Guià Pràctica 3 Biologia Cel·lular i del Desenvolupament 2023-2024 PDF

P3 BCBD 1 P3 BCBD 2 P3 BCBD PRÀCTICA 3 POLLET, UN MODEL DE DESENVOLUPAMENT DELS AMNIOTES OBJECTIUS GENERALS Com a model d’amniota, estudiar els principals esdeveniments que tenen lloc durant el desenvolupament embrionari del pollet (Gallus gallus domesticus), i la formació i funció dels annexos extr...

P3 BCBD 1 P3 BCBD 2 P3 BCBD PRÀCTICA 3 POLLET, UN MODEL DE DESENVOLUPAMENT DELS AMNIOTES OBJECTIUS GENERALS Com a model d’amniota, estudiar els principals esdeveniments que tenen lloc durant el desenvolupament embrionari del pollet (Gallus gallus domesticus), i la formació i funció dels annexos extraembrionaris. Definim com a amniotes als animals els embrions dels quals tenen una membrana anomenada amni, que els envolta i els protegeix. Ho són els rèptils, les aus i els mamífers. Observar preparacions d’embrions sencers amb la lupa i de seccions histològiques amb el microscopi òptic. Adaptat de: Wolpert. Principios del desarrollo. Ed. Médica Paramericana. 3a ed., 2010. PER QUÈ EL POLLET? Tal com vam comentar a la pràctica anterior, per estudiar el desenvolupament embrionari dels vertebrats, és necessari l’ús d’organismes fàcilment manipulables, per poder extrapolar aquests coneixements al gènere humà. Recordem aquí la Llei de Von Baer. L’estudi de les primeres fases del desenvolupament embrionari dels amfibis ens ha estat de gran utilitat per entendre què passa durant la segmentació, la gastrulació i la neurulació dels vertebrats. Tot i això, ens ha calgut un altre organisme, en aquest cas amniota, per analitzar la formació i la funció dels annexos extraembrionaris. Com a model s’ha escollit el Gallus gallus domesticus per la facilitat de manipulació dels ous fecundats. Característiques que fan del pollet un bon model: - Un elevat grau de conservació dels mecanismes cel·lulars i moleculars més essencials. - L’obtenció fàcil de grans quantitats d’ous fecundats. - Els ous són grans (uns 4 cm de diàmetre) i fàcils d’observar amb la lupa i de manipular experimentalment (injeccions, microcirurgia, transplantaments, etc.). - El cicle biològic curt (1+21 dies). 3 P3 BCBD -A diferència de les granotes, el desenvolupament embrionari del pollet, des de la gastrulació en endavant, és també molt semblant al dels mamífers. -Les aus desenvolupen annexos extraembrionaris com els mamífers. En els dos casos, els nutrients es troben separats físicament de l’embrió (vitel en les aus i sang de la mare en els mamífers) i, per tant, cal desenvolupar uns annexos que permetin a l’embrió accedir-hi. A part, aquestes estructures tenen altres funcions que descriurem més endavant. PRIMERES ETAPES DEL DESENVOLUPAMENT DE LES AUS 1. GAMETOGÈNESI És el procés de formació dels gàmetes. ▪ Espermatogènesi: Formació i diferenciació dels gàmetes masculins o espermatozoides. ▪ Ovogènesi: Formació i diferenciació dels gàmetes femenins o òvuls. Ous amb molt de vitel concentrat i separat del nucli i del citoplasma, els quals formen el disc germinal. En cas de fecundació, el vitel no se segmenta; només ho fa el disc germinal. L’ovari de la gallina conté molts ous en diferents etapes de maduració (continguts en fol·licles). Durant l’ovulació, l’ou madur és expulsat de l’ovari cap a l’oviducte, on s’envolta en primer lloc de l’albúmina, de les membranes de la closca, i finalment de la closca calcària. En el moment de la posta, l’ou de gallina està totalment format tal com el coneixem. viccargenetica.blogspot.com Adaptades de: https://blog.hola.com/farmaciameritxell/2019/04/ 4 P3 BCBD 2. FECUNDACIÓ Consisteix en la fusió de l’ou i l’espermatozoide, i la formació del zigot. L’aparellament és amb el gall. La fecundació és interna, és a dir, dins el cos de la mare, a diferència de la granota africana que vam estudiar en l’última pràctica. La fecundació té lloc a l’infundíbul, que correspon a la part de l’oviducte més propera a l’ovari. 3. SEGMENTACIÓ Aquesta etapa del desenvolupament es caracteritza per les divisions cel·lulars mitòtiques successives que es produeixen després de la fecundació. En les aus és parcial i discoidal. Les cèl·lules resultants s’anomenen blastòmers. La segmentació té lloc dins el cos de la mare (dura 20 hores), però només se segmenta la part de l’ou corresponent al disc germinal; el vitel, no. www.profesorenlinea.cl/ A mesura que la segmentació avança, es va formant una cavitat subgerminal, de manera que els blastòmers en posició més central tenen la cavitat per sota, i els que es troben al voltant tenen el vitel. Així, si observem l’embrió des de dalt (superfície dorsal), distingirem les anomenades àrea pel·lúcida, de la qual es desenvoluparà l’embrió, i l’àrea opaca, que donarà lloc a annexos extraembrionaris. L’embrió al final de la segmentació rep el nom de blastoderm i la cavitat és el blastocel. En el moment de la posta, l’embrió es troba en aquest estadi. BLASTODERMA Adaptat de: Wolpert. Principios del desarrollo. Ed. Médica Paramericana. 3a ed., 2010. En aquest estadi, els blastòmers que queden situats a sobre del blastocel formen l’epiblast, i els que queden a sota (en contacte amb el vitel) formen l’hipoblast. L’epiblast es desenvoluparà en l’ectoderma, el mesoderma i l’endoderma embrionaris. L’hipoblast donarà lloc a l’endoderma extraembrionari. I de l’àrea opaca en sortiran l’ectoderma i el mesoderma extraembrionaris. 5 P3 BCBD 4. GASTRULACIÓ Aquesta etapa del desenvolupament es caracteritza pels moviments cel·lulars, però, a diferència dels amfibis, també hi ha proliferació cel·lular i creixement de l’embrió. Les cèl·lules es desplacen seguint els moviments anomenats morfogenètics, i s’estableixen les tres capes germinatives primordials: ectoderma, mesoderma i endoderma. Si observem l’embrió des de dalt (superfície dorsal) veurem una zona lleument engruixida de l’epiblast entre les àrees opaca i pel·lúcida a la part posterior. És el lloc per on comença la gastrulació amb la formació de la línia primitiva, que s’estén a manera de solc per la cara dorsal de l’epiblast. Les cèl·lules de l’epiblast convergeixen en la línia primitiva i, a mesura que aquesta es desplaça cap endavant, les cèl·lules del solc ho fan cap a dins de l’embrió en sentit lateral i anterior. La zona capdavantera de la línia primitiva presenta una condensació de cèl·lules anomenada nòdul de Hensen. Quan el moviment de les cèl·lules s’atura, la línia primitiva retrocedeix (com una cremallera) i el nòdul de Hensen es dirigeix cap a la part posterior. NOTOCORDI NÒDUL NÒDULDE DEHENSEN HENSEN NOTOCORDI NÒDUL DE HENSEN Adaptat de: Dollander i Fenart. Elementos de embriologia. Ed. Limusa. 1a ed. (1986) 1990. Si analitzem un tall transversal de l’embrió, veurem que les cèl·lules es mouen de l’epiblast cap a l’hipoblast, però també s’estenen lateralment i cap endavant. Algunes de les cèl·lules formen el mesoderma, mentre que d’altres penetren en l’hipoblast i desplacen les cèl·lules de l’hipoblast cap a la perifèria. Les cèl·lules colonitzadores formaran l’endoderma embrionari, i les de l’hipoblast donaran lloc a l’endoderma extraembrionari. NÒDUL DE HENSEN ECTODERMA MESODERMA ENDODERMA HIPOBLAST FUTUR Adaptat de: Wolpert. Principios del desarrollo. Ed. Médica Paramericana. 3a ed., 2010. 6 P3 BCBD Les cèl·lules que van entrant i que s’estenen cap a la part cefàlica de l’embrió formen el notocordi (mesoderma), la qual es pot observar gràcies a la transparència des de la visió dorsal. Una vegada el nòdul de Hensen retrocedeix, el notocordi també es va estenent cap a la part caudal de l’embrió. Al final de la gastrulació, l’embrió rep el nom de gàstrula. Observem seguidament els talls sagital i transversal: ENDODERMA notocordi FUTUR FUTUR MESODERMA ECTODERMA Adaptat de: Dollander i Fenart. Elementos de embriologia. Ed. Limusa. 1a ed. (1986) 1990. 5. NEURULACIÓ Aquesta etapa del desenvolupament es caracteritza per fenòmens d’inducció. El procés més destacat és la formació del tub neural (ectoderma), induït per les cèl·lules del notocordi (mesoderma). En les aus, la neurulació comença per la part cefàlica de l’embrió abans que la gastrulació finalitzi a la part caudal. El notocordi envia senyals moleculars a les cèl·lules de l’ectoderma, les quals responen formant les crestes neurals i la placa neural. Finalment, les crestes es fusionen i formen un canal d’origen ectodèrmic dins de l’embrió, que s’estén de la part cefàlica a la caudal de l’animal per sobre del notocordi. Al final de la neurulació l’embrió rep el nom de nèurula. A més, durant la neurulació també es formen els somites (mesoderma) i el tub digestiu (endoderma) com podem observar en els esquemes següents: plec cefàlic notocordi MESODERMA FUTUR ENDODERMA ENDODERMA Tub digestiu (no arquènteron) Adaptats de: Dollander i Fenart. Elementos de embriologia. Ed. Limusa. 1a ed. (1986) 1990. 7 P3 BCBD ANNEXOS EXTRAEMBRIONARIS DE LES AUS Les aus tenen quatre annexos extraembrionaris: 1. SAC VITEL·LÍ: sac que conté el vitel i que, per tant, té la funció de nodrir. Irrigat. 2. AL·LANTOIDE: sac a on van a parar els residus que genera l’embrió. Irrigat. 3. AMNI/CAVITAT AMNIÒTICA: membrana que delimita una cavitat que conté el líquid amniòtic (on sura l’embrió). La seva funció és protegir l’embrió. 4. MEMBRANA CORIOAL·LANTOIDAL: permet l’intercanvi de gasos i, per tant, és necessària perquè l’embrió pugui respirar. MEMBRANA CORIOAL·LANTOIDAL closca AMNI CÒRION AL·LANTOIDE Adaptat de: Wolpert. Principios del desarrollo. Ed. Médica Paramericana. 3a ed., 2010. FORMACIÓ i ORIGEN DELS ANNEXOS EXTRAEMBRIONARIS EN LES AUS Partim de l’embrió en estadi de nèurula: ECTODERMA embrionari Per seguir les línies: -en blau: ectoderma -en taronja: mesoderma -en groc: endoderma MESODERMA embrionari ENDODERMA embrionari ECTODERMA extraembrionari MESODERMA extraembrionari ENDODERMA extraembrionari Adaptats de Dollander i Fenart. Elementos de embriologia. Ed. Limusa. 1a ed. (1986) 1990. 8 P3 BCBD Formació de la CAVITAT AMNIÒTICA/AMNI (33 hores) i del SAC VITEL·LÍ (48 hores): ECTODERMA ENDODERMA MESODERMA amni Adaptats de: Dollander i Fenart. Elementos de embriologia. Ed. Limusa. 1a ed. (1986) 1990. 9 P3 BCBD Formació de l’AL·LANTOIDE (72 hores) i del CÒRION: CÒRION AL·LANTOIDE MA FUTUR FUTUR ECTODERMA ENDODERMA MESODERMA MESODERMA Formació de la MEMBRANA CORIOAL·LANTOIDAL: CÒRION AL·LANTOIDE MEMBRANA CORIOAL·LANTOIDAL Adaptats de: Dollander i Fenart. Elementos de embriologia. Ed. Limusa. 1a ed. (1986) 1990. 10 P3 BCBD FASES DEL DESENVOLUPAMENT DEL POLLET SEGONS HAMBURGER I HAMILTON L’any 1951* els investigadors Hamburger i Hamilton (HH) van dividir el desenvolupament del pollet des de la posta fins al naixement de l’animal en 46 etapes cronològiques i les van enumerar. *Hamburger V. i Hamilton HL. A series of normal stages in the development of the chick embryo. (1951) J. Morphol. 88(1): 49-92. 11 P3 BCBD https://embryology.med.unsw.edu.au/embryology/index.php/Hamburger_Hamilton_Stages Els investigadors van generar una taula en la qual van descriure les característiques de cada fase i el temps aproximat. El temps pot variar una mica d’embrió a embrió, especialment si la temperatura és més o menys alta. La trobareu més endavant en el guió. 12 P3 BCBD PRÀCTICA 1- OBSERVA AMB EL MICROSCOPI ESTEREOSCOPI (LUPA) ELS MUNTATGES SENCERS D’EMBRIONS DE POLLET DE DIFERENTS FASES: Les preparacions consisteixen en muntatges totals en plàstic o goma aràbiga d’embrions de pollet fixats i tenyits amb eosina. L’observació la farem amb la lupa i a simple vista. OBSERVA a simple vista del POM 4850-4930, que es tracta d’un bloc múltiple on hi ha embrions en fases diferents (16-100 hores). Compara la mida entre els embrions i l’aparició de les diverses estructures embrionàries i extraembrionàries. OBSERVA a simple vista i amb la lupa del següents POMs, que contenen embrions individuals: 1. Embrió de 18/16 hores (POM4850) 2. Embrió de 24 hores (E2050) 3. Embrió de 33 hores (E2080) 4. Embrió de 48 hores (E2120) 5. Embrió de 72 hores (E2200) 6. Embrió de 96/100 hores (POM4930) ▪ Compara les preparacions de pollet amb els esquemes adjunts i tracta de determinar la fase de desenvolupament de l’embrió segons la taula de Hamburger-Hamilton. La taula estableix les característiques de cada fase i el temps aproximat. Els esquemes duen un número (el de la fase) precedit per HH (Hamburger-Hamilton). ▪ Identifica algunes de les principals estructures embrionàries i els annexos extraembrionaris: o Àrees pel·lúcida i opaca o Línia primitiva i nòdul de Hensen o Somites o Prosencèfal o cervell anterior o Vesícules òptiques o Mesencèfal o cervell mig o Romboencèfal o cervell posterior o Plec amniòtic/amni o Cor o Al·lantoides o Botons de les extremitats 13 P3 BCBD TAULA DE HAMBURGER I HAMILTON https://embryology.med.unsw.edu.au/embryology/index.php/Hamburger_Hamilton_Stages 14 P3 BCBD ESQUEMES ADJUNTS 1 15 P3 BCBD 16 P3 BCBD 17 P3 BCBD 2- OBSERVA AMB EL MICROSCOPI ÒPTIC I LA LUPA LA PREPARACIÓ DE NÈURULA DE POLLET OBSERVACIÓ: Seccions histològiques transversals seriades de nèurula de pollet de tres dies (fase 18 HH, 30-36 somites). Com que es tracta de seccions a diversos nivells del tronc, hi ha diferències entre les preparacions. S’adjunten dos esquemes que corresponen als talls als nivells 60 i 57. La major part de les estructures indicades en l’esquema del nivell 60 es poden veure en totes les seccions. ▪ ▪ Amb la lupa identifica primer l’embrió i la membrana del sac vitel·lí. Amb el microscopi òptic amb l’augment més baix, identifica les estructures de l’embrió i compara la imatge que hi veus amb els esquemes. Per exemple, observa el notocordi, el tub neural, els somites, el tub digestiu, etc. Imatge feta per la Unitat de Biologia Cel·lular. Dept. de Biomedicina, UB ESQUEMES ADJUNTS 2 18 P3 BCBD Tall transversal nivell 60 Tall transversal nivell 57 19 P3 BCBD 20 P3 BCBD PREGUNTES PER A LA DISCUSSIÓ: 1. Quina forma té la blàstula d’un amfibi i quina la del pollet? 2. Com s’anomena habitualment l’embrió de pollet a la fase de blàstula? 3. En quin dels dos models la segmentació és total i en quin parcial? 4. A quina d’aquestes dues parts, a l’àrea pel·lúcida o a l’opaca, es forma l’embrió de pollet? 5. En quin dels dos models hi ha annexos embrionaris i en quin no? 6. A partir de quina estructura embrionària es formen les vèrtebres? 7. Quin és el primer annex embrionari que es forma al pollet? 8. On s’emmagatzemen els residus nitrogenats de l’embrió de pollet? 9. Quina funció té la vascularització del sac vitel·lí? 10. Quina funció té la vascularització de la membrana corioal·lantoidal? 21