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Segmentación - 5
Biol 3019 Biol del Desarrollo
JA Cardé, PhD
UPR - Aguadilla
Objetivos
Repaso de las etapas principales que
caracterizan el proceso de segmentación
Mitosis  blástula  gástrula
Repaso de aspectos comunes en todos los
organismos
Detalles en el proceso de segmentación en
algunos organismos representativos
C elegans
Xenopus
Drosophila
Glosario Molecular Biology -
Introducción
 Polaridad, simetría y el patrón del
embrión - características del huevo
determinadas antes de la fecundación
 El citoplasma tiene rol principal en
determinar los patrones de
segmentacion, gastrulacion y
determinación (celular commitment)
antes de la diferenciación
 Segmentación  Gastrulación  3
Planos corporales
 anterior posterior
 dorsal ventral
 izquierdo y derecho
 Especificados por distintos mecanismos
a distintos momentos
Patrones de Desarrollo en metazoas
Organismos clasificados en
base a patrones de desarrollo:
Ser eucariota? –
núcleo con cromosomas
 mitosis
Ser eucariota multicelular
células surgen por mitosis,
organizadas funcionales como un
todo
Ser metazoario?  animal,
con desarrollo
PLT gastrula
Patrones de Desarrollo en metazoas
35 filos metazoa
35 tipos de
desarrollos
4 ramas principales
Esponjas
Diploblastos
Tripoblastos
Protostomados
Deuterostomados
Patrones de Desarrollo en Metazoas
 Esponjas – considerados
ancestrales
 arqueocitos: totipotentes, pueden
diferenciarse en todos los otros tipos
de células
 Regeneración - celulas dispersadas
se pueden reagregar, esto es
especie específico
 no mesodermo, no sistemas de
órganos
 pasan gastrulacion, embrion y larva
 Muy diferentes a metazoa per tienen:
 proteinas reguladoras de genes
 casacadas de señales como todos
los demas
Patrones de Desarrollo en Metazoas
diploblastos –Cnidaria/Ctenoforos
2 capas germinales
 endodermo y ectodermos
Poco o ningún, simetria radial,
(raros casos de bilateral, hidra)
 Algunos con mesodermo pero no
relacionado al mesodermo de triplo
Cindarios con músculos estriado
para nadar
 molecularmente ni por desarrollo
se parecen a los de los superiores
Patrones de Desarrollo en Metazoas
Triploblastos - 3 capas
embrionarias
Ecto/endo y mesodermo
desarrollado
mucho movimiento
cuerpos grandes
por músculos, sistema
circulatorio
Bilaterios: simetría bilateral,
con lados izquierdos,
subdivididos en:
protostomados
deuterostomados
Patrones de Desarrollo en Metazoas
 - protostomados – (boca primero)
 se desarrolla primero y cerca del
blastoporo
 generado en gastrulacion.
 ano se forma luego y en otra
localizacion
 celoma a partir de hueco en el
mesodermo (schizocoelus)
 Ecdizoarios - muda/exoesqueleto
Artrópodos y Nemátodos (redondos)
 Lofotrocozoarios – en común:
 segmentación espiral
 larvas trocóforas (ruedas)
 plantónicas
 con cilios para locomoción
 Gusanos planos, anélidos y
moluscos
Patrones de Desarrollo en Metazoas
 - deuterostomados – (boca
segundo) – la boca se forma
luego del ano
 Principalmente cordados
 Equinodermos
 Enterocelomados - celoma
formado por bolsas generados
en el GI.
 Incluye equinodermos y
cordados, invertebrados y
vertebrado, tienen notocordio
 Lancetas, tunicados
 Notocordio y arcos branquiales
Patrones de Desarrollo en metazoas
 Segmentación
 serie de divisiones mitóticas, se segmenta el volumen de
citoplasma en blastómeros
 velocidad inicial de división celuar y localización de los
blastómeros bajo el control de material preformado, mas tarde
bajo control del nuevo genoma
 No aumento del volumen citoplásmico
 Ej:velocidad de 50,000 células en 12 hrs y de 40,000 células
en 43 horas
 por inhibición temporal de G1 y G2
Fecundacion  Segmentación
 fecundación activa síntesis de proteína, de DNA y reinicio
del ciclo celular.
 Activación del MPF – (mitosis promoting factor) reanuda
meiosis en ovocitos y controla segmentación
 Mitosis bifásica (M y S), correlaciona con niveles altos y
bajos de MPF, respectivamente
 MPF compuesto de dos subU: Ciclina B y CDK
Fecundación  Segmentación
 - ciclina B – subU grande
 conducta ciclica observada
(aumenta en M, se degrada en S)
 su mRNA es preformado, si se
bloquea su traducción no mitosis
 - cycin dependent kinase (CDK) –
subU pequeña, regulada por B
 activa mitosis fosforilando
histonas, proteínas de laminina y
subU regladora de miosina
 funciones: condensar cromatina,
polimerizar membrana, organizar
huso mitótico
 Ciclo celular temprano es
independiente del genoma cigótico
Fecundación  Segmentación MBT
 Mitosis rápidas-bifásicas-sincronizadas  agotan lo preF
 MBT – midblastula transition: Se da cuando:
 MPF viene a ser regulado negativamente
 1) se le añade G1 y G2 al ciclo celular
 Xenopus – las añade luego de división 12
 Drosophila- añade G2 en la 14 y G1 en el 17.
 2) se pierde la sincronía de las divisiones
 cada célula produce distintos reguladores de MPF, se van “on their
own” (expresión diferencial del genoma)
 3) síntesis de mRNA de novo para lo próximo: gastrulación
 α Amanitina / Actinomicina D
 Cicloheximida / emetina
Mitosis: Mecanismos Citoesqueletales
Carioquinesis
Huso
Citoquinesis
Anillo Contractil
Tubulina/Flagelo
Citoplasma central
Actina/ proceso
acros, microvilis
Citoplasma cortical
Microtubulos
(Colchicina/nocoda
zole)
Microfilamentos
(Citocalasina B)
 Perpendiculares entre si
 El huso esta interno al anillo.
 Cual de ellos genera el zurco de
segmentación?
 Cual separa cromosomas y transporta?
 Localizacion de centriolos define
 Orientacion del huso
 Plano de la division
 orientacion de blastomeros 
- Anterior y posterior – a favor o en contra
del reloj
- Dorsal y ventral - Izquierda y derecha
Patrones de Segmentación
 - Definidos por:
 1) cantidad y distribución de vitelo
 2) factores en el citoplasma del huevo que influyen en el
ángulo del huso y tiempo)
 - La cantidad y distribución determina:
 donde ocurre la división
 el tamaño relativo del blastómero,
 vitelo inhibe la segmentación
 polo vegetativo – lento sin actividad, mucho vitelo
 polo animado – rápido activo, poco vitelo,
 el núcleo cigótico se desplaza a este polo
Patrones de Segmentación
 Definidos por extremos
 Isolecito – poco vitelo. bien
distribuido
 Segmentación holoblástica
 Poco vitelo = larvas voraces
 Telo y centrolecitos –
mucho vitelo, en áreas
concentrado
 Segmentación meroblástica:
discoidal o superficial
 Vitelo para desarrollo completo
 Hay genética también:
isolecitos q tambien tienen:
 holoblástica, variantes:
radial, espiral, bilateral y
rotacional
 Sugiere otros factores
(genes)
Gastrulación
 Blástula – numerosos blastómeros - - posiciones asignadas por
la segmentación
 Gástrula – asigna nueva localización a blastomeros, nuevos
vecinos, nuevas interacciones entre capas
 Plan corporal en multicapas
 células que se dispersan en la superficie ectodermo
 células que migran al interior  endodermo y mesodermo
Gastrulación – Movimientos morfogenéticos
 Combinación de movimientos que
involucran el embrión completo:
 invaginación – doblez hacia
adentro de una capa de células
 involución – movimiento hacia
dentro de una capa externa en
expansión
 esta se desliza sobre la superficie
interna de las células externas
restantes
 ingresión – migración de células
individuales e independientes
hacia el interior del embrión, se
convierten en mesénquima
Gastrulación – Movimientos morfogenéticos
 Delaminación – división de una capa de células en 2 o
mas capas paralelas,
 pareciera ingresión pero resulta en nuevas capas epiteliales
 Epibolia – movimiento de capas epiteliales (ectodermo)
como una sola unidad para cubrir capas interna, pueden
ser por:
 células dividiéndose
 cambiando de forma
 capas intercalándose
 o todas a la vez.
Ejes: A/P, D/V, I/D.
 El embrión tiene que desarrollar
los 3 ejes basales para el cuerpo
 AP – antero-posterior – línea
desde la cabeza a la cola (boca
a ano) (SV en anolis)
 DV – dorsal-ventral – línea
desde el dorso hasta el vientre .
 RL – derecho-izquierdo – linea
entre los dos lados del cuerpo.
 humanos somos simétricos y
asimetricos
 pero corazón, hígado, baso,
vesícula, apéndice, colon
Caenorhabditis elegans
 1mm, vida libre, 959 células, hemafroditas, fecundación interna
 Reproducción sexual o asexual
 Embriogénesis rápida (16 hrs)
 Espermatozoide mótil, ameboide
 Linajes celulares bien estudiados: cada célula de donde viene
 a que tejido aporta?
 Genoma compacto, primer multicelular en secuenciarse
 18K – 20K vs 20K – 25K genes pero solo 3% el numero de ncltds
Caenorhabditis elegans
 Ovocito rueda por la espermateca
 espermatozoides ameboide se funden con ovulo
 polispermia evitada por síntesis de quitina
 Segmentación holoblástica, rotacional
 Cada segmentación es asimétrica  dos células

una celula fundadora (AB,EMS) que se diferencia en otras
 celula madre (P1-P4)
 descendientes
Eje Antero Posterior
 determinado por la posición del pronúcleo del espermatozoide

- el ovocito tiene factores dsitribuidos NO uniformemente
(proteinas PAR)

- PAR 3, 6 y PKC-3 en la región cortical uniformemente
distribuidas

- PAR 1 y 2 en el centro, PKC3 los fosforila y asi los
confina al centro
Eje Antero Posterior
 Entra esperm
 Su centrosoma (centriolos y MTOC)
contacta la región cortical
 Se generan movimientos que lo
empujan al lado del ovulo que se
convertirá en posterior
 Los microtubulos ensamblados
protegen a PAR2 y no es mas
fosforilado por lo que migra junto con
PAR 1 a la corteza
 PAR 1 fosforila a PAR 3 y esto lo
obliga a que se aleje de la corteza con
la PKC
Eje Antero Posterior
 Microtubulos huso contraen
a los filamentos de
actina/miosina del
citosesqueleto
 Desplaza a PAR 3, 6 y
PKC3 lejos del centrosoma
o sea del polo posterior
 Luego de la primera
división:
 PARs 3, 6 y PKC estan en
anterior y
 PARs 1 y 2 estan en el
posterior
Eje Dorso-Ventral
 Se establece luego de la primera
división, de la que resultan AB y P1
 Cuando AB se divide (ABa/ABp) se
agrandan tanto que se comprimen
entre si y se deslizan, una queda
anterior (ABa) y la otra posterior ABp.
 Cuando P1 se divide forma P2 y
EMS,
 La ABp queda sobre EMS;
 PLT…
 EMS define ventral y ABp define
dorsal
Eje Lateral; Izq/Der - Asignado
 Se define en etapa de 12 células:
 Aqui MS (que sale de EMS,)
contacta la mitad de las “nietas” de
ABa determinando el lado derecho
 Evidencia de rotación 1200 en
membrana vitelina siempre hacia el
mismo lado, antes de division 1
 Sugiere lado izq y derecho
predeterminados en el cigoto.
 Si se mutan las PARs o el citoesqueleto, la rotación y
determinación del lado se da al azar.
Gastrulación
 Temprano, luego de P4 en etapas
de 26 células
 Hijas de E (Ea y Ep) migran
desde lado ventral hacia el centro
 Forma blastoporo
 Se dividen y forman GI de 20
celulas
 Migra P4 por el blastoporo
 Hijas de MS migran por lado
anterior
 Hijas de C y D por lado posterior
 6 horas luego hijas de AB para
faringe migran
 Epibolia de hipoblasto (piel)
cierran el blastoporo
Epilogo
 Por 6 horas sigue migración y
desarrollo de órganos
 Gusano de 556 células
 2 líneas germinales
 Enfoque celular  diferenciación
 Células iguales se diferencian
 Apoptosis: 115 celulas
 4 mudas
 959 células, hemafrodita
 Fusión celular – distintivo – sincitios
 186  hipodermis 8 sincitios
 Vúva, útero y faringe