16.16: Regulación de la Expresión Génica en el Desarrollo Celular - Expresión Génica para Posicionamiento Espacial
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- Describir el papel que juegan los genes en el desarrollo y asegurar un posicionamiento espacial adecuado
Los genes proporcionan información posicional
La gastrulación conduce a la formación de las tres capas germinales que dan lugar, durante el desarrollo posterior, a los diferentes órganos del cuerpo animal. Este proceso, conocido como organogénesis, se caracteriza por movimientos rápidos y precisos de las células dentro del embrión.
Organogénesis
Los órganos se forman a partir de las capas germinales a través del proceso de diferenciación. Durante la diferenciación, las células madre embrionarias expresan conjuntos específicos de genes que determinarán su último tipo celular. Por ejemplo, algunas células en el ectodermo (la capa de tejido externo del embrión) expresarán los genes específicos de las células de la piel. Como resultado, estas células se diferenciarán en células epidérmicas. El proceso de diferenciación está regulado por cascadas de señalización celular. Los científicos estudian extensamente la organogénesis en el laboratorio en moscas de la fruta (Drosophila) y el nematodo Caenorhabditis elegans. Drosophila tiene segmentos a lo largo de sus cuerpos, y el patrón asociado con la formación del segmento ha permitido a los científicos estudiar qué genes juegan un papel importante en la organogénesis a lo largo del embrión en diferentes momentos. El nematodo C.elegans tiene aproximadamente 1000 células somáticas y los científicos han estudiado el destino de cada una de estas células durante su desarrollo en el ciclo de vida del nematodo. Hay poca variación en los patrones de linaje celular entre individuos, a diferencia de los mamíferos donde el desarrollo celular del embrión depende de las señales celulares.
En los vertebrados, uno de los pasos primarios durante la organogénesis es la formación del sistema neural. El ectodermo forma células y tejidos epiteliales, así como tejidos neuronales. Durante la formación del sistema neural, moléculas especiales de señalización llamadas factores de crecimiento señalan algunas células en el borde del ectodermo para que se conviertan en células de la epidermis. Las células restantes en el centro forman la placa neural. Si se alterara la señalización por factores de crecimiento, entonces todo el ectodermo se diferenciaría en tejido neural. La placa neural sufre una serie de movimientos celulares donde se enrolla y forma un tubo llamado tubo neural. En un mayor desarrollo, el tubo neural dará lugar al cerebro y a la médula espinal. El mesodermo que se encuentra a ambos lados del tubo neural vertebrado se desarrollará en los diversos tejidos conectivos del cuerpo animal. Un patrón espacial de expresión génica reorganiza el mesodermo en grupos de células llamadas somitas con espacios entre ellos. Los somitas se desarrollarán aún más en las costillas, los pulmones y el músculo segmentario (columna vertebral). El mesodermo también forma una estructura llamada notocorda, que tiene forma de varilla y forma el eje central del cuerpo animal.
Puntos Clave
- La organogénesis da como resultado la formación de los diversos órganos del cuerpo; sin embargo, solo ocurrirá si se expresan conjuntos específicos de genes para determinar el tipo celular último.
- La capacidad de células específicas para migrar al borde del ectodermo está altamente regulada por la expresión génica específica y permite la diferenciación en células epidérmicas; en contraste, las células que permanecen en el centro se desarrollarán en la placa neural.
- La expresión de conjuntos específicos de genes también regulará la reorganización del mesodermo en distintos grupos de células, llamadas somitas, que se desarrollan en las costillas, los pulmones, el músculo de la columna vertebral y la notocorda.
Términos Clave
- gastrulación: la etapa de desarrollo del embrión en la que se forma una gastrula a partir de la blástula por la migración interna de las células
- organogénesis: la formación y desarrollo de los órganos de un organismo a partir de células embrionarias
- somita: una de las masas pareadas de mesodermo distribuidas a lo largo de los lados del tubo neural que eventualmente se convertirá en dermis, músculo esquelético o vértebras