1 EMBRIOLOGIA ANIMAL (BIOLOGIA DE LA REPRODUCCION Y EL DESARROLLO) Paula Vissio (Laboratorio de Neuroendocrinología del Crecimiento y la Reproducción) Lucas Jungblut (JTP) Daniela Pérez Sirkin (Ayte 1) Renata Menéndez Helman(Ayte 1) Juliana Dalto (Ayte 2) Ignacio Crudele (Ayte 2)
2 Desarrollo: embriogénesis: ontogeniaHistoria de la Embriología Desarrollo Desarrollo Fecundación Nacimiento Muerte Embrión Desarrollo: embriogénesis: ontogenia
3 EMBRIOLOGíA VS. BIOLOGIA DEL DESARROLLOBiología 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
4 Ciclo de vida
5 “La admiración es el origen del conocimiento”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.
6 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
7 «… se podría decir con igual seguridad que todos los árboles están enpequeño 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
8 Maupertuis ( ) 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 editorial
10 Teoría de la PreformaciónVan 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.
11 Primer microscopio: https://www.youtube.com/watch?v=GBIw1qAOBjA
12 El descubrimiento de los espermatozoides reafirma la TEl 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”
13 En 1672 publica el desarrollo del pollo utilizando microscopía.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”)
14 Apoyo de la ciencia, religión y filosofía del siglo XVIIISurge 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
15 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 Spellanzani demostró que se requieren espermatozoides y oocitos para formar un nuevo organismo 1775 1820 Fin de preformacionismo debido a profundos cambios tecnológicos y reformas institucionales.
16 Embriología rama especializada de la cienciaChristian 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
17 Ojo!!! Antes de la teoría evolutiva de Darwin!!!!Leyes de von Baer (1828) 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.
18 Wilhelm Roux ( ): Postura intermedia entre epigénesis y preformacionismo: Teoría del mosaico (en anfibios). Regiones predeterminadas para formar alguna parte de los organismos. Driesch ( ). 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.
19 Vitalismo y mecanicismo.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. Driesch: Fuerza mística (o vital) que otorga vida y deja una huella o camino hacia la forma adulta
20 Redescubrimiento de las Leyes de MendelHugo de Vries, Carls Correns y Erich von Tschermak (en la misma revista) 1900 Redescubrimiento de las Leyes de Mendel Wilhelm Johansen 1909 Gen Franklin, Watson, Crick 1953 Estructura del ADN
21 Neopreformacionismo/ Genocentrismo/ Determinismo genético
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23 Waddington ( ): 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
24 Biología del DesarrolloEstudia el origen y la construcción de un organismo Abarca la Biología Molecular, celular, fisiología, genética, anatomía, neurobiología, inmunología, ecología, biología evolutiva, física.
25 oocito
26 Biología del DesarrolloAnatómica o descriptiva (Embriología comparada, evolutiva y teratología) Genética Experimental (Biología del desarrollo ambiental, diferenciación celular, ordenamiento de células en tejidos y órganos)
27 MODELOS BIOLOGICOS Xenopus laevis pollo
28 Oryzias latipes (medaka)Danio rerio (Zebrafish) Oryzias latipes (medaka)
29 ratón
30 Drosophila melanogasterCaenorhabditis elegans
31 Dictyostelium discoideum
32 Proceso de formación de las gametas: espermatozoides y oocitosGametogénesis Proceso de formación de las gametas: espermatozoides y oocitos Separación bien establecida (insectos, vertebrados, gusanos redondos) Células germinales vs. Células somáticas No separación (cnidarios, gusanos planos, tunicados)
33 Etapas de la gametogénesisFormación del plasma germinal y determinación de las CGP. Migración de las CGP hacia las gónadas en desarrollo. Meiosis y modificación de la meiosis para la formación de los espermatozoides y gameta femenina. Diferenciación de espermatozoides y gametas femenina. Control hormonal de la maduración de las gametas y ovulación.
34 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.
35 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 por recepción de señales de células adyacentes a las futuras CGP Ej: ratón (miembros de la familia de BMP2/4 y 8b), axolote 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.
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37 Diferenciación de células germinales en nematodes (Boveri, 1910)Parascaris aequoum Centrifugación
38 C. elegans Gránulos P: Inhibidores de la transcripción, proteínas de unión al ARN y proteínas Nanos y Vasa.
39 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).
40 Anfibios: Xenopus laevisARN y proteínas VASA y NANOS
41 Aves y reptiles epiblasto
42 Mamíferos (Endo visceral) BIOLOGY OF REPRODUCTION 82, 390–401 (2010)
43 Vía de Smad activada por ligandos de la superfamilia TGF-
44 Phil. Trans. R. Soc. Lond. B (2003) 358, 1363–1370
45 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
46 Cell 160, 253–268, January 15, 2015
47 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.
48 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)
49 Protección contra las mutacionesOjo! 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
50 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.
51 Migración