Línies detallades de treball > Formació del patró (patterning) esquerra-dreta

En el nostre laboratori utilitzem brots de membres de vertebrats com a assaig experimental per tal d'estudiar els mecanismes cel·lulars i moleculars que regulen la formació de les estructures durant l'embriogènesi. Els membres de vertebrats tenen molta importància perquè estan relacionats amb la locomoció, l'alimentació, la còpula, la comunicació i altres tasques complexes. Al llarg dels anys, els estudis embriològics clàssics en embrions d'aus i d'amfibis combinats amb treballs d'expressió ectòpica en pollets i en ratolins genoanul·lats han contribuït enormement a entendre com estan integrats el creixement i l'estructura en les arrels dels membres. Gràcies a aquest i altres estudis ha quedat clar que molts mecanismes que regulen el creixement i l'estructura en les arrels dels membres també s'utilitzen en moltes altres estructures embrionàries i òrgans al llarg del desenvolupament embrionari. Una síntesi de les aproximacions embriològiques, cel·lulars, moleculars i evolutives a l'estudi del desenvolupament dels membres en diferents organismes ha permès comprendre la varietat de mecanismes d'estructura que s'han conservat durant l'evolució.

L'inici de les extremitats (l'arrel de les extremitats) apareix en indrets específics en l'embrió en desenvolupament (Figura 1A) situat en combinació de factors que proporcionen entrades situacionals. Després l'arrel de les extremitats, constituïda de cèl·lules mesenquimals cobertes d'ectoderm, comença a créixer cap a fora de la paret corporal i hi ha establertes interaccions que coordinen el creixement i l'estructura a través de les activitats de les regions especialitzades de l'arrel de les extremitats que actuen com a organitzadors (Figura 1B). Aquest mecanisme bàsic que opera (amb algunes variacions) en la majoria de tetràpodes, causa el desenvolupament d'una varietat de membres de vertebrats adults que, a pesar de les seves diferents morfologies i funcionalitats, comparteixen un pla morfològic comú (Figura 1C).

  • Figura 1A

Figura 1A: Asimetries viscerals de dreta-esquerra en humans. La disposició asimètrica normal dels òrgans interns s'anomena situs solitus i es manifesta en la gran majoria d'individus de totes les espècies que existeixen. En els humans, el pulmó esquerre té dos lòbuls i el dret en té tres. Igual que en molts vertebrats, en els humans la gran part del cor està a l'esquerre com també ho està l'estómac i la melsa mentre que el fetge està a la dreta majoritàriament. (b) Una imatge mirall de la disposició asimètrica normal dels òrgans interns es coneix per situs inversus. En els humans, aquesta condició generalment és benigna i se sol diagnosticar per casualitat. (c i d) El fenomen de les asimetries viscerals de dreta-esquerra com si existissin dos costats drets (c) o dos costats esquerres (d) del cos s'anomena isomerisme dret o esquerre respectivament. Adaptat per Capdevila et al, Cell 101:9-21; 2000.

  • Figura 1B

Figura 1B: Cascades genètiques primerenques de dreta-esquerra en l'embrió de pollet. S'han descrit sèries de transcripcions específiques dels costats en els embrions de pollets tal com està representat en aquest esquema. Shh està en els dos costats del node de Hensen fins a l'estadi HH4+ de l'embrió de pollet, aleshores la seva expressió es reprimeix amb BMP4 al costat dret i es restringeix al costat esquerre. A més, la BMP4 desencadena una cascada en sentit descendent dels gens del costat dret i a la vegada això contribueix a bloquejar l'expressió de determinants del costat esquerre (senyalat amb color feble). En contraposició, la persistència de l'expressió Shh en el costat esquerre del node de Hensen causa l'expressió de Nodal i la seva cascada de destí Pitx2 en el mesoderm lateral esquerre. La posició de les diferents transcripcions de gens en el diagrama indica relacions epistàtiques i no pas dominis específics d'expressió. Les transcripcions del costat dret es mostren de color verd mentre que els gens expressats al costat esquerre s'indiquen amb color groc. Les fletxes signifiquen regulació transcripcional positiva mentre que les barres en T indiquen una regulació negativa. L'origen del diagrama és una vista dorsal d'un embrió de pollet a l'estadi HH5+ anterior al superior.

  • Figura 1C

Figura 1C: Asimetries dreta-esquerra primerenques en els nivells de Ca2+ extracel·lulars. (A)-(D), les asimetries epigenètiques es fan evidents en l'embrió de pollet primerenc com la distribució de Ca2+ extracel·lular que en el costat esquerre del node de Hensen creix relativament en comparació amb el costat dret de HH4-6. Els nivells extracel·lulars de Ca2+ es visualitzen en embrions de pollets vius amb un microscopi per excitació de dos fotons utilitzant l'indicador impermeable de cèl·lules Calcium Green-5N i són clarament asimètriques entre HH4-6 (A)-(C) i esdevenen bilateralment simètriques en HH8 (D). (E)-(H), La inhibició de l'activitat d'ATPasa-H+/K+ per la incubació amb omeprazol (F, H) aboleix la distribució asimètrica de Ca2+ extracel·lular tant en HH5 (F) com en HH6 (H). La incubació amb DMSO no altera la distribució asimètrica normal de Ca2+ extracel·lular en cap estadi (E, G). Totes les vistes d'embrions són ventrals, de l'anterior fins a la superior. L'escala de tons grisos representant intensitats de fluorescència es va substituir per tons violetes fins a blanc per a una millor visualització. Les exploracions de línies sota les imatges estan fetes mitjançant el node de Hensen per tal de quantificar les diferències de fluorescència dins el mateix embrió. Les fletxes assenyalen acumulacions locals de Ca2+ extracel·lulars al voltant del node de Hensen i la seva posició està marcada amb ovals. De Raya et al, Nature 427:121-8; 2004.


© Centre de Medicina Regenerativa de Barcelona 2009-2017 - Nota legal - Política de cookies - Crèdits - Accessibilitat