stringtranslate.com

Compartimento (desarrollo)

Los compartimentos se pueden definir simplemente como poblaciones de células adyacentes, separadas y diferentes que, al yuxtaponerse, crean un límite de linaje. [1] Este límite evita el movimiento celular de células de diferentes linajes a través de esta barrera, restringiéndolas a su compartimento . [2] Las subdivisiones se establecen mediante gradientes de morfógenos y se mantienen mediante interacciones locales entre células , lo que proporciona unidades funcionales con dominios de diferentes genes reguladores , que dan lugar a destinos distintos . [1] Los límites de los compartimentos se encuentran en todas las especies . En el rombencéfalo de los embriones de vertebrados , los rombómeros son compartimentos de linaje común [3] delineados por la expresión de genes Hox . [4] En los invertebrados , el disco imaginal del ala de Drosophila proporciona un modelo excelente para el estudio de los compartimentos. Aunque otros tejidos , como el abdomen, [5] e incluso otros discos imaginales están compartimentados, gran parte de nuestra comprensión de los conceptos clave y los mecanismos moleculares involucrados en los límites de los compartimentos se ha derivado de la experimentación en el disco del ala de la mosca de la fruta .

Función

Al separar diferentes poblaciones celulares, el destino de estos compartimentos está altamente organizado y regulado. [6] Además, esta separación crea una región de células especializadas cerca del límite, [7] que sirve como un centro de señalización para la formación de patrones , la polarización y la proliferación [8] de todo el disco. Los límites de los compartimentos establecen estos centros organizadores [5] [7] al proporcionar la fuente de morfógenos [9] que son responsables de la información posicional requerida para el desarrollo y la regeneración . [9] [10] La incapacidad de que ocurra competencia celular a través del límite indica que cada compartimento sirve como una unidad autónoma de crecimiento . [8] [11] Las diferencias en las tasas de crecimiento y los patrones en cada compartimento mantienen separados los dos linajes [12] y cada uno controla el tamaño preciso de los discos imaginales. [13]

Separación celular

Estas dos poblaciones celulares se mantienen separadas por un mecanismo de segregación celular vinculado a la expresión hereditaria de un gen selector . [7] Un gen selector es uno que se expresa en un grupo de células pero no en el otro, [5] dando a las células fundadoras y a sus descendientes instrucciones diferentes. [12] Finalmente, estos genes selectores se fijan en un estado expresado o no expresado y se heredan de forma estable a los descendientes, [5] [8] especificando la identidad del compartimento y evitando que estas poblaciones celulares genéticamente diferentes se entremezclen. [13] Por lo tanto, estos genes selectores son clave para la formación y el mantenimiento de los compartimentos de linaje. [14]

Dogma central

La diferencia en la actividad de los genes selectores no solo establece dos compartimentos, sino que también conduce a la formación de un límite entre estos dos que sirve como fuente de gradientes de morfógenos . En el dogma central de los compartimentos, primero, los gradientes de morfógenos posicionan las células del compartimento fundador. [2] [8] Luego, los genes selectores activos/inactivos dan una identidad genética única a las células dentro de un compartimento, instruyendo su destino y sus interacciones con el compartimento vecino. [8] [14] Finalmente, las células fronterizas, establecidas por señalización de corto alcance de un compartimento a su compartimento vecino [15] emiten señales de largo alcance que se propagan a ambos compartimentos para regular el crecimiento y la formación de patrones de todo el tejido . [8] [16]

Límite A/P

En 1970, mediante análisis clonal , se identificó el límite Anterior-Posterior. [2] Las células fundadoras, que se encuentran en el límite entre los parasegmentos 4 y 5 del embrión , ya están determinadas en la etapa temprana del blastodermo y definidas en las dos poblaciones que generarán por franjas del gen engrailed . [2] [8] [17] El gen selector , engrailed (en) , es un determinante clave en la formación del límite entre los compartimentos anterior y posterior . [12] A medida que el disco imaginal del ala se expande, las células posteriores, pero no las anteriores, expresarán engrailed y mantendrán este estado de expresión a medida que se expanden y forman el disco. [17] Los clones mutantes engrailed de origen posterior ganarán afinidad anterior y se moverán hacia el compartimento anterior y se entremezclarán con esas células. Dentro del compartimento posterior, estos clones se clasificarán y formarán un borde ectópico donde se encontrarán con otras células posteriores. [12] [16] [18] De manera similar, un clon de células anteriores que expresan engrailed obtendrá identidad posterior y creará un límite ectópico donde el clon se encuentra con otras células anteriores en este compartimento. [16] Además de su papel autónomo de la célula en la especificación de la identidad del compartimento posterior, engrailed también tiene una función no autónoma de la célula en el crecimiento general y el patrón del disco del ala, a través de la activación de vías de señalización como Hedgehog (Hh) y Decapentaplegic (Dpp). [18] [19] [20] La presencia de engrailed en las células posteriores conduce a la secreción del inductor de corto alcance Hh [8] que puede cruzar al compartimento anterior para activar el morfógeno de largo alcance, Dpp. [15] [16] Las células en el compartimento posterior producen Hh, pero solo las células anteriores pueden transducir la señal. [6] La optomotora ciega (omb) está involucrada en la respuesta transcripcional de Dpp, que solo se requiere en las células anteriores para interpretar la señalización de Hh para la formación y mantenimiento de límites. [21] Además, Cubitus interruptus (Ci) , el transductor de señal de la señal de Hh, se expresa en todo el compartimento anterior, particularmente en las células del borde anterior. [18]En las células posteriores, engrailed impide la expresión de Ci , por lo que solo se expresa en células anteriores y, por lo tanto, solo estas células pueden responder a la señalización de Hh regulando positivamente la expresión de dpp . [15] [22] La pérdida de la función de engrailed en las células posteriores da como resultado una transformación anterior, donde la expresión de Hh disminuye y la expresión de dpp , ci y patched (ptc) aumenta, lo que da como resultado la formación de un nuevo límite A/P, lo que sugiere que en regula positivamente a hh , mientras que regula negativamente a ci , ptc y dpp . [18] [19]

Segregación celular

Para explicar cómo se mantienen separadas las células anteriores y posteriores, la hipótesis de adhesión diferencial propone que estas dos poblaciones celulares expresan diferentes moléculas de adhesión , produciendo diferentes afinidades entre sí que minimizan su contacto. [6] [8] El modelo de afinidad del selector propone que la diferencia en la afinidad celular entre compartimentos es el resultado de la expresión diferencial del gen selector . [14] La presencia o ausencia de genes selectores en un compartimento dado produce moléculas de adhesión o reconocimiento específicas del compartimento que son diferentes de las de su contraparte. [13] Por ejemplo, engrailed expresado en las células posteriores, pero no en las anteriores, proporciona la afinidad diferencial que mantiene estos compartimentos separados. También es posible que esta diferencia en la adhesión/afinidad celular no se deba directamente a la expresión de en , sino más bien a la capacidad de recibir señalización Hh . [16] [18] Las células anteriores, capaces de transducir Hh, expresarán moléculas adhesivas dadas que diferirían de las presentes en las células posteriores, creando una afinidad diferencial que evitaría que se entremezclaran. [13] Este modelo de afinidad de señalización está respaldado por experimentos que demuestran la importancia de la señalización Hh. Los clones mutantes para el gen Smoothened (smo) , responsable de la transducción de la señalización Hh, conservan características similares a las anteriores, pero se mueven hacia el compartimento posterior sin ningún cambio en la expresión de engrailed o invected. [13] Esto demuestra que la señalización Hh, en lugar de la ausencia de en, es lo que da a las células su identidad compartimental. [16] [18] No obstante, este modelo de afinidad de señalización es incompleto: los clones mutantes smo de origen anterior que migran al compartimento posterior, no se asocian completamente con estas células, sino que forman un límite suave con estas células posteriores. Si la afinidad de señalización fuera el único factor que determina la identidad compartimental, entonces estos clones, que ya no reciben señalización Hh, tendrían la misma afinidad que las otras células posteriores en ese compartimento y podrían entremezclarse con ellas. [13] Estos experimentos indican que, aunque la señalización de Hh podría tener un efecto en las propiedades adhesivas, este efecto se limita a las células del borde en lugar de a ambos compartimentos. [5] También es posible que ambos compartimentos produzcan las mismas moléculas de adhesión celular., pero una diferencia en su abundancia o actividad podría resultar en una clasificación entre los dos compartimentos. In vitro, las células transfectadas con altos niveles de una molécula de adhesión dada se segregarán de las células que expresan niveles más bajos de esta misma molécula. [23] Finalmente, las diferencias en la tensión del enlace celular también podrían desempeñar un papel en el establecimiento del límite y la separación de las dos poblaciones celulares diferentes. Los datos experimentales han demostrado que la miosina II se regula positivamente a lo largo de los límites dorsal-ventral y anteroposterior en el disco del ala imaginal. [24] [25] El límite D/V se caracteriza por la presencia de actina filamentosa y las mutaciones en la cadena pesada de la miosina II perjudican la compartimentación D/V. [25] De manera similar, tanto la F-actina como la miosina II aumentan a lo largo del límite A/P, acompañado de una disminución de Bazooka , que también se observó en el límite D/V. El inhibidor de la Rho-quinasa Y-27632 , del cual la miosina II es el objetivo principal, reduce significativamente la tensión de enlace celular , lo que sugiere que la miosina II podría ser el principal efector de este proceso. En apoyo del modelo de afinidad de señalización, la creación de una interfaz artificial entre células con señalización Hh activa vs. inactiva induce un comportamiento de unión que alinea los enlaces celulares de donde se encuentran estos tipos de células opuestas. [24] Además, se observa un aumento de 2,5 veces en la tensión mecánica a lo largo del límite A/P, en comparación con el resto del tejido. Las simulaciones que utilizan un modelo de vértice demuestran que este aumento en la tensión de enlace celular es suficiente para mantener poblaciones de células proliferantes en límites de compartimentos separados. [24] Los parámetros utilizados para medir la tensión de enlace celular se basan en la adhesión célula-célula y la entrada de tensión cortical. [6] También se ha sugerido que la formación de límites no es el resultado de la tensión mecánica diferencial entre las dos poblaciones de células, sino que podría ser el resultado de las propiedades mecánicas del límite en sí. [26] El nivel de la molécula de adhesión, E-cadherina , no se alteró y las propiedades biofísicas de las células entre los dos compartimentos fueron las mismas. Los cambios en las propiedades celulares, como un área de sección transversal apical agrandada, solo se observan en las células del borde anterior y posterior. [24] A lo largo del límite, la orientación de las divisiones celulares fue aleatoria y no hay evidencia de que aumentara la muerte celular.o zonas de células no proliferantes son importantes para mantener el límite A/P o D/V. [5]

Direcciones futuras

A pesar de los numerosos intentos de identificar las moléculas de adhesión importantes para el establecimiento y mantenimiento de los límites de los compartimentos, no se ha identificado ninguna. [6] [22] La continuación de nuestra comprensión de este proceso se beneficiará de más datos experimentales sobre los enlaces celulares y la tensión cortical, así como de estudios para identificar moléculas que regulen la afinidad celular diferencial.

Referencias

  1. ^ ab Irvine KD, Rauskolb C (2001). "Límites en el desarrollo: formación y función". Annu Rev Cell Dev Biol . 17 : 189–214. doi :10.1146/annurev.cellbio.17.1.189. PMID  11687488.
  2. ^ abcd Garcia-Bellido A, Ripoll P, Morata G (1973). "Compartimentalización del desarrollo del disco alar de Drosophila" (PDF) . Nat New Biol . 245 (147): 251–3. doi :10.1038/newbio245251a0. hdl : 10261/47426 . PMID  4518369.
  3. ^ Lumsden A. (1990). "La base celular de la segmentación en el rombencéfalo en desarrollo". Trends Neurosci . 13 (8): 329–35. doi :10.1016/0166-2236(90)90144-Y. PMID  1699318. S2CID  3997227.
  4. ^ Fraser S, Keynes R, Lumsden A (1990). "La segmentación en el rombencéfalo del embrión de pollo se define por restricciones de linaje celular". Nature . 344 (6265): 431–5. Bibcode :1990Natur.344..431F. doi :10.1038/344431a0. PMID  2320110. S2CID  4355552.
  5. ^ abcdef Dahmann C, Basler K (1999). "Límites de compartimentos: al borde del desarrollo". Trends Genet . 15 (8): 320–6. doi :10.1016/S0168-9525(99)01774-6. PMID  10431194.
  6. ^ abcde Vincent JP, Irons D (2009). "Biología del desarrollo: tensión en la frontera". Curr Biol . 19 (22): 1028–30. doi : 10.1016/j.cub.2009.10.030 . PMID  19948137.
  7. ^ abc Blair SS. (1995). "Compartimentos y desarrollo de apéndices en Drosophila". BioEssays . 17 (4): 299–309. doi :10.1002/bies.950170406. PMID  7741723. S2CID  25693875.
  8. ^ abcdefghi Lawrence PA, Struhl G (1996). "Morfógenos, compartimentos y patrones: lecciones de la drosophila?". Cell . 85 (7): 951–61. doi : 10.1016/S0092-8674(00)81297-0 . PMID  8674123.
  9. ^ ab Meinhardt H. (1983). "Un modelo de límites para la formación de patrones en extremidades de vertebrados". J Embryol Exp Morphol . 76 : 115–37. PMID  6631316.
  10. ^ Meinhardt H. (1983). "Límites de determinación celular como regiones organizadoras para campos embrionarios secundarios". Dev Biol . 96 (2): 375–85. doi :10.1016/0012-1606(83)90175-6. PMID  6832478.
  11. ^ Simpson P, Morata G (1981). "Tasas mitóticas diferenciales y patrones de crecimiento en compartimentos en el ala de Drosophila". Dev Biol . 85 (2): 299–308. doi :10.1016/0012-1606(81)90261-X. PMID  7262460.
  12. ^ abcd Morata G , Lawrence PA (1975). "Control del desarrollo de compartimentos por el gen engrailed en Drosophila". Nature . 255 (5510): 614–7. Bibcode :1975Natur.255..614M. doi :10.1038/255614a0. PMID  1134551. S2CID  4299506.
  13. ^ abcdef Blair SS, Ralston A (1997). "La señalización Hedgehog mediada por suavizado es necesaria para el mantenimiento de la restricción de linaje anteroposterior en el ala en desarrollo de Drosophila". Desarrollo . 124 (20): 4053–63. doi :10.1242/dev.124.20.4053. PMID  9374402.
  14. ^ abc García-Bellido A. (1975). "Control genético del desarrollo del disco alar en Drosophila". Ciba Found Symp . Simposios de la Fundación Novartis (29): 161–82. doi :10.1002/9780470720110.ch8. hdl : 10261/47429 . ISBN. 9780470720110. Número de identificación personal  1039909.
  15. ^ abc Basler K, Struhl G (1994). "Límites de compartimentos y el control del patrón de las extremidades de Drosophila por la proteína hedgehog". Nature . 368 (6468): 208–14. Bibcode :1994Natur.368..208B. doi :10.1038/368208a0. PMID  8145818. S2CID  4354288.
  16. ^ abcdef Zecca M, Basler K, Struhl G (1995). "Actividades de organización secuencial de engrailed, hedgehog y decapentaplegic en el ala de Drosophila" (PDF) . Desarrollo . 121 (8): 2265–78. doi :10.1242/dev.121.8.2265. PMID  7671794. Archivado desde el original (PDF) el 28 de octubre de 2021 . Consultado el 25 de agosto de 2021 .
  17. ^ ab Vincent JP.. (1998). "Límites de compartimentos: ¿dónde, por qué y cómo?". Int J Dev Biol . 42 (3): 311–5. PMID  9654014.
  18. ^ abcdef Tabata T, Schwartz C, Gustavson E, Ali Z, Kornberg TB (1995). "Creación de un ala de Drosophila de novo, el papel de engrailed y la hipótesis del borde del compartimento". Desarrollo . 121 (10): 3359–69. doi :10.1242/dev.121.10.3359. PMID  7588069.
  19. ^ ab Guillén I, Mullor JL, Capdevila J, Sánchez-Herrero E, Morata G , Guerrero (1995). "La función del grabado y la especificación del patrón de alas de Drosophila". Desarrollo . 121 (10): 3447–56. doi :10.1242/dev.121.10.3447. hdl : 10261/150365 . PMID  7588077.
  20. ^ Tabata T, Kornberg TB (1994). "Hedgehog es una proteína de señalización con un papel clave en la formación de patrones en los discos imaginales de Drosophila". Cell . 76 (1): 89–102. doi :10.1016/0092-8674(94)90175-9. PMID  8287482. S2CID  2364822.
  21. ^ Shen J, Dahmann C (2005). "El papel de la señalización Dpp en el mantenimiento del límite del compartimento anteroposterior de Drosophila". Dev Biol . 279 (1): 31–43. doi : 10.1016/j.ydbio.2004.11.033 . PMID  15708556.
  22. ^ ab Végh M, Basler K (2003). "Un análisis genético de los objetivos hedgehog implicados en el mantenimiento del límite del compartimento anteroposterior de Drosophila". Genética . 163 (4): 1427–38. doi :10.1093/genetics/163.4.1427. PMC 1462513 . PMID  12702686. 
  23. ^ Steinberg MS, Takeichi M (1994). "Especificación experimental de la clasificación celular, la propagación tisular y la formación de patrones espaciales específicos mediante diferencias cuantitativas en la expresión de cadherina". Proc. Natl. Sci. USA . 91 (1): 206–9. Bibcode :1994PNAS...91..206S. doi : 10.1073/pnas.91.1.206 . PMC 42915 . PMID  8278366. 
  24. ^ abcd Landsberg KP, Farhadifar R, Ranft J, Umetsu D, Widmann TJ, Bittig T, Said A, Jülicher F, Dahmann C (2009). "El aumento de la tensión de los enlaces celulares rige la clasificación celular en el límite del compartimento anteroposterior de Drosophila". Curr Biol . 19 (22): 1950–5. doi : 10.1016/j.cub.2009.10.021 . PMID  19879142.
  25. ^ ab Major RJ, Irvine KD (2006). "Localización y requerimiento de miosina II en el límite del compartimento dorso-ventral del ala de Drosophila". Dev Dyn . 235 (11): 3051–8. doi : 10.1002/dvdy.20966 . PMID  17013876.
  26. ^ Martin AC, Wieschaus EF (2010). "Las tensiones dividen". Nat Cell Biol . 12 (1): 5–7. doi :10.1038/ncb0110-5. PMID  20027198. S2CID  19552256.