lúteo sintetiza Estrógenos y Progesterona, que
inhiben al Eje, Inhibina (inhibe FSH) y Relaxina (facilita la relajación del músculo liso uterino).
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Fisiología del Desarrollo
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Fisiología del Desarrollo
Los Estrógenos y los Andrógenos se pueden interconvertir. Las Células de la Teca
sintetizan Andrógenos a partir del Colesterol. El papel de las Células de de la Granulosa es de
transformar los Andrógenos, que atraviesan la Membrana Basal, en Estrógenos cuando estos
son necesarios. Estas Hormonas Esteroideas penetran al núcleo de la célula diana modificando
la expresión génica.
Los Estrógenos están relacionados con el desarrollo del aparato reproductor femenino,
del ovario, incluídos los Folículos, el Útero y el Oviducto. También controla el metabolismo de
las proteínas del hueso y músculo, por lo que con la menopausia puede aparecer osteoporosis.
También están relacionados con el desarrollo y el mantenimiento de los caracteres sexuales
secundarios.
La Progesterona está relacionada con los procesos necesarios para la gestación y el
parto, como la síntesis de leche en las glándulas mamarias, el crecimiento del Endometrio, la
inhibición de FSH en la Adenohipófisis (implicada Inhibina, sintetizada por el Cuerpo Lúteo y
Células de la Granulosa) y el desarrollo correcto de la gestación. La Relaxina relaja la
musculatura uterina en caso de gestación. Ralentiza los movimientos de la pared uterina
facilitando la implantación del zigoto. Además estimula la síntesis de nueva membrana uterina,
facilitando el parto. En caso de gestación, se desarrolla un elevado número de receptores para
LH y FSH en el Folículo.
Algunos ovocitos detenidos en la Meiosis muestran un aspecto característico en el
interior del núcleo; se trata de los Cromosomas Plumosos, agrupados por pares homólogos,
desespiralizados; están realizando la síntesis de ARNm de forma muy activa. Este material será
utilizado por el Zigoto y el embrión en los primeros estados, ya que durante ese tiempo se
detiene el metabolismo celular.
El Ciclo Menstrual a nivel del Útero, del Ovario y del Foliculo también es controlado
por el sistema Endocrino. Durante la Fase Menstrual (4 días) los folículos primarios sintetizan
pequeñas cantidades de Estrógenos que inhiben al Eje H-H-G. Se destruye el Estrato Funcional
del Endometrio, y solo se mantiene el Estrato Basal, de manera que disminuye el grosor de la
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Fisiología del Desarrollo
pared uterina. Supone la ruptura de capilares y pérdida de sangre, además de pérdidas de las
mucosidades y de células epiteliales. Las Prostaglandinas, que favorecen la ruptura del
folículo, también ejercen su acción en la pared uterina, facilitando la constricción de arteriolas
y vasos sanguíneos, disminuyendo el flujo de sangre y facilitando la muerte celular por falta de
oxígeno.
Durante la Fase Folicular (9 días) la Hormona FSH estimula el desarrollo del Folículo y
la producción de los Estrógenos en él, que a su vez estimulan la regeneración del Estrato
Funcional del Endometrio.
El día 14 del ciclo la concentración de Estrógenos se hace muy elevada, por lo que se
estimula al Eje Hipotálamo (GnRH) – Hipófisis (LH y FHS) – Gónada (Estrógenos y
Progesterona). A su vez, LH estimula la Ovulación. Entonces aumenta la concentración de
Metaloproteasas y Proteasas Activadoras de Plasminógeno y se rompe el Folículo de Graaf
liberando al Óvulo y las Células del Cúmulo, y transformándose en Cuerpo Lúteo.
Durante la Fase Post-Ovulatoria (13 días) el Cuerpo Lúteo sintetiza Estrógenos y una
gran cantidad de Progesterona. El Estrato Funcional se mantiene ya que cabe la posibilidad de
que se produzca fecundación; si se produce comenzará la síntesis de hCG (Gonadotropina
Corionica humana) que mantiene al Cuerpo Lúteo y al Estrato Funcional del Endometrio,
facilitando la implantación. Si no el Cuerpo Lúteo se transforma en Cuerpo Albicans y cesa la
producción de Progesterona, por lo que el ciclo recomienza.
TEMA V; Biología Celular de la Fecundación
Existen dos características que definen la Fecundación; Se produce la fusión del
material genético de los gametos, y se forma el Zigoto, primera célula del futuro individuo.
Existen distintas etapas de la fecundación, comunes a todos los Filum; Contacto ÓvuloEspermatozoide, Reacción Acrosómica, Contacto Espermatozoide-Membrana Vitelina, Fusión
de las Membranas de los Gametos, Penetración y Fusión de los Núcleos. Existen diferencias
entre las especies. Estudiaremos la Fecundación Externa de Equinodermos y la Fecundación
Interna en Mamíferos.
En animales con Fecundación Externa, como muchos invertebrados acuáticos o los
Teleósteos, el Espermatozoide es atraído hacia el óvulo por Quimioatracción o Quimiotaxis. En
el caso de muchos peces el espermatozoide debe ser atraído al Micropilo. Esta atracción debe
ser altamente específica para cada especie animal. Los ovocitos han terminado la meiosis. Es el
caso de los Equinodermos; por ejemplo de O. caudiculata, estudiada por Miller en 1978.
Los espermatozoides de Equinodermos adquieren motilidad sólo en las condiciones de
osmolaridad y pH del agua marina, facilitada por Dineína ATPasa – Microtúbulos del flagelo.
Existen proteínas distintas para cada especie que facilitan la Quimioatración, como Resact o
Speract. Así los gametos alcanzan la cubierta mucosa del óvulo. Los Receptores para Péptidos
de Guanidil Ciclasa de la membrana del espermatozoide (GTP-GMPc) facilitan la apertura de
los canales de calcio y la entrada del ión al citoplasma, movilizando el flagelo.
Cuando el espermatozoide establece contacto con la Cubierta Mucosa del Óvulo, se
produce la Reacción Acrosómica. Los Polisacáridos unidos a Iónes Sulfato en la Cubierta
Mucosa permiten su reconocimiento por el espermatozoide, que libera por exocitosis el
contenido de la Vesícula Acrosómica. Se produce la digestión local de la cubierta del óvulo,
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Fisiología del Desarrollo
facilitada por la liberación de H + que se compensa por la toma de Ca2+. La digestión está
acompañada por la extensión del Filamento Acrosómico, que atraviesa la cubierta
reblandecida.
La formación de este filamento acrosómico viene facilitada por la polimerización de los
Microfilamentos de Actina, que está a su vez favorecido por la entrada de calcio, y la
activación de la proteína Rho B. Los Microfilamentos se alargan en la región anterior del
espermatozoide. En la membrana del filamento se encuentran Bindinas que, al igual que las
moléculas de quimioatracción y los polisacáridos de reconocimiento, son específicas y asegura
que la fecundación se produce entre individuos de la misma especie. El Material Genético
puede penetrar al óvulo a través del Filamento Acrosómico.
Los Mecanismos para Evitar la Polispermia son fundamentales en enimales con
fecundación externa. Es muy importante que uno, y sólo uno, de los espermatozoides penetre
al óvulo. Por ello disponen de dos mecanismos diferentes; un Bloqueo Rápido, exclusivo de
estos animales, y un Bloqueo Lento, similar al de mamíferos, de la Polispermia. El Bloqueo
Rápido tarda muy poco tiempo en activarse, pero su efecto es poco duradero, y debe ser
solapado por el Bloqueo Lento. A los 3-4 segundos del contacto con el espermatozoide, se
produce la despolarización del óvulo, que pasa de un potencial de reposo externo de
membrana de -70mV, a +20mV, por entrada masiva de Sodio y salida de Potasio. Durante la
despolarización el ovocito no puede ser fecundado, pero al cabo de un minuto la célula
recupera el Potencial de Reposo. El Bloqueo Lento se produce por la liberación de los Gránulos
Corticales del Ovocito, y es muy similar en todos los filos. En algunos, casos como los insectos,
la presencia del Micropilo como única vía hacia el ovocito funciona como mecanismo para
evitar la Polispermia.
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Fisiología del Desarrollo
En Equinodermos, los Pronúcleos haploides, con sus respectivos Centriolos, tienden a
centrarse en el citoplasma y se produce la Fusión del Material Genético. Después de la
primera división del Zigoto, los dos Blastómeros no terminan de separarse.
El caso de los Mamíferos es más difícil de estudiar. Para comenzar presentan
Fecundación Interna, y producen una cantidad limitada de ovocitos. En este caso, millones de
espermatozoides son eyaculados, y sólo uno fecundará a cada óvulo (dependiendo de las
especies, puede haber solo uno como en humanos, o hasta 10 como en ratas). La importancia
de la Quimioatracción es menor, pero la motilidad de los espermatozoides debe ser
estimulado en el líquido vaginal. El espermatozoide deberá pasar por varios procesos en la
vagina hasta que alcance al óvulo; Activación, Capacitación, Hiperactivación, Reconocimiento,
Reacción Acrosómica, Adhesión y Fusión de las Membranas.
Aunque la importancia de la Quimiotaxia es menor que en Equinodermos, existen
moléculas que atraen al espermatozoide hacia el óvulo. Además los espermatozoides también
responden a Termotaxia, dirigiéndose hacia la región Ampular del útero, donde la
tempertatura es de unos 2 oC superior.
Entonces se produce la Capacitación, que es uno de los procesos más importantes en
el caso de los mamíferos. Los componentes estructurales y funcionales del espermatozoide
van a ser modificados por el fluído interno del tracto femenino. La membrana del
espermatozoide va a perder colesterol, que será capturado por la albúmina del fluído. Además
la membrana perderá también proteínas e hidratos de carbono, ya que impiden su unión a la
Zona Pellúcida del Óvulo. Se produce la fosforilación proteica, la entrada de Bicarbonato y
Calcio, y la salida de Potasio que producen una hyperpolarización de la membrana del
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Fisiología del Desarrollo
espermatozoide. Para terminar la capacitación los espermatozoides se unen a las paredes del
oviducto, antes de alcanzar la región Ampular. Esta serie de reacciones conlleva un tiempo. Los
distintos tiempos de cada espermatozoide contribuye a evitar la Polispermia.
La Quimiotaxia se produce por las secreciones de las Células del Cúmulo, foliculares,
que rodean al Ovocito después de la Ovulación. Las sustancias secretadas atraen a los
espermatozoides capacitados.
La Reacción Acrosómica tiene un papel fundamental para permitir el paso del
espermatozoide a través de la Zona Pellucida. Sucede de forma similar a Equinodermos. Esta
membrana, que corresponde en Mamíferos a la membrana vitelina, es una Matriz
Glucoproteica a modo de entramado, externa a la membrana plasmática del ovocito. Se
encuentran fundamentalmente tres unidades repetidas unidas en el entramado; ZP1, ZP2 y
ZP3. ZP3 es la primera con la que contacta la membrana del espermatozoide, después de
contactar con otras proteínas periféricas como SED1. Existen distintas proteínas de la
membrana del espermatozoide que establecen contacto con los componentes de la Zona
Pellucida; la Proteína SP-56 se une a la Galactosa; el enzima Galactosil transferasa se une a los
restos de N-Acetil-Glucosamina en ZP3, activando a la Proteína G del Espermatozoide; la
Proteína P95 se une a ZP3, activando su porción interna con actividad Tirosin-kinasa. La
actividad de la Proteína G y de la Región Tirosina-Kinasa facilita la entrada de calcio al interior
del espermatozoide, desencadenándose la exocitosis de la Vesícula Acrosómica. ZP2 tiene un
papel secundario uniendo al espermatozoide, después de la liberación del contenido del
Acrosoma.
Después de la Reación Acrosómica se produce la Unión de las Membranas Plasmáticas
de los Gametos, tanto en Invertebrados como en Vertebrados. Al igual que en el caso anterior,
la polimerización de Microfilamentos de Actina tiene un papel fundamental para la formación
del Cono de Fecundación, que permitirá la penetración del núcleo del espermatozoide a través
de la Zona Pellucida y la Membrana Plasmática. También intervienen los Fosfolípidos de
membrana y las Proteínas Fusogénicas cuyo papel es similar al de las Bindinas de
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Fisiología del Desarrollo
Equinodermos. Finalmente se produce contacto, reconocimiento y unión entre las Fertilinas
de la membrana del espermatozoide y las Integrinas del ovocito. El Espermatozoide contacta
con la membrana del Ovocito lateralmente.
El Mecanismo para evitar la Polismermia en mamíferos se limita a la Reacción
Cortical, que se corresponde con el Bloqueo Lento de equinodermos. Los Gránulos Corticales
de la región externa del ovocito liberan su contenido por exocitosis unos segundos después de
la fecundación. La Reacción Cortical se produce como respuesta a la entrada masiva de iones
Calcio al citoplasma del Ovocito. Los receptores de espermatozoide de la membrana del óvulo
activa a una Proteína G, que activa a su vez a Fosfolipasa C. Esta enzima de membrana
transforma PIP2 en DAG (Diacil-Glicerol) y IP3 (Inositol Trifosfato). DAG activa a una Proteína
Kinasa C que facilita la entrada de Sodio y la salida de Potasio y Protones del ovocito,
disminuyendo el pH en el exterior. IP3 facilita la apertura de los Canales de Calcio del Retículo
Endoplasmático. De esta manera se libera el contenido de los Gránulos Corticales.
Los componentes liberados permanecen entre la membrana plasmática y la membrana
pellucida, impidiendo la adhesión de nuevos espermatozoides. Las Proteasas rompen las
estructuras proteicas que unen las dos membranas (y los receptores de Bindinas en
Equinodermos). Conforman así la Membrana de Fecundación. Los Mucopolisacáridos
absorben agua por presión osmótica aumentando el volumen de esta membrana que se
forma. Las Peroxidasas endurecen la membrana de fecundación. Las Proteínas Hialinas
comienzan a formar una membrana externa a la membrana de fecundación, llamada
Membrana Hialina, que proporciona consistencia y evita la separación del los primeros
blastómeros después de la segmentación. Ambas membranas se forman y se expanden por
toda la superficie del óvulo desde el punto en que se ha unido el espermatozoide. Además se
produce la Reacción de Zona, que implica cambios en las proteínas ZP3 y ZP2 que impiden su
unión a otros espermatozoides.
Cuando se produce la Penetración del Pronúcleo del espermatozoide, el ovocito aún
no ha concluido la segunda división meiótica. Después de la fecundación la meiosis concluye,
y el segundo corpúsculo polar es liberado. En el ovocito exiten reservas de NAD+ kinasa y de
ARNm preformados, para facilitar la síntesis proteica.
Se produce entonces la Distribución del Material Citoplasmático, y los distintos
Determinantes Morfogenéticos segregan hacia unos u otros Blastómeros, activando y
reprimiendo genes. El metabolismo del ovocito acompaña la reorganización del citoplasma.
Los Movimientos Citoplasmáticos importantes son facilitados por sistemas motores de
Kinesina ATPasa – Microtúbulo, como por ejemplo la aparición de la Media Luna Gris.
TEMA VI; La Segmentación Embrionaria
La Segmentación es la separación mitótica del zigoto diploide para formar primero una
Mórula, y posteriormente una Blástula. Estas células diploides que resultan de la segmentación
reciben el nombre de Blastómeros, y su volumen es cada vez más reducido, cuanto mayor es
su número; de tal manera, el volumen final de la Mórula es el mismo que el volumen inicial del
Zigoto. De hecho se trata de un caso especial de Mitosis en cuyo ciclo no se incluye la fase G1
de crecimiento celular. Por ello el volumen de las células hijas es ½ del volumen de las células
madre. Los ARNm y las Proteínas sintetizados en el Ovocito regulan la velocidad de división y la
localización final del los distintos Blastómeros. La tasa de multiplicación celular supera a la del
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Fisiología del Desarrollo
cáncer. Los ejes embrionarios son adquiridos por lo general en esta etapa del desarrollo, y el
orden y ángulo de los planos de segmentación que aparecen en el embrión nunca se producen
al azar.
Erizo de mar
Rana
Ave
Insecto
El Primer Plano de Segmentación viene determinado por el punto de entrada del
espermatozoide al ovocito, y por los Movimientos Citoplasmáticos de la Fecundación. El resto
de planos y surcos de segmentación estarán controlados por un lado por el contenido
citoplasmático, determinado por el Huso Mitótico y el momento en el que este se forma, y por
otro lado por la cantidad y posición del Vitelo en el huevo, ya que en las regiones con vitelo se
forman menos Blastómeros, de mayor tamaño. Así la mayor presencia de vitelo determina el
Polo Vegetal, y el resto de Blastómeros, que se dividen más rápidamente conforman el Polo
Animal.
La Segmentación puede ser Holoblástica o Total cuando todo el Zigoto se divide por
igual, o Meroblástica o Parcial cuando se divide sólo una parte del zigoto, mientras el resto
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Fisiología del Desarrollo
contiene una gran cantidad de Vitelo. Dentro de cada tipo de segmentación podemos
encontrar subtipos, en función de los Ejes de Segmentación del Zigoto.
Se diferencian las segmentaciones Holoblastica Radial, Holoblástica Espiral,
Holoblástica Bilateral, Holoblástica Rotacional, Meroblástica Discoidal y Meroblástica
Superficial.
Además se diferencian la Segmentación Igual, cuando todas las células resultantes son
iguales, y la Segmentación Desigual, cuando el tamaño de las células de los Polos Animal y
Vegetal es diferente.
Las especies que tienen poco vitelo suelen presentar una forma larvaria temprana que
debe alimentarse para finalizar su desarrollo. En el caso de los mamíferos esta larva es el feto,
que se alimenta de la placenta.
El Factor MPF (factor promotor de mitosis), además de reiniciar la mitosis en el zigoto,
regula el ciclo celular de los Blastómeros. Se compone de dos subunidades; cdK2 y Ciclina b. La
ciclina tiene un comportamiento cíclico, y cuando es sintetizada facilita la Mitosis. El
Citoesqueleto tiene un papel fundamental durante la mitosis. En la Cariocinesis el Huso
Mitótico, formado por Microtúbulos, juega un papel esencial para la repartición del material
genético. Durante la Citocínesis los Microfilamentos de Actina forman un Anillo Contractil que
facilita la separación del Citoplasma y la membrana.
Los Equinodermos presentan Segmentación Holoblástica Radial, generalmente
Desigual, pero en algunos casos Igual.
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Fisiología del Desarrollo
Desde que se forman los 8 primeros blastómeros, quedan definidos los polos Animal y
Vegetal. A partir de la formación del cuarto plano de segmentación se produce la alternancia
de planos, hasta la formación de una Mórula maciza, rellena de blastómeros en su interior. En
este momento los Blastómeros comienzan a secretar líquidos hacia el interior, desplazando a
las células y formando una cavidad interna; el Blastocele. Esta estructura recibe el nombre de
Blástula.
Cuando la segmentación es Desigual, se pueden diferenciar en el Ovocito antes de la
fecundación tres tipos de Citoplasma, que darán lugar a los tres tipos de Blastómeros, de Polo
Animal a Polo Vegetal son; Mesómeros, Macrómeros y Micrómeros. Mesómeros y
Macrómeros se subdividen a su vez en capas ecuatoriales, respectivamente An1, An2 y Veg1,
Veg2. Cuando se forma la Blástula, todas las células quedan en contacto directo con el líquido
del Blastocele en el interior, y con la Membrana Hialina en el Exterior. Los blastómeros
dispuestos en un estrato forman entre sí Uniones Estrechas. Los Blastómeros del Polo Animal
secretan enzimas que rompen la Membrana de Fecundación. Entonces aparecen Cilios
externos en la blástula, que facilitan su motilidad. Los Micrómeros presentan un desarrollo
independiente a las otras células. El factor de trasncripción -Catenina (Wnt) se acumula en el
núcleo de los blastómeros que van a dar lugar a los micrómeros, permitiendo posteriormente
la Gastrulación.
Los Ejes de Simetría del embrión quedan definidos; El Polo Vegetal es Posterior, el
Polo Animal es Anterior, en relación con el primer plano de segmentación. La Expresión del
Gen NODAL en el lado Derecho de la Blástula de equinodermos se expresa en el lado derecho
(a diferencia de lo que sucede en otros filos) determinando las mitades derecha e izquierda, y
en consecuencia Ventral y Dorsal.
Los anfibios presentan Segmentación Holoblástica Radial Desigual, al igual que la
mayoría de Equinodermos. Sin embargo, en este caso los Polos Animal (Micrómeros) y Vegetal
(Macrómeros) quedan definidos ya en el estado de 8 células, y no solo por el contenido
citoplasmático, sino también por el tamaño; el primer plano de segmentación ecuatorial está
desplazado hacia el polo animal. Desde este momento el distinto tamaño de las células se
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Fisiología del Desarrollo
mantiene, de manera que al formarse en Blastocele, este se encuentra desplazado hacia el
Polo Animal. Los Blastómeros presentan Uniones Íntimas mediadas por EP-Cadherinas. En el
Polo Vegetal se encuentra el Vitelo, por lo que las divisiones son más difíciles y lentas, y el
número final de Macrómeros es inferior al de Micrómeros.
Polo
Animal
Polo
Vegetal
Los Ejes de Simetría son adquiridos de un modo particular, debido a los Movimientos
Citoplasmáticos de formación de la Media Luna Gris que suceden en el ovocito después de la
Fecundación. El Polo Animal es Dorsal, y el Polo Vegetal en Ventral. El punto por el que
penetra el espermatozoide será la región Posterior, y la región donde se forma la Media Luna
Gris será por lo tanto Anterior. Así quedan definidas las mitades Izquierda y Derecha.
Muchos invertebrados, como Moluscos no Cefalópodos, Anélidos o Turbelarios
presentan Segmentación Holoblástica Espiral, generalmente Desigual. En este tipo de
segmentación, los planos ecuatoriales son normales, pero los planos meridionales son
oblicuos, de manera que los blastómeros quedan desplazados de 45 o.
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Fisiología del Desarrollo
Existen un elevado número de contactos entre las células, que están unidas por
Uniones GAP, que permiten el intercambio de iones y pequeñas moléculas hacia las células
internas. Por ello las células de disponen de manera a tener contacto con el mayor número
posible de células circundantes. Además en este caso se forman Estereoblástulas, que no
forman Blastocele. El Giro de los Blastómeros, Dextrógiro o Levógiro, se corresponde con el
giro de la concha en Gasteróodos.
La adquisición de los Ejes de Simetría no se conoce bien en la actualidad. Se piensa
que algunos Determinantes Citoplasmáticos del Lóbulo Polar pueden definir el Eje DorsoVentral.
Los tunicados presentan Segmentación Holoblástica Bilateral. La distinta
pigmentación ordenada de las regiones del citoplasma del ovocito facilita el estudio de este
tipo de segmentación.
Desde la formación del Primer Plano de Segmentación, Meridional, ya quedan
definidas las mitades Izquierda y Derecha del Organismo. El Segundo plano de Segmentación,
Ecuatorial, está desplazado definiendo así el Polo Vegetal, Dorsal, y el Polo Animal, Ventral. Los
siguientes planos de segmentación son alternos (ecuatorial-meridional), manteniendo siempre
desde el principio la simetría bilateral del Embrión. La región que aparece pigmentada de
amarillo corresponde a la parte Posterior del animal, y su antípoda a la región anterior.
En mamíferos se produce Segmentación Holoblástica Rotacional. Los Ovocitos de
mamíferos no tienen vitelo, y son de tamaño pequeño. Las primaras segmentaciones tienen
lugar durante el recorrido del óvulo fecundado a través del Oviducto, o Trompa de Falopio. Las
divisiones son muy lentas en comparación con otros Filos, y además son asincrónicas; no hay
un orden establecido, y las células pueden no dividirse al mismo tiempo (pudiendo haber en
determinados instantes un número impar de blastómeros).
En el estado de 8 Blastómeros, estas células se encuentran muy separadas, y debe
producirse la Compactación. Las células experimentan una cohesión facilitada por
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Fisiología del Desarrollo
Microfilamentos de Actina. La mórula compacta presenta 5 células externas y 3 células
internas.
La Proteína UVO-Morulina es una proteína de adhesión celular que facilita la
Compactación de la Mórula. Es similar a las E-Cadherinas y forma uniones Homofílicas. Puede
ser estudiada por colorantes fluorescentes; después de la compactación se concentra en los
lugares donde se forman los contactos célula-célula.
Después de la Compactación tiene lugar la Cavitación, proceso por el cual se forma la
cavidad del Blastocele. Las células tienen bombas que sacan Potasio y meten Sodio en su
interior, de forma que la diferencia de concentración osmolar provoca un flujo de entrada de
agua hacia el interior de la Blástula, que desplaza a las células por presión (similar al Turgor)
formando la cavidad.
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Fisiología del Desarrollo
Después de la Cavitación se forma el Blastocisto (Blástula de mamíferos), donde aún se
diferencian unos blastómeros externos, o Células del Trofoblasto, o Trofoectodermo, y unos
blastómeros internos, o Masa Celular Interna. En realidad la diferenciación de estos dos tipos
de células se produce durante la Compactación; en este estado las células internas presentan
Uniones GAP y las células externas Uniones Estrechas.
Las Células del Trofoblasto formarán la Porción Fetal de la Placenta y el Corion. Estas
estructuras son de gran importancia ya que permiten el intercambio de agua, nutrientes,
oxígeno, desechos, hormonas y sistema inmunitario; evita que las células de la madre
rechacen al embrión. Expresan distintos genes que la Masa Celular Interna. Sintetizan y liberan
Eomesodermina que favorece la expresión de los genes característicos del Trofoblasto.
La Masa Celular Interna formará el Cuerpo del Embrión, y las Estructuras Anejas que
aunque no forman parte del cuerpo del adulto, ayudan en el desarrollo, como el Amnios, el
Saco Vitelino o el Alantoides. Estas células pasan de ser Totipotentes a ser Pluripotentes; son
las Células Madre Embrionarias. La especialización de la Masa Celular Interna es determinado
por la síntesis de varias proteínas, entre las que destacan OCT-4, NANOG y FOX-D-3. Además
estas células sintetizan y liberan FGF-4 que estimula la multiplicación de las Células del
Trofoblasto.
Cuando el Blastocisto alcanza el Útero materno, secreta enzima Proteasa Estripsina
que digiere la Membrana Pellucida, facilitando la Eclosión o salida del Blastocisto. Una vez
liberadas las membranas Pellucida y de Fecundación puede producirse la Implantación en el
Endometrio. Además se inicia el proceso de Angiogénesis por el que esta región del útero
formará nuevos vasos sanguíneos para irrigar el embrión. En embarazos Ectópicos hay
hemorragias graves, muerte del embrión y en ocasiones también de la madre.
La Implantación es un proceso largo y complejo que implica múltiples proteínas y
moléculas. La madre debe presentar los niveles correctos de Estrógenos y Progesterona. Las
Células del Trofoblasto destacan por su importante papel en la Implantación. En el contacto
inicial se producen uniones homofílicas entre las E-Cadherinas y P-Cadherinas (EP) que se
encuentran en las membranas de las células del útero y del trofoblasto. Además intervienen
azúcares complejos, Receptores Heparán-sulfato, Colágenos, Laminina y Fibronectina de la
Pared Uterina, que interaccionan con los Proteoglicanos, Heparán-sulfato e Integrinas de la
membrana de las Células del Trofoblasto.
Una vez que se ha producido la unión, el Blastocisto debe introducirse completamente
en el interior de la Pared Uterina. Para ello deben actuar enzimas que rompen y digieren la
Pared del Útero. Las elevadas concentraciones de Plasmina activa a las enzimas Proteasas que
realizan esta tarea, entre las que destacan Colagenasa, Estromelisina, Activador del
Plasminógeno y Metaloproteasas (rompen la matriz extracelular). Las células del Trofoblasto
se multiplican activamente.
A continuación se forma la Reacción Decidual (Placenta = Decidua), que implica los
procesos de Angiogénesis y Vasculogénesis. En aumento de la irrigación facilita los
intercambios con la madre, y la formación de la Placenta. Por otro lado tiene que llevarse a
cabo el control de la destrucción del Endometrio y la Pared Uterina, por lo que se libera TGF
(factor de crecimiento transformador) que controla a los enzimas proteasas.
En el caso de mamíferos los Ejes de Simetría se adquieren durante la siguiente etapa
del desarrollo; la Gastrulación.
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Fisiología del Desarrollo
Los Teleósteos con huevos Telolecitos presentan Segmentación Meroblástica. El
Micropilo, por donde penetra el espermatozoide, determina la localización del Polo Animal,
que será la Zona de Segmentación. El Vitelo se encuentra en el Polo Vegetal. Los seis primeros
planos de segmentación son meridionales, y a partir del séptimo se alternan los planos
ecuatoriales. En Blástulas jóvenes se pueden diferenciar ya tres tipos de Blastómeros, que
forman en conjunto el Blastodermo.
La Cubierta Envolvente se forma por la capa de células externas, que envuelven al
resto de Blastómeros impidiendo el paso de agua e iones al interior. Los Blastómeros
Profundos presentan Motilidad facilitada por sus Filolamelipodios. Estos pseudópodos facilitan
la expansión de las células del Blastodermo por la superficie del zigoto, por Movimientos de
Epibolia, acompañados por la liberación de calcio. Las células intemedias forman el Sincitio
Vitelino por mitosis sin citocinesis, que establece contacto con el Vitelo. Los Blastómeros
Profundos darán lugar al cuerpo del embrión.
En Aves, Reptiles y Condríctios también se produce Segmentación Meroblástica, pero
en estos casos es ligeramente dstinta. Al igual que en el caso anterior, primero se producen
varias segmentaciones meridionales en el polo animal, y posteriormente comienzan a
alternarse las ecuatoriales. La región del Polo Animal donde se produce segmentación recibe el
nombre de Epiblasto.
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Fisiología del Desarrollo
En el Epiblasto las células se disponen en ditintas capas. Toman agua del Albumen del
huevo y la depositan en la Cavidad Subgerminal, que separa al Epiblasto del Vitelo, y
corresponde al Blastocele. Se diferencian así las células del Área Pelúcida, en la región interna
del disco del epiblasto o Blastodisco, y el Área Opaca, en la periferia del Blastodisco, en
contacto direto con el Vitelo. A continuación comienzan a desprenderse las células de Área
Opaca del Epiblasto hacia la Cavidad Subgerminal donde forman una segunda capa; el
Hipoblasto.
La formación de los Ejes de Simetría Embrionarios viene principalmente determinada
por la entrada de agua y sodio desde el Albumen. En la región superior el pH es de 9,5; será la
región Dorsal. En la Cavidad Subgerminal, con pH=6,5, se formará la región Ventral. El peso del
blastodermo es desigual en las distintas regiones, lo que provoca un girode la Bástula hacia la
región más pesada, Anterior. La región más ligera será Posterior. La Proteína NODAL facilita la
expresión del gen pitx2 en el lado izquierdo del cuerpo. Las Chalazas del huevo de ave tienen
la importante función de mantener el Blastodisco hacia arriba. Se producen migraciones de
blastómeros por la periferia hacia la región posterior, y después hacia la anterior por el centro.
Los insectos presentan Segmentación Meroblástica Superficial. Después de la
penetración del espermatozoide a través del Micropilo, se inicia la mitosis sin citocinesis,
formándose un Blastodermo Sincitial. Posteriormente las células migran a la periferia y se
forman membranas que delimitan el Citoplasma, formándose así el Blastodermo Celular. La
migración de los núcleos es facilitada por sistemas motores de Microtúbulos. Las tres células
que quedan en el interior son las Células Polares, futuras células germinales.
Los Ejes de Simetría quedan determinados en estados iniciales de la segmentación de
los insectos. El Eje Antero-posterior está determinado en el Ovocito por la distribución de
distintos ARNm y Proteínas. Las proteínas Bicoid y Hunchback determinan la región Anterior, y
las proteínas NANOS y CAUDAL el Posterior. La Proteína Dorsal determina las regiones dorsal
y ventral, quedando definidas así las mitades Izquierda y Derecha.
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Fisiología del Desarrollo
TEMA VII; Aspectos Comparados de la Gastrulación
La gastrulación es el conjunto de movimientos morfogenéticos por los que los
blastómeros de la blástula se desplazan y migran formando las tres hojas embrionarias
diferenciadas propias de los animales triblásticos. Por este proceso la blástula pasa a ser una
gástrula, que posteriormente dará lugar al embrión completamente formado, que pasará
finalmente a ser un feto. Las hojas embrionarias ectodermo, mesodermo y endodermo derán
lugar a los procesos de organogénesis del embrión.
Durante la gastrulación continúan las mitosis, pero más lentamente que
anteriormente, y se mantienen las relaciones de volumen entre núcleo y citoplasma, lo que no
sucedía durante la blastulación (los blastómeros se dividen pero el volumen de la blástula se
mantiene constante). De esta manera, a partir de la gastrulación se produce un aumento del
volumen de la gástrula o del embrión, lento pero constante.
En el paso de blástula a gástrula se debe activar el metabolismo celular para el
crecimiento, y por el elevado requerimiento energético de los notables movimientos celulares
que se producen en esta etapa. Los blastómeros comienzan a mostrar un importante consumo
de oxígeno, y comienza la producción de energía celular a partir del glucógeno o el vitelo. El
consumo de oxígeno es variable en el tiempo y el espacio, y se observa especialmente en el
polo animal del embrión, o en células que llevan a cabo sus movimientos activos. Se produce
un importante aumento de la síntesis proteica de la gástrula. Durante esta fase del desarrollo
comienza la expresión e influencia de los cromosomas Y masculinizantes.
Los movimientos morfogenéticos irreversibles característicos de la gastrulación
provocan cambios morfológicos en la gástrula y no implican mitosis (aunque puedan
producirse). Caben destacar la invaginación o introducción de células formando una cavidad,
el ingreso o movimiento individual de células hacia una cavidad, la epibolia o recubrimiento de
una capa de células sobre otras (suele haber alargamiento celular), la intercalación de dos
capas de células formando una capa más larga, la extensión convergente o intercalación de
varias capas de células, la deslaminación o separación de dos capas de células, y la involución
que es el caso de invaginación sin formación de una cavidad; las células se desplazan
arrastrándose sobre otras células. Estos movimientos morfogenéticos irreversibles no cambian
el aspecto externo de la gástrula, pero dan lugar a la formación de nuevas estructuras internas
como el arquénteron, futuro tubo digestivo, el blastoporo, futuro ano, o el tubo neural.
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Fisiología del Desarrollo
El citoesqueleto juega un importante papel en el movimiento celular. Los microtúbulos
se disponen en paralelo al movimiento de la célula cuando esta se desplaza. Los
microfilamentos tienen la importante función de dar y mantener la morfología celular por su
distribución en el interior de las células. Por ejemplo, en las células en botella que se forman
durante la involución el papel de estos filamentos de actina es determinante para la
morfología de estas células. Las drogas de inhibición de estos componentes del citoesqueleto
demuestran su fundamental papel.
La gastrulación en equinodermos se inicia en una blástula nadadora que se ha
liberado de su membrana de fecundación, y que muestra un polo animal (mesómeros) y un
polo vegetal (macrómeros y micrómeros). Se produce un aplanamiento y engrosamiento del
polo vegetal.
Los micrómeros muestran un primer movimiento; el ingreso de micrómeros. La capa
de micrómeros, más plana y gruesa, llamada placa vegetal, comienza a mostrar movimientos
de los micrómeros, que se desplazan al azar y contactan con las paredes internas del
blastocele, en la región ventro-lateral. Estos micrómeros se agrupan, apilan y depositan, y
comienzan a formar los cables sincitiales que, al mineralizarse por depósitos de sales de
carbonato cálcico (CaCO3-), darán lugar a la formación de las varillas esqueléticas de la larva
plúteus. Para el ingreso, los micrómeros emiten filopodios hacia el blastocele, que contactan
con la pared interna del mismo arrastrando después a la célula. Estas células pierden su
afinidad por los otros blastómeros y por la membrana hialina, y ganan afinidad hacia la
membrana basal, por los gradientes establecidos de fibronectina, laminina, cadherinas e
integrinas.
La migración de los micrómeros que han ingresado es guiada por contacto; las
prolongaciones emitidas por las células contactan con otras a través de moléculas de
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Fisiología del Desarrollo
reconocimiento y adhesión celular. La dirección al azar del movimiento de los filopodios
también viene controlada (o limitada) por movimientos de repelencia. Las principales
moléculas reconocidas por contacto por los filopodios, que se encuentran en la matriz
extracelular de la pared del blastocele, son la fibronectina y las glucoproteínas sulfatadas.
Estas moléculas permiten la migración de los micrómeros. Si se elminan estos compuestos se
produce el ingreso de los micrómeros, pero no su migración a las paredes del blastocele. Estas
células forman el mesénquima primario, y se agrupan donde encuentran elevados niveles de
-catenina formando las varillas esqueléticas de la larva.
DESARROLLO EN ERIZO DE
MAR, DESDE EL ZIGOTO
HASTA LA LARVA PLUTEUS
Un segundo grupo de importantes movimientos morfogenéticos de equinodermos es
el relativo a la invaginación de blastómeros de la placa vegetal. Las células que han quedado
en la placa vegetal comienzan entonces un movimiento de invaginación en la parte central del
blastocele, mientras otras células que continúan ingresando van a dar lugar a la formación del
mesénquima secundario (no micrómeros). Estas células establecen con sus filopodios los
primeros contactos entre el arquénteron y el polo animal. Los macrómeros del plano vegetal 2
que invaginan dan lugar al arquénteron y en general al endodermo. Quedará asi formado, en
el punto de inicio de la invaginación, el blastoporo. Finalemente el arquénteron perfora la
pared superior de la gástrula formando la boca.
La placa vegetal tiene capacidad intrínseca para invaginarse, y si se separa
experimentalmente del polo vegetal se invagina de igual manera. La membrana hialina se
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Fisiología del Desarrollo
divide a su vez en dos capas, que recubren a los blastómeros externos; en la capa externa se
encuentra mayoritariamente proteína hialina, mientras que en la capa interna se encuentran
fibropelinas y proteoglicano-heparánsulfato. El proteoglicano absorbe agua de forma que la
región interna de la membrana hialina se hincha, y las células de la placa vegetal se doblan
hacia arriba, mostrando así capacidad intrínseca para invaginarse.
Existen también movimientos de extensión convergente por los que el tubo del
arquénteron se alarga por movimientos de las células hacia el interior. El tubo se alarga
haciéndose más estrecho, de forma que el número de células por capa monoestratificada
disminuye. Además las células superiores más próximas al blastocele emiten filopodios que
contactan con la pared del polo animal del blastocele y se contraen tirando del tubo hacia
arriba.
Pueden realizarse así mapas de determinación que muestran los destinod celulares
finales de las células de una blástulas durante la gastrulación, y en algunas ocasiones en la
segmentación.
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Fisiología del Desarrollo
La gastrulación de anfibios se inicia en una blástula característica de huevos
telolecitos. Las imágenes de gastrulación de anfibios a menudo son utilizadas para
documentales sobre la embriología humana, pero son fácilmente distinguibles externamente
debido a los movimientos morfogenéticos característicos que dan lugar a la formación de un
tapón vitelino.
Los movimientos de invaginación inicial tienen lugar en las células de la media luna
gris; estas se introducen hacia el blastocele y van a dar lugar a la formación de varios labios o
hendiduras; primero aparece el labio dorsal y posteriormente los labios laterales y ventral.
A continuación se producen movimientos de involución y epibolia desde las células
del polo animal a través de la región de la media luna gris. El movimiento de recubrimiento del
las células del polo animal es por epibolia. La primera involución conforma el labio dorsal del
blastoporo. El blastocele es entonces desplazado a un extremo ya que debe hacer lugar a la
cavidad del arquenteron en formación, que queda rodeado por las células endodérmicas.
Después de la formación del labio dorsal comienza la invaginación, involución y epibolia de los
labios laterales, y finalmente, del mismo modo, del labio ventral. Los labios son todos ellos
estructuras mesodérmicas. El blastocele termina por desaparecer y la única cavidad que queda
es el arquénteron.
Las células del blastoporo inicialmente formado cambian constantemente por los
movimientos de epibolia e involución; la capa de células que conforma este poro está en
contínuo corrimiento desde la región externa hacia la interna, permitiendo este movimiento el
desarrollo de la cavidad del arquénteron.
Las células que involucionan en el arquénteron van a dar lugar a las estructuras del
mesodermo. Las primeras en involucionar darán lugar al tubo digestivo anterior, y más
concretamente corresponden a la futura región faríngea. Las segundas células mesodérmicas
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Fisiología del Desarrollo
forman la placa precordal y el futuro mesodemo cefálico. Finalmente, las últimas darán lugar a
la corda mesodermo, futura notocorda. La notocorda es una estructura mesodérmica de
esqueleto o sistema de sostén transitorio, siempre situada por debajo del ectodermo nervioso,
que desaparece a lo largo de la filogenia y la ontogenia a favor del desarrollo del hueso
ectodérmico de la médula espinal. De hecho la notocorda tiene un papel inductor fundamental
para la formación de dicho tubo.
La migración de las células en la formación del arquénteron y el mesodermo están
guiadas por un gradiente de concentración de fibronectina de la matriz extracelular. Este
gradiente guía por quimiatracción a las células que invaginan e involucionan.
Las células botella son importantes solo para los movimientos de invaginación inicial.
Guían a las células marginales que son las que realmente tienen que llevar a cabo la
gastrulación por involución; estas células se encuentran detrás de las células botella. Pero la
involución se lleva a cabo experimentalmente sin las células botella, de morfología
característica debida a la disposición de sus microfilamentos. El cuello de botella siempre se
dirige en paralelo al movimiento de la célula.
Existen movimientos de extensión convergente de las células del polo animal, que se
intercalan entre sí formando capas de células más amplias de superficie pero más finas. Las
células del polo vegetal son recubiertas por estos movimientos que permiten la epibolia, y
formarán finalmente el tapón vitelino. El tapón vitelino (yolk plug) queda finalemente formado
en el centro de los labios del blastoporo. Destaca como una estructura que sobresale del
blastoporo, en forma de tapón, compuesto por las últimas células externas que quedan del
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Fisiología del Desarrollo
polo vegetal, gruesas y ricas en vitelo. También presentan movimientos de extensión
convergente la capa de células marginales que deben recubrir la cavidad del blastocele.
Las células que van a sufrir los procesos de extensión convergente presentan una
cohesión diferencial entre ellas, que es mediada por protocadherinas de adhesión celular. Las
células con protocadherina axial formarán el eje de la notocorda, mientras que las que tienen
protocadherina paraxial formarán parte del mesodermo dorsal o paraxial que incluyen las
células musculares de los somitas, futuros miotomos, y se segmentarán en sentido anteroposterior. La expresión de las protocadherinas determina los movimientos de involución y
extensión convergente, ya que controlan los flujos de calcio que participan activamente en la
contracción y extensión de los microfilamentos de actina. Antes de la formación de las céluls
botella en el futuro blastoporo, comienzan los movimientos citoplasmáticos en los
blastómeros, que se acentúan aún más durante las etapas de movimiento celular.
La rotación vegetal es el movimiento de los blastómeros primarios (imagen A) son
fundamentales para la formación del blastoporo y la adquisición del eje dorsal del embrión.
Tiene lugar en las células del polo vegetal próximas a la media luna gris antes de la
invaginación inicial. Estas células son ricas en -catenina, lo cual es muy importante para que
se produzca la rotación. Estas moléculas son consideradas como señales dorsalizantes que
informan sobre la región donde debe formarse la media luna gris.
El centro de Nieuwkoop, que también se encuentra en el polo vegetal, justo por
debajo de la región de rotación vegetal, también es rica en -catenina e informa a la región de
la media luna gris para que se inicie la gastrulación en el blastoporo. Permite que tengan lugar
los movimientos fundamentales de rotación vegetal previos a la invaginación inicial. Si se
destruyen estas células informadoras se forma una masa de células ventrales que, si son
transplantadas a otra blástula forman de nuevo una gástrula normal. Si se añaden estos
blastómeros en una larva normal del otro lado se formará una larva con dos cabezas, pues se
produciran dos gastrulaciones de forma independiente.
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Fisiología del Desarrollo
La gastrulación en teleósteos tiene lugar y especial relevancia en la capa de
blastómeros profundos del blastodisco, que darán lugar al cuerpo del embrión. Se producen un
conjunto de movimientos morfogenéticos de forma simultánea; se trata de movimientos de
epibolia, involución y convergencia de blastómeros. También da lugar a la formación de un
tapón vitelino, por procesos diferentes. Las E-cadherinas tienen un papel especial en el
reconocimiento y adhesión celular. Los gradientes de concentración de fibronectina son
fundamentales, de nuevo, para guiar y dirigir las migraciones celulares durante la involución.
El escudo embrionario (shield?) se forma durante la gastrulación y se desarrolla por los
movimientos de involución de las células. Finalmente se cierra el tapón vitelino. El escudo
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Fisiología del Desarrollo
embrionario es fundamental para la determinación de los ejes de simetría en teleósteos, pues
define el eje dorso-ventral. En experimentos de transplante de escudo embrionario se observa
la formación de dos fetos. Este escudo es semejante al labio dorsal del blastoporo de los
anfibios, y es el punto en el que se inicia la gastrulación, y la formación de la notocorda y la
placa o tubo neural, de disposición antero-posterior.
El eje antero-posterior queda definido en la región central del escudo embrionario, a
nivel del ectodermo neural, debido a las diferentes concentraciones de FGF (factor de
crecimiento de fibroblastos), proteína Wnt y ácido retinoico, sustancias capaces de activar o
reprimir genes. Las interacciones y gradientes de concentración de estas moléculas
determinan el desarrollo antero-posterior del ectodermo neural por epibolia e involución. El
eje derecho-izquierdo queda así definido directamente por los otros dos.
La vesícula de Kupffer es una estructura transitoria que aparece sobre el escudo
embronario, donde ya se han formado por ejemplo las vesículas óculares, futuros ojos. Esta
vesícula transitoria marca con el batido lateral de sus cilios la simetría bilateral del animal, y
permite diferenciar los lados izquierdo y derecho. Esta misma vesícula se encuentra también
en los labios de anfibios, y en el nudo de henser de aves, reptiles y mamíferos. Los
movimientos de los cilios dependen de la proteína motora dineína; el síndrome de kartagener
se explica por la ausencia o deficiencia en la dineína que puede explica la presencia del
corazón en el lado derecho, o la formación de espermatozoides sin motilidad.
La gastrulación en aves y reptiles se inicia en el blastodisco. Las células que ingresan al
hipoblasto no formarán parte del cuerpo del embrión, y formarán anejos embrionarios. El
epiblasto formará todo el cuerpo embrionario y también algunas estructuras anejas.
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Fisiología del Desarrollo
Los primeros movimientos morfogenéticos tienen lugar en el área pelúcida del
epiblasto; se trata de movimientos de convergencia y extensión convergente de las células
hacia la región anterior del blastodisco. Sobre este acúmulo de células aparece la denominada
línea primitiva del epiblasto. Esta línea se abre en sentido antero-posterior al blastocele.
En este momento se inicia un movimiento de ingreso de células al blastocele. Durante
todo este tiempo, las células del hipoblasto continúan avanzando en sentido antero-posterior.
Las células que ingresan al blastocele quedan localizadas entre el epiblasto y el hipoblasto. El
ingreso de estas células da lugar a la formación del surco primitivo, cuya parte anterior más
gruesa recibe el nombre de nudo de henser.
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Fisiología del Desarrollo
El nudo de henser es, de hecho, el punto por el cual las células botella comienzan a
ingresar, y el punto de inicio de la gastrulación. Se corresponde al labio dorsal del blastoporo
de anfibios, y al escudo embrionario en peces. Las células que se encuentran en estos puntos
se encuentran en contínuo movimiento, lo que significa que son constantemente cambiantes y
renovadas. Las células, desde este punto, siguen ingresando en sentido antero-posterior
formándose en posición dorsal el surco primitivo. Las primeras células que ingresan desde el
epiblasto desplazan al hipoblasto en su movimiento, y se sitúan en la parte inferior y profunda
del disco germinativo. Dan lugar a la formación del endodermo. Las células que ingresan
después forman el mesodermo; el mesodermo extraembrionario, la notocorda, y llos
mesodermos cefálico y paraaxial (futuros somitas). Finalmente, el surco primitivo comienza a
cerrarse en sentido antero-posterior.
La organogénesis se inicia en las regiones anteriores donde el surco primitivo ya se ha
cerrado antes de que se produzca el ingreso de células y la formación de las hojas
embrionarias en las regiones posteriores del embrión.
Existen múltiples moléculas que regulan y guían la migración de estas células en aves y
reptiles. Las E-cadherinas se encuentran en las células del epiblasto. Cuando estas células
llegan al nudo de hensen o al surco primitivo comienzan a sintetizar factor scatter, que inhibe
la expresión de las E-cadherinas. Esto modifica la consistencia de estas células, que pasan de
ser epiteliales a mesenquimáticas al separarse y descompactarse. En el interior del blastocele
se encuentra ácido hialurónico que absorbe agua y se hincha, individualizando a los
blastómeros del mesenquima y facilitando sus movimientos individuales. La orientación de
estos movimientos está guiada por el gradiente de concentración de fibronectina.
Los movimientos de epibolia sobre el vitelo son simultáneos a los de ingreso desde el
epiblasto. Estos movimientos son realizados por las células del borde del epiblasto del disco
germinativo. Esta migración no es individual pues es llevada a cabo por toda la capa de células
en bloque. Estas células permanecen unidas por E-cadherinas. El gradiente de concentración
de fibronectina que se establece en la membrana del vitelo sirve como guía para las células
durnate la epibolia. Esto permite también que se produzca un alargamiento del surco primitivo
y por lo tanto del tronco del animal.
La gastrulación en mamíferos es semejante a la de las aves y reptiles, pero en total
ausencia de vitelo puesto que producen huevos alecitos. Se basa en una blástula, ya
implantada en el útero, donde se diferencian una masa celular interna que equivale al disco
embrionario, y células del trofoblasto que darán lugar a anejos embrionarios.
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Fisiología del Desarrollo
Las células de la masa celular interna se diferencian en primer lugar en células del
epiblasto, superiores, que formarán el embrión, y células del hipoblasto, más cercanas al polo
vegetal. Se produce deslaminación de las capas del disco germinativo.
En el epiblasto se forma la cavidad amniótica donde se acumulará el amnios, líquido
en el que se desarrolla el embrión. Esta cavidad amniótica quedará recubierta por células del
ectodermo extraembrionario que al migrar aíslan la cavidad del trofoblasto formando el tapiz
interno del trofoblasto.
Los movimientos de convergencia en la región anterior del epiblasto dan lugar a la
formación del nudo de henser y u surco primitivo, que se desarrolla de igual manera que en
reptiles y en aves. Los movimientos de ingreso de las células del epiblasto a través del surco
primitivo van a dar las hojas embrionarias. Las células de ingreso inferior desplazan al
hipoblasto y dan lugar al endodermo, las células de ingreso medio formarán el mesodermo, y
las células que no ingresen conformaran el ectodermo. Así las tres hojas embrionarias se
interponen como tres capas entre la cavidad amniótica y el saco vitelino. La capa del
mesodermo prolifera lateralmente y da lugar así al mesodermo extraembrionario que formará
anejos embrionarios entre los que destacan los vasos sanguíneos de la placenta. Las células
que ingresan quedan recubiertas por ácido hialurónico que permite que se aíslen y tomen una
estructura laxa. El factor de crecimiento de fibroblastos FGF guía a las células en el ingreso.
Cavidad amniótica
Ectodermo
Disco embrionario
Mesodermo
Endodermo
Saco vitelino
Las células del trofoblasto forman anejos embrionarios. Desde la implantación se
diferencian las células del sincitiotrofoblasto y las células del citotrofoblasto.
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Fisiología del Desarrollo
Los niveles de oxígeno controlan la proliferación de las células del trofoblasto. Las
células del sincitiotrofoblasto proliferan y liberan enzimas de implantación, mayoritariamente
proteasas, que facilitan su integración en la pared uterina. Las células del citotrofoblasto
formarán el corion, que es la barrera que separa la placenta materna de la placenta fetal. En el
corion se forman también vasos sanguíneos que suministran oxígeno y nutrientes, y se forman
también las vellosidades coriónicas. Las vellosidades coriónicas se forman por células de
citotrofoblasto y del sincitiotrofoblasto que proliferan introduciéndose en la pared uterina.
Pueden ser primarias si solo ha ingresado el sincitiotrofoblasto, secundarias desde que
comienza a integrarse el citotrofoblasto, o terciarias cuando se extiende el mesodermo
extraembrionario y se forman los primeros capilares sanguíneos.
Vellosidades coriónicas primarias
Secundarias
terciarias
La sangre fetal nunca se mezcla con la sangre materna, ya que se da un proceso de
difusión de sustancias nutritivas y de desecho desde unos capilares hasta los otros a nivel de la
placenta. La laguna trofoblástica es una laguna de sangre materna desde donde los capilares
fetales pueden intercambiar sustancias con la sangre materna. La placenta tiene un papel de
intercambio de sustancias nutritivas, de desecho y excreción, de respiración y para el sistema
endorino.
El sincitiotrofoblasto sintetiza y libera gonadotropina coriónica, hormona que
mantiene el cuerpo lúteo en el ovario, evitando que degenere, de forma que continúa la
síntesis de estrógenos y progesterona. La hCG es utilizada en los test de embarazo. La
progesterona también es sintetizada en la placenta y utilizada por el feto cuando se
desarrollan los tejidos de las glándulas adrenales; estas la utilizan para sintetizar los corticoides
adrenales. El sincitiotrofoblasto sintetiza también somatomamotropina, un lactógeno
placentario que favorece la producción de leche materna por vía endocrina.
Durante la segmentación y gastrulación quedan definidos los ejes de simetría de
mamíferos. El eje antero-posterior está relacionado con el punto por el que el espermatozoide
penetra en el ovocito. De hecho el plano antero-posterior corresponde al primer plano de
segmentación. En este mismo eje se extiende el surco primitivo a partir del nudo de henser.
Cuando se forma el disco embrionario hay dos zonas que emiten señales anteriores (señales
químicas que delatan la región anterior): se trata del nudo de henser (donde comienza la
gastrulación) y el endodermo faríngeo (futura región anterior del tubo digestivo). Los genes
HOX determinan la región posterior. El eje dorso-ventral también queda definido en la
gastrulación; la región dorsal es la más próxima a la cavidad amniótica, y la región ventral es la
más próxima al hipoblasto y al saco vitelino. Los cilios del nudo de henser deben batir en
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Fisiología del Desarrollo
sentido de derecha a izquiera. Además el lado izquierdo del embrión expresa las proteínas
NODAL, PITX2, y LEFTY. Así queda finalmente determinada la simetría bilateral del animal.
La gastrulación en invertebrados no equinodermos es muy variada en los distintos
taxones. En los anélidos y moluscos no cefalópodos, con segmentación holoblástica espiral,
los planos de segmentación son oblícuos y los blastómeros se dividen en un ángulo de 45 o. En
la gastrulación hay proliferación de los micrómeros que avanzan por epibolia sobre los
macrómeros, cambiando la morfología de la gástrula.
En tunicados muestran una segmentación holoblástica bilateral. Las células del polo
animal que formarán el ectodermo avanzan por epibolia. Los macrómeros del endodermo se
invaginan. Las células mesodérmicas sufren un proceso de involución.
En los insectos las células endodérmicas sufren una invaginación anterior, y otra
posterior; ambas invaginaciones se unen en la porción media del cuerpo formando un tubo
digestivo primitivo con dos aberturas (boca y ano). Las células mesodérmicas se forman a
partir de un pliegue hacia el interior en la región media del ectodermo ventral. Las células más
externas del pliegue formarán el ectodermo nervioso, y las células más internas formarán el
mesodermo. Las células mesodérmicas se dividen y dan lugar a la musculatura. El ectodermo
nervioso va a formar el tubo nervioso.
TEMA VIII; Determinación Progresiva de las Células Embrionarias
Existen distintos procesos por los que los destinos de las células embrionarias
pluripotentes quedan definidos. Están relacionados con las distintas regiones del embrión y las
relaciones entre los blastómeros. Estudios genéticos y de embriología experimental han
permitido conocer los distintos procesos por los que los destinos de las células embrionarias
quedan definidos.
La diferenciación corresponde al instante del desarrollo de distintos tipos celulares
especializados donde se implica compromiso celular, es decir, un destino restringido, por
primera vez. La diferenciación puede producirse por especificación o por determinación.
Varios de ellos tienen lugar en todos los filos, en distintas células.
La especificación corresponde a una diferenciación que implica un compromiso
reversible. El destino de la célula queda especificado cuando esta se diferencia
autónomamente en un medio neutro, no influyente. La célula se especializará
independientemente del medio en que se encuentre.
La especificación autónoma da lugar a un desarrollo en mosaico (un mosaico de
células que se diferencian en partes). Si se elimina un blastómero, el tejido que estaba
destinada a formar no aparece en el embrión, pero sí puede aparecer en un medio de cultivo
neutro con esa célula. La célula se diferencia porque tiene determinantes morfogenéticos que
activan o reprimen determinados genes. Es común en invertebrados como tunicados,
moluscos o anélidos.
La especificación condicional da lugar a un desarrollo regulativo. Si se elimina un
blastómero, en este caso este blastómero forma un individuo completo, mientras que el resto
de la blástula formará también un individuo completo. Los blastómeros se condicionan unos a
otros, y regulan así su desarrollo y su destino.
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Fisiología del Desarrollo
La especificación sincitial es propia del blastodermo sincitial de los insectos, influído
por las proteínas bicoid (anterior) y NANOS (posterior). Cuando se forma el blastodermo
celular, tiene especialización condicional y posiblemente autónoma.
La determinación corresponde a una diferenciación que implica un compromiso
irreversible. El destino de la célula queda determinado cuando se diferencia autónomamente
en un medio o tejido embrionario. El medio es determinante para las células que aún no se
han diferenciado.
La teoría de preformación del siglo XVII propone la existencia de un homúnculo
encapsulado en los gametos (masculinos según los animaculistas o femeninos según los
ovistas), como un bebé preformado que sencillamente crecerá en el útero materno. Según
esta teoría los individuos estamos unos dentro de otros generación por generación, así como
las muñecas rusas. Esta teoría no explica los descendientes mestizos, por mezcla de dos razas.
La teoría de epigénesis se desarrolló en el mismo siglo, y entre sus defensores
destacan Pander, Harvey y Wolff. Esta acertada teoría sostiene que los animales se forman de
nuovo a partir de una célula madre, y que no existe nada preformado en los gametos. Haeckel
y Von Baer formularon la ley según la cual la ontogenia recapitula la filogenia, gracias a un
error inicial de Von Baer que no etiquetó sus muestras, y tuvo mucha dificultad para
determinar que embrión correspondía a cada taxón.
Las cuatro leyes de la embriología fundamentales que fueron definidas inicialmente
por Von Baer son las siguientes. Las características generales de un taxón animal aparecen
antes que las específicas de la especie en el embrión (por ejemplo las hendiduras faríngeas, los
somites o el encéfalo. Los caracteres menos generales se desarrollan a partir de los más
generales, hasta la aparición de los más específicos. El embrión de una especie, en lugar de
pasar por el estado adulto de otras especies más primitivas, se desvía cada vez más de ellos,
pero se asemeja a otras especies en sus respectivos estados embrionarios. El embrión
temprano de un animal superior nunca se parece al adulto de un animal inferior, sino al
correspondiente embrión joven. Así, finalmente, dedujo que la ontogenia recapitula la
filogenia.
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Fisiología del Desarrollo
Los experimerimentos de Chabry (1886) demuestran la especialización autónoma y el
desarrollo en mosaico de los tunicados. Los blastómeros pigmentados y de fácil
reconocimiento facilita el trabajo con embriones de estos animales. Estudió la teratología y las
malformaciones. En el estado de 8 blastómeros los separó de dos en dos, y observó la
formación de las estructuras que se hubieran formado si siguiesen unidos. En un estado más
avanzado del desarrollo, muestran también especificación condicional.
Los experimentos de Weissmann (1893) demostraban el fundamental papel del
plasma germinal. Demostró que existen determinantes nucleares que son transmitidos a las
células germinales de generación en generación. Durante la segmentación, estos
determinantes diferentes son transmitidos a unas y otras células definiendo el destino de la
célula por diferenciación. Dado que todos los determinantes se mantienen en la estirpe
germinal, las malformaciones en células somáticas no son heredables. Reproduce ratones y les
corta las colas durante 19 generaciones, observando que la cola de los descendientes era
normal.
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Fisiología del Desarrollo
El experimento de Roux (1888) quería confirmar que se daba un desarrollo en mosaico
en anfibios. En una blástula en estado de dos célula destruyó una de ellas, y obtuvo medio
embrión; pensó que eso demostraba el desarrollo en mosaico en anfibios. En realidad no es
así; se debe a los restos celulares de la célula destruída que determinan la formación del
embrión de esta manera.
El experimento de Driesch (1892) demuestra el desarrollo regulativo en
equinodermos. Aísla 4 blastómeros de una blástula muy temprana con solo 2 segmentaciones,
y observa la formación de 4 larvas plúteus normales, aunque de pequeño tamaño.
Otros experimentos similares al de Driesch demuestran que el desarrollo es regulativo
en anfibios. Si se eliminan fragmentos del ectodermo de embriones de anfibio, este suple estas
células fácilmente, y se forman renacuajos normales. Si se eliminan blastómeros de la región
dorsal y se colocan en la región ventral, estas células se regulan e integran en esta nueva
región modificando así su destino.
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Fisiología del Desarrollo
Los experimentos de Hörstadius demuestran que los micrómeros de equinodermos
presentan determinación autónoma, a diferencia del resto de blastómeros. Trabajó con
blástulas en el estado de 8 blastómeros, y separó los polos animal y vegetal, en segmentos de
4 blastómeros cada uno. El polo animal formó una blástula permanente anormal, con exceso
de cilios. El polo vegetal sin embargo formó una larva plúteus pseudo-normal, con algunas
carencias. Experimento a realizar una separación meridional en lugar de ecuatorial, y obtuvo
en este caso dos larvas plúteus normales pero de pequeño tamaño. Repitió los mismos
experimentos con un zigoto o óvulo fecundado, obteniendo los mismos resultados. Pensó que
debía existir algo en el polo vegetal que controlaba los procesos de desarrollo.
Realizó nuevos experimentos con larvas en estados del desarrollo más avanzados, con
capas animal 1, 2 y 3, vegetal 1 y 2, y una capa de micrómeros (futuro endodermo). Al aislar las
capas an 1, 2 y 3 observaba la formación de una blástula anormal permanente. Al aislar las
capas an 1, 2 y 3 junto con la capa veg 1 observó la formación de una estructura extraña e
intermedia entre blástula y larva. Al hacerlo junto con la capa veg 2 (eliminando veg 1) observó
la formación de una estructura similar a una larva casi normal. Al aislar los micrómeros con las
capas an 1, 2 y 3 se formaba una larva completamente normal, con endodermo, de morfología
ligeramente extraña pero viable.
Los micrómeros acumulan -catenina, que les proporciona determinación autónoma.
Esta sustancia comienza a acumularse antes de la formación de los propios micrómeros.
Además influyen sobre las células circundantes para que estas acumulen también este
compuesto, en menor cantidad, induciendo la invaginación y el ingreso de células en la
formación del tubo digestivo y el mesénquima. En un medio de cultivo, los micrómeros
aislados se agregan y forman los filamentos de la larva. Si estas células se sitúan en el polo
animal de la blástula, esta región se invagina, y los micrómeros ingresan. Las concentraciones
de esta molécula en las capas veg 1 y 2 explican los resultados de los experimentos en los que
estas son aisladas con el polo animal. En los primeros experimentos, hay que tener en cuenta
que las células del polo vegetal contienen a los futuros micrómeros.
Los experimentos de Spemann (1928) por los que le fue otorgado el premio nobel,
tratan el tema de la equivalencia nuclear de las células embrionarias. Quería demostrar que no
se producían cambios en los núcleos de los distintos blastómeros durante la segmentación
Realiza ligaduras parciales en células de embriones de tritón en estado de 8 blastómeros,
separando dos fracciones citoplásmicas, una de las cuales contenía al núcleo. En el estado de
16 blastómeros cambia el núcleo al otro lado de la ligadura, y observa entonces la formación
de dos tritones distintos, lo que demuestra que no se han producido transformaciones en el
núcleo de las células en el estadío de 8 blastómeros aunque estas han permanecido unidas en
todo momento; los núcleos mantienen su capacidad para regenerar un individuo completo.
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Fisiología del Desarrollo
Spemann realizo muchos otros trabajos experimentales enfocados a la embriología, y
solía trabajar con anfibios. Demostró la gran importancia de la media luna gris en la
determinación durante la segmentación y la gastrulación. Cortando un zigoto con la media
luna gris de lado obtenía (B) un individuo normal y otro inviable, pero cuando lo cortaba con la
media luna gris de frente (A), realizando un corte simétrico respecto a ella, obtenía dos
individuos normales.
También trabajó con gástrulas tempranas y tardías de anfibios. En una blástula
temprana existe desarrollo dependiente (A); al transplantar una región de ectodermo nervioso
a una región de la epidermis, los blastómeros trasplantados dan lugar a epidermis pues
adquieren una nueva determinación. En una blástula tardía en desarrollo es independiente (B);
al realizar el experimento anterior, en este caso se forman dos placas nerviosas. La células
conservan aquí su determinación inicial. A lo largo de la gastrulación el potencial de desarrollo
de las células se reduce, y estas pierden la capacidad de modificar su compromiso.
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Fisiología del Desarrollo
Los experimentos de Spenmann y Mangold (1924) pretenden demostrar la inducción
embrionaria primaria en anfibios. Realizaron transplantes de células de la media luna gris de
una gástrula en otra, colocándolos en la región opuesta a la debida, y observaron que se
formaban dos invaginaciones y dos blastoporos. Paralelamente realizaron transplantes del
mesodermo del labio dorsal a otras blástulas, en la región opuesta al labio dorsal, y en este
caso observaron la formación de dos notocordas. Estos grupos de células, claramente, inducen
la formación de estructuras del embrión.
En este caso de inducción embrionaria un grupo de células es capaz de emitir señales
que provocan cambios en las células vecinas induciendo el desarrollo del embrión. Por
ejemplo, las células del mesodermo del labio dorsal del blastoporo son un centro organizador
de Spemann-Mangold, es decir, se trata de blastómeros capaces de inducir cambios en los
blastómeros circundantes para inducir el desarrollo. Se trata de una inducción embrionaria,
pero no es primaria, pues existen otras inducciones aneriores que llevan a que se pueda
producir esta. Una inducción embrionaria primaria es por ejemplo la formación de la media
luna gris en la fecundación por movimientos citoplasmáticos.Otra inducción embrionaria
primaria fue estudiada en anfibios por Spemann; se trata de una región profunda de la blástula
que corresponde a la media luna gris, y que emite señales dorsalizantes como las -cateninas;
se trata del centro de Nieuwkoop.
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Fisiología del Desarrollo
Existen otros experimentos destacables. Por ejemplo, se han realizado transplantes en
aves de experimentación, desde el nudo de henser de un embrión hacia el epiblasto de otro;
en este segundo se observa la formación de dos surcos primitivos y dos tubos nerviosos.
Trasplantes de distintas regiones de distintos embriones de anfibios en las mismas fases de
desarrollo demuestran la especificación regional, y como las células inducen la formación de
distintas regiones concretas del tubo digestivo.
TEMA IX; Equivalencia Genómica y Expresión Génica Diferencial
El concepto de equivalencia genómica se refiere a que todas las células de un embrión
tienen exactamente la misma información genética aunque expresen distintos genes. La
genética del desarrollo estudia los genes que determinan el desarrollo de cada célula. Cada
célula posee un genoma completo, y el ADN de las células diferenciadas con distinto
compromiso es el mismo, pues sus genes no se destruyen. La diferenciación de las células se
debe a que en cada tipo de célula especializada sólo se expresa una pequeña parte del
genoma, y se producen los ARN específicos de cada tipo celular. Los genes retienen o reprimen
el potencial para expresarse.
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Fisiología del Desarrollo
La demostración de esta hipótesis formulada en 1960 se obtuvo mediante
experimentos de transdiferenciación de células o metaplasia, por los que las células ya
diferenciadas se desdiferencian y adquieren nuevos compromisos distintos. Se han realizado
experimentos con embriones de tritón de metaplasia por modificaciones en el medio de
cultivo. Se ha logrado así la transformación del tejido de la retina pigmentaria en retina
nerviosa, y de las células del iris que se transdiferencian en células del cristalino. Estas
transdiferenciaciones demuestran que todas las células conservan aún sus genes originales.
En presencia de Pdx1, las células endodérmicas hepáticas pueden transformarse en
células pancreáticas.
El estudio y la observación de los cromosomas plumosos de insectos en células con
distinta diferenciación sugieren que los cromosomas conservan exactamente la misma
morfología y el mismo patrón de bandas.
También se han realizado experimentos de transdeterminación, en las que células
determinadas por compromisos celulares cambian su determinación, y por lo tanto la
expresión diferencial de sus genes. Estos experimentos son muy frecuentes y relativamente
fáciles entre los discos imaginales de insectos. Los discos imaginales de las larvas corresponden
a los futuros metámeros organizados del insecto adulto. Así las células están determinadas
(aún no diferenciadas) en cada uno, de manera que formarán ojos, antenas, patas o alas, ente
otros apéndices y estructuras. Los transplantes entre células de distintos metámeros en larvas
cambia su compromiso, pero las cálulas no estaban aún diferenciadas.
La clonación se basa en la utilización del núcleo de una célula totalmente diferenciada
que se inserta en el citoplasma de un óvulo al que se le ha sustraído el núcleo, por
electrofusión. A partir de este ovulo se obtiene un individuo completo, casi exacto al individuo
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“madre”, lo que demuestra que existe equivalencia genómica. La clonación de Doly así como
otras realizadas en ratones se basaba en el núcleo de una célula de la glándula mamaria con la
que se formó un zigoto in-vitro, implantado en un útero adoptivo. Los componentes
citoplasmáticos, que fueron por supuesto conservados, facilitan las modificaciones de
expresión genética.
TEMA X; Interacciones Celulares en el Desarrollo
La organogénesis es el conjunto de procesos de desarrollo del embrión después de la
formación de la gástrula completa. Durante estos procesos tiene lugar el desarrollo de los
primeros esbozos de los órganos presentes en animales adultos, y estos se desarrollan. En
vertebrados, una vez desarrollados se formará el feto, que ya sólo crecerá en tamaño, y en
algunos casos podrá desarrollar estructuras en estado adulto como caracteres seuales.
La morfogénesis es el conjunto de procesos por los que algunas células se reagrupan
ordenadamente dando lugar a distintas estructuras, perdiendo su consistencia inicial en capas
de células (hojas embrionarias). La morfogénesis implica mitosis, cambios de la morfología
celular, cambios en la matriz extra celular, migración de células y muerte celular. Durante la
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Fisiología del Desarrollo
formación de la mano, los dedos se encuentran inicialmente unidos por un patagio, pero las
células del patagio mueren permitiendo la emancipación de los dedos.
La afinidad celular diferencial es la afinidad que muestran ciertos tipos celulares por
otros tipos determinados. Se producen modificaciones deacuerdo a sus necesidades a lo largo
del desarrollo. La afinidad celular diferencial fue demostrada por los experimentos de Townes
y Holtfreter (1955) que trabajaron con gástrulas de anfibio. Disgregaron las células en un
medio alcalino y las aislaron en medio normal. Al mezclarlas, las células de la placa neural y del
ectodermo ventral se reagrupaban de forma espontánea y ordenada. Sacaron tres
conclusiones: Las células aisladas se reagrupan al cabo del tiempo. Las posiciones finales de
estas células son un reflejo de su posición embrionaria y por lo tanto muestran afinidad
selectiva o diferencial. Las afinidades selectivas cambian a lo largo del desarrollo.
Existen experimentos similares con mesodermo y ectodermo. Al disgregar y mezclar
estas células, estas vuelven a unirse inicialmente al azar, y después de un tiempo se reordenan
de la misma manera que en el embrión.
En los desplazamientos y contactos entre células, tiene una especial importancia la
membrana de las células y la matriz extracelular en que se encuentra. El citoesqueleto de la
célula, y en particular microtúbulos y microfilamentos, también están fuertemente implicados.
Así, por ejemplo, los microfilamentos facilitan los movimientos y las migraciones celulares
gracias a la interacción con otras proteínas como la miosina, la tropomiosina o la -actinina, y
con ATP y iones de calcio. Las prolongaciones citoplasmáticas como los lamelipodios o los
filopodios facilitan el desplazamiento de las células. Estas elongaciones se producen a costa de
retracciones de otras zonas de la célula. Se establecen contactos que pueden ser positivos, o
negativos si evitan que la célula se desplace en ese sentido. Existen múltiples tipos celulares
que deben migrar durante el desarrollo, como por ejemplo las células germinales, los
blastómeros profundos del pez o las células de la cresta neural.
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Fisiología del Desarrollo
Los contactos y reconocimientos entre tipos celulares o células y su matriz extracelular
implican proteínas de membrana, como las proteínas de adhesión celular, quimiotáxis, y otros
tipos de tropismos. Por ejemplo la haptotaxis, por la cual las células migran arrastrándose
sobre otras, a través de un gradiente de proteínas y moléculas de adhesión celular.
Las moléculas de adhesión celular o CAM pueden ser de varios tipos, y son
fundamentales para que se produzcan los distintos tipos de interacciones celulares. Las
cadherinas son las principales CAM. Son proteínas calcio-dependientes que forman uniones
homofílicas en su región glomerular extracelular. Están ancladas a la doble hemimembrana
por una hélice, y pueden unirse en su región glomerular interna a cateninas ,  y , y a
microfilamentos de f-actina y -actina. Existen distintos tipos de cadherinas cuya
nomenclatura las diferencia por una letra inicial que depende del tejido en el que han sido
encontradas, por ejemplo E-cadherina (epitelial), N (neural), B (brain) o P (placenta). Las
protocadherinas son similares a las cadherinas, pero no forman uniones internas mediante
cateninas. Las cadherinas tienen una fuerte importancia en los movimientos celulares, como
los movimientos de extensión convergente, en las células foliculares ováricas y en el
crecimiento axonal y sinaptogénesis. Las CAM del tejido nervioso o N-CAM no son calciodependientes, y también forman uniones homofílicas. Suelen encontrarse en los blastómeros
junto con las N-cadherinas. Generan adherencia o repulsión en función de si están recubiertas
o no de ácido siálico (con ácido generan repulsión).
Las moléculas de unión celular son también muy importantes para el desarrollo, y en
particular para la organogénesis pues suelen aparecer en células que ya han alcanzado su
destino en el embrión. Las uniones estrechas entre células adyacentes suelen formarse entre
células epiteliales, ya que permiten impermeabilizar los medios a ambos lados de las células.
Este tipo de uniones implica proteínas de membrana que forman las uniones conectando
ambas membranas. Son capaces de impedir incluso el paso de moléculas pequeñas e iones
entre las membranas. Los desmosomas son uniones celulares de contacto y reconocimiento
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Fisiología del Desarrollo
entre células, y están mediados por una amplia variedad de proteínas de membrana; las
desmocolinas y desmogleinas. Se trata de moléculas de adhesión celular calcio-dependientes,
similares a las cadherinas, pero sin cateninas. Producen uniones intracelulares con los
filamentos intermedios de queratina. Estas uniones proporcionan resistencia y dureza a las
uniones entre células epiteliales, y por lo tanto al tejido, a través de los filamentos
intermedios. El pemfigus es una patología autoinmune por la que el feto produce anticuerpos
frente a los desmosomas presentando graves alteraciones epiteliales. Las uniones hendidas o
GAP son uniones comunicantes que comunican el citosol de dos células distintas. Se forman
por complejos conexón, formados por seis subunidades de proteína transmembrana conexina
que forman entre sí un canal. Existen distintos tipos de uniones GAP específicas. Las regiones
celulares donde se encuentran presentan comunicación intercelular. Algunas disfunciones por
mutaciones en conexinas pueden causar malformaciones cardiacas, sordera o anomalías en la
mielinización.
Las uniones entre célula y matriz extracelular son también de gran importancia para la
consistencia de los organismos, y del mismo modo para su organogénesis y el establecimiento
de las estructuras definitivas del embrión. El entramado de macromoléculas de la matriz media
la migración, relación y establecimiento de uniones de las distintas células. Es de gran
importancia para la formación de las hojas embrionarias.
Los colágenos son un elemento fundamental de la matriz extracelular. Se trata de
glucoproteínas ricas en glicina y prolina, muy diversas por su composición, que proporcionan
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Fisiología del Desarrollo
consistencia y dureza a los tejidos animales, representando el 50% de proteínas totales del
organismo por su abundancia en la piel y los cartílagos entre otros. Por ejemplo, el colágeno
tipo II participa en la formación del hueso largo. Los proteoglicanos son glucoproteínas ricas
en glucosaminoglucanos; hidratos de carbono ordenados en disacáridos con un grupo amino.
Las proporciones de colágeno y proteoglicano en cada tejido es determinante sobre la
consistencia y dureza del mismo. Así el cartílago blando es rico en proteoglicano, mientras que
los tendones, endurecidos, contienen mayor proporción de colágeno. Los proteoglicanos
tienen una fuerte implicación en los movimientos de migración celular; los blastómeros que
quedan rodeados por proteoglicano no pueden migrar. Además facilitan el reconocimiento y
mantenimiento de las células próximas.
Las glucoproteínas son otro gran grupo de moléculas de la matriz extracelular que
interaccionan con las células. Entre las glucoproteínas cabe destacar el importante papel de las
fibronectinas, capaces de guiar la migración de múltiples células distintas en función de su
gradiente de concentración. La fibronectina es un dímero de glucoproteína con diversos sitios
de unión específicos para múltiples moléculas de la matriz y proteínas de la membrana de las
células. La fibronectina es sintetizada por los fibroblastos, condrocitos, células endoteliales, y
amniocitos entre otros, pero se encuentra exclusivamente en la matriz extracelular. La
laminina es una glucoproteína componente fundamental de la lámina basal de muchos tejidos
de revestimiento, siempre junto con el colágeno tipo IV, al que se une. Facilita la adhesión
entre las células y el crecimiento de las mismas, y está implicada en las migraciones de las
células así como la fibronectinas. La tenascina o citotactina facilita también la adhesión celular,
pero es muy importante por su capacidad para generar repulsión entre las células,
participando también en las migraciones celulares de los blastómeros y células germinales.
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Fisiología del Desarrollo
Las principales proteínas de membrana celulares responsables de las uniones entre las
células y la matriz extracelular son las integrinas. Las integrinas forman heterodímeros en la
membrana, pudiendo formar distintos tipos específicos de ceterminados componentes de la
membrana. Quedan unidas en su dominio interno al citoesqueleto. Se dice que su papel es el
de integrar a la célula en su matriz extracelular, ya que estas proteínas tienen un dominio
externo de unión a fibronectinas y otros elementos inmóviles de la matriz extracelular. La
unión debe ser facilitada por otras proteínas como la talina o la actinina.
Algunas enzimas tienen también importantes papeles durante los procesos de
desarrollo del embrión. Las glucosiltransferasas son enzimas capaces de transferir disntintos
hidratos de carbono a diferentes sustratos (cada tipo es específico de un sacárido y un
sustrato, generalmente proteico). Están implicadas en los movimientos celulares de la
gastrulación. Las metaloproteasas son una amplia familia de enzimas que digieren la matriz
extracelular. Son liberadas por ejemplo por las células del trofoblasto de mamíferos para
digerir la pared uterina durante la implantación. Están controladas por inhibidores que
impiden que estas puedan digerir al embrión.
TEMA XI; Interacciones Tisulares Proximales
Cuando las células quedan yuxtapuestas o próximas interaccionan unas con otras; del
mismo modo, los grupos de células suelen interactuar. La inducción es el proceso por el que
un grupo de células, con su correspondiente matriz extracelular, provoca un cambio en otro
grupo de células próximas; se puede decir que un tejido induce en el embrión la formación de
otro, y se diferencia un tejido inductor de otro tejido inducido. La inducción primaria es una
inducción directa y original. Se habla de inducción secundaria cuando el tejido inductor ha
debido de ser antes inducido. Así, por ejemplo, la notocorda es un tejido inductor y el tejido
nervioso es inducido.
Inducción primaria
Inducción secundaria
Tejido A inductor
Tejido B inductor
Tejido B inducido
Tejido C inducido
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Los experimentos de Holtzer (1968) demostraron que existen dos tipos distintos de
interacción entre tejidos embrionario. Las interacciones permisivas tienen lugar cuando las
células especificadas necesitan un medio óptimo para desarrollarse, es decir, cuando el medio
es necesario pero no inductor. Las interacciones instructivas por el contrario, son
determinantes para el compromiso celular de los tejidos, ya que sin estas instrucciones y
señales las células no se podrían desarrollar como lo hacen.
El tejido nervioso, inducido por la notocorda y de origen ectodérmico, es inductor de
las vesículas ópticas, de forma que induce la formación del cristalino del ojo en el epitelio
cefálico; pero no en otros tejidos en los que el epitelio no es competente para la formación del
ojo. De hecho las vesículas ópticas inducen la formación del cristalino, y finalmente este induce
la formación de la córnea.
Las interacciones epitelio-mesenquimáticas son un tipo de interacciones tisulares muy
variadas y frecuentes, donde los tejidos epiteliales (ectodermo) y mesenquimáticos
(mesodermo) se inducen mutuamente para la formación de múltiples estructuras del
organismo. Estas interacciones son de gran importancia pues permiten la formación de los
dientes, glándulas, pulmones, aparato digestivo, faneras, garras, uñas, plumas, escamas y otras
estructuras dérmicas.
La formación de estructuras dérmicas corresponde a interacciones epiteliomesenquimáticas entre los tejidos epitelial (ectodermo) y la dermis (mesodermo). La primera
señal inductora es enviada desde el epitelio, e induce la condensación de células
mesenquimáticas de la dermis que forman pequeñas protuberancias debajo de la piel. Esta
inducción da lugar a plumas, escamas o garras entre otras estructuras dérmicas. En este tipo
de inducción primaria intervienen las proteínas shh (sonic hedgehog) y TGF-2 (factor de
crecimiento transformador). Las condensaciones de células mesenquimáticas no se producen
al azar, ya que las células se condensan ordenadamente en puntos concretos, siguiendo
gradientes de concentración de colágeno y fibronectinas, y dando lugar a formas hexagonales
(al unir los puntos por líneas). En función de las distintas regiones de piel, por ejemplo en un
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Fisiología del Desarrollo
ave, estas condensaciones darán lugar a distintos tipos de plumas, escamas de las patas, o
garras. En este caso existe una especificidad regional de la inducción, que se debe en este
caso a una inducción secundaria de las células mesenquimáticas concentradas al epitelio, pues
este último, inicialmente, es exactamente igual en toda su superficie. La especificidad regional
de la inducción es fundamental para las interacciones epitelio-mesenquimáticas, y permiten la
diferenciación con especificidad creciente de las estructuras.
La especificidad genética de la inducción epitelio-mesenquimática es también
fundamental. Fue estudiada por experimentos de Spemann y Schotté (1932) sobre dos
especies distintas de anfibios; un anuro (rana) y un urodelo (tritón). Trasplantó el ectodermo
oral de ambos animales obteniendo ranas con boca de tritón y tritones con boca de rana. Esto
demuestra que el epitelio responde a las señales mesenquimáticas, pero lo hace deacuerdo a
su genoma, de forma que una misma señal desencadena la formación de estructuras distintas
en el mismo tejido, en función de la dotación genética de la especie.
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El sentido de la respuesta celular depende de los tipos de señales inductoras y de la
especificidad regional y genética del tejido inducido. Las señales celulares durante el desarrollo
se encuentran en un elevadísimo número, y se descubren nuevos casos constantemente. Las
señales pueden ser de naturaleza endocrina (autocrina o paracrina) o yuxtacrina.
Los factores paracrinos son aquellos que actúan sobre células diana situadas en la
cercanía a la célula emisora de la señal. Los principales factores paracrinos son los FGF (factor
de crecimiento de fibroblastos), dentro de los cuales existe una gran variedad de factores con
muchos efectos distintos. Generalmente actúan uniéndose a receptores FGFR en su porción
externa, activando el dominio tirosin-kinasa interno. Siempre actúan asociados a
proteoglicanos como el heparán-sulfato. Entre otros, dan lugar a la formación de vasos
sanguíneos, al crecimiento axonal y el desarrollo de las extremidades de tetrápodos. Pueden
tener lugar mutaciones o alteraciones en los FGF que dan lugar a graves anomalías en el
desarrollo de muchos tejidos como huesos o cartílagos. Una de ellas es la craneosinostosis o
fusión prematura de los huesos del cráneo, y otra la acondroplasia o enanismo debida al
desarrollo anómalo de los huesos cartilaginosos. Otros factores paracrinos de gran importancia
son las proteínas hedgehog, muy estudiadas en drosofila pues sus mutaciones provocan la
aparición de quetas ventrales en las larvas. Se encuentran en las células de sertoli, hueso
cartilaginoso en desarrollo, o la inducción de neuronas motoras y sensitivas desde la
notocorda. Destaca la proteína sonic hedgehog cuyas mutaciones causan malformaciones
como la ciclopia. También son factores paracrinos las glucoproteínas Wnt (amplia familia), los
factores TGF (transformador), BMP (óseo), GDNF (neurotrófico glial), y las proteínas nodal,
fundamentales para el establecimiento de la simetría animal.
Los factores yuxtacrinos son también de gran importancia. Destacan entre ellos las
proteínas notch, que trabajan en asociación con receptores específicos influyendo sobre todo
en el desarrollo del sistema nervioso y la diferenciación en tipos celulares nerviosos. Las
células que se van a diferenciar en neuronas forman la proteína notch inhibiendo a las células
yuxtapuestas, que formarán células de la glía. La efrinas también tienen receptores específicos
en las células diana, y son muy importantes para la migración de blastómeros en los somites y
el establecimiento de las rutas o vías por las que se producen las migraciones. La vitamina A o
retinos, cuyo precursor es el ácido retinoico, es muy importante en el desarrollo. Durante esta
etapa se debe mantener un equilibrio de su concentración, y en niveles bajos o altos es
cusante de malformaciones en la cara y las extremidades, como por ejemplo las extremidades
extra o el paladar hendido.
TEMA XII; Adaptaciones Embrionarias
Así como sucede con la anatomía y la fisiología de los individuos adultos de cada
especie, los distintos embriones y fetos adquieren adaptaciones específicas que facilitan su
supervivencia en el lugar o medio en que se desarrollan, ya sea el útero matero o el lecho de
un nido. Las adaptaciones más destacables de los embriones son de hecho las estructuras
extraembrionarias o anejos embrionarios. Estas estructuras de desarrollan en la filogenia y en
la ontogenia con la finalidad de maximizar la probabilidad de supervivencia de la descendencia
antes del nacimiento, pero son perdidas cuando finaliza el desarrollo del feto.
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Fisiología del Desarrollo
En teleósteos el saco vitelino, bajo el sincitio vitelino, se forma por la vesícula vitelina y
una vena vitelina central. Esta vena transporta el vitelo hasta el tubo digestivo del feto. Ambos
están unidos a través de un pedúnculo vitelino que contiene a la vena.
En aves y reptiles el saco vitelino y el amnios se desarrollan simultáneamente, no así
el albumen que contiene proteína albúmina y agua. El vitelo queda recubierto por las hojas
embrionarias para formar así un saco vitelino. La cavidad amniótica se forma simultáneamente
en posición dorsal del embrión. Las hojas embrionarias son las responsables de desarrollar las
estructuras extraembrionarias. Endodermo y mesodermo extraembrionarios se extienden
recubriendo el vitelo desde la región ventral del embrión. Forman el saco vitelino. La masa del
vitelo disminuye conforme aumenta la masa del embrión, puesto que este componente del
huevo constituye la principal reserva de nutrientes para el embrión. Ectodermo y mesodermo
extraembrionarioas emiten a su vez prolongaciones y pliegues anterior y posterior desde la
región dorsal del embrión. Ambos pliegues se fusionan en la región dorsal cerrándose así
finalmente la cavidad amniótica.
Pueden diferenciarse así, en función de las hojas embrionarias que componen la
estructura extraembrionaria, dos tipos de hojas extraembrionarias. La somatopleura se forma
por ectodermo y mesodermo, y da lugar al amnios y a la membrana serosa en posición dorsal.
Por otro lado, la esplacnopleura se forma por el endodermo y mesodermo, y se desarrolla
ventralmente formando el saco vitelino y el alantoides. En el celoma extraembrionario (o
cavidad extraembionaria) el mesodermo doble se separa, dando lugar por un lado al
mesodermo somático, y por otro al mesodermo esplácnico o visceral (ambos forman la placa
lateral, que formará parte del embrión). Ambos tipos de mesodermo extraembrionario dan
lugar a la formación de múltiples arterias, venas, vasos y capilares sanguíneos vitelinos u
onfalomesentéricos que recubren el saco vitelino para alimentar al embrión.
El amnios asegura el mantenimiento de la hidratación y la temperatura del embrión o
feto, y sirve a la vez como sistema amortiguador mecánico. Se forma una musculatura
específica que mueve al amnios y al embrión, asegurando que ambos no se fusionen en
ninguna región.
El alantoides es una evaginación del endodermo posterior extraembrionario
recubierto por mesodermo esplácnico (esplacnopleura) de la región ventral. El alantoides se
expande ocupando todo el espacio de la cavidad seroamniótica, es decir, entre el amnios y la
membrana serosa. El alantoides desplaza al resto de albumen del huevo a un extremo del
mismo. Finalmente el alantoides contacta y se fusiona con la membrana serosa. El mesodermo
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Fisiología del Desarrollo
que recubre el alantoides forma también vasos sanguíneos que secubren la cascara
internamente, y con una función principalmente respiratoria. El alantoides se forma con un
cierto retraso sobre los otros anejos embrionarios. También interviene en la deshidratación del
albumen, facilita los aportes de calcio desde cáscara del huevo hasta el esqueleto del embrión
o feto, y sirve como sumidero o depósto de sustancias de desecho. Las excreciones de ácido
úrico del feto también se depositan en el alantoides en forma de uratos, su forma cristalizada,
que precipita. Esta vesícula se desprende del embrión cuando se produce la eclosión.
Las estructuras extraembrionarias de los mamíferos también son muy específicas, y
suponen una adaptación al viviparismo, que permite una protección del feto en el útero
materno, en la etapa en la que los descendientes son más vulnerables. En los mamíferos el
saco vitelino se forma inicialmente como estructura vestigial o lastre filogenético, pero
posteriormente regresa. Existe una cavidad amniótica y un alantoides, pero este último
adquiere funciones distintas a las que tiene en el huevo. Lo más destacable es la formación de
una placenta; carácter considerado como homólogo y fundamental en taxonomía
(placentarios).
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Fisiología del Desarrollo
Todas las estructuras extraembrionarias de mamíferos se desarrollan a partir de
mesodermo extraembrionario que se extiende lateralmente a partir el mesodermo del disco
embrionario. Se observa la formación de un pedúnculo, futuro cordon umbilical que unirá
físicamente al feto y la madre, sin permitir nunca el mezclado de sus sangres. Este mismo
mesodermo recubre internamente a las células de trofoblasto permitiendo así la aparición de
la placenta fetal.
El amnios se forma por amniogénesis de forma simultánea a la formación del esbozo
de saco vitelino. El amnios es una membrana fina y translúcida, pero resistente y
relativamente turgente, cuyo contenido, el líquido amniótico, es el medio óptimo para el
desarrollo del feto pues mantiene su temperatura, proporcionándole además protección
mecánica. El líquido amniótico es un filtrado de plasma materno diluído inicialmente. Cuando
los riñones del feto se vuelven funcionales se añade orina fetal al amnios, y el feto ingiere este
mismo líquido. La amniogénesis puede desarrollarse de maneras distintas. Puede suceder por
plegamiento formándose un plectoamnios, más primitivo, o tener lugar por cavitación,
formándose en este caso un esquizoamnios, derivado. Existe una amniogénesis mixta, por
plegamiento y cavitación, por ejemplo en roedores. En cualquier caso la situación final es
similar pues la cavidad aparece bajo ectodermo y mesodermo somático, extraembrionarios,
dorsales y terminan recubriendo a todo el tejido embrionario.
El saco vitelino se forma por mesodermo esplácnico y endodermo extraembrionario
ventrales. No cumple una función nutritiva pues no existe vitelo en el huevo, pero sin embargo
se desarrollan vasos sanguíneos a partir del mesodermo y en fases tempranas este anejo
interviene en la síntesis de células sanguíneas embrionarias. Sin embargo su tamaño disminuye
progresivamente hasta que degenera, y la hematopoyesis fetal pasa a ser una función
hepática.
La placenta se forma de dos partes; una placenta fetal y una placenta materna. La
placenta fetal se forma a partir de las células de citotrofoblasto y del sincitiotrofoblasto
modificados que son irrigados por los vasos sanguíneos de mesodermo extraembrionario. La
placenta materna se forma por pared uterina modificada y muy irrigada por una arteria y neva
uterina. En esta estructura se producen los intercambios entre nutrientes y desechos del feto y
su madre, pero nunca se produce mezcla de sangres. En los distintos placentarios se observan
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Fisiología del Desarrollo
además distintos tipos de placenta. Los tipos más básicos son placentas indecíduas, primitivas,
y placentas deciduales, derivadas. El corion es la membrana o capa de células que separa la
placenta materna y la placenta uterina. Las microvellosidades del corion son prolongaciones de
la placenta fetal hacia la materna, donde se facilitan los intercambios de sustancias químicas.
El alantoides es la evaginación del tubo digestivo que forma los capilares
extraembrionarios de la placenta fetal a partir del mesodermo extraembrionario. Además
forma también el cordón umbilical, con el que el embrión o feto puede intercambiar sustancias
a nivel de la placenta; se encuentran una vena y una arteria umbilicales.
La placenta indecidua epicorial y difusa presenta unas vellosidades coriónicas difusas
y dispuestas al azar. La pared uterina y el sincitiotrofoblasto están superpuestos pero no
unidos, y durante el parto ambos se separan con facilidad.
La placenta indecidua mesocorial y cotiledónea se caracteriza por que la pared
uterina solo aparece (o se conserva) en determinadas zonas del sincitiotrofoblasto, pero los
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Fisiología del Desarrollo
capilares se disponen de la misma manera que en el caso anterior. Las vellosidades coriónicas
se disponen en cotiledones o acúmulos. Durante el parto no se produce hemorragia.
La placenta decidual endocorial y zonaria presenta capilares sanguíneos iguales a los
alantoideos, y no hay pared uterina. El sincitiotrofoblasto prolifera tan rápidamente que
invade y se sumerge en los vasos sanguíneos maternos. Durante el parto los vasos sanquíneos
maternos se rompen y se produce una ligera hemorragia uterina en las regiones donde se
habían formado las microvellosidades coriónicas.
La placenta decidual hemocorial y discoide es la más evolucionada. Su estructura
permite un intercambio muy efectivo debido a la proximidad de las sangres fetal y materna. La
sangre materna se acumula en lagunas del sincitiotrofoblasto, y los capilares fetales se
encuentran muy próximos a las lagunas, dando lugar a la formación de verdaderas
microvellosidades coriónicas, que se hacen cada vez más profundas y numerosas. Durante el
parto se produce hemorragia en las vellosidades del disco.
Existen patologías y malformaciones de las estructuras extraembrionarias. La
amniocentesis es una extracción por punción del líquido amniótico que permite determinar el
sexo, el grado de desarrollo, el estado del sistema nervioso y las posibles malformaciones o
anomalías genéticas del feto. Las principales moléculas valoradas son la a-fetoproteína
fundamental para determinar si el tubo nervioso se ha cerrado correctamente, la creatinina
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Fisiología del Desarrollo
que informa sobre el estado de desarrollo, y la esfingomielina y lecitina que aportan
información sobre el estado de desarrollo del pulmón. La atresia esofágica impediría al feto
deglutir el líquido amniótico. La anencefalia se debe a anomalías en el cierre del tubo nervioso
anterior o cefálico. No permite el desarrollo del encéfalo ni de la bóveda craneana. En ambos
casos se produce un exceso en el líquido amniótico o hidramnios. En otros casos, como por
ejemplo la malformación de los riñones fetales, puede producirse oligoamnios.
TEMA XIII; Derivado Ectodérmicos; el Tubo Nervioso
La organogénesis es el periodo en el cual se desarrollan los complejos órganos que
corresponden a la anatomía del individuo adulto. Se produce paralelamente un alargamiento
del individuo que está formándose, a partir de la estructura redondeada correspondiente al
ovocito, la mórula, la blástula y la gástrula. Comienzan a diferenciarse de visu las distintas
partes del cuerpo, como encéfalo y extremidades. Los anejos embrionarios se separan y hacen
claramente distinguibles de la estructura del embrión que se transforma progresivamente en
feto. En animales que no respiran a través de branquias aparecen hendiduras branquiales o
faríngeas que se diferenciarán formando otras estructuras no relacionadas con la función
respiratoria, como por ejemplo un cuello que separa la cabeza del tronco del cuerpo.
La organogénesis se inicia en una gástrula en la que ya se han diferenciado las tres
hojas embrionarias básicas que formarán todas las estructuras adultas por diferenciación e
inducción. Los derivados ectodérmicos más destacables son la piel o el tegumento, el tubo
nervioso y todas las células derivadas de la cresta neural y algunos huesos planos o
esponjosos, como los huesos del cráneo.
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Fisiología del Desarrollo
La formación del tubo nervioso puede producirse por dos mecanismos distintos. El
tipo más frecuente es la neurulación primaria. Se forma una invaginación del ectodermo
dorsal; las células más profundas forman la placa neural, y las células más extremas de la zona
invaginada forman la cresta neural. En las aves las células de la cresta neural migran cuando el
tubo nervioso termina de cerrarse. En los mamíferos la migración de estas células se inicia
antes de que el tubo nervioso se cierre. El destino de estas células es múltiple; pueden dar
lugar a la formación de neuronas, células de glía y células pigmentarias como las de la retina. El
cierre del tubo se debe a las características intrínsecas de las propias células de la placa neural
y la epidermis, y estrínsecas o de inducción.
En experimentos de aislamiento de las células epidérmicas se ha observado la
tendencia de las mismas a agruparse en la región media del embrión, y las células de la placa
neural presentan una tendencia intrínseca a curvarse para invaginarse. De esta manera cuando
las células de la placa neural están juntas, facilitan los movimientos por sus cambios
intrínsecos de morfología. Las células que van a dar lugar a la epidermis modifican también su
morfología, y tienden a aplanarse paralelamente a la superficie del cuerpo. Las células del tubo
neural, una vez que este se ha formado, tienden a alargarse y constreñirse en determinadas
partes del tubo, y toman una forma más o menos cilíndrica. Estos cambios de morfología
implicanmicrotúbulos para su alargamiento y microfilamentos para su constricción. El proceso
de neurulación implica un movimiento paralelo de extensión convergente del ectodermo que
facilita el alargamiento y aumento de superficie de esta capa de células.
En todos los animales con notocorda, los cordados, se producen procesos de
inducción por los que la notocorda controla y regula los movimientos de neurulación o
formación del tubo nervioso. Las células profundas de la placa neural, durante la invaginación,
contactan con la notocorda ya que expresan E-cadherinas durante la formación. Después de la
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Fisiología del Desarrollo
neurulación comienzan a expresarse en su lugar las N-cadherinas y N-CAM que nunca se
expresan en la epidemis.
El proceso de neurulación secundaria es característico de los peces, aunque también
se observa en la neurulación de otros animales, pero exclusivamente en la región caudal. Se
produce inicialmente una condensación de células mesenquimáticas que es también inducida
por la notocorda. A partir de estas células se produce una oradación o cavitación de forma que
el tubo termina formándose. Este mismo tipo de neurulación de peces se encuentra en los
anfibios en la región caudal del surco primitivo, cuando se produce el alargamiento del
embrión simultáneamente en el mismo sentido antero-posterior. En este caso el tubo nervioso
no se cierra de una vez, pues quedan en los extremos dos orificios por donde puede circular el
líquido amniótico; un agujero posterior en el encéfalo, más grande, y otro anterior.
Existen múltiples factores relacionados con la formación del tubo nervioso, como los
aportes de colesterol y ácido fólico en la dieta, o los genes y proteínas, en particular shh (sonic
hedgehog), openbrain, PAX 3 o el factor nodal entre otros. También pueden tener fuerte
influencia algunos fármacos o sustancias teratógenas, como por ejemplo algunas drogas.
Pueden causar anomalías en el cierre del tubo nervioso.
Entre las anomalías más destacables se encuentran la raquisquisis o ausencia del
cierre longitudinal de la invaginación de la neurulación primaria, o espina bífida que
corresponde a una raquisquisis parcial en distintas partes de la columna vertebral. La espina
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Fisiología del Desarrollo
bífida puede ser de varios tipos, y generlamente hay ausencia de una o varias vértebras, o
estas no se cierran en la región dorsal (espina bífida oculta). En estos casos el sistema nervioso
de la médula no está protegido por hueso, y aparece superficialmente. Puede aparecer pelo. El
meningocele es el caso en que sobresalen las meninges con el líquido cefalorraquídeo hacia
fuera del cuerpo. No hay osificación de la vertebra. El mielomeningocele es igual al caso
anterior, pero el tubo nervioso sobresale del cuerpo acompañando a las meninges. En ambos
casos se producen obstrucciones en el movimiento del líquido cefalorraquídeo pudiendo dar
lugar a hinchamientos de la región desprotegida de la médula e hidrocefalia o hinchamiento
excesivo del encéfalo debido a la sobrepresión del líquido.
Cuando el tubo nervioso termina de cerrarse correctamente, la presión del líquido
cefalorraquídeo acumulado inicialmente a partir de líquido amniótico es responsable del
hinchamiento de la región del encéfalo, y esto da lugar a la formación de las vesículas
encefálicas. Un exceso en esta presión es responsable de hidrocefalia. Esto pude operarse,
incluso intrauterinamente. La anencefalia se produce cuando no se cierra el tubo nervioso y no
se forman el cráneo ni la bóveda craneana, y generalmente esto implica la muerte feal por
hidramnia o exceso de amnios; el embrión es incapaz de traga el mismo líquido.
La formación de las vesículas cefálicas es también un proceso fundamental. Se trata
del principal proceso de diferenciación de porciones de tubo nervioso, inicialmente uniforme.
La región posterior dará lugar a la médula espinal, pero la región anterior que formará el
encéfalo debe diferenciarse y dar lugar a las vesículas encefálicas, cuya aparición es facilitada
por la presión generada por el líquido cefalorraquídeo.
1; tubo neural
5; telencéfalo
2; prosencéfalo
6; diencéfalo
3; mesencéfalo
7; metencéfalo
4; rombencéfalo
8; mielencéfalo
En el interior de las vesículas se encuentra un espacio llamado neurocele donde se
desplaza el líquido cefaloraquídeo. Estas estructuras darán lugar a todas las estructuras
nerviosas encefálicas del sistema nervioso central, como la neocorteza y el cerebro, el
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Fisiología del Desarrollo
cerebelo, el búlbo raquideo, y también estructuras periféricas de la cabeza como las vesícula
ópticas. Si el prosencéfalo no se subdivide en telencéfalo y diencéfalo se produce
holoprosencefalia, y en casos extremos ciclopia, y en muchos casos lleva a la muerte. El
robencéfalo debe a su vez desarrollarse en porciones llamadas rombómeros, con
denominación numérica antero-posterior. Su formación es independiente y son importantes
para el desarrollo y la orientación de las células de la cresta neural.
La diferenciación dorsoventral del tubo nervioso es fundamental para la
diferenciación de las células del mismo. Esta diferenciación es inducida por las distintas señales
enviadas por la epidermis dorsalmente y por la notocorda ventralmente. Esto permitirá que las
células de la región ventral se desarrollen como neuronas sensitivas, las de la región
intermedia como interneuronas, y finalmente las células dorsales como neuronas motoras. La
epidermis sintetiza y libera BMP 4 y 7, y proteínas dorsalina y activina. La notocorda, a su vez,
sintetiza proteínas ssh que también influyen en la diferenciación de las células de los somitas.
La diferenciación celular del tubo nervioso va a dar lugar a la aparición de distintos
tipos de neuronas y de células de glía. Todas ellas aparecen a partir de células pluripotentes
embrionarias; los neuroblastos. Los núcleos de los neuroblastos de una misma capa se
encuentran a distintas alturas del tubo nervioso y van a sufrir mitosis en proximidad al lumen
(fase H), o síntesis activa de ARNm en las capas periféricas (fase S). Mientras los neuroblastos
se van dividiendo aparecen capas concéntricas de células, cada vez más externas, lo que
permite el aumento en grosor del tubo. Se denomina neuroepitelio germinal a la capa interna
del tubo neural, que prolifera permitiendo el aumento en grosor del tubo nervioso.
La diferenciación de las paredes del tubo nervioso se produce cuando el neuroepitelio
germinal comienza su proliferación, y en el tubo comienzan a diferenciarse de interno a
externo la capa ependimal o zona ventricular, la capa del manto o zona intermedia y la capa o
zona marginal. Esta diferenciación se produce cuando se produce la diferenciación celular de
los neuroblastos. En la capa del manto se encuentran los cuerpos neuronales y formará la
sustancia gris, y la capa marginal periférica se forma por sus prolongaciones axónicas que se
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Fisiología del Desarrollo
desarrollan dando lugar a la sustancia blanca de la médula y los nervios. Esto tiene lugar de la
misma manera en toda la médula espinal y el bulbo raquídeo y el rombencéfalo. Sin embargo
en las vesículas anteriores las sutancia gris adquiere una forma en alas de mariposa que
quedan rodeadas por la sustancia blanca, y posteriormente se invierte, quedando la sustancia
gris dorsalmente externa a la blanca. Además a nivel de la sustancia gris se produce un surco
limitanta en la zona intermedia, que separa las regiones dorsal y ventral. En la región ventral se
forman las placas alares sensitivas, mientras en la región ventral se forman las placas basales
motoras. En todos estos procesos la inducción por parte de la notocorda es fundamental, y se
realiza en etapas muy tempranas.
El cerebelo presenta también modificaciones importantes en base a la misma
estructura inicial del tubo neural. En primer lugar se produce la migración de un grupo de
neuroblastos hacia la sustancia blanca, y ahí se diferencian en núcleos cerebelosos de
neuronas, que actúan como unidades funcionales permitiendo la comunicación entre el
cerebelo y otros centros nerviosos. En segundo lugar, otro grupo de neuroblastos migra, y
estos se colocan en posición externa a la capa marginal, formando la zona germinal externa,
con capacidad de proliferación. Estas células son las células pregranulares, precursoras de las
neuronas granulares. Las neuronas pregranulares vuelven hacia atrás y sintetizan BMP,
formándose una segunda capa de células constituída por neuronas granulares. Estas células
son de gran importancia para el funcionamiento del cerebelo. Finalmente aparecen las células
de purkinge, formándose así las tres capas características de la paleocorteza. Estas neuronas se
caracterizan por su pequeño cuerpo redondeado y su árbol dendrítico altamente ramificado.
Estas células también funcionan como unidades de conexión entre el cerebro y los núcleos
cerebelosos. Además tienen capacidad para sintetizar ssh, fundamental para la persistencia de
las células granulares.
Cualquier capa celular o tipo neuronal ausente puede causar malformaciones y
anomalías en los fetos. En ratones se conocen más de 30 mutaciones que causan anomalías
cerebelosas. Las células de la glía de bergmann son utilizadas por las neuronas
preganglionares para su migración hasta la capa granular. La astrotactina es una proteína de
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Fisiología del Desarrollo
adhesión celular producida por las células de glía de bergmann que permiten esta migración, y
por lo tanto la formación de las células de purkinge. Por ejemplo los ratones mutantes de
weaver carecen ce migración de las células granulares de modo que las células de purkinge no
pueden desarrollar su árbol dendrítico, y no presentan repuesta al ión potasio. Los mutantes
de staggerer presentan anomalías en las cortezas del cerebro y cerebelo, y sus neuronas de
punringe carecen de respuesta a la tirotoxina.
El cerebro, y en particular la neocorteza o corteza cerebral, aparece también como
resultado de la migración de células del tubo neural, que formarán las neuronas de las seis
capas de la neocorteza. En una primera migración, los somas neuronales se situan en la zona
más externa del telencéfalo, formando una capa de células llamada corteza neopálica. Esta
corteza primaria se va a desarrollar en capas horizontales y verticales dando lugar a la
formación del neocortex o corteza cerebral.
Cada una de las capas de neocorteza estará formada por distintos tipos neuronales
ycaracterizadas entre otras cosas por los distintos tipos de conexiones que forman entre si y
con otros núcleos, órganos sensoriales, u órganos motores, y finalmente por su funcionalidad.
La lisencefalia es una anomalía que puede producirse en humanos en distintos grados, por
falta de circunvoluciones, lo que implica una superficie de neocorteza inferior a la normal.
Los ratones mutantes reeler presentan anomalían en la corteza cel cerebro y del
cerebelo. Presentan anomalías en sus células de purkinge y una composición anormal en la
matriz extracelular de las células de cajal-retzius.
Los tipos celulares derivados de los neuroblastos son como hemos visto muy variados;
de hecho las células nerviosas son las que mayor variedad morfológica presentan. De hecho los
neuroblastos deben formar entre otras células toda la gran variedad existente de neuronas y
células de la glía.
El citoesqueleto de las células es responsable de la formación de sus prolongaciones
dendríticas y axonales. Es particularmente el desarrollo direccional del axón desde el cono de
crecimiento axonal. El factor VEGF tiene una especial importancia en este proceso.
Los axones formados deben quedar recubiertos por vainas de mielina (si son
mielínicos) formadas por las células de la glía. En el sistema nervioso central esto es llevado a
cabo por los oligodentrocitos, mientras que en el periférico es llevado a cabo por las células de
schwann.
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Fisiología del Desarrollo
TEMA XIV; Derivado Ectodérmicos; la Cresta Neural
Los tipos celulares derivados de las células de la cresta neural son también muy
variados y de gran importancia. Las células de la cresta neural se desarrollan de forma
independiente al tubo neural, y dan lugar a la formación de distintas estructuras en función de
su localización cefálica (1), del tronco (2), cardiaca (3) o neural sacro-vagal (4). Siempre migran
para diferenciarse en distintas regiones del cuerpo. Se ordenan de anterior a posterior de la
siguiente manera:
Anterior
1
3
4
2
4
Posterior
Las células de la cresta neural cefálica comienzan a migrar mientras el tubo neural se
está aún terminando de cerrar. Se diferencian dos grupos de células de la cresta cefálica que
migran; unas dorsales, y otras ventrales que se dirigen a las bolsas faríngeas, desde los
rombómeros. Estas células ventrales van a formar las branquias, el cuello, el timo, las
glándulas tiroides y paratiroides, y cartílagos del cuello. La orientación de la migración de estas
células depende de la orientación de los 7 rombómeros en región ventral.
Las células de los rombómeros I, II y III migran al primer arco faríngeo formando los
huesos de las mandíbulas, los odontoblastos o células formadoras de diente, los huesos del
oído medio, los huesos de la cara y las neuronas del ganglio trigémico. Las células de los
rombómeros III, IV y V migran al segundo arco faríngeo y forman el cartílago hioides, los
huesos del oído medio y las neuronas del nervio facial. Las células de los rombómeros V, VI y
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Fisiología del Desarrollo
VIII migran al tercer y cuarto aros faríngeos formando el timo, las glándulas tiroides y
paratiroides, y la porción posterior del cartílago hioides. Las células de los rombómeros III, V y
VII migran lateralmente hacia porciones correspondientes a los rombómeros anteriores y
posteriores. Las migraciones de estas células a unos y otros arcos branquiales implica a la
proteína efrina; estas efrinas tienen un efecto disuasorio sobre las células de la cresta neural
de los rombómeros III, V y VII. Inhiben la polimerización de los microfilamentos de actina
inhibiendo el movimiento de las células. El patrón de distribución de los genes Hox (Hox A, Hox
B,…) determina el comportamiento migratorio y el destino final de estas células.
La segunda población de células de la cresta neural van a migrar pero permaneciendo
en la región dorsal del embrión, y van a formar células de la glía que guían el axón de las
células sensitivas desde las placodas craneales hasta el rombencéfalo. Las placodas craneales
del encéfalo son de hecho estructuras pasajeras y temporales. Se trata de engrosamientos
ectodérmicos de la cabeza y el cuello que constituyen que constituyen el componente nervioso
sensitivo de los futuros órganos sensoriales. Son por ejemplo las placodas óticas, del cristalino,
u olfatorias. Su formación es contemporánea a la del nudo de hensen. Esta población de
células de la cresta neural son las únicas de este tipo que pueden dar lugar a componentes
esqueléticos, es decir, cartílago o hueso.
Las células de la cresta neural del tronco siguen también dos rutas de migración; una
dorsolateral, y otra ventrolateral.
Las células que siguen la ruta dorsolateral (1) van a formar los melanocitos, o células
pigmentarias de la piel. Migran por encima de los somitas, externamente al dermomiotomo, es
decir, entre este y la epidermis. Todas las células pigmentarias del tegumento de los animales
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Fisiología del Desarrollo
tienen su origen en las células de la cresta neural que migran siguiendo esta ruta, a excepción
de las de la retina. Deficiencias en esta ruta son responsables de neurocristopatías o de
albinismo.
Las células que siguen la ruta ventrolateral (2) darán lugar a componentes nerviosos
periféricos. Forman las neuronas de los ganglios de la raíz dorsal, de los ganglios simpáticos, de
la médula adrenal y forman también células de schwann. Migran entre los dermomiotomos y
los esclerotomos, sólo por la porción anterior del esclerotomo, puesto que en las regiones
posteriores se encuentran efrinas que inhiben su migración. Las células que se encuentran
sobre la región posterior se desplazan lateralmente en su migración, hacia las regiones
posteriores de los somitas anterior y posterior. Esto está relacionado con la maduración de los
esclerotomos cuya región anterior madura antes.
La regulación de la migración es facilitada por factores paracrinos, proteínas de
adhesión celular, y moléculas de la matriz extracelular. BMP4 y BMP8 se encuentran en la
región ectodérmica, futura epidermis. Estas facilitan la migración por la ruta dorsolateral al
igual que la quimioatracción de las células epidérmicas. Inicialmente se forma una estructura
epitelial con moléculas de adhesión E-cadherinas, por lo que las células de la cresta neural
sintetizan y liberan las proteínas SLUG, que rompen los enlaces de E-cadherinas en la cresta
neural dotando a las células de consistencia mesenquimática laxa y permitiéndolas migrar, y
proteínas RhoB que actúa sobre el citoesqueleto de las células de la cresta neural para
permitir la migración. Durante su deplazamiento, las células se encuentran con matrices
extracelulares de naturaleza distinta, que puede guiar la migración celular por quimioatracción
o quimiorepulsión. Estos componentes suelen ser detectados por las integrinas de las células, y
entre ellos destacan la fibronectina, el colágeno, los proteoglicanos, la laminina, la tenastina,
y también la trombospondina que se encuentra en la región anterior de cada esclerotomo y
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Fisiología del Desarrollo
las efrinas y semaforinas de repulsión en la región posterior. El factor SCF (células cepa)
favorece la proliferación de las células de la cresta neural.
El destino final de la diferenciación de las células está muy relacionado con los
componentes de la matriz extracelular del medio final en el que se encuentra la célula después
de migrar. Si antes de la diferenciación se cambia a las células de ambiente, se observa que no
tenían un destino determinado, pues modifican el destino de su diferenciación.
Intercambiando, por ejemplo, las células de la cresta neural del tronco de las regiones del SNA
simpático y parasimpático, estas células cambian el destino de su diferenciación en función de
su localización final en el embrión, y se dice entonces que son células pluripotentes.
Las células de la cresta neural vagas y sacras forman neuronas del SNA parasimpático,
que inervarán al intestino. Estas fibras son muy importantes, pues son responsables de los
movimientos peristálticos. Si se producen patologías en estas células o en su migración, se
forma un megacolon; este se hincha pues no es capaz de expulsar las heces.
Las células de la cresta neural cardiaca (nerviosa o cervical) se encuentran muy
próximas a la región faríngea, en el lugar donde se forma inicialmente el corazón. Estas células
van a formar un elevado número de estructuras variadas, entre ellas melanocitos y cartílagos
de los arcos faríngeos III, IV y VI. Estas mismas células van a formar partes del corazón, así
como el endotelio de los arcos aórticos, y el tabique de separación entre la aorta y la arteria
pulmonar. Van a formar los arcos aórticos y las neuronas de los arcos aórticos. Las anomalías
en las rutas de migración de estas células pueden dar lugar a patologías y malformaciones
cardiacas, comunicación entre arterias aorta y pulmonar y mezcla de sangres,
neurocristopatías o deficiencia de cálulas T en el timo.
Los principales componentes nerviosos embrionarios, cresta y placa neural, están
influenciados por múltiples factores neurotrópicos y neurotróficos que, respectivamente,
dirigen el movimiento de las células, y controlan su desarrollo. Estas moléculas pueden causar
repulsión o atracción, y algunos factores pueden dirigir simplemente el crecimiento axónico de
las células cuyo soma ya ha migrado y se ha establecido. Para ello pueden seguir por ejemplo
la capilares o vasos sanguíneos. Entre estos factores se encuentran por ejemplo NGF, BDNF,
NT3, NT4, NT5, FGF5 o GDNF.
TEMA XV; Derivado Ectodérmicos; el Epitelio
Por último, la epidermis y otras estructuras derivadas también encuentran su origen
en la hoja ectodérmica. Forman el tegumento, que recubre la dermis de todos los animales, así
como otras estructuras como son plumas, pelos, dientes o glándulas mamarias. La dermis es
una estructura de origen mesodérmico y de la cresta neural (ectodérmico), que se encuentra
por debajo de la epidermis, y tiene una fuerte influencia en la inducción de su formación.
A partir de la neurulación, el ectodermo superficial forma el peridermo, y se inicia la
formación de la piel. Se trata de una estructura que se desarrolla en estratos o capas, desde el
interior hacia el exterior. Las células cepa de la piel se encuentran en la región más profunda,
en la denominada lámina basal. Estas células proliferan continuamente durante toda la
ontogenia del individuo, dando lugar y renovando las otras capas superficiales. Las células que
pasan al siguiente estrato, el estrato espinoso, dejan de proliferar y comienzan a producir
queratina. A continuación se encuentra el estrato granuloso, donde las células comienzan a
mostrar grandes acúmulos de queratina en gránulos, lo que dota de una consistencia
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Fisiología del Desarrollo
endurecida a este estrato. El estrato córneo es el más superficial. En él se acumulan las células
muertas, ricas en queratina y endurecidas, que muestran el núcleo deslaplazado a un extremo
por los gránulos, y que progresivamente se van desescamando. Los melanocitos de la dermis,
cuyo origen es la cresta neural, se introducen en el estrato basal de la epidermis, y transmiten
melanocitos a las células de la piel; se trata de gránulos de pigmento. El desarrollo de la
epidermis está controlado por fundamentalmente por dos factores; TGF (transformador) es
un factor autocrino liberado por las células del estrato basal, que favorece la proliferación de
las mismas, y KGF (de queratinocitos) es un factor paracrino liberado por los fibroblastos de la
dermis, que regula también la multiplicación de las células del estrato basal.
Las interacciones epitelio-mesenquimáticas (el mesenquima se forma por mesodermo
y células de la cresta neural) dan lugar a la formación de las otras estructuras de la piel. Estas
estructuras siempre muestran una disposición ordenada en la piel. Este orden viene
determinado por las distintas concentraciones de varias proteínas en la propia piel, entre las
que destacan Wnt, shh y BMP. Estas moléculas determinan los puntos en que se produce la
agregación de los fibroblastos en el mesenquima, y este mismo punto es el lugar en el que
aparecerá después la estructura epitelial.
Los pelos son estructuras que aparecen en los puntos de la dermis donde se acumulan
los fibroblastos; las papilas dérmicas. En los fetos aparecen inicialmente protuberancias en
estos lugares, debido a la agregación de las células mesenquimáticas. Encima de cada papila
dérmica, las células epiteliales comienzan a proliferar activamente, emitiendo prolongaciones
hacia la dermis. Finalmente las papilas dérmicas con los fibroblastos quedan embebidas en
estas prolongaciones de la epidermis, y se desarrollan formando los pelos. Estas estructuras
inducen la formación de capilares arteriales y venosos, nervios, glándulas sebáceas que
proporcionan al pelo el componente oleaginoso, y músculos erectores de origen mesodérmico,
que se insertan en la mitad del pelo. En la parte basal del pelo, o raíz, se acumulan células cepa
del folículo basal que se multiplican activamente durante toda la ontogenia permitiendo el
contínuo crecimiento del pelo. También existen cúmulo de células cepa de melanocito que se
encargan de la pigmentación del pelo, y que degeneran con la edad. Los primeros pelos que
aparecen en el embrión o feto se denominan lanugo. Después aparece el vello y el pelo,
inicialmente muy finos, que tienden a engrosarse con la edad. El líquido amniótico podría
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Fisiología del Desarrollo
dañar la piel del embrión o feto, por lo que esta queda cubierta por células desescamadas,
pelos y secreciones oleaginosas que forman la vernix caseoso, similar a un barniz de
protección. Existen anomalías en la distribución de los pelos, debidas a alteraciones de las
proteínas determinantes para su formación, como la atriquia (ausencia de pelo) o la
hipertricosis (exceso).
Las plumas son estructuras ectodérmicas que aparecen en disposición hexagonal
debido a las interacciones epitelio-mesenquimáticas. Aparecen placodas dérmicas muy
similares a las papilas dérmicas, donde se concentran los fibroblastos de acuerdo a la
repartición de colágeno y fibronectina. Su desarrollo es similar al de los pelos. Si se añade
experimentalmente colagenasa en la dermis, no se forma el mismo patrón de plumas.
Los engrosamientos epiteliales queratinizados, como las uñas, garras o pezuñas, y
también los cuernos, con componente óseo interno, son células epiteliales muy queratinizadas
y muertas, que dan lugar a estructuras endurecidas. Proliferan a partir de agrupaciones de
células cepa.
Las glándulas mamarias aparecen en disposición regular y simétrica en la región
ventral de las hembras de mamífero. Cada una se acompaña de un pezón, donde desembocan
al exterior. Su origen es también ectodérmico. En hembras lactantes aumenta el volumen de
los conductos, porque comienza la producción activa de leche.
Los dientes se forman inicialmente como condensaciones de células en el epitelio
bucal, que forman la lámina dental, donde aparecerán los esbozos de los futuros dientes.
Inicialmente se forma la lámina dental por engrosamiento y proliferación de las células
ectodérmicas, que se introducen hacia el mesénquima. Estos engrosamientos forman una
cavidad cóncava en su región basal, más profunda en el mesénquima. Durante este periodo de
caperuza aparecen unas células mesenquimáticas cuyo origen es la cresta neural, y que van a
dar lugar a la papila dental; estas células se sitúan dentro de la cavidad cóncava del
engrosamiento. Las células de la papila dental forman los odontoblastos que formarán la
dentina del diente, en cuya región interna se encuentra la pulpa dental con los vasos
sanguíneos y nervios. La porción externa, ectodérmica, dará lugar a los ameloblastos que
forman el esmalte dental. La vaina del diente lo sujeta a la encía y a la mandíbula, como el
ligamento. Aparecen también otras células de origen mesenquimático que van a formar el
cemento del diente; son los cementoblastos, que aparecen en el desarrollo poco antes del
nacimiento. El cemento es una fina capa de hueso que se encuentra en el diente.
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Fisiología del Desarrollo
Los pliegues de las aletas impares de peces y larvas de anfibio son también estructuras
epiteliales complejas. Tienen un componente epidérmico y tejido conjuntivo en su interior,
cuyo origen es la cresta neural. Puede tener también componentes óseos en peces. Las
branquias externas son también estructuras epiteliales presentes en algunos peces
pulmonados y larvas de anfibios. Tienen epidermis, tejido conjuntivo, vascularización y
musculatura. Los balancines son dos tentáculos que aparecen situados detrás de la boca de las
larvas de los urodelos, que les sirven para apoyarse sobre el sustrato. Además de epidermis y
tejido conjuntivo, secretan sustancias adherentes y mucus. Los órganos fijadores de larvas de
anuros son glándulas que liberan sustancias mucosas para mantener el equilibrio. Las
extremidades pares de los tetrápodos tienen también un importante componente
ectodérmico de piel y otras estructuras de la piel.
TEMA XVI; Derivados Ectodérmicos; Órganos de los Sentidos
La formación de los órganos de los sentidos suele implicar componentes ectodérmicos
neurales y ectodérmicos epiteliales. Inicialmente se forman placodas; se trata de
engrosamientos ectodérmicos relacionados con células nerviosas sensitivas. Estas placodas
permiten la comunicación de los órganos de los sentidos con el sistema nervioso central.
Placodas
olfatorias
Placodas del
cristalino
Placodas
óticas
La formación del ojo se inicia en unas prolongaciones del diencéfalo que forman las
dos placodas o vesículas óticas como dos prolongaciones laterales que se aproximan al
ectodermo epitelial. Las proteínas SIX3 y PAX6 están relacionadas con la diferenciación de
estas placodas. Las proteínas shh están relacionadas con el desarrollo simétrico de dos
vesículas óticas, y su ausencia da lugar a patologías como la ciclopia. Estas placodas óticas
inducen la formación de las placodas del cristalino, las cuales inducen a su vez la formación de
la córnea en posición externa. Desde aquí se producen múltiples inducciones recíprocas que
dan lugar a la formación de un ojo completo, y de la retina nerviosa que es concretamente
inducida por el cristalino.
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Fisiología del Desarrollo
La retina nerviosa está formada por tres capas de neuronas. Los conos y os bastones
son los fotorreceptores, y se encuentran en la región más interna o profunda de la retina,
donde los pigmentos captan la luz y la transducen en señales nerviosas. A continuación se
encuentra una capa de células bipolares y por último una capa de células ganglionares cuyos
axones forman el nervio óptico, que se proyecta sobre el sistema nervioso central.
El cristalino está formado por células alargadas. Durante el desarrollo las células
redondeadas se diferencian y adoptan esta forma. Sus núcleos quedan entonces desplazados y
se forman proteínas cristalinas, constituyéndose así las células del cristalino. El cambio de la
forma de las células permite que el cristalino formado pueda doblarse y ajustarse al enfoque.
El epitelio germinal del cristalino está formado por células de diferentes formas que se
multiplican y diferencian a lo largo de toda la vida del adulto. Los músculos del iris son una
excepción pues son los únicos que proceden del ectodermo nervioso, no del mesodermo.
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Fisiología del Desarrollo
La córnea del ojo contiene el estroma donde migran las células de la cresta neural.
Está formada por distintas capas de colágenos, e inicialmente cuenta también con un
importante componente de ácido hialurónico que capta y retiene el agua facilitando su
hinchamiento. Una vez formada la córnea la tiroxina facilita su deshidratación. Patologías de la
formación de la córnea pueden ser responsables de microftalmia (ojos diminutos) o anoftalmia
(sin ojos).
Los órganos olfatorios se forman a partir de las placodas olfatorias. Su formación está
inicialmente asociada a uno o dos nervios que se prolongan desde el telencéfalo. Los órganos
de Jacobson de los reptiles se encuentran en el paladar; se trata de un epitelio intensamente
inervado que juega el papel de un órgano olfatorio.
Las estructuras auditivas se forman apartir de placodas auditivas que se inician como
prolongaciones del rombencéfalo inductoras, que además inervarán en el futuro estos
órganos sensoriales. Invaginaciones de estas placodas darán lugar a las vesículas auditivas. Los
órganos de la línea lateral de los peces y larvas de anfibios son un conjunto de cilios que se
extienden desde la cabeza y todo a lo largo del cuerpo, que informan sobre cambios de
presión y de las corrientes de agua.
El oído de los mamíferos se forma de un oído interno, un oído medo y el oído externo.
El oído interno se forma a partir de una invaginación inicial del ectodermo epitelial o
superficial, que formará la vesícula auditiva. La porción dorsal dará lugar al utrículo, a los
conductos endolinfáticos y a los conductos semicirculares. La porción ventral formará el
conducto coclear del equilibrio. El oído medio se forma en la primera bolsa faríngea, a partir
del epitelio de la boca, de origen endodérmico. Así se forman la cavidad timpánica, la trompa
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Fisiología del Desarrollo
de Eustaquio, y los huesos del oído. Estos últimos huesos se forman a partir de células de la
cresta neural, y se corresponden a los huesos de las branquias de los peces. Finalmente el oído
externo forma el tímpano, e implica componentes ectodérmicos epiteliales, mesenquima y
endodermo. El pabellón de la oreja se forma por cartílago, y su desarrollo se inicia en
prominencias mesenquimáticas.
TEMA XVII; Formación y Desarrollo Inicial del Mesodermo
El mesodermo es una hoja embrionaria difícil de diferenciar, pero muy importante en
el reino animal, pues diferencia a los primitivos animales diblásticos de los animales
triblásticos, con tres hojas embrionarias. Los destinos más importantes de las células del
mesodermo son la formación de la dermis, los músculos y los huesos de distintos tipos.
Además formará las células sanguíneas, y las células endoteliales de los vasos sanguíneos. Por
último, estas células son las formadoras del aparato reproductor y el aparato excretor (en
muchos casos llamado urogenital).
En aves reptiles y mamíferos las células del mesodermo son las primeras que migran
desde el surco primitivo hacia el interior del disco embrionario, pero el origen de estas células
es variable en los distintos taxones, y por ejemplo en erizo de mar son los micrómeros que
ingresan los que dan lugar al mesodermo. Una vez formado, el mesodermo se caracteriza por
estar situado entre las otras dos capas embrionarias; ectodermo y endodermo.
La cordamesodermo es la primera estructura constituida por las células
mesodérmicas, y dará lugar a la formación de la notocorda. Esta estructura es muy importante
para inducir la formación de todo el sistema nervioso a partir de la hoja ectodérmica. Además
actúa como soporte esquelético para el embrión, y para algunos individuos adultos como los
anfioxos. Esta estructura exclusiva de cordados suele degenerar en los adultos de vertebrados,
en el momento de la formación de la columna vertebral. Sólo algunas fracciones de la
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Fisiología del Desarrollo
notocorda son mantenidas por los vertebrados durante toda la vida; estas fracciones se situan
entre las vertebras; se trata de los discos intervertebrales.
El mesodermo cefálico o craneal va a dar lugar a la formación de los músculos de la
parte posterior del cráneo y de la cara (a excepción de los del iris). Esta porción de mesodermo
se sitúa a la altura del rombencéfalo, donde quedan también situadas algunas células de la
cresta neural (rombómeros). Estas últimas células darán lugar a muchas estructuras, entre las
cuales se encuentran las mandíbulas y también algunos músculos.
El mesodermo paraxial o somítico se forma a ambos lados de la notocorda, y a lo largo
de todo el tronco del cuerpo del embrión. Va a formar los somitas, estructuras segmentadas,
que posteriormente formarán la dermis, los huesos y cartílagos de las vértebras y las costillas,
y varios tipos musculares entre los que destacan los del esqueleto del tronco, de la pared del
cuerpo, de las extremidades y la lengua. Las bandas paraxiales se van dividiendo o
segmentando en bloques o somitas de forma periódica y regular, de manera que las divisiones
van apareciendo progresivamente en sentido antero-posterior (mismo sentido en el que se
forma el surco primitivo y se va alargando el tronco del cuerpo. Las divisiones, de hecho, van
apareciendo de forma simultánea al cierre del tubo nervioso. El punto exacto donde se va a
producir cada segmentación viene determinado por las concentraciones de las proteínas Wnt,
Notch y el factor FGF. Así, estas moléculas determinan los lugares en los que quedará formado
cada somita en función del tiempo, lo que viene determinado por el patrón propio de una
especie. La periodicidad de la síntesis de proteína hairy determina el patrón de segmentación
temporal de la especie. Las efrinas aparecen en la región posterior del somita antes de su
segmentación. Así se forman los somitómeros que se desarrollan formando posteriormente los
somitas.
Las regiones posteriores de los somitómeros determinan los puntos de separación. Los
somitómeros presentan inicialmente una estructura mesenquimática, y las células no
presentan cohesión. El somita se forma por la epitelialización de este tejido, y la aparición de
N-cadherinas y de fibronectina en la matriz. Así quedan finalmente formados bloques
compactos de células.
Las células de los somitas tienen un destino característico y predeterminado. Se han
intercambiado experimentalmente los somitas torácicos de un ave a la región cervical,
observándose el desarrollo de costillas en el cuello del pollo. La determinación anteroposterior de los somitas está regulada por los genes HOX.
Dentro de un somita, la diferenciación de las células depende de múltiples factores
paracrinos. Esta diferenciación se adquiere después de la formación del somita, y depende de
hecho de la posición de cada célula dentro del bloque. Inicialmente los somitas del
mesodermo paraxial se dividen en un esclerotomo interno, es decir, cercano al tubo nervioso,
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Fisiología del Desarrollo
y un dermomiotomo externo o cercano al ectodermo epitelial. El dermomiotomo se va a
dividir de hecho también en dos fracciones; un dermotomo y un miotomo.
Las células del esclerotomo pierden su consistencia epitelial, y migran para rodear al
tubo neural y a la notocorda, dando lugar así a las vertebras, y en algunos segmentos también
a costillas. Después desaparecerá la notocorda, excepto en los discos intervertebrales, y se
formará hueso en su lugar. Entre los factores paracrinos que determinan el destino celular
cabe destacar el factor Pax1 que determina la diferenciación en condroblastos y osteoblastos
para la osificación. La proteína shh, sintetizada por la notocorda y el tubo nervioso inferior,
induce la síntesis de este factor.
Las células del dermatomo, más superficiales, formarán la dermis. Estas células
también pierden su estructura compacta para migrar hacia la capa basal del ectodermo
epitelial, donde formarán la dermis. Su diferenciación es inducida por la proteína Wnt
sintetizada en la región superior (dorsal) del tubo nervioso y en la epidermis, y neurotrofina
sintetizada por el tubo nervioso.
Las células del miotomo se separarán en un miotomo superior o epiaxial, que forma
la musculatura vertebral, y un miotomo inferior o hipoaxial, que da lugar a la musculatura
lateral y de las extremidades. La diferenciación de las células del miotomo epiaxial se ve
influenciada por las Wnt y shh sintetizadas en la región dorsal del tubo nervioso. La
diferenciación del miotomo hipoaxial está influida por las BMP sintetizadas en el mesodermo
de la placa lateral.
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Fisiología del Desarrollo
Las células del miotomo van a formar la musculatura. Los procesos de desarrollo de
estos órganos, fundamentalmente locomotores o mecánicos, es relativamente sencilla, y
tienen una fuerte influencia sobre ellos, de nuevo, los factores paracrinos. Los mioblastos,
células mesenquimáticas musculares, se multiplican activamente y proliferan en presencia de
FGF. Además, estas mismas células sintetizan bHLH (basic hélix-loop-helix), factores que a su
vez activan genes de la musculatura.
Los mioblastos se fusionan y forman los miotubos polinucleados o sincitiales, que se
desarrollan formando finalmente las miofibrillas contráctiles. Varias de estas miofibrillas van a
unirse lateralmente formando los músculos. La alineación de estos mioblastos, y su fusión en
miotubos, tiene lugar en presencia de cadherinas y de fibronectina en la matriz (reconocida y
unida por integrinas), y solo se produce después de un descenso en la concentración de FGF.
Además la formación de los miotubos implica la degradación de la matriz extracelular, para lo
que son necesarias una metaloproteasas específicas; las meltrinas. Las miofibrillas, finalmente
inervadas, persentan capacidad para contraerse. Existe un depósito de células cepa en los
músculos, que permiten la regeneración de este tejido en adultos.
El mesodermo de la placa lateral esplácnico o visceral formará la musculatura lisa y el
corazón (a partir de la aortas embrionarias). El mesodermo paraxial o de los somitas va a
formar la musculatura del esqueleto axial, de la pared del cuerpo y de las extremidades.
Finalmente los músculos de la cabeza se forman a partir del mesodermo cefálico o craneal.
Como única excepción, los músculos del iris son de origen ectodérmico nervioso.
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Fisiología del Desarrollo
TEMA XVII; Derivados Mesodérmicos; los Huesos y las Extremidades
La osificación intramembanosa se caracteriza por la ausencia total de tejido
cartilaginoso. Las células originales, mesenquimáticas, tienen origen en la cresta neural y no
en el mesodermo. Estos huesos están presentes en el caparazón de la tortuga, pero también
forman los huesos planos de la bóveda craneana.
Su desarrollo se caracteriza por que las células mesenquimáticas deben inicialmente
contactar con el epitelio encefálico, que libera BMP. Estas proteínas son las que inducen la
diferenciación de las células de la cresta neural. Estas células mesenquimáticas expresan
entonces el factor CBFA1, y se diferencian así en osteoblastos.
En primer lugar estas células se agrupan en centros de osificación, y posteriormente se
transforman en osteoblastos y capilares sanguíneos. Los osteoblastos depositan una matriz
osteoide con proteoglicanos y colágenos. Sobre esta matriz, posteriormente, se depositarán
sales de carbonato cálcico formándose la matriz ósea, calcificada y endurecida. Los
osteoblastos que quedan atrapados en lagunas de esta matriz reciben entonces el nombre de
osteocitos. Se produce un desarrollo en espículas que aparecen desde el centro de osificación,
expandiéndose progresivamente. Simultáneamente se forma el periostio, por los mismos
procesos, en la región externa del hueso. Los centros de osificación permiten el crecimiento
progresivo de los huesos planos del cráneo durante el crecimiento del feto y el juvenil.
La osificación endocondral, a diferencia de la anterior, precisa de la formación de un
cartílago antes de la osificación del tejido. Se forma a partir de células mesenquimáticas del
esclerotomo, y del mesodermo de la placa lateral en el caso de los huesos de las
extremidades. Existe un elevado número de factores paracrinos implicados en el desarrollo de
los huesos endocondrales. La acción de las proteínas shh sobre las células mesenquimáticas
hace que estas expresen en este caso los factores Pax1 y Sclerasis. Entonces las células
mesenquimáticas expresan genes característicos del cartílago tansformandose en condrocitos,
y se condensan formando un modelo de hueso de tejido cartilaginoso.
La congrogénesis es el proceso de formación del modelo cartilaginoso. Implica la
adhesión de las células mesenquimáticas, mediada por proteínas N-cadherinas y N-CAM. En la
periferia del cartílago se mantienen células mesenquimáticas que proliferan formando nuevos
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Fisiología del Desarrollo
condrocitos y permitiendo el crecimiento de la estructura. Se forma una matriz extracelular
propia del cartílago, rica en colágenos y proteoglicanos. Los condrocitos siguen
multiplicándose y liberan el factor VEGF (vascular endotelial), mediante el cual inducen la
formación de vasos sanguíneos periféricos que irrigan el esbozo de hueso. El volumen celular
de los condrocitos crece, y estos pasan a llamarse condrocitos hipertróficos. Estos modifican
su metabolismo aerobio y adquieren un metabolismo anaerobio. Además secretan enzimas
por exocitosis que favorecen la mineralización de la matriz con sales de carbonato cálcico.
Finalmente resulta la apoptosis de los condrocitos hipertróficos, y estos comienzan a
desaparecer en la porción central profunda del tejido. A su vez, los vasos sanguíneos
transportan condroclastos que fagocitan los condrocitos hipertróficos y destruyen el tejido
cartilaginoso de esta región, donde posteriormente se encontrará la médula ósea. Aquí,
posteriormente, la sangre transportará células hematopoyéticas.
La osificación también es facilitada por la circulación sanguínea que transporta
osteoblastos hacia la región central del modelo cartilaginoso, y estas células comienzan a
secretar una matriz ósea mineralizada y rica en colágeno. Cuando la matriz queda osificada y
estas células quedan atrapadas en lagunas, pasan a llamarse osteocitos. Este proceso se inicia
en la porción central o diáfisis del hueso, donde actúan también los osteoclastos, y se extiende
hacia las epífisis. Posteriormente aparecen dos centros de osificación secundarios, uno en
cada epífisis, que permiten la osificación de los extremos de los huesos, exactamente por los
mismos procesos.
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Fisiología del Desarrollo
Para permitir el crecimiento del hueso, se mantienen dos placas de crecimiento en los
extremos de la diáfisis, donde se encuentran condrocitos que proliferan, y se van
hipertrofiando hacia la porción central de la diáfisis del hueso. Finalmente aparecen los
osteoblastos, osteocitos y osteoclastos, por este mismo orden.
En estos procesos también intervienen las hormonas, cuyo papel es fundamental en
este caso. Las hormonas del crecimiento GH, las hormonas tiroideas y las hormonas
paratiroideas regulan la homeostasis del calcio, y facilitan su transporte hasta el esqueleto del
embrión, desde la cáscara en las aves o de la placenta en mamíferos. También intervienen el
factor ILGF (factor similar a la insulina) y FGF. Las anomalías o carencias de FGF pueden causar
importantes malformaciones como el labio leporino con paladar hendido, las costillas
fundidas, o esternón bífido.
Este mismo tipo de osificación da lugar a la formación de las vértebras, las costillas, y
los huesos largos, pero en el caso de las vértebras y costillas, las células proceden del
esclerotomo. Se produce una intercalación de los somites del esclerotomo y del miotomo, de
forma que la disposición relativa final de la musculatura y las vértebras permite arquear la
espalda del animal. Para ello los esclerotomos deben dividirse en sentido anteroposterior y
fusionarse de forma distinta.
Esclerotomo
Miotomo
Vértebra
Músculo
El cráneo formado consta de dos porciones o tipos de hueso de distinto origen. Los
huesos planos de la bóveda craneana y las trabéculas de la base, que separa el sistema
nervioso del paladar reciben el nombre de neurocráneo. El neurocráneo tiene distintos
orígenes; la bóveda se forma por osificación intramembranosa mientras que la base es de
origen endocondral. El viscerocráneo está constituído por el resto de huesos de la cara, y estos
también pueden ser intramembranosos o endocondrales.
La formación de las extremidades implica distintos componentes ectodérmicos y
mesodérmicos. Las células procedentes del miotomo, de consistencia mesenquimática, forman
dos placas laterales bajo el ectodermo, en posición ventral. Cada placa lateral dará lugar
posteriormente a cada una de las extremidades de tetrápodos, por interacción epiteliomesenquimática.
En primer lugar la porción ectodérmica externa a la placa lateral formará una
protuberancia llamada cresta apical ectodérmica, que se desarrolla formando el esbozo de la
extremidad. Esta región formada inicialmente es fundamental para que se produzca el
desarrollo de la región distal de la extremidad, es decir, los dedos, debido a las interacciones
espitelio-mesenquimáticas (estas células ectodérmicas son competentes para los factores
paracrinos mesenquimáticos). Si se eliminan estas células ectodérmicas, no se desarrolla la
porción distal de la extremidad. Si se añade una capa extra se observa la formación de dos
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Fisiología del Desarrollo
regiones distales de la extremidad, distintas. Si se intercambian las regiones ectodérmicas
correspondientes a las extremidades anterior y posterior, se forman las regiones distales de las
extremidades posteriores en las anteriores y viceversa.
Para el desarrollo de las extremidades es muy importante el ácido retinoico, que
avanza desde el nudo de henser formando un gradiente de concentración. Esta concentración
va a determinar la expresión de los distintos genes HOX. Además las distintas extremidades
anteriores y posteriores de vertebrados tetrápodos debe formarse en determinados somitas
muy concretos, esto viene controlado por Tbx5 en extremidades anteriores y Tbx4 en las
posteriores.
La determinación de los ejes de simetría de la extremidad es también muy temprana.
La zona de actividad polarizante determina la diferenciación antero-posterior, pues sintetiza
proteínas shh. El eje dorso-ventral viene determinado por la síntesis y liberación de Wnt7 en la
región dorsal de la extremidad.
La señal primaria procedente de las células del mesodermo de la placa lateral es el
FGF10, que en aves se expresa ente los somitas 15 y 20. Este factor actúa sobre la cresta apical
ecodérmica, la cual responde liberando FGF8, que a su vez actúa sobre el mesenquima. Este
segundo factor facilita la proliferación activa de las células mesenquimáticas, prolongando e
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Fisiología del Desarrollo
intensificando la síntesis de FGF10 por las mismas. La interacción FGF10-FGF8 continúa
durante todo el desarrollo de la extremidad permitiendo su desarrollo próximo-distal. Existe
una fuerte interacción entre la zona de actividad polarizante, que libera shh, la región dorsal
del embrión que libera Wnt7 y los FGF8 de la cresta apical ectodérmica, determinándose así
los ejes de simetría del desarrollo de las extremidades. Trasplantando la zona de actividad
polarizante de una extremidad a otra distinta se pierde el eje anteroposterior y se producen
importantes malformaciones.
Las proteínas BMP actúan después de la formación de la extremidad, induciendo la
apoptosis de las membranas interdigitales (o patagios), membranas de epitelio y dermis que
unen los dedos. Estas membranas son conservadas, por ejemplo, en las extremidades
anteriores de los murciélagos, o en las posteriores de los ánsares.
La amelia es la falta de extremidades. La micromelia es la formación de extremidades
muy cortas en proporción al cuerpo. La meromelia es el caso en el que los tejidos de las
extremidades aparecen fusionados a los del tronco. La sindactilia es una malformación por la
que no se produce apoptosis de la membrana interdigital. La polidactilia corresponde a la
aparición de un dedo extra. La sirenomelia es un caso particular, donde ambas extremidades
posteriores aparecen fusionadas entre sí. Esta malformación suele estar acompañada de otros
problemas abdominales internos. Los anfibios tienen capacidad de regenerar su extremidades
en estado adulto.
TEMA XVIII; Derivados Mesodérmicos; el Mesodermo de la Placa Lateral
El mesodermo de la placa lateral es el mesodermo correspondiente al mesodermo
parietal o somático (dorsal) y al mesodermo visceral o esplácnico (ventral). Estas células
formarán todo el sistema cardiovascular del embrión y del feto, incluidas las propias células
sanguíneas y los vasos sanguíneos extraembrionarios, como los vitelinos o los del cordón
umbilical.
Entre la capa parietal, que recubre el amnios, y la capa visceral, que recubre al saco
vitelino, se forma el celoma. La cavidad del celoma incluye a la cavidad pericárdica, la cavidad
pleural y la cavidad peritoneal o abdominal.
C
B
97
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Fisiología del Desarrollo
El corazón es el primer órgano en formarse en el embrión, y comienza a latir antes de
la formación del sistema nervioso. Sus células son las primeras en adquirir actividad contráctil.
En rata las pulsaciones comienzan a los 9,5 días, en pollos a las 33 horas, y en humano a los 22
días.
En la mitad de la línea primitiva hay células que ingresan entre el mesodermo
esplácnico y el endodermo, situándose en la mitad anterior del disco. Las células que van a
formar el corazón se sitúan en la porción esplácnica, separándose del resto de las células de la
placa lateral, y forman el mesodermo cardiogénico. La evolución de todas estas células está
muy influída y relacionada con el endodermo yuxtapuesto, que libera BMP y FGF. El tubo
digestivo aún no se ha cerrado. Este mesodermo cardiogénico dará lugar a todas las células del
miocardio.
Inicialmente se forman dos poblaciones aisladas de células; una en la mitad izquierda y
otra en la derecha. Se trata de las aortas embrionarias. Según el tubo digestivo se va cerrando
y revertiendo en sentido antero-posterior, las dos aortas pueden irse aproximando, hasta que
finalmente se fusionan. Antes de su fusión, las dos aortas independientes ya comienzan a
contraerse, y aparecen en sus células bombas de sodio-calcio. También tiene una fuerte
influencia el gradiente de concentración de fibronectina antero-posterior.
A
C
D
B
Así finalmente queda formado el tubo cardiaco en el interior de la cavidad pericárdica
del celoma. Este tubo se diferencia en un epicardio (Na) un miocardio (Ca) y un endocardio. La
-miosina, la actina cardiaca y el factor natriurético auricular son muy importantes durante la
formación y el desarrollo del tubo cardiaco.
Cuando las dos aortas se fusionan forman un tubo liso y uniforme. Entonces aparecen
engrosamientos divididos y se adquiere polaridad antero-posterior. A continuación el tubo con
cuatro engrosamientos se dobla enrrollandose sobre sí mismo, y adquiere finalmente una
polaridad bilateral (izquierda-derecha). Después aparecen las divisiones entre aurículas y
ventrículos. El mesodermo cardiogénico está determinado en distintas regiones por múltiples
factores paracrinos y autocrinos antes de su diferenciación macroscópica. Los
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Fisiología del Desarrollo
electrocardiogramas de fetos son semejantes a los de adultos, pero con mayor frecuencia. Si
los dos tubos no llegan a fusionarse se forman dos corazones distintos; esta malformación se
denomina cardia bífida.
El corazón comienza a latir antes de ser inervado, e incluso antes de la formación de
las propias células sanguíneas. La ritmicidad inherente del cardias viene determinada por el
seno venoso, que actúa como región marcapasos además de ser el principal punto inicial de
entrada de sangre. En el seno venoso se desencadenan impulsos despolarizantes sodio-calciodependientes que son transmitidos a todas las demás regiones del corazón a través de las
fibras de purkinge. Posteriormente se formará el SNA simpático y parasimpático que
modificará el tono cardiaco, así como el bulbo raquídeo, centro cardiovascular que regula la
frecuencia cardiaca y el diámetro de los vasos sanguíneos.
El ácido retinoico es responsable de la diferenciación del seno venoso y la aurícula. Las
primeras células sanguíneas comienzan a formarse en el saco vitelino, y son impulsadas por las
dos aortas separadas. Los tabiques del corazón se formarán posteriormente separando así la
sangre oxigenada sistémica (izquierda) y la desoxigenada pulmonar (derecha). Las fibras de
purkinge se reparten desde el seno venoso por todas las paredes internas cardiacas.
Los vasos sanguíneos se forman por dos procesos distintos. Primero se produce la
vasculogénesis, y a continuación, en algunos casos, se produce angiogénesis que da lugar a
vasos de mayor calibre.
La vasculogénesis comienza en las células mesenquimáticas de la placa lateral visceral
o esplácnica, que se diferencian en hemangioblastos. Estas células se agrupan formando
cúmulos donde se diferencian dos tipos celulares; las células cepa hematopoyéticas más
internas y los angioblastos externos que forman el endotelio de los capilares. Estos
hemangioblastos siguen proliferando y formando las primeras redes básicas de capilares
sanguíneos. Inicialmente la vasculogénesis tiene lugar en el saco vitelino, destinado a nutrir al
embrión, y este proceso recibe el nombre de vasculogénesis extraembrionaria. En este mismo
lugar, de hecho, se forman los primeros eritrocitos.
99
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Fisiología del Desarrollo
La angiogénesis consiste en la remodelación de los plexos capilares embrionarios para
formar vasos de mayor calibre y más complejos y diferenciados, como arteriolas, vénulas,
arterias y venas. Este proceso sólo puede tener lugar previa vasculogénesis. Implica la
formación de una membrana basal y de la musculatura lisa propia sobre los capilares.
Existen multitud de factores paracrinos que permiten que se produzca correctamente
los procesos de vasculogénesis y angiogénesis. En la vasculogénesis intervienen los FGF
implicados en la especificación de las células mesenquimáticas de la placa lateral en
hemangioblástos. El factor VEGF (vascular endotelial) facilita la proliferación de los capilares
sanguíneos. Las angiopoyetinas favorecen la unión de los pericitos alrededor de los primeros
vasos sanguíneos; estas células formarán la musculatura lisa que permite la vasodilatación y
vasoconstricción. Por otro lado, durante la angiogénesis, tiene una destacable importancia el
factor VEGF y las metaloproteasas que disgregan las redes capilares iniciales y destruyen su
matriz extracelular. Después de las disgregación hacen su efecto los factores TGF
(transformador), que endurece la matriz de los vasos que van a ser definitivos, y PDGF (platelet
derived) que capta nuevos pericitos en los vasos sanguíneos de mayor diámetro, aportando
consistencia y contractibilidad a los vasos definitivos. Aparecen también colágenos e
inhibidores de metaloproteasas. La efrinas (y receptores de efrinas) facilitan las uniones entre
las células endoteliales, y pueden inhibir la angiogénesis en determinados lugares del embrión.
Durante la formación de tumores tienen lugar los procesos de vasculogénesis y
angiogénesis. Las células tumorales emiten sustancias atrayentes que inducen la formación de
vasos sanguíneos, los cuales alimentan y mantienen a las células oncogénicas.
La circulación embrionaria, una vez formado el tubo cardiaco, irriga inicialmente los
arcos aórticos, donde se aporta la mayor parte de la sangre oxigenada que sale del corazón.
Esta circulación es muy importante para animales de respiración branquial, pues cada arco
aórtico irriga un arco branquial, futuras branquias. En animales de respiración pulmonar aérea,
los arcos generan vasos adecuados a la fisiología del animal, que se encuentran en la región
cervical o torácica.
100
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Fisiología del Desarrollo
Pares de arcos aórticos
I
II
III
IV
V
VI
Destino en animales de respiración pulmonar
Degenera
Degenera
Arterias carótidas
Arteria subclavia derecha y arco de la aorta (del cual deriva la
subclavia izquierda)
Degenera
Arteria pulmonar y conducto arterioso
El conducto arterioso es una comunicación directa entre la arteria pulmonar hacia la
aorta. Sólo se mantiene durante la vida fetal, cuando los pulmones no pueden ser funcionales.
En estas etapas los pulmones se encuentran colapsados, y por ello no necesitan un aporte
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Fisiología del Desarrollo
importante de sangre, que sí será fundamental para los intercambios de la respiración aérea.
Este conducto degenera en el nacimiento. En los fetos de mamífero se encuentra hemoglobina
fetal, distinta de la adulta por tener mayor afinidad por el oxígeno. También hay una elevada
cantidad de mioglobina. Así el feto se asegura el suministro suficiente de oxígeno de la sangre
materna.
El foramen oval es un orificio que comunica las aurículas izquierda y derecha. La
sangre que proviene de la placenta por la vena umbilical, llega a la aurícula derecha a través de
la vena cava inferior, y pasa directamente a la aurícula izquierda a través del foramen oval.
Desde ahí es proyectada por el ventrículo izquierdo a través de la arteria aorta a todo el
cuerpo, y es recogida por la vena cava superior, retornando así a la aurícula derecha. Desde ahí
puede también pasar directamente al ventrículo derecho y salir por la arteria pulmonar, en
este caso la sangre es desviada por el conducto arterioso a la aorta. A través de la aorta la
sangre puede también regresar a la placenta para intercambiar CO 2 y desechos con la sangre
materna. La sangre fetal se mezcla continuamente, y no hay delimitaciones claras en el
corazón entre la sangre oxigenada y desoxigenada. Por ello la hemoglobina fetal y la
mioglobina son de gran importancia.
En el nacimiento los pulmones se vuelven funcionales, y el conducto arterioso
degenera y cesa de ejercer su resistencia al flujo de sangre pulmonar. Los tabiques del corazón
terminan de formarse, y así en el recién nacido comienza a diferenciarse la sangre oxigenada
de la desoxigenada. El aumento de la presión sanguínea en el lado izquierdo del corazón, muy
por encima de la del derecho, favorece que se colapsen y cierren progresivamente tanto el
conducto arterioso como el foramen oval (tardan un tiempo desde el nacimiento). La
circulación placentaria se corta con el cordón umbilical. Anomalías en el cierre del conducto
arterioso o de los tabiques del corazón causan malformaciones y patologías como la mezcla de
sangres, la dilatación del cardias, o edemas pulmonares.
Antes del
nacimiento
Después del
nacimiento
102
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Fisiología del Desarrollo
Las células cepa hematopoyéticas (steam cells) son las células centrales de los
cúmulos de hemangioblastos que aparecen durante la vasculogénesis, que van a dar lugar a las
células sanguíneas. El factor SCF (células cepa) favorece su proliferación activa. Se distinguen
dos grandes grupos de células sanguíneas; las mieloides (CMP) y las linfoides (CLP), en cuya
diferenciación están implicados múltiples factores paracrinos, entre los que se encuentran
interleukinas y citokinas. Estas células se acumulan en la matriz del tejido donde se forman las
células sanguíneas, que es variable a lo largo de la ontogenia. Los factores paracrinos dan lugar
a la formación de los microambientes hematopoyéticos donde estas células proliferan a lo
largo de toda la vida.
La formación de los glóbulos rojos depende de la proteína eritropoyetina, que ejerce
su acción como factor paracrino. Se sintetiza cuando hay bajos niveles de oxígeno en sangre, o
poca cantidad de eritrocitos. Activa la génesis de glóbulos rojos y la síntesis de hemoglobina.
Los deportistas se inyectan eritropoyetina como método de dopaje, ya que no se puede
detectar, excepto realizando un hematocrito. Los centros de alto rendimiento son centros de
entrenamiento para deportistas de élite, que se encuentran en elevada altitud, donde se
favorece la síntesis de eritropoyetina por la bajada de la presión parcial de oxígeno. Los
osteoclastos derivan del grupo de los CMP, pues son en realidad macrófagos. La interleukina 6
favorece la génesis de estas células, que son a su vez inhibidas por los estrógenos.
Los lugares de síntesis de estas células son variables durante la ontogenia,
especialmente durante el desarrollo embrionario y fetal. Inicialmente estas células se
sintetizan en la aorta, la cresta genital y los mesonefros por un lado, y por el saco vitelino por
otro lado en las especies con vitelo (no en anfibios). A continuación estas funciones son
asumidas por el hígado, después el bazo, y finalmente la médula ósea en la mayoría de
vertebrados adultos, y la bolsa de fabricio en el caso de las aves cuyos huesos son muy ligeros
para permitir el vuelo. En placentarios, la propia placenta es una importante fuente de células
cepa sanguíneas para el embrión.
103
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Fisiología del Desarrollo
TEMA XVIII; Derivados Mesodérmicos; el Mesodermo Intermedio
El mesodermo intermedio es la fracción de la capa de células mesodérmicas que une
inicialmente a la placa lateral con cada somita. Esta porción de mesodermo va a dar luga a la
formación del aparato urinario, el aparato reproductor, y la corteza de la glándula adrenal ( o
tejido esteroidogénico).
Existen tres tipos evolutivos de aparato urinario. En los animales más evolucionados se
forman todos los tipos a lo largo del desarrollo, pero los adultos sólo mantienen el tipo más
evolucionado de unidad funcional en sus riñones; la nefrona. De hecho, en animales
evolucionados, el tipo más primitivo se forma en los segmentos corporales de la región
anterior, y los siguientes se van desarrollando hacia la región posterior.
El pronefros es el tipo de aparato excretor más primitivo, y no es funcional en reptiles,
aves y mamíferos. Las unidades excretoras del pronefros se presentan como tubos uriníferos
simples, de disposición segmentarias de acuerdo a la segmentación de los somitas. Presentan
glomérulos irrigados donde se extraen las excreciones, y un conducto ciliado o nefrostoma,
por donde es dirigida la excreción hasta el conducto pronéfrico común a través del cual todos
los nefrostomas vierten al exterior. Los conductos pronéfricos se mantienen en larvas de
teleósteos y larvas de anfibios. El conjunto de glomérulo y nefrostoma de cada segmento
forma un nefrotomo. Hay un nefrotomo por cada somita (uno en cada segmento y a cada lado
del cuerpo).
El mesonefro es el tipo de riñón intermedio evolutivamente, y también por su
disposición relativa antero-posterior. Las unidades excretoras del mesonefro ya no guardan
relación de segmentación con los somites, y son de hecho más numerosas que estos. En este
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Fisiología del Desarrollo
caso el mesodermo intermedio se disgrega y adopta consistencia mesenquimática, y estas
células se situan por detrás del pronefros formando el mesénquima nefrogénico. Si se elimina
experimentalmente el pronefros, no se forma el conducto mesonéfrico o de wolf que es una
prolongación del mismo conducto pronéfrico, el cual degenera progresivamente. Las unidades
escretoras se forman de un glomérulo y un túbulo mesonéfrico que vierte al conducto
mesonéfrico común. Este tipo de aparato urinario se conserva en los adultos de teleósteos y
anfibios, y es funcional en embriones de reptiles, aves, y mamíferos con placentas primitivas.
El metanefros es el tipo de riñón más evolucionado, presente en aves, reptiles y
mamíferos adultos. Se forma a partir del mesénquima nefrogénico, al igual que el metanefro.
La unidad excretora fundamental de este tipo de aparato urinario es la nefrona. No se aprecia
división segmentaria de ningún tipo. Se forma un conducto metanéfrico o uréter que es a su
vez una prolongación del tubo mesonéfrico, por donde las nefronas vierten sus excreciones a
través de los conductos colectores. En este caso no se trata de una prolongación longitudinal,
como en el caso anterior, sino que se desarrolla como una evaginación inicial de este conducto
mesonéfrico o de wolf. Si se eliminan los conductos anteriores, este tampoco se forma. En este
proceso está de nuevo implicado un proceso de inducción recíproca; la yema urétrica,
evaginación inicial del conducto de wolf induce la diferenciación del mesenquima metanéfrico
que forma las nefronas, y este a su vez induce el crecimiento del uréter desde la yema. Pueden
existir malformaciones renales como la agenesia renal (ausencia de riñón), la hipoplasia (riñón
de pequeño tamaño) y otras como aparición de riñones extra, o riñones más situados en el
abdomen.
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Fisiología del Desarrollo
La gónadas se forman a partir de la migración de las células germinales de
consistencia mesenquimática. Estas células se originan en el saco vitelino, y migran a través del
endodermo hasta la región posterior del embrión, cerca del metanefros, antes del cierre del
tubo digestivo. Aquí se encuentran con una gónada indiferenciada, en cuyo interior penetran.
En los lugares donde estas células se incrustan en las gónadas indiferenciales, aparecen
cordones sexuales primitivos. Esta gónada indiferenciada podrá dar lugar tanto a un ovario
como a un testículo, pero esto viene determinado genéticamente.
La gónada masculina o testículo se forma de varias estructuras. La corteza o epitelio
de la gónada indiferenciada se va a reducir y transformar en túnica albugínea. Los cordones
sexuales primarios, en cuyo interior se van a situar las células germinales, van a formar los
túbulos seminíferos ahuecándose en la madurez, y darán lugar en su interior a las células de
sertoli. Estas células van a sintetizar AMH (hormona antimulleriana) que va a desencadenar la
degeneración del conducto paramesonéfrico o de müller. Las células mesenquimáticas van a
formar las células de leydig en el tejido intersticial.
Las gónadas femeninas u ovarios se forman a partir de la misma estructura. El epitelio
o corteza prolifera hacia el interior y forma la región cortical donde se produce el desarrollo de
los óvulos y los folículos. Estas mismas células forman las células de la granulosa de los
folículos. En el interior se encuentran las células germinales junto con células mesenquimáticas
que van a forman vasos sanguíneos, y darán lugar también a las células de la teca.
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Fisiología del Desarrollo
Los conductos de los aparatos reproductores son diferentes, e inicialmente todo
embrión consta de dos gónadas indiferenciadas y cuatro conductos gonadales, dos de los
cuales deberán degenerar. Uno de ellos es el conducto de wolf o conducto mesonéfrico, que
en varones formará el epidídimo y los conductos deferentes que desembocan en la uretra,
pero en mujeres degenera. Por otro lado se forman unos conductos paramesonéfricos,
paralelos a los conductos de wolf, también llamados conductos de müller. Los conductos de
müller degeneran en varones debido a la secreción de AMH, pero en mujeres forman los
oviductos, el útero, y la vagina, con un orificio externo independiente de la uretra.
En teleósteos y anfibios no tienen metanefros y el mesonefro es utilizado entonces
como conducto urinario. En este caso los machos utilizan los conductos mesonéfricos tanto
para la eliminación de la orina como para la salida del esperma. El testículo utiliza de hecho al
riñón mesonéfrico para la eyaculación. En hembras el mesonefro es urinario, y el ovario utiliza
el conducto paramesonéfrio, y ninguno de los conductos degenera.
TEMA XIX; Derivados Endodérmicos
Entre los derivados endodérmicos se encuentran todas las estructuras que derivan del
tubo digestivo; esto incluye todo el sistema digestivo, el páncreas, el hígado, glándulas
endocrinas, la bolsa de fabricio de las aves y la vejiga natatoria de los peces. Existen
importantes interacciones epitelio-mesenquimáticas e inducciones recíprocas que implican a
múltiples factores paracrinos y a los genes HOX. La hoja endodérmica es constituída por las
células que ingresan desde el surco primmitivo y desplazan al hipoblasto, estas mismas células
forman el mesodermo.
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Fisiología del Desarrollo
El endodermo va a formar un tubo que inicialmente no está cerrado, pues su interior
forma un espacio contínuo con el interior del saco vitelino. Así, en primer lugar se forma el
tubo digestivo anterior y el posterior, y más tarde cuando se cierra el saco vitelino quedará
formado el tubo digestivo medio.
A nivel del corazón se forma una primera evaginación ventral del tubo anterior, antes
de que este se cierre, que dará lugar al tubo respiratorio. En esta región las células del
endodermo quedan recubiertas por células de del mesodermo de la placa lateral visceral o
esplácnica, que formarán la musculatura lisa (esta capa de mesodermo con endodermo forma
la esplacnopleura). Esta invaginación de la tráquea forma más y más ramificaciones que va a
dar lugar a los bronquios, bronquiolos y alveolos. Los alveolos quedan recubiertos por
fosfolípidos específicos que van a constituír el sulfactante. El sulfactante es una de las últimas
estructuras en formarse en el feto, y es el motivo de la inmadurez pulmonar de los recién
nacidos. Además es un avisador del parto, ya que su señal llega al útero facilitando las
contracciones. En la diferencianción del pulmón intervienen factores como FGF10, shh o BMP,
liberadas por el mesodermo.
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Fisiología del Desarrollo
En la región más anterior del tubo, próximos al corazón, se encuentran la bolsas
faríngeas con epitelio endodérmico interno, ectodérmico externo, y células mesenquimáticas
de la cresta neural. De esta región derivan el timo, las glándulas tiroides y paratiroides, las
amígdalas, y otras glándulas cercanas a la tráquea.
Otras evaginaciones del tubo digestivo se van a desarrollar para formar el hígado y el
páncreas. El mesodermo esplácnico libera factores paracrinos que determinan donde se van a
formar estos órganos, al igual que los pulmones y glándulas.
En la región anterior del tubo los epitelios ectodérmicos y endodérmicos se abren
formando el estomodeo, futura boca. Sucede lo mismo en la región anterior donde se forma el
proctodeo, futuro ano. El ectodermo oral va a formar la adenohipófisis, mientras que el
ectodermo nervioso va a formar la neurohipófisis.
La bolsa de Fabricio es un órgano que se encuentra en la región posterior del tubo
digestivo de las aves, a nivel de la cloaca. Se trata de un órgano inmunológico. La vejiga
natatoria es una evaginación del tubo digestivo de muchos peces que aparece detrás de las
branquias, de forma similar a los pulmones. Se llenan de gases actuando como órganos de
flotación.
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