Desarrollo de cerebro y construcción de circuitos nerviosos
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Desarrollo Temprano, Construcción de
Circuitos,
Introducción a La Neurociencia y al Comportamiento Animal
Prof. Renny Pacheco
Desarrollo del Sistema Nervioso de los Vertebrados
Cierta información genética materna, contenida inicialmente en el citoplasma del óvulo en forma de diversas proteínas y moléculas de ARN mensajero, quedó distribuida de forma desigual en las distintas regiones del disco embrionario durante el proceso de segmentación del óvulo, y da inicio al proceso de expresión diferencial de genes y de polarización insipiente del disco (eje longitudinal de simetría; extremos cefálico y caudal)
Disco Bilaminar (segunda semana de gestación en el Humano)
Gastrulación (tercera semana)
El embrión trilaminar consta de tres capas:– El resto del primitivo epiblasto, que ahora llamamos ectodermo.– Las células invaginadas que forman la capa intermedia, constituyendo el mesodermo intraembrionario.– El endodermo, que ha desplazado en el techo de la vesícula vitelina al primitivo hipoblasto
Bases Moleculares de la Inducción Neural
Inducción PlanarSe establecen en el plano del epiblasto, constituido en ese momento por ectodermo y mesodermo prospectivo, señales moleculares que compiten con la acción inhibidora del destino neural que normalmente ejercen las proteínas BMP.
Generación de un segundo eje Neural en anfibios
Spemann y Mangold 1924, demostraron la participación de la Región del Región del OrganizadorOrganizador sobre la diferenciación de la placa neural. El sistema Nervioso es inducido por células no neurales sino mesodérmicas
Vías de inducción Neural
Posible Mecanismo de acción de los Inductores neurales
Efecto de la proteína Morfogenética del Efecto de la proteína Morfogenética del Hueso (BMP4) sobre células Hueso (BMP4) sobre células
Ectodérmicas y efecto de la exposición a Ectodérmicas y efecto de la exposición a inductores neuronales (Cordina, inductores neuronales (Cordina,
Noggina, Foslitatina) y Compuestos Noggina, Foslitatina) y Compuestos Teratogénicos (Acido Retinoico) Teratogénicos (Acido Retinoico)
Modelo de “inducción neural por defecto”
Se libera del efecto bloqueador un campo central del epiblasto, que adquirirá autónomamente un destino neural.
Entre estos productos morfogenéticos encontramos proteínas como la follistatina,la noggina y la cordina.
Estas moléculas son producidas y liberadas por el mesodermo antes de la gastrulación.
Su efecto se ejerce inhibiendo la acción de las proteínas morfogenéticas óseas presentes en el epiblasto (BMP2, BMP4, BMP5, BMP7)
Inducción Neural
Estructuración Dorsoventral del Tubo
Neural
Señalización con las proteínas Hedgehog
Sonica y BMP
La proteína Hedgehog Sónica determina la diferenciación de las células del tubo neural Ventral
La concentracion local de SHH influye en la identidad
de diversos grupos neuronales (Interneuronas ventrales, Motoneuronas y celulas de la Placa Basal)
PTC= Parthed
SMO= Smoothered
Gli= Proteina Gli
La proteína BMP determina la diferenciación de las células del tubo neural Dorsal
Se Muestra la expresión de BMP4 en la Placa Tectal de Embrión de Pollo
Las células progenitoras en Rosa (expresión de Factor Básico Math1)
Las Interneuronas de la comisura Dorsal (postmitoticas) expresan el Homeodominio LH2A/B marcado en azul
Vía de Transducción de la Señal de BMP
SMAD corresponden a un tipo de Factores de Trascripción. Esta Vía depende de la fosforilación inducida por el Receptores de BMP tipo I y II
Formación de las Principales Subdivisiones Encefálicas
Romboencefalo, Rombomeros y su relación con la expresión de genes Hox
Patrones diferenciales de expresión de Factores de Transcripción, definiendo
los rombomeros mucho antes del establecimiento de los nervios Craneales
Tie
mpo
Expresión Temporal de Cuatro genes que participan en el establecimiento del plan corporal de Droshopila
Genes Hoxbicoidkruppelhairywingless
La organización de los Grupos de Genes Hox se conserva en las Moscas y los Mamíferos
Los Genes Implicado en la configuración del Romboencéfalo se expresan de forma
segmentaria
Rojo: Familia Hoxb
Amarillo: Otros Fac de Transcripcion
Azul: Receptores Eph de Cinasas
Violeta: Ligandos de Efrinas
Diferenciación Neuronal y Establecimiento de Circuitos
Neuronales
El impresionante numero de neuronas que componen el encéfalo humano (salvo excepciones) se generan antes del nacimiento.
La células precursoras en la Zona ventricular (región interna que rodea la luz del tubo neural).
Esta región presenta una actividad mitótica extraordinaria, se ha calculado en 250.000 el numero de nuevas neuronas cada minuto en el pico de proliferación.
Generación de Neuronas Corticales durante la gestación de mono Rhesus
Con la Incorporación de timina radioactiva se logra determinar la Fecha de nacimiento de las neuronas
Las células mas “viejas” se ubican en las capas inferiores de la corteza y las mas “jóvenes” en las capas mas externas. Las células de una capa pertenecen a una misma cohorte de hermanas
¿Como se genera y de que depende la diversidad Neuronal?
Depende del Linaje Celular. En Caenorhabditis elegans ha demostrado que a menudo la eliminación de vecinas no afecta el destino establecido para las células que darán orígenes a las neuronas conocidas
Depende del Plano de División de las células progenitoras
Depende de la Comunicación Intercelular: se ha demostrado en la diferenciación de células fotorreceptoras de Drosophila y con mutantes que no se comunican con sus vecinas
Sevenless Mutación que impide la recepción de la señal de 8. Boss (Bride of Sevenless) Mutante que impide la señal a 7.
Migración Neuronal
El mecanismos de Migración basado en el andamiaje de la
Glia Radial es de gran importancia en regiones donde las neuronas se organizan en
capas, como la corteza, el cerebelo o el hipocampo.
Migración Tangencial
Migración Tangencial en cadena de células granulares del bulbo olfatorio
Señalamiento Celular que causan cambios
fenotípicos durante la migración de las
células de la Cresta Neural
¿Control ¿Control intrínsecointrínseco y/o y/o extrínsecoextrínseco del crecimiento de neuritas? del crecimiento de neuritas?
(a) Modelo de control extrínseco:las neuronas están expuestan a factoresde crecimiento externos (específicas de dendritas o axones) en diferentes periodos del desarrollo
(b) Modelo de control intrínseco:los factores de crecimiento externos estan siempre presentes y el estado intrínseco de las neuronas determina la respuestaa estos factores tróficos
Factores intrínsecosFactores intrínsecos: desarrollo temprano de dendritas y axones: desarrollo temprano de dendritas y axonesFactores extrínsecosFactores extrínsecos: influencian aspectos del desarrollo tardío de dendritas: influencian aspectos del desarrollo tardío de dendritas
y axones, y los procesos de refinamiento de la conectividady axones, y los procesos de refinamiento de la conectividad
Crecimiento y guía axonal
Los Factores Trópicos
• El crecimiento y guía axonal son procesos extraordinariamente dinámicos.
• Las interacciones inter-celulares y con la matriz extracelular son fundamentales en su regulación.
• Estas interacciones se llevan a cabo por moléculas de adhesión celular (guía por contacto) como las integrinas, cadherinas, Ng-CAM y N-CAM
• Y por factores difusibles como; nectrinas y semaforinas.
• Ambos pueden ser atractivos o repulsivos
Axones comisurales: ejemplo de cómo la combinación de diferentes moléculas especifican el trayecto de los axones. Los conos de crecimiento cambian su “sensibilidad” a estas moléculas durante su trayectoria
Gradientes de concentración de factores neurotrópicos en la guía axonal.
Los factores neurotróficos
El establecimiento y moldeado de la correcta
conectividad
La competencia por los factores neurotróficos y la actividad esculpen la conectividad definitiva luego del nacimiento.