Introducció, Fecundació i Clivellament (2017)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Biología - 3º curso
Asignatura Biologia del desenvolupament
Año del apunte 2017
Páginas 10
Fecha de subida 28/06/2017
Descargas 0
Subido por

Vista previa del texto

Tema 1: Introducció El desenvolupament d’un ésser viu és tot el procés que es dóna fins a la forma adulta. Hi ha desenvolupament embrionari i el desenvolupament postembrionari. La regeneració també es considera desenvolupament.
Durant la història del pensament biològic hi ha dos hipòtesis diferents respecte el desenvolupament dels éssers vius, el pensament preformista i el pensament epigenètic. El primer assumia que l’embrió ja tenia la forma i l’estructura adulta i que l’embrió només creixa durant el desenvolupament; en canvi la hipòtesi epigenètica defensa que el desenvolupament passa per la generació de noves estructures de manera progressiva fins que l’individu madurava.
Com es veurà al llarg de la assignatura, és aquesta segona la correcta.
En els primers estadis embrionaris podem trobar que les cèl·lules generades es tracten de cèl·lules totipotents que poden generar tots els tipus cel·lulars però quan ja comença la diferenciació cel·lular el tipus de cèl·lules que donen lloc ja es va reduint, al igual que la capacitat de proliferació, per tant contra més especialitzada és una cèl·lula menys capacitat de dividir-se té. Per dur a terme el procés de diferenciació en si, es necessita una regulació gènica i la presència dels determinants citoplasmàtics, que són molècules d’origen matern que provoquen aquesta diferenciació, per inducció. A la vegada les cèl·lules es mantenen en constant comunicació per receptors de senyals, receptors de membrana o unions GAP. Les vies de senyalització intracel·lular estan molt conservades i s’usen per multitud de situacions.
L’ooneoestasi és el procés en el que es dóna el recanvi cel·lular i l’autorenovació de la cèl·lula mare del teixit. De cèl·lules mare en podem diferenciar en funció del nombre de tipus de teixits que poden generar; les totipotents poden esdevenir qualsevol tipus cel·lular, les pluripotents només donen lloc a teixits embrionaris. Les multipotents poden generar una família de tipus cel·lulars i les unipotents només un tipus cel·lular. Totes elles es poden autorenovar.
El desenvolupament passa per 5 processos clau, el clivellament, la formació dels eixos corporals, la morfogènesi de les estructures, la diferenciació cel·lular i el creixement del individu.
Farem servir els termes fertilització i fecundació com a sinònims, al igual que ou i òvul. Un oòcit és un ou no madur que no pot ser fecundat.
Tema 2: La fecundació Perquè la fecundació es doni a terme s’ha de donar un reconeixement correcte i específic de les gàmetes, que permeti una única fertilització, que activi l’ou perquè surti del seu estat de latència i finalment que resulti en una singàmia dels dos nuclis.
Estructura de les gàmetes L’espermatozou consta d’un nucli haploide, en el cap; un sistema de propulsió anomenat cua, i impulsat des del coll del mateix, on es troben un gran nombre de mitocondris. Just davant del nucli trobem una vesícula anomenada acrosoma que conté gran nombre d’enzims proteolítics.
L’ou conté tot el material necessari per començar el desenvolupament del organisme, per tant, es una gran cèl·lula en comparació al espermatozou.
Podem distingir la membrana cel·lular que envolta al citoplasma i es l’encarregada de regular el flux d’ions, que a la seva vegada es troba envoltada per la membrana vitel·lina (zona pel·lúcida en mamífers) que seria una matriu extracel·lular densa composada per diverses proteïnes i que juguen un paper essencial en el reconeixement del òvul per part del espermatozou. A la vegada, en mamífers trobem una capa encara més externa anomenada cúmul, que és produïda per les cèl·lules fol·liculars en el moment de l’alliberament del oòcit. Molts oòcits també presenten una capa gelatinosa per sobre de la capa vitel·lina que serveix per atreure per quimiotaxi als espermatozous. Si anem de la membrana cap a dins, trobem el citoplasma i en una primera capa d’aquest que és més densa, s’anomenarà còrtex i és on troben els grànuls corticals.
Reconeixement i fertilització en equinoïdeus En la fecundació externa la quimiotaxi té un paper molt important, i per atreure els espermatozous els òvuls alliberen pèptids anomenats SAPS (sperm-activating peptides) que són captats per un receptor específic de l’espermatozou amb activitat guanilat-ciclasa, que passa el GTP a cGMP, i aquest segon missatger, activa als canals de calci que permet la entrada d’aquest, i promou la mobilitat del espermatozou. Un cop l’espermatozou es troba amb la membrana gelatinosa es dóna un reconeixement i una unió d’aquesta membrana amb l’espermatozou.
Primerament els receptors de membrana del espermatozou reaccionen amb els polisacàrids sulfatats del oòcit i promouen l’entrada de sodi i calci i la sortida de potassi i protons, cosa que provoca la fusió de la membrana acrosòmica amb la membrana plasmàtica del espermatozou i per exocitosi s’alliberen tots els enzims proteolítics que aniran degradant la capa gelatinosa. A la vegada, l’entrada de calci promou la polimerització de la actina globular que es troba entre l’acrosoma i el nucli formant el filament acrosòmic, que exposarà la bindina, una proteïna que s’unirà amb els receptors específics que es troben en la membrana vitel·lina del oòcit. Un cop s’ha donat aquesta unió es fusiona aquest filament acrosòmic amb la membrana del oòcit i després s’introdueix el nucli dins.
Regulació de la polispèrmia i singàmia en equinoïdeus Per regular la polispèrmia hi ha dos mecanismes, un de bloqueig ràpid i un de bloqueig lent que s’activa més tard. El mecanisme de bloqueig ràpid es basa en el canvi de potencial de membrana degut a l’entrada del espermatozou conjunta amb ions, i passa de -70mV a +20mV.
Seguidament s’allibera calci del reticle (via del PIP), que promou l’activació dels canals de sodi que permeten l’entrada d’aquest conjuntament amb l’expulsió de protons, cosa que augmenta el pH. El potencial de membrana positiu impedeix la unió dels espermatozous a la membrana plasmàtica i a la vegada que la concentració de calci activa la resposta lenta.
El segon mecanisme és mediat pels grànuls corticals, que amb l’increment de calci i la variació del pH s’activen i alliberen proteases per exocitosi, que provoquen que la membrana vitel·lina es separi de la membrana del zigot i a la vegada degrada els receptors de bindina. Conjuntament les hialines transformen aquesta membrana vitel·lina en la capa de fertilització que serveix com a capa protectora, i per mantenir els blastòmers units. Tant la variació de pH com de calci activen diferents mecanismes essencials per a la divisió cel·lular, com es la síntesi de membrana, la replicació del DNA i la síntesi de proteïnes.
La singàmia es dóna un cop hi ha la fertilització, el centríol queda situat entre els dos pronuclis i actua com a centre organitzador de microtúbuls, i un cop entra en contacte amb els dos els va acostant fins que els fusiona.
Particularitats dels mamífers Els espermatozous depenen de les contraccions del úter per avançar fins l’oviducte, però un cop allà, redueixen la seva velocitat, ja que han de dur a terme el procés de capacitació (promogut per ZP1, ZP3 i ZP4), que és un procés de maduració d’aquests en el oviducte femení perquè puguin fecundar. A la vegada la quimiotaxi es dóna per gradients de temperatura i per la presència de la ZP2, que és segregada per l’oòcit, encara que tampoc es descarta el paper de la progesterona.
En mamífers l’oòcit no ha acabat la segona divisió meiòtica, i només ho farà un cop l’espermatozou l’hagi fecundat. La reacció acrosòmica té lloc en la regió del cúmul (o corona radiada) i no en la zona pel·lúcida, com es pensava anteriorment. La proteïna encarregada de la fusió de les membranes del òvul i del espermatozou se’n diu IZUMO, i pel que fa a mecanismes per evitar la polispèrmia només existeixen els mecanismes lents relacionats amb els grànuls corticals ja que la quantitat d’espermatozous que arriben són molt pocs. Una d’aquestes proteïnes és la ubastasina que s’encarrega de la degradació de la ZP2.
Tema 3: Clivellament i gastrulació El clivellament consisteix en una sèrie de divisions molt ràpides que es donen després de la fertilització, que converteix el zigot en una blàstula, encara que en funció del animal del qual parlem també es pot anomenar blastocist, blastoderm o blastodisc. Aquest procés serveix per generar un gran nombre de cèl·lules que acabaran diferenciant-se en la gastrulació. A la vegada serveix per reduir la relació nucli/citoplasma, que seria inviable mantenir en cèl·lules normals.
Fases del clivellament El cicle cel·lular presenta diferents punts de control on la cèl·lula s’assegura que tot està en ordre per seguir amb el procés, i es troben al inici de la fase S, al final de la fase G2 i al final de la metafase. A la vegada el cicle està regulat per ciclines i les CDK. La ciclina que permet avançar de metafase a l’anafase és la ciclina B, formant el complex MPF que promou la formació del fus mitòtic, entre d’altres.
Com a conseqüència de l’entrada del espermatozou, el reticle allibera calci, que entre d’altres activa la calmodulina depenent de la PKII (CaMKII) i llavors fosforila al factor que promou l’anafase (APC), cosa que provoca la degradació de la ciclina B, que és la responsable de mantenir l’ou en metafase 2. Un cop es dóna la finalització de la meiosi del ou, es dóna la cariogàmia i llavors s’inicia el clivellament, i per fer-lo més ràpid s’escurça la fase G2 i s’elimina la fase G1, ja que l’ou presenta la les proteïnes i RNA inicials per dur a terme les primeres divisions, en el que es coneix com a Midblastula transition (MBT), i permetre que els gens de l’embrió s’activin més tard desenvolupant ja una fase G1 i fase G2 normals.
L’ou es divideix en múltiples cèl·lules, eliminant les fases G1, fins que es desencadena l’activació del genoma del embrió i la traducció de mRNA, a la vegada que va permeten establir diferents identitats cel·lulars i la formació de la blàstula.
Patrons de clivatge En funció de la quantitat de vitel i la seva distribució en el zigot, trobarem diferents patrons de clivatge.
Els ous els podem diferenciar en els següents grups. Els isolecítics, presenten una distribució de nutrients regular però poc abundant (oligolecítics); els centrolecítics tenen una distribució de nutrients en el centre del ou i molt abundant (polilecítics); en canvi els mesolecítics la distribució dels nutrients és irregular i força abundant (mesolecític); i finalment els telolecítics on la distribució dels nutrients és en un pol (polilecítics).
A la vegada, podem diferenciar també en funció de la simetria del procés, si els blastòmers són tots iguals parlem de simetria radial, i en els primers estadis del clivellament les cèl·lules són totipotents; i si els blastòmers no són iguals i la seva segmentació és espiral, no són totipotents i parlem d’individus mosaic.
El patró holoblàstic és dóna quan el clivatge és en tot el zigot i es dóna en ous isolecítics. Quan el clivellament no és complet parlem de divisió meroblàstica, però diferenciem quan hi ha un clivellament en el pol animal de la cèl·lula (clivellament discoïdal) típic d’ous telolecítics, o el clivellament es fa en la superfície del ou (clivellament superficial) típic d’ous centrolecítics).
Gastrulació La gastrulació consisteix en un procés de migració cèl·lula que s’inicia per la invaginació de la blàstula formant el blastòpor i les tres fulles embrionàries, l’ectoderm, el mesoderm i l’endoderm. La gàstrula externament presentarà una forma globular o esferoïdal, i ja començarà a establir els diferents eixos de l’organisme.
L’organogènesi s’inicia a partir de la gastrulació, i cada capa embrionària donarà lloc a diferents teixits i òrgans. L’ectoderm donarà lloc als teixits epidèrmics externs com la pell i al sistema nerviós; el mesoderm a la notocorda, al aparell locomotor i al sistema sanguini; i el ectoderm al tub digestiu i el tub respiratori. En molts grups la línia germinal ja s’ha diferenciat amb anterioritat.
En l’estadi de blàstula les cèl·lules no estan diferenciades externament però cadascuna presenta diferents determinants citoplasmàtics en funció del patró de clivellament s’hagi donat, i s’ha de tenir en compte que la formació de la gàstrula comença pel pol vegetal.
Diversitat en la gastrulació En funció del patró de gastrulació s’han establert quatre grans grups monofilètics d’animals, com podem veure al següent esquema.
Asimètrics Simètrics Diblàstics (Radial, sense mesoderm) Triblàstics (Bilateral) La simetria bilateral comporta l’aparició de dos eixos Esponges diferenciats, l’eix dorsiventral Protòstoms Deuteròstoms i l’eix anteroposterior, a la Cnidaris Ctenòfors (blastòpor (boca de origina la boca) neoformació) vegada que l’origen de la boca diferència els protòstoms dels deuteròstoms i la seva gastrulació és diferent, per exemple, la formació del celoma en protòstoms es dóna per esquizocèlia, i en deuterostomats per enterocèlia, entre d’altres diferències.
Moviments en la gastrulació Durant la gastrulació es poden donar cinc tipus de moviments, en funció del grup taxonòmic que s’estudiï, però tots s’originen a partir de canvis en el citosquelet i de les formes que adopten les cèl·lules.
La invaginació consisteix en una interiorització de les cèl·lules del pol vegetal cap a l’interior del blastocel; en la involució, la interiorització de les cèl·lules es fa avançant les cèl·lules per la cara interna de les cèl·lules exteriors; en canvi la ingressió es dóna una migració individual de les cèl·lules. La delaminació consisteix en una pèrdua de contacte de les cèl·lules del pol animal seguides per la formació d’una segona capa paral·lela en el interior; i la epibòlia consisteix en el desplaçament de les cèl·lules cap a l’interior degut al creixement, la divisió i el desplaçament de les cèl·lules externes.
Clivellament i gastrulació en eriçó de mar L’eriçó de mar fa ous holoblàstics i isolecítics. La primera divisió és una divisió meridional que comença en el pol animal, seguida per una altra divisió meridional perpendicular. Fins aquí les quatre cèl·lules són exactament iguals amb el mateixos gradients de determinants citoplasmàtics i si separéssim els blastòmers donarien quatre larves iguals. La següent divisió és una divisió equatorial que diferenciarà entre la meitat animal i la meitat vegetal, i per tant si es separen el blastòmers donaran embrions aberrants (animalitzats i vegetalitzats). La meitat animal es dividirà de quatre a vuit blastòmers equivalents, que s’anomenaran mesòmers, i que generaran la pell i les neurones.
La meitat vegetal patirà una divisió equatorial però asimètrica, generant quatre blastòmers grans anomenats macròmers, i quatre de petits anomenats micròmers. Després tots els blastòmers patiran una divisió asimètrica i quedaran 16 mesòmers (que són del pol animal), 8 macròmers i 8 micròmers. Després els micròmers fan una divisió asimètrica i després dues divisions simètriques, una meridional i una altra equatorial. La meitat animal farà divisions simètriques, fins que en el total de la mòrula arribi a les 128 cèl·lules. Els micròmers donaran a lloc a la línia germinal, cavitats celòmiques i el mesoderm.
La gastrulació comença perquè els micròmers, pateixen una concentració d’activa en un pol de la cèl·lula, cosa que genera una petita invaginació, i com que totes estan en contacte per cadherines i per integrines, totes es van movent. Aquestes cèl·lules en una primera fase perdran el contacte amb la membrana hialina i formaran un petit cúmul anomenat mesènquima primari, que i s’anirà interioritzant l’arquènteron, per un procés mecànic mitjançant fil·lopodis.
L’arquènteron en un punt concret començarà a establir unions per acabar formant la boca i tenir el sistema digestiu complet. En els estadis inicials el radi del blastòpor és molt gran i a mesura que l’arquènteron creix es fa més estret.
Quan s’arriba a aquest estadi, en el cas dels eriçons ja tenim la primera fase larvària, la larva pluteus. Els micròmers més petits s’agrupen en una zona del celoma i es queden quiescents, formant el rudiment invaginal, que són els dos arcs celòmics. Amb el desenvolupament es perdran els arcs celòmics de la dreta, i els de la esquerra donaran lloc a els òrgans interns de l’organisme i a la simetria pentaradiada.
Clivellament i gastrulació en Xenopus Els ous en amfibis són mesolecítics, amb el vitel concentrat en el pol vegetal. Les dues primeres divisions són holoblàstiques, meridionals i ortogonals entre elles. La tercera divisió és equatorial però es dóna en el pol animal, seguida d’una divisió holoblàstica meridional i de dues divisions equatorials en el pol animal, cosa que provocarà que en el pol animal hi hagin més cèl·lules que en el pol vegetal, però més petites. Seguidament es formarà el blastocel en el pol animal, i en aquest estadi de blàstula ja es comencen a definir els diferents territoris que donaran lloc a la gàstrula. Els blastòmers del pol animal donaran lloc a l’ectoderm, els del pol vegetal als derivats endodèrmics; i una zona intermèdia que donarà lloc al mesoderm.
L’ou de Xenopus proporciona moltes avantatges per treballar-hi, ja que es força gran i podem distingir el pol animal del pol vegetal, ja que el citoplasma cortical del pol animal està pigmentat de color negre. Quan es produeix la fecundació, l’entrada del espermatozoide provoca una reorganització de l’estructura dels microtúbuls ja que també entra el centríol patern. Aquest procés es pot seguir perquè altera la pigmentació de l’ou i provoca una rotació cortical, que desplaça uns 30º el citoplasma cortical. Aquest desplaçament genera una zona gris on abans estava el pigment negre, i s’anomena zona del creixent gris. A la vegada el punt d’entrada del espermatozou és molt important ja que aquest marcarà el futur eix dorsiventral del embrió, i la gastrulació començarà en el creixent gris que és justament en la banda oposada al punt d’entrada del espermatozou.
La gastrulació comença gracies a les bottle cells del pol vegetal que pateixen un canvi de forma per una constricció apical del citosquelet d’actina, i passen a allargar-se cosa que promou que les cèl·lules superiors comencin a migrar per involució, a la vegada que la divisió cel·lular va empenyent les cèl·lules per migrar en un procés d’epibòlia.
En l’estadi de Very early amphibian gastrula, les cèl·lules que comencen a migrar formen un engruiximent, anomenat llavi dorsal del blastòpor, degut a que es divideixen més ràpid que les de la part ventral i donarà lloc a la zona dorsal del embrió.
En la Amphibian mid-gastrula es defineix l’eix anteroposterior, ja que es forma l’arquènteron i el blastòpor, i seran aquestes cèl·lules que estan contínuament en involució les que generaran el cordamesoderm i la notocorda. D’altra banda a la part mes ventral del blastòpor s’interioritzarà mesoderm ventral el qual donarà lloc al mesoderm posterior (cua).
En l’estadi de Amphibian late-gastrula trobem una diferenciació dels teixits embrionaris. En la part dorsal es diferència l’ectoderm neural gràcies al contacte amb les cèl·lules que han involucionat i en la regió ventral es diferència el ectoderm epidèrmic. Per altra banda la notocorda s’ha diferenciat en diferents somites, sent el primer el endoderm del cap i el segon el mesoderm d’aquest. Després trobaríem altres somites de la notocorda.
...

Tags:
Comprar Previsualizar