La diapausa embrionaria [a] ( implantación retrasada en mamíferos) es una estrategia reproductiva utilizada por varias especies animales de diferentes clases biológicas . En más de 130 tipos de mamíferos donde esto tiene lugar, el proceso ocurre en la etapa de blastocisto del desarrollo embrionario , [1] y se caracteriza por una reducción dramática o el cese completo de la actividad mitótica , deteniéndose con mayor frecuencia en el G 0 o G 1. Fase de división. [2]
En la diapausa embrionaria placentaria, el blastocisto no se implanta inmediatamente en el útero después de que la reproducción sexual haya dado como resultado el cigoto , sino que permanece en este estado de latencia sin división hasta que las condiciones permitan que la unión a la pared uterina se desarrolle con normalidad. [3] Como resultado, el período de gestación normal se extiende por un tiempo específico de la especie. [4] [5]
La diapausa proporciona una ventaja de supervivencia a la descendencia, porque el nacimiento o la aparición de las crías se pueden programar para que coincidan con las condiciones más hospitalarias, independientemente de cuándo se produce el apareamiento o la duración de la gestación; cualquier aumento de este tipo en las tasas de supervivencia de la progenie confiere una ventaja evolutiva .
Los organismos que sufren diapausa embrionaria pueden sincronizar el nacimiento de la descendencia con las condiciones más favorables para el éxito reproductivo, independientemente de cuándo tuvo lugar el apareamiento. [3] Muchos factores diferentes pueden inducir la diapausa embrionaria, como la época del año, la temperatura, la lactancia y el suministro de alimentos. [3]
La diapausa embrionaria es un fenómeno relativamente extendido fuera de los mamíferos, con una aparición conocida en los ciclos reproductivos de muchos insectos, nematodos, peces y otros vertebrados no mamíferos. [6] Se ha observado en aproximadamente 130 especies de mamíferos, [7] lo que es menos del dos por ciento de todas las especies de mamíferos. [8] Estos incluyen ciertos roedores , osos , armadillos , mustélidos (por ejemplo, comadrejas y tejones ) y marsupiales (por ejemplo, canguros ). Algunos grupos solo tienen una especie que sufre diapausa embrionaria, como el corzo del orden Artiodactyla . [5]
Se ha logrado la inducción experimental del desarrollo embrionario discontinuo en especies que no sufren espontáneamente una diapausa embrionaria en la naturaleza; Se demostró con éxito la detención reversible del desarrollo. Esto puede ser evidencia de la importancia evolutiva de este fenómeno, con una capacidad latente de diapausa potencialmente presente en un segmento de especies mucho más amplio que el que se sabe que ocurre naturalmente. [8] [9]
Todos los organismos multicelulares, desde su concepción, comienzan como un pequeño número de células y sólo crecen y se desarrollan a medida que esas células se dividen. En los organismos que son capaces de realizar una diapausa embrionaria, en condiciones reproductivas no ideales, se produce un cese de la división celular que impide que el embrión crezca y madure, retrasando la maduración del embrión hasta que las condiciones sean lo suficientemente ideales para promover la supervivencia de la descendencia. y, en algunos casos, la madre.
La regulación del ciclo celular en relación con la diapausa embrionaria se ha relacionado con el gen dacapo de la mosca de la fruta, responsable de inhibir la formación de complejos ciclina E-cdk2 necesarios para la síntesis de ADN. También hay evidencia que apunta a la regulación positiva del gen 1 de translocación de células B (Btg1) en el embrión de ratón durante la diapausa, otro regulador conocido del ciclo celular, responsable de inhibir la transición de G 0 /G 1 . Otros estudios han demostrado, a la inversa, la falta de implicación de reguladores más comunes del ciclo celular como p53 dentro del modelo placentario de diapausa embrionaria. [2] Si bien se ha caracterizado gran parte de la regulación molecular involucrada en la activación de los blastocistos inactivos , hay poca caracterización ampliamente aplicable disponible con respecto a la entrada en diapausa y las condiciones que permiten que un blastocisto permanezca inactivo. Una vez que el embrión sale de la parada de diapausa y reanuda el desarrollo regular, no se observan efectos adversos. [10]
Específicamente dentro de la diapausa embrionaria placentaria, este cese está provocado por la falla intencional del blastocisto en implantarse en la pared uterina, que es un componente esencial en la progresión del desarrollo en estas especies. [11] Las hormonas relacionadas con la implantación fallida también contribuyen a la detención embrionaria. [9]
Hay dos formas distintas de diapausa embrionaria, caracterizadas por diferentes condiciones de inicio. La diapausa facultativa ocurre en respuesta a ciertos factores estresantes ambientales o metabólicos, como cambios drásticos de temperatura, alimentación o lactancia. [10] La diapausa obligada ocurre regularmente en el ciclo reproductivo de las especies afectadas y a menudo se asocia con cambios estacionales y fotoperíodo. [10]
La diapausa facultativa está regulada por varios factores, incluido el entorno materno y la competencia ovárica, la glándula pituitaria y el estrés metabólico y la lactancia. [2]
Con respecto a los muchos otros reguladores de esta forma de diapausa, en los mamíferos placentarios, la diapausa facultativa suele ser el resultado de la fertilización poco después del nacimiento de una camada anterior. Las consiguientes crías que maman durante la lactancia promueven la liberación de prolactina . Esto a su vez reduce la secreción de progesterona del cuerpo lúteo en una mujer embarazada. El cuerpo lúteo es un órgano endocrino temporal que se forma a partir de las células sobrantes del folículo ovárico en el ovario , una vez que ha liberado un óvulo maduro . La función principal del cuerpo lúteo es secretar progesterona durante el embarazo para mantener el ambiente uterino necesario. La prolactina que actúa sobre el cuerpo lúteo hace que el nivel de progesterona esté por debajo de la concentración óptima y, por tanto, induce diapausa facultativa embrionaria.
Cada especie que sufre diapausa facultativa tiende a tener una etapa de desarrollo específica , es decir genéticamente determinada, en la que se inicia este proceso. Esta forma de diapausa se ha estudiado mejor en roedores y marsupiales [2] , pero se ha identificado en muchas otras especies, incluidos los no mamíferos. No está claro qué tan bien se aplican a estas otras especies los mecanismos estudiados para el inicio, mantenimiento y liberación de la diapausa facultativa en el modelo de roedores.
La diapausa obligada (adj: por necesidad) (también conocida como implantación retrasada estacional) es un mecanismo que garantiza que el nacimiento de la descendencia se realice en condiciones ambientales óptimas, para garantizar la máxima supervivencia. [12] [9] El mecanismo propuesto es separar la concepción y el parto (nacimiento) para que cada uno pueda ocurrir en la época más favorable del año. [9]
La diapausa obligatoria se activa y desactiva mediante cambios en el número de horas de luz dentro de un día (fotoperíodo) y, por lo tanto, ocurre dentro de estaciones específicas. [10] Si bien la diapausa obligada ocurre en una variedad de especies en diferentes grupos, existen variaciones significativas en la duración de la diapausa. Los zorrillos moteados occidentales ( Spilogale gracilis ) tienen una diapausa de unos 200 días, mientras que los visones americanos ( Neogale vison ) sólo tienen una diapausa de unos catorce días. [10]
De manera similar a la diapausa facultativa, una serie de cambios hormonales detienen el desarrollo del blastocisto , antes de la implantación , impidiendo el crecimiento continuo del embrión. Sin embargo, en diapausa obligada, el blastocisto entrará en estado latente en cada temporada reproductiva. Esto significa que cada blastocisto que produce una madre entrará en un período de diapausa. [10]
Una estrecha regulación de la diapausa obligada es esencial para la supervivencia de la madre y la descendencia. La diapausa prematura puede provocar la pérdida de oportunidades de crecimiento y reproducción y la diapausa tardía puede provocar la muerte debido a condiciones adversas. [13]
Antes del equinoccio de primavera , [b] el fotoperiodo es inferior a 12 horas. Esto aumenta la producción de melatonina en la glándula pineal . Debido a la relación inhibidora entre la melatonina y la prolactina , este aumento de melatonina disminuye la secreción de prolactina de la glándula pituitaria . La disminución de la prolactina en consecuencia disminuye la producción de progesterona en el cuerpo lúteo , impidiendo el desarrollo del blastocisto. Esto induce la diapausa embrionaria. [10]
Después del equinoccio de primavera, el fotoperiodo es superior a 12 horas. Esto disminuye la producción de melatonina en la glándula pineal y, por tanto, aumenta la producción de prolactina y progesterona en la glándula pituitaria y el cuerpo lúteo respectivamente. [10]
El aumento de prolactina induce la expresión del gen Odc ( ornitina descarboxilasa ). El gen Odc produce la proteína ODC, una enzima limitante en la producción de la poliamina , putrescina , dentro del ambiente uterino . La presencia de putrescina puede indicar un papel en la inducción del escape del embrión de la diapausa obligada. [10]
Las células madre embrionarias (ESC) tienen el potencial de permitir una mayor comprensión de los mecanismos que controlan la diapausa embrionaria. [13] Esto se debe a que las CME y los blastocistos en diapausa tienen perfiles de transcriptoma muy similares. [13] Las CME se derivan de la masa celular interna indiferenciada de los blastocistos de un embrión, con la capacidad de proliferación continua in vitro. [13] Las ESC se derivan principalmente de modelos de ratón, en el punto en el que las ESC tienen una eficiencia óptima y pueden entrar en diapausa. [3]
Tanto los blastocistos en diapausa como las ESC tienen similitudes en el perfil del transcriptoma, incluida la regulación negativa del metabolismo , la biosíntesis y las vías de expresión genética . [3] Estas similitudes permiten el uso potencial de ESC como modelo celular para identificar los factores moleculares que regulan la diapausa embrionaria. [13]