teórica historia, CGP

EMBRIOLOGIA ANIMAL (BIOLOGIA DE
LA REPRODUCCION Y EL DESARROLLO)
Paula Vissio (Laboratorio de Neuroendocrinología del Crecimiento y la
Reproducción)
Lucas Jungblut (JTP)
Claudia Zacharias (Ayte 1)
Daniela Pérez Sirkin (Ayte 1)
Ailén Cervino (Ayte 2)
Nadia Cervino (Ayte 2)
Historia de la Embriología
Desarrollo
Desarrollo
Fecundación
Nacimiento
Embrión
Desarrollo: embriogénesis: ontogenia
Muerte
Biología del desarrollo:- Estudia estados transitorios del
desarrollo
- Abarca diferentes disciplinas
.
Biología Molecular,
celular, fisiología,
genética, anatomía,
neurobiología,
inmunología, ecología
y biología evolutiva,
física
EMBRIOLOGíA VS. BIOLOGIA DEL DESARROLLO
Ciclo de vida
Hipócrates (siglo V ac) Desarrollo en pollos (incubando a diferentes
días)
Aristóteles (350 ac)
“La admiración es el origen del conocimiento”
Describió la oviparidad, viviparidad y ovoviviparidad.
Identificó los patrones de segmentación holoblástico
y merobástico. Placenta y cordón umbilical.
Fue el primero en identificar 2 concepciones: preformación y epigénesis
PREFORMACION: Las estructuras que dan lugar a un organismos adulto se encuentran ya plenamente
formadas en pequeña escala y el desarrollo consiste únicamente en el crecimiento de éstas.
EPIGENESIS: Las estructuras y formas aparecen durante el proceso y no existen antes del inicio del
mismo.
Lucio Anneo Séneca (Siglo I)
Enuncia por primera vez el
pensamiento preformacionista.
“En la simiente están encerradas todas las partes del cuerpo humano
que serán formadas. El infante que está en el vientre materno tiene ya
las raíces de la barba y el cabello que portará algún día. Del mismo
modo, en esa pequeña masa están todos los lineamientos del cuerpo y
todo aquello que la posteridad descubrirá en él”.
Edad Media
Agustín de Hipona y Tertuliano de
Cartago
Acerca de cuándo el
Espiritu Santo desciende sobre el
embrión y le confiere el alma.
Malebranche (1624)
Teoría embriogénica de la preformación. Ovarios
de Eva tipo muñecas rusas
Harvey, William (1651)
“Todos a partir del huevo” (Universidad de Padua)
También circulación pero ojo antes Servet describió circulación pulmonar: herejía
«… se podría decir con igual seguridad que todos los árboles están en
pequeño en el germen de su simiente.
No parece igualmente insensato pensar que hay árboles infinitos en
un único germen, puesto que no contiene solamente el árbol del que es
la semilla, sino también un gran número de otras semillas, las cuales
pueden contener en sí mismas otros nuevos árboles, y nuevas semillas
de árboles; los cuales conservarían quizá aún, en una incomprensible
pequeñez, otros árboles y otras semillas tan fecundas como las primeras, y así
hasta el infinito.
…Debemos, pues, pensar además, que todos los cuerpos de los
hombres y los animales, que nacerán hasta la consumación de los siglos,
han sido tal vez producidos desde la creación del mundo…»
N. Malebranche, Recherche de la Verité, I,VI
- A favor: Pecado original
- Problemas: obra de Maupertuis Venus physique de 1745 (Presentación
en sociedad de un hombre negro albino), rasgos paternos y maternos,
mutaciones???
Maupertuis (1698-1759) confeccionó el árbol genealógico de una familia
caracterizada por abundantes individuos que mostraban un dedo de más en
cada
mano. Si tener seis dedos se hereda de una madre polidáctila casada con un
hombre pentadáctilo, y también se hereda a partir de un padre con ese rasgo
unido a una mujer normal, es decir, si el hijo se puede parecer tanto al
progenitor masculino como al femenino, ambos desempeñan un papel
fundamental en el desarrollo de un nuevo organismo y el preformacionismo no
puede ser la hipótesis correcta.
El orden verosimil del cosmos. PL Moreau de Maupertuis. Alianza editorila
Leonardo da Vinci (esquema de disecciones de úteros grávidos y
mediciones de crecimiento fetal) 1510-1513
Van Leeuwenhoek (1632,1723)
(F. de Plantade, Hartsoek,
Swammerdam)
Microscopio. El líquido
seminal con “pequeños
animalitos”. ANIMALCULOS.
Confirma por observación
directa la T. de la
preformación
Teoría de la Preformación
Los órganos ya están formados
en miniatura dentro de los
gametos. Solo requiere del
crecimiento de estructuras
preexistentes.
El descubrimiento de los espermatozoides reafirma la T.
de la Preformación al tiempo que la cambia radicalmente.
Teoria preformacionista - Antes de Leeuwenhoek: Los individuos
en el huevo. La mujer papel esencial. El semen solo
desempeñaba un papel estimulante o abono fertilizador del huevo.
EVISTAS
- Después de Leeuwenhoek: Los seres
humanos en los espermatozoides. Las mujeres solo un recipiente
pasivo del embrión, depositarias nutricias del feto. ADANISTAS
“La humanidad entera nunca estuvo en los
ovarios de Eva sino en los testículos de Adán”
Malphigi, Marcelo
En 1672 publica el desarrollo del pollo
utilizando microscopía.
Malpighi, M. (1672)
En el huevo no estaban completas todas las estructuras del organismo
maduro sino que algunas de ellas surgían en el camino a medida que
el embrión se desarrollaba. (Preformacionista más “suave”)
Surge uno de los grandes debates de la Biología:
- ¿ Los organismos se forman de cero?
- ¿Los organismos ya están formados en miniatura
dentro del gameto?
Apoyo de la ciencia, religión y filosofía del
siglo XVIII
El preformacionismo no podía explicar malformaciones, partos múltiples,
siameses, hibrídos, etc.
Kaspar Friederich Wolff (1759): Primer epigenetista (Ojo!! Aristóteles)
Problema: Postulo un plan o diseño que guiaba el desarrollo tipo
magnetismo o gravedad: vis essentialis
VITALISTA
1775
Spellanzani demostró que se requieren espermatozoides
y oocitos para formar un nuevo organismo
1820
Fin de preformacionismo debido a profundos
cambios tecnológicos y reformas
institucionales.
Christian Pander, Karl Ernst von Baer, Heinrich Rathke
* Endodermo, ectodermo y
mesodermo.
* Inducción
* Notocorda.
•Encontró el oocito dentro
del ovario de mamíferos
* Semejanzas entre el D! de ranas,
salamandras, peces, aves y
mamíferos.
• Arcos faríngeos de los vertebrados
• F! del cráneo de vertebrados,
origen de aparato reproductor,
respiratorio, excretor
•Bolsa de Rathke
Fig. 2. A Pander perspective of the embryo.
Drawing of a chick embryo
showing the first circulation, by d’Alton (Pander
1817b, Plate VIII).
Embriología rama especializada de la ciencia
Leyes de von Baer (1828)
Ojo!!! Antes de la teoría
evolutiva de Darwin!!!!
• Las características generales de un grupo mas grande de
animales aparecen antes en el desarrollo que las
características especializadas de un grupo más pequeño.
• Las características menos generales se desarrollan a
partir de las más generales hasta que finalmente aparecen
las especializadas.
• El embrión de una especie dada en lugar de pasar por
los estadios adultos de los animales “inferiores”, se aparta
cada vez más de ellos
• El embrión temprano de un animal “superior” nunca se
parece a un animal “inferior”, tan solo se asemeja con
embriones tempranos.
Wilhelm Roux (1850-1924): Postura intermedia entre epigénesis y
preformacionismo: Teoría del mosaico (en anfibios). Regiones
predeterminadas para formar alguna parte de los organismos.
Driesch (1867-1941). Resultados opuestos. Trabajo con erizos.
Separando dos células obtuvo dos erizos completos.
Resultados contradictorios. Causa: Distribución desigual
de los componentes citoplasmáticos que provocan una
predeterminación del destino celular en el desarrollo
embrionario.
Dio origen a dos corrientes de pensamiento: Vitalismo y
mecanicismo.
Vitalismo y mecanicismo.
Driesch: Fuerza mística (o vital) que
otorga vida y deja una huella o camino
hacia la forma adulta
Blumenbach: Sus primeros
trabajos defienden el
preformacionismo hasta que lee los
trabajos de Trembley en hydra y
convencen a la doctrina
epigenética. Postulan existencia
de una fuerza mecánica
Bildungstrieb. Debía ser heredada
a través de las células germinales.
Esta fuerza era susceptible a
cambios.
Kant: Crítica de la razón pura.
epigénesis de la razón pura. Ojo!!
Acá plantea las diferentes
posiciones.
1900
Hugo de Vries, Carls Correns y Erich von Tschermak (en la
misma revista)
Redescubrimiento de las Leyes de Mendel
1909
Wilhelm Johansen
Gen
1953
Franklin, Watson, Crick
Estructura del ADN
Neopreformacionismo/ Genocentrismo/
Determinismo genético
Waddington (1905-1975): Epigenética: “Estudia las interacciones
causales entre los genes y sus productos, las cuales dan vida al
fenotipo”
Ojo! Aristóteles, von Baer, Friedrich Wolf: Fuerza vital que “guiaba” el
desarrollo: Epigenetismo vitalista
Thom R. & Waddington: Desarrollo embriológico como un sistema
dinámico, en el que un punto en un espacio abstracto de
configuraciones representa el estado del embrión. El movimiento de
ese punto corresponde al desarrollo embrionario y la trayectoria que
sigue es la historia del desarrollo.
Waddington, 1966
Biología del Desarrollo
Estudia el origen y la construcción de
un organismo
Abarca la Biología Molecular,
celular, fisiología, genética,
anatomía, neurobiología,
inmunología, ecología, biología
evolutiva, física.
oocito
Biología del Desarrollo
Anatómica o
descriptiva
(Embriología
comparada, evolutiva
y teratología)
Experimental
(Biología del desarrollo
ambiental,
diferenciación celular,
ordenamiento de
células en tejidos y
órganos)
Genética
MODELOS BIOLOGICOS
Danio rerio
Drosophila melanogaster
Caenorhabditis elegans
Gametogénesis
Proceso de formación de las gametas:
espermatozoides y oocitos
Células germinales vs.
Células somáticas
Separación bien establecida
(insectos, vertebrados,
gusanos redondos)
No separación (cnidarios,
gusanos planos, tunicados)
Etapas de la gametogénesis
1) Formación del plasma germinal y determinación de las CGP.
2) Migración de las CGP hacia las gónadas en desarrollo.
3) Meiosis y modificación de la meiosis para la formación de los
espermatozoides y gameta femenina.
4) Diferenciación de espermatozoides y gametas femenina.
5) Control hormonal de la maduración de las gametas y ovulación.
Las células germinales se pueden distinguir de las somáticas por:
- Características morfológicas al MO, incluyendo citoplasma libre de
organelas, alta relación N/C, núcleo redondo con nucleolo prominente y
cromatina difusa, inclusiones citoplasmáticas granulares localizadas por lo
general en el citoplasma perinuclear asociadas con poros nucleares.
- Gránulos citoplasmáticos electrodensos identificables con TEM
- Altos niveles de actividad de fosfatasa alcalina (mamíferos)
- Localización de ARNm o productos proteicos de genes específicos
de células germinales (producto de genes de la familia de vasa, nanos)
Alguna combinación de estas características se encuentran en las
células germinales en todos las etapas del desarrollo desde su
especificación embrionaria como CGP hasta su diferenciación
como gametas femeninas o masculinas.
Es fácil identificar células germinales en alguna etapa del desarrollo,
sin embargo es difícil discernir el tiempo, lugar y mecanismo
responsable de la especificación inicial.
Existen 2 tipos básicos de mecanismos moleculares responsables
de especificación germinal: Preformación y epigénesis.
Adquisición de características de célula
germinal, de determinantes
citoplasmáticos (ARNm y proteínas
altamente conservados en metazoos)
necesarios y suficientes para ser célula
germinal. Ej: nematodes y dípteros.
Adquisición de características
de célula germinal por
recepción de señales de
células adyacentes a las
futuras CGP Ej: ratón
(miembros de la familia de
BMP2/4 y 8b), axolote
Diferenciación de células germinales en nematodes
(Boveri, 1910)
Parascaris aequoum
Centrifugación
C. elegans
Gránulos P: Inhibidores de la transcripción, proteínas de unión al ARN y
proteínas Nanos y Vasa.
Drosophila
Plasma polar: Mitocondrias, fibrillas y gránulos polares.
En Drosophila ARNm del gen gcl (transcripto en células nodrizas, transportado al oocito parte posterior.
Se traduce a proteína en la S! y entra al núcleo de las CGP), Oskar (atrae proteínas y ARN para
formación de cél. Germinales (ej. Nanos que impide transcripción y mitosis en el D! de cél. germinales),
VASA (Proteína de unión al ARN), mtrARN, prot. TUDOR (importante en el transporte de ARN).
Anfibios: Xenopus laevis
ARN y
proteínas
VASA y
NANOS
Aves y reptiles
epiblasto
Mamíferos
(Endo visceral)
BIOLOGY OF REPRODUCTION 82, 390–401 (2010)
Vía de Smad activada por ligandos de la superfamilia TGF-
Phil. Trans. R. Soc. Lond. B (2003) 358, 1363–1370
Marcadores de CGP
Blimp 1 (marcador temprano, antes de la G!). Ratones Knock-out reducción de CGP.
Oct 3/4 : Marcador de Células pluripotenciales.
Fragilis: Codifica para una proteína transmembrana. En respuesta a BMP4 del EEx.
Stella: Codifica para una proteína de 150 aa nuclear y citop. Continua expresándose durante
la migración.
Biomarker Insights 2007: 2 241–252
Cell 160, 253–268, January 15, 2015
HIPOTESIS DE GENOMA INERTE (Nieuwkoop y Sutasurya, 1981,
Wylie, 1999)
Los componentes del plasma germinal inhiben la transcripción
y la traducción, evitando de este modo que las células que lo
contienen se diferencien en algo mas.
La verdadera innovación en la evolución de la línea germinal no fue la
generación de un linaje gametogénico sino la perdida de potencial
gametogénico de la mayoria de las células de un organismo (Buss
1987, Michod 1996, 1997, West-Eberhard 2003).
Ventaja: Separación de una línea germinal.
“ El desarrollo de más de una célula presenta problemas, ya que las mutaciones
podrían ocurrir en alguna de estas células” Wolpert et al., 2007.
“ La única manera de que el genoma sea cuidadosamente testeado es teniendo
una línea de células germinales” (Gerhart & Kirschner, 1997)
Ojo! Sin embargo la segregación de una línea germinal, puede llevar a la
posibilidad de una rápida fijación de las mutaciones en la descendencia.
Características de las células germinales:
-Reducción de la actividad mitótica (a mayor rondas de replicación
del ADN mayor probabilidad de mutación).
- Actividad transcripcional reducida (los genes están más sujetos a
mutaciones cuando se transcriben activamente)
- Movilidad reducida de elementos transponibles.
Protección contra las mutaciones
Línea germinal
- Mitoticamente quiescentes desde su especificación
durante la embriogénesis hasta que la gametogénesis comienza
usualmente en el período larval o adulto.
- Relativamente quiescentes transcripcionalmente durante
la mayoría del desarrollo embrionario
- Silenciamento de elementos genéticos transponibles
mediados por ARN Caenorhabditis elegans y Drosophila
melanogaster.
Migración