En embriología , la placa neural es una estructura clave del desarrollo que sirve como base para el sistema nervioso . Craneal al nódulo primitivo de la línea primitiva embrionaria , el tejido ectodérmico se espesa y aplana para convertirse en la placa neural. La región anterior al nódulo primitivo generalmente puede denominarse placa neural. Las células adquieren una apariencia columnar en el proceso a medida que continúan alargándose y estrechándose. Los extremos de la placa neural, conocidos como pliegues neurales , empujan los extremos de la placa hacia arriba y los juntan, plegándose hacia el tubo neural , una estructura fundamental para el desarrollo del cerebro y la médula espinal . Este proceso en su conjunto se denomina neurulación primaria . [1]
Las proteínas de señalización también son importantes en el desarrollo de la placa neural y ayudan a diferenciar el tejido destinado a convertirse en la placa neural. Ejemplos de tales proteínas incluyen proteínas morfogenéticas óseas y cadherinas . La expresión de estas proteínas es esencial para el plegamiento de la placa neural y la posterior formación del tubo neural.
Generalmente dividido en cuatro, el proceso de neurulación primaria involucra a la placa neural en los primeros tres pasos. La formación y plegamiento de la placa neural es el primer paso en la neurulación primaria . A esto le sigue el refinamiento y crecimiento de las células de la placa neural. El tercer paso de la neurulación primaria no involucra a la placa neural per se, sino a los bordes de la placa neural, que se unen, convirtiendo la placa en el inicio del tubo neural . Una vez que la placa neural se ha plegado formando un tubo, los pliegues neurales se unen para completar la fusión del tubo neural. Este proceso se ilustra en la figura de la derecha, donde la placa neural se muestra en violeta. El verde lima marca los bordes de la placa neural, que se convierten en los pliegues neurales, implicados en el plegado de la placa para crear el tubo neural. La figura demuestra el desarrollo de la placa neural hacia el tubo neural, que es de donde también se derivan las células de la cresta neural . [1]
En la neurulación primaria, la capa de ectodermo se divide en tres conjuntos de células: el tubo neural (futuro cerebro y médula espinal), epidermis (piel) y células de la cresta neural (conecta la epidermis y el tubo neural y migrarán para formar neuronas , glía , y pigmentación de las células de la piel). [1]
Durante la etapa de formación de la placa neural, el embrión consta de tres capas de células : el ectodermo que eventualmente forma la piel y los tejidos neurales, el mesodermo que forma músculos y huesos, y el endodermo que formará las células que recubren los tractos digestivo y respiratorio. Las células progenitoras que constituyen los precursores de los tejidos neurales en la placa neural se denominan células neuroepiteliales . [ cita necesaria ]
Estiradas sobre la notocorda , las células ectodérmicas de la porción dorsal del embrión son en última instancia las que forman la placa neural. Aproximadamente la mitad de esas células serán inducidas a permanecer en el ectodermo, mientras que la otra mitad formará la placa neural. [2] [3]
Hay cuatro etapas en la formación de la placa neural y del tubo neural: formación, flexión, convergencia y cierre. La formación de la placa neural comienza cuando el mesodermo dorsal indica a las células ectodérmicas que se encuentran encima de él que se alarguen hasta convertirse en células columnares de la placa neural. [4] Esta forma diferente distingue las células de la presunta placa neural de otras células preepidérmicas. Si la placa neural se separa por sí misma, aún se desarrollará para formar una placa más delgada, pero no formará un tubo neural. Si se aísla la región que contiene la presunta epidermis y el tejido de la placa neural, se formarán pequeños pliegues neurales . El alargamiento que se produce durante la formación de la placa neural y el cierre del tubo neural es vital; Se ve que las áreas de cierre del tubo neural tienen una actividad de elongación muy aumentada en la línea media en comparación con las áreas ya cerradas cuando la placa comenzaba a tomar forma de tubo. [5]
La flexión de la placa neural implica la formación de bisagras, donde la placa neural se conecta con los tejidos circundantes. La línea media de la placa neural se denomina punto de bisagra mediano (MHP). Las células de esta área, conocidas como células del punto bisagra medial debido a su participación en esta estructura, se estabilizan y conectan a la notocorda. Se derivan del área de la placa neural anterior al nudo primitivo. La notocorda iniciará los cambios de forma en las células MHP. Estas células disminuirán de altura y adquirirán forma de cuña. Otro tipo de punto de bisagra ocurre dorsal-lateralmente, denominado punto de bisagra dorsal-lateral (DLHP). Estas regiones se surcan y cambian de forma de la misma manera que lo hacen las células MHP antes de conectarse entre sí para formar el tubo neural. En un experimento se vio que sin la notocorda, las características del MHP no se desarrollaban correctamente, por lo que la formación de la placa neural y del tubo neural no se producía correctamente. [6] La comunicación entre la placa neural y la notocorda es importante para la futura inducción y formación del tubo neural.
El cierre del tubo neural se completa cuando los pliegues neurales se juntan y se adhieren entre sí. Mientras que las células que permanecen como tubo neural forman el cerebro y la médula espinal, las otras células que formaban parte de la placa neural migran fuera del tubo como células de la cresta neural. Después de una transición epitelial-mesénquima , estas células forman el sistema nervioso autónomo y ciertas células del sistema nervioso periférico . [7]
Fundamental para el plegamiento y el funcionamiento adecuados de la placa neural es la N-cadherina, un tipo de proteína cadherina asociada con el sistema nervioso. La N-cadherina es fundamental para mantener unidas las células de la placa neural. Además, las células destinadas a convertirse en células de la placa neural expresan la molécula de adhesión de células nerviosas (NCAM) para promover la cohesión de la placa neural. Otra cadherina, la E-cadherina, es expresada por células ectodérmicas en el proceso de desarrollo de la placa neural. [1]
La proteína morfogenética ósea 4 , o BMP4, es un factor de crecimiento transformante que hace que las células del ectodermo se diferencien en células de la piel. Sin BMP4, las células del ectodermo se convertirían en células neurales. Las células del mesodermo axial bajo el ectodermo secretan señales inhibidoras llamadas cordina , noggin y folistatina . Estas señales inhibidoras impiden la acción de BMP4, que normalmente haría que las células fueran ectodermicas; como resultado, las células suprayacentes siguen su curso normal y se convierten en células neurales. Las células del ectodermo que circunscriben estas células neurales no reciben las señales del inhibidor de BMP4 y, como resultado, BMP4 induce a estas células a convertirse en células de la piel. [8]
Los especificadores del borde de la placa neural se inducen como un conjunto de factores de transcripción. Distalless-5, PAX3 y PAX7 evitan que la región fronteriza se convierta en placa neural o epidermis. [1] Estos inducen un segundo conjunto de factores de transcripción llamados especificadores de la cresta neural, que hacen que las células se conviertan en células de la cresta neural .
En una placa neural recién formada, las proteínas PAX3 mRNA, MSX1 mRNA y MSX1/MSX2 se expresan mediolateralmente. [9] Cuando la placa neural comienza a plegarse, las áreas rostrales de la placa neural no expresan las proteínas Pax3 y MSX. Las áreas caudales al cierre del tubo neural tienen la expresión de PAX3 y MSX restringida a las regiones laterales de los pliegues neurales. [9] Estas fluctuaciones en la expresión de ARNm y proteínas aluden a cómo desempeñan un papel en la diferenciación de las células de la placa neural.
Los niveles bajos de pSMAD 1, 5, 8 permiten una mayor movilidad en el punto de bisagra mediano que en las células de la placa neural lateral. [10] Esta flexibilidad permite el giro y las bisagras que permiten el pandeo y elevación de la placa neural al formatear el tubo neural. La placa neural tiene que ser lo suficientemente rígida para que se produzcan movimientos morfogénicos y al mismo tiempo lo suficientemente flexible para sufrir cambios de forma y posición para la transformación en tubo neural.
El tubo neural se cierra de manera diferente en distintas especies, siendo las distinciones entre humanos y pollos algunas de las más estudiadas. En los humanos, el tubo neural se fusiona desde una región central del embrión y se mueve hacia afuera. En los pollos, el cierre del tubo neural comienza en la futura región del mesencéfalo y se cierra en ambas direcciones. [1] En aves y mamíferos, el cierre no se produce al mismo tiempo.
En los embriones de tritón y de anfibios en general, la división celular no desempeña un papel determinante en la morfogénesis. Las células embrionarias de tritón son mucho más grandes y exhiben pigmentación del óvulo para distinguir las células entre sí. La placa neural del tritón duplica su longitud, disminuye su ancho apical y aumenta su grosor. [5] Los bordes de la placa se elevan dorsalmente y se pliegan hacia la línea media para formar el tubo neural. La superficie apical disminuye.
En los embriones de pollo, mientras que la placa neural aumenta en longitud y disminuye en ancho apical, el grosor de la placa no cambia drásticamente. A medida que la placa neural avanza a través de las etapas de Hamburger-Hamilton , se espesa hasta aproximadamente HH6-7, cuando la placa neural comienza a plegarse en forma de tubo. La superficie apical aumenta durante la neurulación, a diferencia de los embriones de anfibios. [5] En los embriones de ratón, hay una gran curva de forma convexa a cada lado del centro de la placa. Esta curva debe invertirse a medida que la placa se enrolla para formar el tubo neural. [5]
La investigación sobre la placa neural comenzó en serio examinando la determinación del ectodermo y su compromiso con el camino neuronal. Con el desarrollo de las técnicas de investigación y laboratorio se han producido importantes avances en el estudio de la neurulación y el desarrollo y papel de la placa neural en un embrión en crecimiento. El uso de tales técnicas varía según la etapa de desarrollo y los objetivos generales de la investigación, pero incluyen métodos como el etiquetado celular y los injertos . [11]
El proceso de hibridación in situ (ISH) sigue el marcaje de una secuencia de ADN o ARN para que sirva como sonda de ARNm antisentido , complementaria a una secuencia de ARNm dentro del embrión. El etiquetado con un tinte fluorescente o una etiqueta radiactiva permite la visualización de la sonda y su ubicación dentro del embrión. Esta técnica es útil ya que revela áreas específicas de expresión genética en un tejido, así como en todo el embrión, mediante la hibridación in situ de montaje completo. [12] Esta técnica se utiliza a menudo en la determinación de la expresión genética necesaria para el desarrollo adecuado del embrión. Marcar ciertos genes en un embrión en desarrollo permite determinar el momento y lugar exacto en el que se activa el gen, ofreciendo información sobre el papel de ese gen en particular en el desarrollo.
De manera similar al proceso de hibridación in situ, la inmunofluorescencia (IF) también permite la determinación de las funciones de elementos celulares particulares en el desarrollo. Sin embargo, a diferencia de la hibridación in situ, la inmunofluorescencia utiliza un fluoróforo unido a un anticuerpo con una biomolécula objetivo, como proteínas, en lugar de secuencias de ADN y ARN. Permite la visualización de elementos biomoléculas de la célula. En el estudio de la embriogénesis, la inmunofluorescencia se puede utilizar con fines similares a la hibridación, para el seguimiento de proteínas que intervienen en el desarrollo del embrión y su momento y lugar específicos de producción y uso. [13] La investigación actual ha ampliado la técnica de inmunofluorescencia para combinarla con los métodos de hibridación in situ, ya sea fluorescente o radiactiva. Se cree que esta combinación aumenta la especificidad y elimina las limitaciones de cada técnica individual. Por ejemplo, este método mejora la contratinción en un tejido y el etiquetado de proteínas múltiples. [12]
Los injertos de células en las primeras etapas del desarrollo embrionario han proporcionado información crucial sobre el destino de las células y los procesos de determinación. El injerto en etapas específicas de la neurulación ha avanzado en la investigación sobre la señalización necesaria para el correcto desarrollo de la placa neural y otras estructuras. El injerto del ectodermo y de las estructuras neurales es un procedimiento muy especializado y delicado, que requiere la extracción y el marcado de un grupo deseado de células, seguido de su trasplante, por ejemplo, en una nueva zona del embrión. [14]
Los experimentos de injerto realizados en Xenopus y embriones de pollo muestran la capacidad de la placa neural para inducir otras regiones de las células, incluida la región preplacodal, un grupo de células ectodérmicas esenciales para el funcionamiento de los órganos sensoriales. [15]
Este artículo incorpora texto de dominio público de la vigésima edición de Gray's Anatomy (1918)
