Los caminos del desarrollo

A medida que te introduces en el conocimiento de la Biología vas descubriendo nuevas explicaciones para procesos a los que realmente no le habías dado importancia, como es el caso de los movimientos celulares que se producen durante la fase de gastrulación en el desarrollo embrionario.

A lo largo de nuestros estudios siempre nos han explicado la gastrulación de forma poco detallada. Para aquellos lectores que no sean de biología he de deciros que la gastrulación es el proceso por el cuál, a partir de migraciones celulares se diferencian las hojas embrionarias de cada especie. A partir de estas hojas embrionarias se van a formar cada uno de los órganos del ser vivo. En el caso de los humanos la gastrulación es de tipo triblástico, ya que se forman tres hojas embrionarias durante la gastrulación.

1. Ectodermis

2. Endodermis

3. Mesodermis

Cada uno de estos tres tejidos va a derivar en órganos distintos, por ejemplo de la endodermis se formará el sistema digestivo (excepto la boca y el ano que son de origen ectodérmico), del mesodermo derivará el sistema respiratorio…y del ectodermo derivará por ejemplo el sistema nervioso.

 

Pero todo esto ocurre a partir del estado embrionario de blastocisto, una simple esfera hueca formada por una capa de células. A partir de esta esfera deben producirse una serie de migraciones celulares para dar origen a estos nuevos tejidos embrionarios, tal y como vemos en esta figura:

De: http://es.geocities.com/batxillerat_biologia/repros15.jpg

Estas migraciones no se producen al azar y están muy bien dirigidas…pero ¿quién marca el camino a los blastómeros para que se sitúen en una hoja embrionaria u otra?

 

De este proceso se encarga la lámina basal que une a todos los blastómeros y de las proteínas de reconocimiento que aparecen en la superfície de los blastómeros. Hay una serie de proteínas de anclaje en la superficie celular (integrinas) que anclan las células diferenciadas a la lámina basal, impidiendo su movilidad. Estas integrinas son proteínas de membrana que además de interaccionar con la lámina basal interaccionan con el citoesqueleto a través de una serie de proteínas conocido como cateninas, quedando las células diferenciadas totalmente inmovilizadas, tal y como vemos en la siguiente figura:

Extraido de: http://morfoudec.blogspot.com/2008/07/microfilamentos.html

 

No obstante en las células móviles y embrionarias cambian estas uniones con la lámina basal. Durante la fase de las migraciones celulares la transcripción de las cateninas queda bloqueada y no hay unión entre las integrinas y el citoesqueleto de las células. Además se rompen las interacciones entre las integrinas y la lámina basal, en concreto entre las integrinas y las lamininas, mediante la acción de unas proteínas transmembrana que incrementan su transcripción durante las migraciones, la galactosa-glicosiltrasferasa.

 

La célula a partir de este momento se va a desplazar sólo por aquellas zonas de la lámina basal del blastocito que posean laminina o fibronectina. Y la disposición de estos caminos de laminina y fibronectina va a depender de la secreción de estas proteínas por los demás blastómeros que forman el blastocisto.

 

Cuando la célula llega a su destinación reemprende la síntesis de cateninas, quedando de nuevo las células fijas en el tejido que les corresponde.

 

Una sincronización perfecta entre todos los procesos, coordinados en última estancia por expresión génica, recordemos que las proteínas son el resultado de la traducción del RNA que a su vez es la transcripción del DNA, del material genético celular.

Mecanismo antipoliespermia en invertebrados

Muchos de nosotros cuando estudiamos en citología y en histología la estructura del ovocito y de los mecanismos de fecundación lo hacemos desde el punto de vista de los mamíferos. Uno de los apartados que aparecen acerca de este tema es cómo se evita que una vez haya penetrado el primer espermatozoide no penetre ninguno más, ya que en el reino animal no existen mecanismos para poder realizar una mitosi tripolar. El material genético no se podría repartir en partes equitativas y habría una célula con exceso de material genético y otra con déficit, es decir, una aberración.

 

Para evitar la poliespermia en invertebrados, y en concreto en equinodermos, se desencadenan dos mecanismos en el momento en que el primer espermatozoide fusiona su membrana posterior acrosómica con la membrana del ovocito. El primer mecanismo, aunque es de carácter reversible, es muy rápido, y consiste en una despolarización de la membrana. Normalmente la diferencia de potencial en reposo es de –70mV, sin embargo al contactar el primer espermatozoide con la membrana se produce una despolarización y el potencial pasa a ser de + 20mV. Teniendo en cuenta que en la parte externa de las membranas plasmáticas, como es el caso de la de los espermatozoides, se produce una repulsión por cargas opuestas que imposibilita que cualquier otro espermatozoide fusione su membrana después de haberlo hecho el primero.

 

La despolarización de la membrana no dura más de 10 segundos, aunque breve, este tiempo es suficiente para que se lleve a cabo el segundo mecanismo para evitar la poliespermia que consiste en la exocitosis de los gránulos corticales del ovocito. Estos gránulos corticales contienen enzimas hidrolíticos que van a eliminar toda la superficie de glicoproteínas de la membrana plasmática del ovocito, imposibilitando el reconocimiento de ésta por cualquier otro espermatozoide. Además los mucopolisacáridos, GAG, vertidos también desde las vesículas, en entrar en contacto con el medio acuoso en donde se produce la fecundación, van a expandirse, formando una gruesa cubierta sobre la membrana del ovocito que evitará que cualquier otro espermatozoide entre en contacto con la membrana plasmática. Mientras tanto el espermatozoide que sí ha fecundado cederá su núcleo y su centriolo en el interior del ovocito.

La importancia de la membrana

A medida que vamos avanzando en el estudio de la biología nos vamos dando cuenta de la importancia que tienen estas para la vida, es más, sin ella la vida no sería posible. Sin la existencia de membranas biológicas no habría vida. Cuando empiezas con el estudio de la célula te describen la membrana, y lo aceptas como cualquier otra característica más, sabes que esta formada por lípidos con ciertas características, entre ellas la amfipatía y poco más.

 

Sin embargo a medida que vas avanzando en el estudio de la biología, de la citología, de la fisiología…te das cuenta de que sin membranas biológicas no sería posible la vida tal y como la conocemos hoy en día.

 

La vida es desequilibrio, desequilibrio existente entre el medio intracelular y el medio extracelular. Esto permite una diferencia de gradientes, entre el medio interno y externo, gradientes electroquímicos que permiten almacenar energía que posteriormente es utilizada para que se produzcan otras reacciones bioquímicas del interior de la célula. En el momento en que el medio intracelular y el extracelular entran en equilibrio significa que la célula ha muerto.

 

No voy a explicar la composición de las membranas, ni los tipos de transportadores…al menos en esta entrada, es más bien una entrada para aquellos que estén estudiando biología se paren a pensar durante unos minutos que sin eso tan “simple”, como es una membrana, no estuviese presente, no existiría la vida tal y como la entendemos.

Neuronas motoras

Seguimos por el laboratorio, pero no tan a menudo como quisiese. Aprovecho para mostraros el resultado de semanas de trabajo, y no sólo mío, si no también de mis compañeros del departamento y de la Universidad de Sergipe en Brasil. Es cierto que en ocasiones el trabajo es realmente costoso, pero recompensa cuando vagando por la platina del microscopio, realizando las fotos para el atlas ves un par de células muy marcadas en un corte correspondiente ya a la región del tronco cerebral de Tropidurus hispidus. Cambio el objetivo a 40x y ahí están, un par de neuronas motoras que probablemente, por su situación tan cercana al cerebro, lo más probable es que se trate de neuronas motoras que inervan los músculos de la región del cuello, o bien la región de la mandíbula. 8 segundos en azul de toloidina pueden convertir una simple rebanada de tejido cerebral de 60 micras en un auténtico mundo por descubrir mostrándonos imágenes tan fascinantes como estas:

 

Esta imagen ha sido obtenida a 40 aumentos (para ver más detallada pinchar sobre ella y se abrirá un nuevo vínculo con la imagen a tamaño original).

 

Como ya os he dicho sigo trabajando de forma incesante e iré creando entradas entre los pequeños huecos que me permite la dura vida de estudiante (aunque muchos piensen que no lo es)

El AMPc como mensajero externo…

Ya estoy por aquí de nuevo…tengo un ratito y para distraerme un poco me gustaría hablaros de un tipo de comunicación celular que hemos dado hoy durante la clase de Biología del Desarrollo y que sinceramente me ha llamado mucho la atención y además porque sé que le hace gracia a una “amiguita” mía que tengo por la universidad.

Muchos de vosotros al oír el nombre de AMPc lo asociaréis a segundo mensajero interno de la célula. Este nucleótido participa en muchas ocasiones transmitiendo las señales desde el exterior de la célula hacia el interior. Un ejemplo genérico sería el típico receptor transmembrana asociado al enzima adenilato ciclasa. Cuando se une la molécula señal a este receptor se produce un cambio conformacional en la adenilato ciclasa. Este cambio conformacional pone en funcionamiento el enzima produciendo AMPc que interaccionará con el resto de moléculas que hay en el citosol, actuando como mensajero interno, activando rutas…etc, es decir efectuando una respuesta.

Este papel es el que, a grosso modo, atribuimos al AMPc, pero cierto es que “nunca te acostarás sin saber una cosa más” y hoy me han mostrado como el AMPc puede actuar como mensajero externo, extracelular. En un organismo perteneciente a los myxomicota llamado Dyctiostelium discoideum, que vive en suelos húmedos alimentándose de materia orgánica. Cuando las condiciones son óptimas estos organismos son unicelulares con morfología irregular y desplazamiento ameboide que se conocen con el nombre de mixamebas. No obstante cuando las condiciones de humedad disminuyen y no son tan buenas empiezan ha desplazarse hacia un punto de reunión, agregándose unas con otras, fusionando sus citoplasmas, dando origen a un plasmodio que contiene varios núcleos de todas las amebas que lo componen. Hay que añadir que no todas las amebas se fusionan y algunas siguen manteniendo su individualidad.

Como ya he dicho el resultado de esta agregación es un plasmodio que va a pasar a desplazarse en conjunto para buscar una zona en donde de nuevo las condiciones sean óptimas para él, y en ese momento se inicia un proceso de diferenciación anatómica del plasmodio dando lugar a una zona de anclaje, a una especie de tallo y a un cuerpo fructífero, en cuyo interior se encuentra las amebas que todavía mantienen su individualidad y que en ese momento empiezan a sufrir una división meiótica dando lugar a esporas.

Hasta aquí la explicación del ciclo de este organismo. Pero, ¿cómo consiguen unos organismos tan simples como amebas ponerse de acuerdo y agruparse en un punto concreto?

Aquí es donde aparece el papel del AMPc como mensajero extracelular. Cuando una de las mixamebas detecta una disminución de la humedad empieza a sintetizar AMPc y cuando la cantidad presente en el citosol es suficiente se secreta hacia el exterior y por difusión (recordemos que el suelo ha disminuido su humedad pero sigue húmedo) llega a los receptores de otra mixameba cercana produciendo dos efectos en ella, el primero un desplazamiento hacia la zona de mayor concentración de AMPc, en este caso hacia el foco emisor que es la primera mixameba que detecta el déficit de humedad, y el segundo efecto es la activación de la síntesis de AMPc que también es secretado hacia el exterior y difundido, afectando a su vez a otras amebas y así, sucesivamente se produce una amplificación de la señal en cadena que da como resultado la agregación de todas las amebas en un punto, en donde se encuentra la primera o las primeras mixamebas que detectaron el déficit hídrico, para formar el plasmodio. Por tanto el proceso de agregación va dirigido única y exclusivamente por quimiotaxis….

Menos mal, empezaba a pensar en que las mixamebas tuviesen sentido de la orientación…