Teórica mesodermo primera parte

Organogénesis
Mesodermo
Meso placa precordal: Mesenquima de la cara que dará el conectivo y
la musculatura de la cara. Condrocráneo.
Mesodermo paraxial o somítico o epímero
Placa segmentaria o meso no
segmentado
somitogénesis
Nogina expresada en placa segmentaria (inhibe señal de
BMP de ecto dorsal): Diferenciación de placa segmentaria
Somitos
Importante en el patrón segmentario
de embriones de vertebrados!!
-Las células se organizan en espiral
(somitómeros) luego se compactan, se
agrupan en un ―epitelio‖ y se separan.
-Número de somitos característico de una
especie!! (50 pollos, 65 en ratón)
Development 129, 3633-3644 (2002)
Development 129, 3633-3644 (2002)
Development 129, 3633-3644 (2002)
Vía Notch indicaría
el lugar donde se
forman los límites. El
regreso de la linea
primitiva regularia
el ritmo de la
somitogénesis (nodo
con señales que
inhiben la expresión
de lunatic fringe)
Forma
inactiva
de Notch
GFP
solo no
borde
Development 129, 3633-3644 (2002)
Expresión de Hairy 1: Se expresaría de modo dinámico (movimiento hacia
anterior). La expresión es controlada por Notch.
La
expresión
de Hairy 1 es
dinámica.
Primero se
expresa en la
parte caudal
y luego hacia
anterior!!
Varía con una periodicidad de 90 minutos en pollos. Somitogénesis en ratón
cada 2 hs y en zebrafish cada 30 min.
PSM:
mesaodermo
presomítico
Muchos otros genes aparte de Hairly
muestran un comportamiento dinámico
similar. Se observó en peces, ratones, pollo y
ratón indicando que el ―reloj‖ de
segmentación es un mecanismo conservado
entre los vertebrados.
Sequence of lunatic fringe mRNA expression during formation of the 18th somite in the chick embryo. Rostral
to the top. Adapted from Mcgrew, et al., (1998).
her1 and her7 genes
are summarized as her
hairy, hey, and hes genes are summarized
as hes. NICD
Mechanisms of Development 124(7-8), pp501-517 (2007)
A segmentation clock, generated by a Notch-signalling-based oscillator, is
central to somitogenesis in vertebrates90, 94. The Notch pathway is activated by
a signal from the ligand Delta in an adjacent cell. Notch then activates several
downstream target genes, including those that encode transcription factors
from the hairy/enhancer of split (HES) family, Lunatic fringe (LFNG) and Delta.
HES family proteins repress their own expression and that of other Notch
pathway genes (Lfngor Delta) (panel a). These regulatory interactions result in
oscillations in the levels of the products of these genes within individual cells,
which appear as anteriorly progressing waves of expression in the presomitic
mesoderm (PSM; panel b). Each wave of expression precedes the formation of
one somite. The extent to which intracellular versus extracellular (Notch)
negative regulatory feedback loops set the period of these oscillations is still
debated. Intercellular Notch signalling might couple oscillations in neighbouring
cells. Opposing and antagonistic retinoic acid and fibroblast growth factor
(FGF) gradients form a 'determination front'. Oscillations cease and somites
are patterned in this region of the PSM — cells that fall below a particular
threshold of FGF signalling during the period of one oscillation form a somite.
Las efrinas y sus receptores serían los genes que responderían al
factor de transcripción Hairy.
repulsión
R
La región posterior no
expresa efrina hasta
que el somito anterior
no se separo.
No hay expresión de
cadherinas entre los
somitos.
Current Biology, Vol. 13, 1571–1582, September 16, 2003
- Antes de la separación del somito las células se hacen tipo
―epiteliales‖. Sintetizan Fibronectina y cadherina-N, que las unen y
generan su propia membrana basal.
Reguladas por la expresión del gen
Paraxis y por una proteína GTPasa
RAC I (se activa cuando la integrina
se une a fibronectina)
El meso de la placa segmentaria es determinado
por su posición AP (Hox)
Se diferencia de
acuerdo a su
posición original
¿Que darán los somitos?
- Cartílago de vertebras y costillas
- Músculo de caja toraxica, de extremidades,
de pared abdominal, de espalda y lengua
- Dermis de la piel dorsal
Dermis de la espalda
hipaxial
Músculos de
la pared
corporal,
extremidades
y lengua
epaxial
Músculos
profundos de
la espalda
Cartílago de vertebras y costillas
hipaxiales
epaxiales
-
Shh (algunos también nogina de notocorda).
Expresa Pax1 (diferenciación en cartílago) y I-mf
(inhiben la formación del músculo).
Induce a las células mesenquimáticas
a secretar epimorfina que atrae alas
células del esclerótomo alrededor de
noto y TN
Formación de músculo
factores de transcripción MyoD y Myf5. Se unen al ADN y activan genes
específicos del músculo.
Miotúbulo por unión de mioblastos y disolución de sus membranas.
Organización del tejido óseo en vertebrados
Meso cefálico
ccn
ccn
Dermatocráneo (rojo), condrocráneo (azul) y
esplacnocráneo (amarillo)
Cráneo perro (En Kardong)
Confirmación usando marcadores de CCN, (Chai et
al., 2000; Jiang et al., 2000; Jiang et al., 2002;
Matsuoka et al., 2005).
Huesos
-esqueleto axial: de somitos
-Miembros : de meso de placas laterales
-De arco branquial (hueso y cartílago): de cresta
neural
Mesenquima
Huesos
Óseo (hueso de la cara y
parte de cráneo)
Osificación intramembranosa o dérmica
hueso
cartílago
Osificación endocondral (Vertebra, costillas,miembros y
parte cráneo)
Mesenquima
OSIFICACION ENDOCONDRAL
Costillas, vertebras y huesos de miembros
esclerótomo
MPL
Cél. Mesenquimática inducida por factores a expresar PAX1 y scleraxis.
Activan genes específicos de cartílago
Condensación : condrocitos
Proliferación, secreción de ME
Fin de proliferación, hipertrofia,
alteración de ME, calcificación,
s! VEGF, muerte, invasión de
vasos
Osteoblastos y
condreoclastros. Reemplazo
OSIFICACION ENDOCONDRAL
Desarrollo de los miembros
- Eje próximo-distal (Cerca del cuerpo, lejos del cuerpo)
- Eje antero-posterior (Pulgar-meñique)
- Eje dorso-ventral (nudillos-palma)
Húmero
Radio/cúbito
Carpo/dedos de mano
Fémur
Tibia/Peroné
Tarso/dedos de pie
¿Dónde se forman las extremidades?
Difiere en los distintos vertebrados con respecto al nivel de somita
pero es cte. su posición respecto a la expresión de genes Hox a
lo largo del eje AP. Ej: en peces, anfibios, aves y mamíferos los
esbozos anteriores en la región de expresión de Hox c-b
Lám del meso lat en el
campo de extremidad
(región que es capaz de
formar miembro) induce a
los mioblastos a migrar
de somitos y dar
musculatura
El ácido retinoico es crítico para el inicio de la evaginación del esbozo de
extremidad.
A
Gradiente de ácido retinoico
P
Activación de genes Homeóticos
en ciertas células y las especifica
a ser incluidas dentro del campo
de extremidad.
Esbozo de extremidad: - Precursores esqueléticos (del meso de lamina laterales)
- Precursores de músculo (de somitos)
Señal para formar de extremidad FGF10 de la lámina del meso
lateral.
Inician las interacciones formadoras de músculo entre el
ecto y el meso.
Si ponemos ―bolitas‖· con FGF10 ectopicamente debajo del
ecto se d! extremidades extras.
A
Wnt
F
FGF 10
G
(en meso
F lateral)
1
Wnt
FGF 10
0
P
Proteína Wnt estabilizaría a FGF 10 en los sitios donde se
desarrollaran los miembros (aparentemente el meso
intermedio sería el intermediario que estabilizaría a Wnt
para iniciar la cascada de FGF)
Nota: También se postula a FGF-8 del meso intermedio y de
la placa lateral como involucrada en la inducción de la
extremidad.
¿Dónde la extremidad anterior y dónde la posterior?
Extremidad anterior: F. de transcripción Tbx5 (azul).
Extremidad posterior: Tbx4 (rojo). Se requiere de Pitx 1 para que Tbx4 se
exprese.
zebrafish
Eje Próximo-Distal
FGF10 ( secretado por las células mesenquimáticas ) inducen al ectodermo a
formar CRESTA APICAL ECTODERMICA (CAE)
Ppal. Centro de señalización en la extremidad en desarrollo
Funciones de la CAE: - mantenimiento del mesénquima por debajo de ella en
estado proliferativo (crec. Próximo distal)
- Mantenimiento de la expresión de moléculas que
general el eje AP (pulgar-meñique)
- Interacción con proteínas que especifican el eje AP y
DV de modo que las células reciban instrucciones para diferenciarse.
Las células mesenquimáticas inducen y mantienen la
CAE y determinan el tipo de extremidad. La CAE es
responsable de la evaginación y desarrollo contínuo
del miembro.
FGF10 (producido por
mesenquimáticas) induce
la formación de CAE e
induce a CAE a sintetizar y
secretar FGF8.
Nm: mesodermo nefrogénico.
En azul expresión de FGF8
En CAE se expresan numerosos genes, solo los pertenecientes a la
familia de FGF son capaces de permitir en crecimiento cuando la CAE
es eliminada.
SE expresan FGF2, 4 ,8, 9 y 17.
Los más importantes. FGF4 se
localiza en la región posterior de la
CAE y FGF8 todo a lo largo.
Ratones knockout de FGF8 resultan en hipoplasia de
los elementos esqueléticos (compensado por FGF4).
Ratones knockout para FGF4 y FGF8: sin extremidad!!
Sin FGF 8 y 4 en la CAE reducción de la tasa de
proliferación y aumento de la apoptosis en las células
No extremidad
adyacentes a la CAE
Saunders (1948): Si se saca CAE en estadio temprano: solo húmero.
Si se saca CAE mas tarde: húmero, radio y cúbito.
La especificidad depende del mesénquima.
Experimentos: -CAE viejas con mesénquima joven
-CAE jóvenes con mesénquima viejo
Extremidades normales
-Zona de progreso entera (mesenquima+CAE) en
esbozo de extremidad en embriones tardíos: Nuevas estructuras
proximales.
- Zona de progresión vieja en embriones jovenes:
Estructuras distales.
Modelo de tiempo vs. Modelo de espacio
Modelo de la Zona de progreso
- Las células mesodérmicas son
especificadas de acuerdo con el
tiempo que pasa % en la ZP.
-A mayor tiempo en la ZP, mas
mitosis, + distal en su especificación.
- Las primeras que lo dejan:
estilopodio
- Si se saca CAE, las células no se
% +, solo estructuras proximales
(Ojo!!! No explica experimentos en ratones
donde de inhibe la M! y en vez de tener
proximales hay distales)
Modelo de asignación temprana
y de expansión del progenitor
-Las células están especificadas, las %
solo expanden esta población.
- Cuando se saca CAE hay apoptosis por
aproximadamente 200 um. Solo se
mantienen las que darán estilopodio.
Genes Hox también importantes en determinar si una célula
mesenquimática será estilo, zeugo o autopodio
Especificación del eje antero-posterior (pulgar meñique)
Zona de actividad
polarizante
El ácido retinoico induce el establecimiento de la ZPA.
Shh es activado por una proteína
FGF que viene de la CAE. FGF8
secretado desde CAE activa Shh
Ác. retinoico
Hoxb-8 y dHand
El ácido retinoico induce la expresión de Hoxb-8
y dHand que resulta en la expresión de Shh en la
ZAP.
Si se pone Hoxb8 en la región anterior, hay
duplicación de extremidades
Shh no se difunde fuera de ZAP!!!, inicia y sostiene un gradiente de proteína
como BMP2 y BMP7 y estas especifican los dígitos a través del mesodermo
interdigital.
Tejido interdigital especifica la identidad de cada dígito que está formado
anterior a ella (EN ETAPA TARDIA!!)
En el tejido interdigital expresión de BMP y Gli3
No SHH
SH
H
SHH
Nogina inh de BMP
Eje Dorso ventral
Si se rota 180º el ecto con respecto al mesenquima el eje DV es invertido
parcialmente (dígitos al revés). Aparentemente Wnt 7a
Induce gen Lmx1 que codifica para
un factor de transcripción en el
mesénquima dorsal
Codifica un factor de transcripción
esencial para el destino celular
Nota: En el ectodermo ventral se
observó la expresión del gen En 1
(Engrailed-1) y del receptor tipo 1 de
BMP (Bmpr1a).
Eliminación de Wnt: extremidad bi-ventral
Eliminación de En1 y Bmpr1a: Extremidad bi-dorsal
Se observó que al eliminar Wnt7a ocurre expresión de En1 o Bmpr 1a
en el ectodermo dorsal. Al eliminar En1 o Bmpr1a ocurre expresión
ectópica de Wnt7a en y Lmx 1b en el mesodermo ventral.
Los 3 ejes están interrelacionados y coordinados
dHand
Interacciones moleculares entre
los centros de señalización
durante la formación de la
extremidad.
El FGF8 producido en la CAE induce
proliferación de las células del
mesénquima de la Zona de Progreso. dHand
induce la expresión de Shh en la región
posterior del primordio,la cual representa a la
Zona de Actividad Polarizante (ZPA). A
su vez, Shh induce a Gremlin que bloquea la
acción de BMP permitiendo la expresión de
FGF4 en la porción posterior del
ectodermo. Además, la expresión de Shh se
mantiene por FGF4 que es inducido por
FGF8. Wnt7 a que se expresa en el
Ectodermo Dorsal también mantiene la
expresión de Shh y de FgF8.
Tinción de tejido cartilaginoso
La expresión de Sox9 precede y coincide en las zonas en donde los
elementos esqueléticos se forman. Varias evidencias indican que Sox 9 es el
inductor primario de la condrogénesis.
Este patrón de expresión
sugiere la participación de la BMP-7 en la regulación de la muerte celular interdigital y en otros procesos tal como la especificación
de la identidad de los dedos.