La complejidad de células y tejidos que forman un cuerpo animal parte de una bola engañosamente simple de células madre embrionarias (CME), el embrión temprano. La forma en que estas células pierden su pluripotencia (es decir, su capacidad para dar lugar a cualquier tipo de célula) y como se diferencian en linajes específicos es uno de los misterios de la biología del desarrollo. Un misterio sobre el cual el grupo de investigación dirigido por Thomas Graf en el Centro de Regulación Genómica (CRG) ha aportado luz.

El embrión vertebrado empieza como una esfera uniforme de células pluripotentes, que pronto se transforma –a través de un proceso denominado gastrulación– en una estructura más compleja con tres capas de tipos celulares diferenciados. Estas tres capas germinales se denominan Endodermo (capa interna), Mesodermo (capa mediana) y Ectodermo (capa externa) y darán lugar a todas las células y tejidos del organismo adulto.

• Endodermo (capa interna) → aparato digestivo y respiratorio
• Mesodermo (capa mediana) → músculos, huesos y dermis
• Ectodermo (capa externa) → epidermis, pelo, uñas, ojos y sistema nervioso

 

Las tres capas germinales del embrión  – Endodermo, Mesodermo y Ectodermo – darán lugar a todas las células y tejidos del organismo adulto.

 

Hasta ahora se creía que el mecanismo por el cual las células madre embrionarias (CME) pierden su estado pluripotente, y empiezan a diferenciarse en capas germinales específicas era un proceso de 2 pasos:

• Primero, salida de pluripotencia → Las CME pierden la capacidad para convertirse en cualquier tipo de célula. A nivel molecular, esto pasa debido a la inhibición de los genes Oct 4, Sox 2 y Nanog.
• Segundo, especificación del linaje → Las CME se diferencian en células del ectodermo, el mesodermo o el endodermo. A nivel molecular esto sucede activando un grupo específico de genes para cada capa:
  • Gata4 y Brachyury (T) en el caso del mesodermo.
  • Gata6, Foxa2 y Sox17 en el caso del endodermo.
  • Pax6 y Sox1 en el caso del ectodermo.

 

 

La inhibición y la activación de estos grupos de genes hace que la célula pase de una cromatina relativamente abierta (cuando la célula es pluripotente) a una más compactada (cuando la célula se diferencia).

Ahora, Tian Tian y otros compañeros del laboratorio Graf del CRG, han encontrado que la salida de pluripotencia y la especificación de la capa germinal se pueden sobreponer en el tiempo, en lugar de pasar una después de la otra, y han descubierto algunos actores críticos del proceso. En particular, los científicos se centraron en el factor Whsc1 relacionado con la cromatina, una metilasa de histonas  que se ha asociado a una forma rara de dolencia genética y a la formación del mieloma múltiple. Los investigadores encontraron que:

1. Cuando se inhibe Whsc1, las células madre embrionarias del ratón no se pueden diferenciar de manera eficiente en células del mesendodermo (aunque no se vea afectado el ectodermo), y la salida de pluripotencia se retrasa. Esto hace que Whsc1 sea el primer factor relacionado con la cromatina que se ha demostrado que es necesario para la salida de la pluripotencia.
2. Whsc1 es una enzima que puede metilar las histonas. Aun así, la función de Whsc1 en la salida de pluripotencia y la diferenciación del mesendodermo es independiente de su dominio catalítico, y por tanto de esta función.
3. Whsc1 se une a los elementos reguladores de los genes «maestros» de linaje Gata4, T (Brachyury), Gata6 y Foxa2 y los activa, dando lugar a una especificación de células germinales. Esto lo hace junto con la proteína Brd4.

Los autores concluyen que Whsc1 vincula el silenciamiento de la red reguladora de pluripotencia con la activación de los linajes del mesendodermo y, por lo tanto, juega un papel clave en esta importante transición del embrión.

 

El laboratorio de Thomas Graf ha encontrado que el factor relacionado con la cromatina Whsc1 juega un papel clave en la diferenciación del embrión; vincula la salida de pluripotencia con la especificación del linaje del mesodermo.

 

«Nuestro descubrimiento anula el antiguo concepto de que las células pluripotentes deben olvidar primero quiénes son antes de poder aprender nuevas reglas que les permitan cambiar de identidad. Por qué y cómo Whsc1 sólo establece una conexión con dos de las tres capas germinales es una pregunta interesante para el futuro», dice Thomas Graf, líder de este estudio, realizado en colaboración con la Universidad de Harvard, el Instituto Whitehead para la Investigación Biomédica y el MIT en Cambridge, EEUU.

En este vídeo (en inglés) el jefe de grupo, Thomas Graf, nos explica este descubrimiento.

 

Gastrulación de un diblástico: formación de las capas germinales de una (1) blástula a una (2) a gástrula.

Una capa germinal, también llamada capa germinativa, capa embrional, hoja embrionaria u hoja blastodérmica es un conjunto de células formadas durante el desarrollo embrionario animal a partir de las cuales se originarán los tejidos y órganos del adulto .

Historia del estudio de las capas germinales

[

editar

]

La aceptación de la generalidad e importancia de las capas germinales data del siglo XIX. Christian Pander (1817) fue el primero en reconocerlas en un estudio que realizó en embriones de pollo. En 1825 Martin Heinrich Rathke identificó hojas embrionarias equivalentes en crustáceos. En 1828 Karl Ernst von Baer las descubrió en los embriones de otros vertebrados. En 1849 Julian Huxley mostró que las hojas externas e internas de los vertebrados eran homólogas a las dos capas de los celenterados. En 1877 Ray Lankester, inspirado en la teoría de Ernst Haeckel sobre la Gastraea, un hipotético ancestro común a todos los metazoos, dividió el reino animal en tres grandes grupos en función del número de capas germinales: homoblásticos (protozoos), diploblásticos (celentéreos) y triploblásticos (el resto de animales).

Embriología

[

editar

]

Todos los animales más complejos que las esponjas poríferas producen dos o tres capas de tejidos primarios. Los animales con simetría radial, como los cnidarios, tienen dos, denominadas ectodermo y endodermo. Los animales con simetría bilateral producen una tercera capa situada entre las dos anteriores, el mesodermo. Las capas germinales originarán los tejidos y órganos durante el proceso de organogénesis.

Capas germinales o embriológicas

[

editar

]

Micrografía de un teratoma, un tumor que característicamente tiene tejido procedente de las tres capas germinales. La imagen muestra tejido derivado del mesodermo (cartílago inmaduro – esquina superior izquierda de la imagen ), endodermo (glándulas gastrointestinales – centro inferior de la imagen), y ectodermo (derecha de la imagen). Tinción H/E..

• Endodermo: Es la capa germinal más interna. Aparece siempre cuando una capa de células se proyecta hacia afuera a partir de la masa celular interna que crece alrededor del blastocele. Es el origen del intestino, el hígado, el páncreas, los pulmones, los riñones, y la mayor parte de órganos internos.

Y estos son los órganos que se originan en cada capa embrional

Referencias

[

editar

]

Phylum Porifera

Los poríferos, conocidos comunmente como esponjas de mar, fueron las primeras formas en ramificarse del árbol evolutivo, desde el ancestro común de todos los animales. Se consideraron plantas, debido a su inmovilidad (son animales sésiles), hasta que en 1765 se descubrió la existencia de corrientes internas de agua, y fueron reconocidos como animales.

se considera que las esponjas tienen una organización celular, a diferencia del resto de los metazoos cuya organización es tisular (con tejidos). Carecen de verdaderas capas embrionarias, y la mayoría de las células que componen su cuerpo son totipotentes, es decir, pueden transformarse en cualquiera de los otros tipos celulares según las necesidades del animal. 

La forma corporal generalizada de estos animales es la de un «saco» con una abertura grande en la parte superior, el ósculo, que es por donde sale el agua, y muchos poros más o menos pequeños en las paredes, que es por donde entra el agua. A diferencia del resto de metazoos, dependen de la digestión intracelular, se alimentan por filtración gracias a un desarrollado sistema de canales y cámaras en los que el movimiento de los coanocitos (células flageladas), genera corrientes de agua. Tampoco tienen células nerviosas, lo que las convierte en los únicos animales sin sistema nervioso.

Las esponjas son mayoritariamente marinas (de las aproximadamente 9.000 especies de esponjas que existen en el mundo, solo 150 son de agua dulce). Sin embargo, a pesar de su simplicidad, han tenido un gran éxito ecológico; son los animales dominantes en muchos hábitats bentónicos marinos, y toleran bien la contaminación por hidrocarburos, metales pesados y detergentes, acumulando dichos contaminantes en grandes concentraciones sin daño aparente. 

El phylum Porifera está representado, en la Comunitat Valenciana, por las siguientes clases:

• Clase Calcarea
• Clase Demospongiae
• Clase Hexactinellida

Capas germinales y desarrollo embrionario

5 minutos

Las capas germinales dan lugar a todos los tipos de tejidos del cuerpo humano, los cuales se agrupan constituyendo distintos órganos y sistemas. Te contamos más sobre este proceso.

Se denominan capas germinales u hojas embrionarias al conjunto de células del embrión que formarán los órganos y tejidos durante el desarrollo de este.

El desarrollo embrionario es un proceso ordenado y muy complejo en el que intervienen muchos factores, tanto maternos como fetales. A continuación, detallamos este proceso y sus etapas.

Desarrollo embrionario

Tras la fecundación, a partir de la división del cigoto, se empiezan a formar todos los tipos de células que componen el cuerpo humano. Este proceso es posible, gracias a la capacidad de diferenciación de las células embrionarias.

En respuesta a determinados factores hormonales, las células madres embrionarias pueden crear cualquier tipo de célula. Esta capacidad de diferenciación es la base del desarrollo del feto en el interior del útero.

Como destaca una publicación de la Enciclopedia Británica , durante la tercera semana de gestación, se presenta en el embrión un proceso conocido como gastrulación. En este, las células se comienzan a diferenciar y se forman en capas conocidas con los tres nombres mencionados a continuación:

• Endodermo.
• Mesodermo.
• Ectodermo.

Tras la fecundación, el cigoto se divide sucesivas veces y, al cabo de tres días, da origen a una estructura llamada mórula. Este proceso se conoce como segmentación, tal y como sostiene un estudio desarrollado en 2013 por la Universidad Nacional de Huancavelica, que también estableció que el tiempo de cultivo de fecundación in vitro en el desarrollo de embriones estaba entre 36 y 42 horas.

Por lo tanto, una vez formada la mórula, las células de esta comienzan a diferenciarse, y empieza la fase de blastocisto, que es el estadio de desarrollo previo a la implantación del embrión en el útero. Entre tanto, el blastocisto está formado por dos masas celulares: trofoblasto y embrioblasto, y una cavidad llamada blastocele.

El trofoblasto se divide en citotrofoblasto y sincitiotrofoblasto. Estos, tal y como recoge un artículo publicado por la Revista Peruana de Ginecología y Obstetricia, tienen funciones de nutrición y también forman parte de la placenta. El embrioblasto, por su parte, se fragmenta durante la segunda semana en dos capas celulares:

• Capa epiblastica. Encargada de formar un espacio llamado cavidad amniótica.
• Capa hipoblástica. Esta se encuentra debajo de la capa epiblastica y está en contacto con el blastocele, que da lugar al saco vitelino.

Estas dos capas forman una estructura plana llamada disco embrionario bilaminar. A partir de este disco, tiene lugar la formación de las tres capas germinales, donde se desarrollan todos los tejidos del embrión.

Durante la tercera semana de gestación se presenta en el embrión un proceso conocido como gastrulación.

Gastrulación: formación de las capas germinales

Aproximadamente a los 15 días de la fecundación, tiene lugar la gastrulación, y el disco bilaminar pasa a crear las tres capas embrionarias. Este proceso parte de la proliferación y migración de las células del epiblasto.

Esta proliferación da lugar a un surco llamado línea primitiva, desde donde las células del epiblasto se invaginan hacia el hipoblasto, formando dos capas: el endodermo y el mesodermo. Estas, según la Asociación para el Estudio de la Biología de la Reproducción (ASEBIR), se forman de la siguiente manera:

• Las células que se invaginan hacia el hipoblasto forman la primera capa germinal: el endodermo embrionario.
• Por su parte, otro grupo de células se quedan entre el epiblasto y el nuevo endodermo, y forman el mesodermo embrionario.
• Por último, las células que permanecen en el epiblasto dan lugar al ectodermo embrionario.

Aunque entre el endodermo y el ectodermo va a estar el mesodermo, estas dos capas germinales se unen en dos puntos anatómicos:

• Membrana bucofaríngea, que es la cavidad oral.
• Membrana cloacal, a partir de la cual se formará el ano.

La diferenciación de estas capas da origen a los distintos órganos y sistemas en un proceso llamado organogénesis. En este, las células se especializan en función de la expresión diferencial de determinados genes, lo que las conduce a desempeñar una función determinada.

El disco bilaminar es el encargado de crear las tres capas embrionarias.

Endodermo

El endodermo es la capa germinal formada por las células internas del embrión. Después de la gastrulación, la diferenciación de estas células da lugar a diferentes estructuras:

• El hígado.
• El estómago, el esófago y el intestino.
• La vejiga y un segmento de la uretra.
• La superficie interna del canal auditivo.
• La parte final de las vías respiratorias: la tráquea y los pulmones.
• Algunas glándulas como el timo, la glándula tiroides y el páncreas.

Mesodermo

Como hemos dicho, el mesodermo es la capa germinal que procede de la división de las células más intermedias. Del crecimiento y diferenciación de estas células surgen el aparato circulatorio y el reproductor, así como todos los tipos de tejido muscular, tal es el caso del músculo cardíaco, estriado y liso.

De igual forma, esta capa germinativa da origen a los huesos, el cartílago, el tejido conectivo, la grasa corporal, la dermis de la piel, el sistema linfático, gran parte del aparato urinario y varias membranas serosas. Además, en el desarrollo de todos estos componentes, según explica un artículo publicado por la Revista Española de Cirugía Ortopédica y Traumatología, tiene un papel fundamental la síntesis de las proteínas y las hormonas. En general, el mesodermo se subdivide en tres grandes componentes:

• Mesodermo intermedio.
• Mesodermo precordal.
• Plato lateral.
• Mesodermo paraxial.

Ectodermo

Es la capa germinal más externa. Durante la organogénesis, esta hoja embrionaria se divide en un ectodermo externo, un tubo neural y una cresta neural. De esta forma da origen a los siguientes tejidos:

• El sistema nervioso, incluyendo el encéfalo y la médula espinal.
• La retina y la córnea del ojo.
• Vías respiratorias altas.
• La epidermis, capa más externa de la piel.
• La boca y también la parte superior del tubo digestivo.
• Médula adrenal y el cartílago facial.
• El esmalta dental.
• Las glándulas mamaria.
• La pituitaria.

Un fenómeno crucial para el desarrollo de la vida

En síntesis, tras la implantación del blastocisto en el endometrio, se llevan a cabo una serie de procesos morfogenéticos que dan lugar al desarrollo embrionario. Los mismos tienen un significado biológico relevante.

El ectodermo, el endodermo y el mesodermo son las capas embrionarias que dan origen a todos los órganos del cuerpo humano. Su diferenciación es indispensable para la supervivencia del embrión y el desarrollo adecuado del feto.