La placa del suelo es una estructura integral del sistema nervioso en desarrollo de los organismos vertebrados. Ubicada en la línea media ventral del tubo neural embrionario , la placa del suelo es una estructura glial especializada que se extiende por el eje anteroposterior desde el mesencéfalo hasta las regiones de la cola. Se ha demostrado que la placa del suelo se conserva entre los vertebrados, como el pez cebra y los ratones, con estructuras homólogas en invertebrados como la mosca de la fruta Drosophila y el nematodo C. elegans . Funcionalmente, la estructura sirve como organizador para ventralizar los tejidos en el embrión, así como para guiar el posicionamiento y la diferenciación neuronal a lo largo del eje dorsoventral del tubo neural. [1] [2] [3]
La inducción de la placa del suelo durante la embriogénesis de embriones de vertebrados se ha estudiado ampliamente en pollos y peces cebra y ocurre como resultado de una red de señalización compleja entre tejidos, cuyos detalles aún deben refinarse por completo. Actualmente hay varias líneas de pensamiento en competencia. Primero, la diferenciación de la placa del suelo puede estar mediada por señalización inductiva de la notocorda subyacente , una estructura de señalización derivada del mesodermo axial . Esto se apoya experimentalmente en pollos, en los que la inducción de la placa del suelo, así como la diferenciación del tejido nervioso ventral asociativo, está mediada por la molécula de señalización secretada sonic hedgehog (Shh). Shh se expresa en un gradiente con la concentración más alta localizada en la notocorda y la placa del suelo. Los experimentos de injerto de tejido in vitro muestran que la eliminación de esta molécula previene la diferenciación de la placa del suelo, mientras que su expresión ectópica induce la diferenciación de las células de la placa del suelo. [4] Una visión alternativa propone que las células de la placa del suelo del tubo neural provienen de células precursoras que migran directamente desde el mesodermo axial. A través de experimentos híbridos de pollo y codorniz, así como experimentos de interacción genética en pez cebra, parece que la notocorda y las células de la placa del suelo se originan de un precursor común. Además, en el pez cebra, la señalización Nodal es necesaria para la diferenciación de las células de la placa del suelo medial, mientras que Shh es prescindible. Estos datos pueden indicar que el mecanismo de inducción de la placa del suelo en amniotas y anamniotas difiere. [5] Para conciliar estas diferencias, se ha propuesto un modelo de inducción de modo dual en pollos. En este modelo, las células exclusivamente ectodérmicas son inducidas a convertirse en la placa del suelo medial durante la gastrulación por el mesodermo precordal, posiblemente a través de la señalización Nodal. Más tarde en el desarrollo, durante la neurulación , el contacto extendido y la interacción entre la notocorda y las células de la placa del suelo predestinadas causan la diferenciación, lo que sugiere un efecto cooperativo entre la señalización Nodal y Shh. [6]
En el desarrollo del sistema nervioso central, la decisión de una neurona de cruzar o no la línea media es fundamental. En los vertebrados, esta elección está mediada por la placa del suelo y permite que el embrión desarrolle con éxito las mitades izquierda y derecha del cuerpo con respecto al tejido nervioso. Por ejemplo, mientras que las neuronas ipsilaterales no cruzan la línea media, las neuronas comisurales la cruzan formando una única comisura. Estas neuronas en particular se desarrollan en la región dorsal del tubo neural y viajan ventralmente hacia la placa del suelo. Al llegar a la placa del suelo, las neuronas comisurales cruzan la estructura para emerger en el lado opuesto del tubo neural, donde se proyectan anterior o posteriormente dentro del tubo. [7]
Las moléculas de señalización que guían el crecimiento y las proyecciones de las neuronas comisurales tienen homólogos bien estudiados en invertebrados. En la vía de quimioatracción Netrin/DCC, los homólogos de C. elegans son Unc-6/Unc-40 y Unc-5, mientras que los homólogos de Drosophila son Netrin-A y Netrin-B/Frazzled y Dunc5. En la vía quimiorrepelente Slit/Robo, los homólogos de C. elegans son Slt-1/Sax-3, mientras que los homólogos de Drosophila también se conocen como Slit/Robo(1-3). [7]
En el sistema nervioso central (SNC), el mapeo general del destino celular generalmente está dirigido por la vía de señalización del morfógeno sonic hedgehog (Shh). En la médula espinal, Shh está dirigido tanto por las regiones de la notocorda como de la placa del suelo, que en última instancia impulsan la organización de las poblaciones progenitoras neuronales y gliales. Las poblaciones gliales específicas impactadas por Shh en estas dos regiones incluyen células precursoras de oligodendrocitos (OPC), oligodendrocitos , células NG2+, microglia y astrocitos . [13] La región de la placa del suelo (FP) de la médula espinal contribuye individualmente a la gliogénesis o la formación de células gliales. Tradicionalmente, las células progenitoras son impulsadas desde su fase de expansión progenitora, a la fase neurogénica y, en última instancia, a la fase gliogénica. A partir de la fase gliogénica, las antiguas células progenitoras pueden convertirse en astrocitos, oligodendrocitos u otros tipos de células gliales más especializadas. Recientemente, se han hecho esfuerzos para utilizar mutagénesis condicional para inactivar selectivamente la vía Shh específicamente en la región FP con el fin de identificar diferentes funciones de las moléculas implicadas en el destino celular de los oligodendrocitos. Los oligodendrocitos son las células responsables de la mielinización de los axones en el SNC.
Shh regula el procesamiento de Gli a través de dos proteínas, Ptch1 y Smo . [14] Cuando Shh no está activo, Ptch1 es responsable de suprimir la vía a través de la inhibición de Smo. Smo es crucial para la transducción general de la señal de la vía Shh. Si Smo está inhibido, la vía Shh también está inactiva, lo que en última instancia reprime la gliogénesis. Se requieren factores específicos como Gli3 para el destino celular de los oligodendrocitos. Dado que Shh regula el procesamiento de Gli, si Smo se ve comprometido o inhibido por Ptch1, esto inactiva la vía Shh y previene el procesamiento de Gli, lo que interrumpe el mapeo del destino de las células gliales. La señalización de Shh en la región FP es muy importante porque necesita estar activa para que ocurra la gliogénesis. Si Shh se inactiva dentro de la región FP y se activa en otras regiones de la médula espinal, como los dominios Dbx o pMN, la gliogénesis se ve comprometida. Pero, cuando Shh está activo en la región FP, se activa la gliogénesis y las células gliales comienzan a migrar a sus destinos previstos para funcionar.
La región de la placa del suelo ayuda en la guía de los axones, el mapeo del destino glial y la embriogénesis . Si esta área de la médula espinal se lesiona, podría haber complicaciones graves para todas las funciones que contribuyen a esta región, a saber, la proliferación y producción limitadas de las células gliales responsables de la mielinización y la fagocitosis en el SNC. La lesión de la médula espinal (LME) también suele dar lugar a la denudación o ruptura de los axones. La señalización de Wnt es una vía de señalización común involucrada en los casos de lesiones. La señalización de Wnt regula la regeneración después de una lesión de la médula espinal. Inmediatamente después de la lesión, la expresión de Wnt aumenta drásticamente. [15] La guía de los axones está impulsada por Netrin-1 [8] en la región FP de la médula espinal. Durante los casos de lesión, específicamente los casos de ruptura de axones, la señalización de Wnt se regula positivamente y los axones comienzan a iniciar la regeneración y los axones son reguiados a través de las regiones FP utilizando las vías de señalización de Shh y Wnt.
Las células ependimarias de la médula espinal también residen en la región FP de la médula espinal. Estas células son una población de células madre neurales responsables de repoblar las células perdidas durante una lesión. Estas células tienen la capacidad de diferenciarse en poblaciones gliales progenitoras. Durante una lesión, se secreta un factor llamado Akhirin en la región FP. Durante el desarrollo de la médula espinal, Akhirin se expresa únicamente en células madre ependimarias con propiedades de células madre latentes y desempeña un papel clave en el desarrollo de la médula espinal. En ausencia de Akhirin, la pluripotencialidad de estas células ependimarias no está regulada. [16] La lesión compromete la expresión y regulación de Akhirin y las células de la región FP no pueden ser restauradas adecuadamente por las poblaciones de células madre ependimarias.