Desarrollo del SN: Capítulo 9

Desarrollo del SN (Capítulo 9)

• En la mórula, las células internas (CMI) forman el embrioblasto.
• El epiblasto se sitúa en la superficie, formando el endodermo.
• Las células periféricas del epiblasto cierran el saco vitelino, cuya pared forma el hipoblasto.
• La gastrulación es un proceso con la invaginación de la parte dorsal del disco embrionario.
• El nódulo y la línea primitiva son parte de las células del epiblasto que se invaginan.
• En la gastrulación, el embrión se convierte en un disco de tres capas.
  • El endodermo es la capa interna.
  • El ectodermo es la capa externa, que da lugar al sistema nervioso y la epidermis.
  • El mesodermo es la capa intermedia, que forma la notocorda.
• La notocorda es precursora de la columna vertebral, definiendo el eje céfalo-caudal y medio-lateral.
• El hipoblasto forma la pared del saco vitelino.
• Las células periféricas del epiblasto forman el saco amniótico.
• La morfogénesis es el proceso por el cual el sistema nervioso adquiere la configuración característica de su especie.
• Comienza en la tercera semana del desarrollo embrionario.
• El embrión tiene forma aplanada de disco con dos capas de células (hipoblasto y epiblasto).
• Las CME son células maternas embrionarias.
• La neurulación es el proceso en el que queda determinado el tejido neural.
• Se forman las estructuras neurales iniciales.
• Divisiones del embrión:
  • Endodermo: Glándulas, sistema respiratorio, sistema digestivo.
  • Mesodermo: Sistema cardiovascular, sistema musculo-esquelético, sistema urinario, sistema reproductor, dermis de la piel.
  • Ectodermo: Epidermis de la piel, sistema nervioso (neuroectodermo).

Neurulación

• Ocurre por la interacción de las capas embrionarias en la gastrulación.
• Comienza con la inducción neural del ectodermo, marcando el territorio neural.
• La notocorda (notocorda-mesodermo) organiza las estructuras neurales e induce la señalización neural al ectodermo.
• Las señales inductoras neurales neutralizan o bloquean las proteínas morfogenéticas óseas.
• Esto desencadena la diferenciación como neuroectodermo del que se origina el sistema nervioso.
• El neuroectodermo se engrosa formando la placa neural rostral al nódulo primitivo.
• Se elevan los laterales de la placa neural y se forman los pliegues y el surco neural.
• Los pliegues neurales se fusionan formando la cresta neural y el tubo neural.
• La cresta neural forma el sistema nervioso periférico (SNP).
• El tubo neural forma el sistema nervioso central (SNC).
• El mesodermo adyacente se segmenta en somitas que forman la musculatura axial y el esqueleto.
• La cresta neural se escinde en dos partes simétricas.
• Los extremos del tubo neural forman los neuroporos rostral y caudal.
• Los neuroporos comienzan a cerrarse entre los días 28 y 31, marcando el fin de la neurulación.
• Fallos en el cierre:
  • Neuroporo caudal: espina bífida
  • Neuroporo rostral: anencefalia o cráneo escindido
• Causas:
  • Malformaciones genéticas
  • Factores ambientales (talidomida, alcohol, vitamina A, insuficiencia de ácido fólico)

Experimentos de Hans Spemann

• Realizó trasplantes entre embriones de anfibios implantando la notocorda en el blastocele.
• La notocorda-mesodermo induce la placa neural liberando sustancias inductoras (CORDINA, NOGINA, FOLISTATINA).
• Estas sustancias se unen a receptores de proteínas morfogenéticas óseas (RPmo) del ectodermo adyacente.
• Esto bloquea la diferenciación como tejido epidérmico, induciendo la diferenciación en neuroectodermo.

Desarrollo del Tubo Neural

• Al final de la cuarta semana, el tubo neural se dilata en la región encefálica, formando tres vesículas:
  • Prosencéfalo
  • Mesencéfalo
  • Rombencéfalo
• Comienza a curvarse por las flexiones mesencefálica y cervical.
• La zona caudal adyacente al rombencéfalo forma la futura médula espinal (M.E.).
• En la quinta semana:
  • El telencéfalo forma la corteza cerebral, estructuras subcorticales, HHCC (vesículas laterales).
  • El diencéfalo forma el tálamo y el hipotálamo.
  • El mesencéfalo permanece como mesencéfalo.
  • El metencéfalo forma la zona ventral del puente y la placa dorsal del cerebelo.
  • El mielencéfalo forma el bulbo raquídeo.
• El interior hueco del tubo neural forma las cavidades del sistema ventricular.

Segmentación del Tubo Neural

• Las vesículas anteriores (prosencéfalo y mesencéfalo) se dividen en segmentos llamados neurómeros.
• Los neurómeros desaparecen en el desarrollo posterior.
• El romboencéfalo se divide en rombómeros.
• Los rombómeros son segmentos abultados, unidades repetidas con identidad propia.
• Se mantiene la división y da lugar a los ganglios craneales.
• En la zona caudal del tubo también es evidente la segmentación.
• Comienzan a formarse los ganglios espinales.

Genes Homeobox (Hox)

• Se expresan en el mismo orden en que están en los cromosomas.
• Dirigen la segmentación e identidad de los rombómeros y sus límites (r1-r8).
• r1-r8 son rombómeros, y b1-b4 son arcos branquiales.
• Determinan cada núcleo sensorial o motor.
• Presentan un patrón espacio-temporal preciso.
• Dependen de sustancias como el ácido retinoico (vitamina A).
• Una alteración en la concentración de ácido retinoico modifica la expresión génica de Hox.
• Esto puede causar malformaciones en el encéfalo.

Regionalización Funcional del Tubo Neural

• Durante su desarrollo, se establece un patrón dorso-ventral.
• Señales inductoras ventralizantes proceden de la notocorda.
• Inducen la formación de la placa del suelo.
• Placa del suelo y notocorda mandan señales inductoras que diferencian las células de la placa basal.
• La placa basal se convierte en el asta ventral de la M.E., que tiene funciones motoras.
• Señales inductoras dorsalizantes proceden del ectodermo dorsal.
• Inducen la diferenciación de la cresta neural y la placa del techo.
• Placa del techo y ectodermo mandan señales que inducirán la dorsalización de la placa alar.
• La placa alar se convierte en el asta dorsal de la M.E., que tiene funciones sensoriales.
• La placa del suelo y la placa del techo funcionan como organizadores secundarios.

Desarrollo de la Cresta Neural y Formación del Sistema Nervioso Periférico (SNP)

• La cresta neural se extiende desde la vesícula diencefálica hasta el extremo caudal, dorsal al tubo neural.
• Origina el SNP.
• Experimenta un proceso mitótico acelerado, generando:
  • Neuronas y glía de los ganglios espinales y craneales (algunas se originan en el ectodemo epidérmico)
  • Células de Schwann
  • Células de los ganglios del SNA
  • Células cromafines de la médula suprarrenal
  • Parte de la piamadre y aracnoides (algunas derivan del mesodermo)
  • Otras células no neurales

Formación de los Ganglios

• Las células de la cresta neural migran por vía ventromedial, colocándose a cada lado del tubo neural.
• Interactúan con el mesodermo subyacente (segmentado en somitas).
• Se agrupan junto a los somitas formando los ganglios espinales.
• Esto establece la organización de los segmentos de la médula espinal (M.E.).

Matriz Extracelular

• Bordea la cresta neural e influye en la migración celular por moléculas y destino.
• Vías de migración:
  • Vía dorsolateral: guía las células de la región craneal, matriz extracelular determina la diferenciación como célula NO neural
  • Vía ventromedial: guía células de la región del tronco, matriz extracelular determina la diferenciación de células del SNP y suprarrenal

Proceso Migratorio

• Propiedades adhesivas de las células activan receptores para:
  • Moléculas de la matriz extracelular:
    • Fibronectina: facilita el desplazamiento
    • Laminina: abundan en sitios de agrupación celular
  • Moléculas de adhesión celular (MAC):
    • Células se adhieren con fuerza
    • Se inactivan en células migratorias
    • Se activan para formar ganglios
• Receptores de células migratorias y componentes de la matriz extracelular determinan la migración.
• Las células terminan agrupándose y formando ganglios.

Unión entre Ganglios Periféricos y Médula Espinal (M.E.)

• En la sexta semana, las células de los ganglios espinales extienden dos prolongaciones.
  • Prolongación centrífuga:
    • Hacia la periferia.
    • Se une a axones en crecimiento del asta ventral de la M.E.
    • Forman nervios espinales
  • Prolongación centrípeta:
    • Hacia la periferia.
    • Raíces de los ganglios dorsales de los nervios espinales
• A partir del cuarto mes, las células de Schwann (derivadas de la cresta neural) forman la vaina de mielina de axones periféricos.
• Los oligodendrocitos contribuyen a la formación de mielina dentro de la M.E.

Desarrollo en el Tubo Neural (Formación del SNC)

• Fases del desarrollo:
  1. Proliferación celular con nacimiento de células neuronales y gliales masivos.
  2. Migración con desplazamiento de neuronas.
  3. Diferenciación, maduración y crecimiento.
  4. Supervivencia.
  5. Muerte neuronal.

Proliferación

• El neuroepitelio (NE) es la pared del tubo neural.
• Contiene células madre/progenitoras que dan lugar a las estructuras del SNC, y es una región proliferativa.
• En el NE del telencéfalo dorsal (NE cortical), nacen células de la neocorteza Neuronas y glia.
• NE se ubica sobre el ventrículo lateral.

Neurogénesis en el NE Cortical

• Las células del NE cortical forman una matriz proliferativa, la zona ventricular.
• Tienen dos prolongaciones radiales que se anclan a las superficies ventricular y pial.
• Las células del NE cortical son células madre primarias que realizan divisiones.
• Amplían su población y la longitud del NE.

1. Células NE trasladan el núcleo hacia la superficie pial en las fases de crecimiento y síntesis.
2. Inducidas por cambios en la expresión genética, las células NE se transforman en células de glía radial (GR).
3. GR sufren divisiones para aumentar la población.
4. GRv inducidas por señales dividen para renovarse y crear neuronas.
5. GRv generan neuronas a través de células progenitoras intermedias (PI) en la zona subventricular (ZSV).
6. Células GRv separadas de la superficie ventricular se diferencian en GRe y proliferan.
7. Células GRe hacen divisiones para renovarse y producir neuronas por células progenitoras intermedias externas (PIe).

• Las zonas proliferativas ZV y ZSV generan neuronas de proyección y interneuronas.

Células Progenitoras Multipotentes

• En las zonas proliferativas existen células progenitoras con distintos potenciales.
• Células multipotentes producen neuronas y gliales, y son más comunes las GR.
• Otras tienen restringido su potencial para solo neuronas o solo gliales.
• El paso de la Neurogénesis a la Gliogenesis involucra una cascada de factores reguladores.

Zonas del Telencéfalo Extracortical

• Las zonas del NE extracortical en el telencéfalo subcortical contribuyen al desarrollo.
• NE da origen a la mayor población de células de Cajal-Retzius.
• El NE experimenta un pico de neurogénesis con la fase de migración, fundamental para la migración.
• Al HEM CORTICAL están el Septum Pallial Dorsal, que origina un pequeña población de células de Cajal-Retzius destinada a la neocorteza medial y dorsal, y el Septum Basal destino a la corteza piriforme
• En las eminencias ganglionares, la EG da origen a la mayoría de las interneuronas inhibitorias.
• Las células predecesoras originan las primeras células fuera de las zonas proliferativas.

Neurogénesis

• En distintas regiones, las zonas proliferativas producen distintas poblaciones celulares.
• Muchas estructuras reciben poblaciones celulares de distintas zonas proliferativas
• El período de neurogénesis no ocurre simultáneamente en las distintas zonas.
• Durante la neurogénesis prenatal:
  • Se produce la mayor parte de las neuronas
  • Período de neurogénesis de las neuronas de proyección termina antes que el de las interneuronas
• Durante la neurogénesis posnatal:
  • En el cerebelo siguen naciendo células granulares
  • Células progenitoras GR se mantienen
• También existe neurogénesis en la edad adulta.

Migración Celular

• Las células del NE extracortical presentan migración tangencial que es paralela al eje radial del NE cortical.

Células Predecesoras TRANSLOCACION Somal

• Se desplazan bajo la superficie pial y utilizan largas prolongaciones horizontales como elementos conductores.

Células Cajal-Retzius POR Dispersión

• Se expresan moléculas de repulsión para marcar su territorio, y señales de la piamadre que guían su destino.

Interneuronas Inhibitorias

• Se evitan el cuerpo estriado usando moléculas y señales.

Mecanismos de Migración

• Las células del NE del telencéfalo cortical presentan migración radial.

Células Cajal-Retzius traslocación Somal

• Las primeras nacen en la ZV, se desplazan, y se anclan en la preplaca que segrega la matriz extracelular.

Neuronas de Proyección Traslocación Somal

• Su migración es facilitada por la relina, y comienzan a configurar la placa cortical.

Neuronas de Proyección con Forma Multipolar = Migración Transitoria

• Se mueven aleatoriamente, extienden sus prolongaciones, y utilizan Migración Guiada por Células.

Desarrollo del NE cortical

1. Células predecesoras llegan tangencialmente NEcortical, formando la preplaca.
2. Migran desde la 5taSG células Cajal-Retzius, provocando una segunda proliferativa.
3. Las neuronas de migración comienzan, formando la placa cordical; las migraciones posteriores hacen migración radial con las neuronas.
4. Las iterneuronas inhibidorias a la PP proceden de las eminiencias ganglionares.
5. Bajo SP se forma zona intermedia “ZI”.
6. Entre la zona externa e interna es proliferación de GRe

• El patrón de de desarrollo NE CORTICAL va desde el interior, hastaafuera.

Diferenciación Celular

• Maduración neuronas y formación de vías de conexión.
  • Los patrones neuronales son determinados genéticamente, pero dependen de interacciones neuronales y actividad neuronal.
  • En las neuronas piramidales se ha comprendido que la arborización depende del entorno neuronales.

Conos de Crecimiento

• Estructura en extremos, promueve el crecimiento de axón. Se agarran al sustrato y promueven el estiramiento de neuritas.

Factores que Guían a los Axones a su Destino

• Afinidad química.
  • Se dirige hacia sustancias neurotrópicas.
• Soporte mecánico.
  • La matriz extracelular con moléculas guía a los axones a su destino.

Supervivencia/Muerte Neuronal

• Muerte celular programada: el SN realiza un ajuste con las poblaciones entre las que emiten axones y las que reciben.

Supervivencia de Axones

• Factores implicados

Dianas de los Axones

• Factores de crecimiento nervioso y contacto con otros blancos.

Sinaptogénesis

• El periodo de formación de sinapsis influye con distintos factores a su supervivencia.

Endocrinos

• Hormonas Gonadales diferencias fisiológicas entre hembras y machos con patrones dimórficos con estructura de sustancia gris.

Remodelación de Conexiones

• Los SN experimenta remodelación para funcionamiento.

Eliminación de Sinapsis

• El SN experimenta un remodelado.

Reorganización de Contactos

• Los aferentes llegan a una diana que con actividad logra establecer contacto fuerte.

Muerte Neuronal

• Las neuronas envían colaterales axónicos que son podados para lograr especificidad.
• Actividad sensible en periodos críticos da plasticidad, adaptación y remodelación

Mielinización

• Fase de concolidación de conexiones al terminal periodo de crecimiento de axones, con un periodo extendido que termina edad adulta.
• Los procesos son prederterminados caudorostralmente tras actividad neuronal generando adhesión.
• La experiencia influyen y puede cambiar, influyendo la capacidad funcional del SN.
• Aporta rigides a circuitos neuronales impidiendo las nuevas conexiones, las celulas pueden derterminar donde surgen sinapsis.
  • SN adulto mantiene la capacidad con plasticidad, con conexiones en regiones especifícas.