En el embrión de vertebrados , un rombómero es un segmento dividido transitoriamente del tubo neural en desarrollo, dentro de la región del rombencéfalo (un neurómero ) en el área que eventualmente se convertirá en el rombencéfalo . Los rombómeros aparecen como una serie de hinchazones ligeramente constreñidas en el tubo neural, caudalmente a la flexura cefálica . En el desarrollo embrionario humano , los rombómeros están presentes el día 29.
En las primeras etapas del desarrollo del tubo neural, se produce la segmentación del neuroepitelio . Esta segmentación se convierte en una serie de neurómeros. Cada segmento se llama rombómero. Cada rombómero desarrolla su propio conjunto de ganglios y nervios. Más adelante en el desarrollo, los rombómeros forman el rombocéfalo, que forma el rombencéfalo en los vertebrados. Cada rombómero expresa su propio conjunto único de genes, que se ha demostrado que influyen en los comportamientos rítmicos posnatales, como la respiración, la masticación y la marcha. En ratones, se demostró que la formación de patrones del tubo neural en segmentos rombómeros puede regular la apariencia espacial y temporal del generador de patrones central . Los rombómeros se consideran unidades de desarrollo autónomas, y ciertos aspectos del fenotipo del rombómero se determinan en el momento de la formación. Cada rombómero expresa una combinación única de factores de transcripción, por lo que cada dominio rombómero tiene sus propias señales moleculares distintivas que podrían, teóricamente, establecer patrones específicos de diferenciación neuronal de los rombómeros. Algunas de estas poblaciones neuronales se han identificado en algunas especies. Muchos de los núcleos maduros del rombencéfalo pueden ocupar una o varias regiones derivadas de rombómeros. Se ha demostrado que los núcleos vestibulares abarcan todos los rombómeros, y algunos se correlacionan con los límites de los rombómeros. Mediante el uso de un marcaje retrógrado fosforilado, se ha demostrado que los grupos vestibuloespinales corresponden principalmente a rombómeros individuales en lugar de a varias regiones rombómeras. También se ha demostrado que los grupos vestíbulo-oculares pueden relacionarse con rombómeros individuales o múltiples, siempre que los rombómeros estén estrechamente relacionados. La conclusión a la que se llegó fue que la segmentación del rombencéfalo contribuye a la forma en que los axones se proyectan dentro del complejo vestibular. Finalmente, se ha demostrado que las neuronas vestibuloespinales se diferencian en tres rombómeros vecinos, específicamente r4, r5 y r6. Mientras que las neuronas vestíbulo-oculares se diferencian en siete, las menos diferenciadas están en f4. El método de esta diferenciación aún se desconoce, ya que muchos tipos de proteínas participan tanto en la migración y la expresión de proteínas como en el crecimiento y la apoptosis de las neuronas. Los tipos de receptores también pueden variar su actividad para que sea específica de cada célula.
Los rombómeros determinan el patrón de la posterior maduración del rombencéfalo en sus partes finales, definidas como protuberancia , cerebelo y bulbo raquídeo .
Las células que forman los límites de los bultos del rombómero proliferan mucho más rápido que las del medio. [1] Es muy difícil que las células crucen de un rombómero a otro, por lo que tienden a permanecer dentro de un rombómero. Cada rombómero eventualmente da lugar a uno o más tipos de neuronas vestibulares. Sin embargo, no depende necesariamente de la segmentación. Los nervios motores se forman dependiendo de los patrones rombómeros, pero cada nervio puede provenir de un rombómero o de un par de rombómeros vecinos. Además, se cree que el desarrollo correcto de los diversos arcos faríngeos depende de interacciones con rombómeros específicos. Con estos mecanismos, las células de la cresta neural , por ejemplo, de cada rombómero dan lugar a diferentes ganglios o grupos de neuronas. Muchos de estos rombómeros han sido mapeados hasta cierto punto en especies distintas a la humana. Por ejemplo, se ha demostrado que r2 da origen al ganglio trigémino, mientras que r4 da origen al ganglio geniculado, así como a los ganglios espiral y de Scarpa. r5 y r6 dan origen al nervio abducens, y la parte inferior de r6 y la parte superior de r7 dan origen al ganglio petroso. Finalmente, el borde de r7 que no está en contacto con r6 da origen a los ganglios yugular/nodoso. Sin embargo, estas asignaciones no se pueden aplicar entre especies.
Los estudios han demostrado que el número de neuronas en el rombencéfalo aumenta a medida que evoluciona una especie. Por ejemplo, un ratón tiene más neuronas que una babosa, pero un chimpancé tiene más neuronas que un ratón. Se puede suponer que parte de esto se debe a la necesidad de adaptarse a un aumento en el tamaño de la especie. Además, en algunas especies, los rombómeros están claramente segmentados y permanecen así durante un período prolongado de tiempo. En otras especies, la segmentación finalmente desaparece. Por ejemplo, los rombómeros son detectables mediante microscopía óptica en la cepa Swiss/Webster de ratones hasta el día embrionario (E)10.5, pero desaparecen en E11.5. Muchos rombómeros, si se comparan entre especies, no forman las mismas cosas. Por ejemplo, r2 y r3 se han mapeado a las neuronas motoras del trigémino en muchas especies. Sin embargo, no todas las especies tienen esta correlación.
Cada rombómero tiene su propio conjunto de receptores, y los mismos receptores pueden causar diferentes acciones. Por ejemplo, un estudio mostró que hay proteínas llamadas Gli1, Gli2 y Gli3 que afectan el desarrollo del rombencéfalo ventral, y también son necesarias para el desarrollo de las neuronas motoras y la correcta formación de patrones neuronales en el rombencéfalo. Sin embargo, no estaba claro qué importancia tienen ni cuáles son sus funciones específicas. Al mutar las proteínas Gli2 y Gli3, que se estudiaron especialmente, se descubrió que Gli2 y Gli3 contienen dominios de activación y represión, mientras que Gli1 solo tenía dominios de activación, que eran completamente transcripcionales. También se descubrió que Gli2 era un activador más fuerte, mientras que Gli3 era un represor fuerte. Gli2 y Gli3 tenían funciones superpuestas que afectaban a la formación de patrones de la médula espinal ventral, que era importante para la organización y formación correctas de las neuronas motoras. Esto se demostró cuando la mutación de la proteína Gli3 mostró solo una ligera disminución en la expresión de Olig2, mientras que cuando se mutó la proteína Gli2, no se detectó la expresión de Olig2. Olig2 se expresa normalmente en el área ventral del tubo neural. Las mutaciones en la proteína Gli2 causan daños más graves en el patrón ventral del rombencéfalo que en el de la médula espinal. Esto demuestra que Gli2 realiza funciones diferentes en el rombencéfalo que Gli3 no puede sustituir. Gli2 y Gli3 en un rombencéfalo en desarrollo también tienen funciones distintas en la transducción de señales Shh (sonic hedgehog). Esto es causado por la modulación diferencial de la expresión génica que es específica de cada rombómero. Finalmente, los estudios han demostrado que en el rombómero 4, el patrón ventral se ve menos afectado por la mutación de Gli2. Esto demuestra que este rombómero en particular tiene diferentes requisitos para las proteínas Gli.
También se ha demostrado que el gen Hox desempeña un papel en la formación de los nervios motores craneales. Se ha demostrado que el destino de un rombómero se ve afectado por la expresión diferencial del gen Hox. Con mutaciones en el gen Hox, los nervios motores craneales se formaron en lugares diferentes de lo normal o simplemente no se formaron en absoluto. Una posibilidad para esto era que el gen Hox estuviera involucrado de alguna manera en la regionalización dentro del tubo neural, y que la expresión de este gen en particular se correlacionara con la cantidad de migración que ocurría. Sin embargo, no se pudo encontrar ninguna correlación. Muchos estudios mostraron pequeñas cantidades de correlación, pero hubo cantidades iguales que mostraron una completa falta de correlación. La cantidad de correlación que ocurrió no fue suficiente para sacar una conclusión concreta. Sin embargo, esto podría haber sucedido porque los estudios solo han obtenido puntos de datos de una ventana de tiempo limitada. Otra posibilidad para esta falta de correlación es que la mayoría de los estudios se basaron en la hibridación in situ, que solo mapea la ubicación de las transcripciones en lugar de las proteínas. Una tercera posibilidad es que los estudios se centraron en los rombómeros como puntos de referencia y, por lo tanto, correlacionaron los dominios de expresión con estos. Aunque los estudios no han podido demostrar una relación entre las neuronas estrechamente relacionadas de los rombómeros y la expresión del gen Hox, este último sigue siendo un factor importante en lo que respecta a la especificación del fenotipo neuronal. El gen Hox se expresó rostrocaudalmente en la misma secuencia que se encontraba físicamente dentro del cromosoma y su transcripción estaba regulada por el ácido retinoico. El gen Hox se ha identificado en todos los vertebrados, y la cantidad de genes Hox expresados aumenta a medida que las especies de vertebrados se alejan más de las especies de invertebrados. Ciertos grupos de neuronas se relacionan con la expresión del gen Hox. A nivel r4, se sospecha que Hoxb1 confiere la identidad celular del rombómero 4.
También se ha demostrado que los rombómeros pueden afectar la posición en la que crecen las neuronas reticuloespinales y branquiomotoras. Cada rombómero puede causar un patrón repetido de neuronas específicas del rombómero, incluidas las neuronas reticuloespinales, muchas de las cuales comparten propiedades como la ubicación mediolateral. Las neuronas reticuloespinales también ocupan diferentes áreas en los rombómeros en diferentes especies. Se encontró en un estudio que las neuronas reticulares en el rombencéfalo de la lamprea, que incluía células ístmicas, bulbares y de Mauthner , se desarrollaron en posiciones conservadas específicas del rombómero, similares a las del pez cebra. [2] Sin embargo, en diferentes especies, las neuronas reticuloespinales ocupan diferentes áreas en los rombómeros. También se demostró que los núcleos motores trigémino y facial no se correlacionan bien con los límites del rombómero en la lamprea.
Varios estudios han demostrado que el factor de crecimiento de fibroblastos (FGF) se secreta desde el límite entre el mesencéfalo y el rombómero 1. Estas proteínas instruyen el comportamiento celular en el neuroectodermo circundante. Sin embargo, el mecanismo detrás de la integración de la señal y las acciones que siguen sigue sin estar claro. Los estudios han demostrado que los receptores de FGF, o FGFR, actúan de forma parcialmente redundante para apoyar la supervivencia celular en el ectodermo dorsal, promover la identidad tisular r1 y regular la producción de poblaciones neuronales ventrales, incluidas las neuronas dopaminérgicas del mesencéfalo. En ratones, mientras que las mutaciones de fgfr2 y fgfr3 no interferían con el desarrollo del mesencéfalo y r1, la mutación de fgfr1 causó defectos en el mesencéfalo y r1.
Los estudios han demostrado que las primeras neuronas serotoninérgicas se originaron en los rombómeros anteriores. El grupo más dorsal de neuronas se originó en el rombómero 1, y se cree que el rafe posterior, que se forma a partir de los rombómeros, deriva de los rombómeros posteriores en una etapa ligeramente posterior del desarrollo embrionario.
Los rombómeros también conducen a la creación de neuronas de proyección vestibular, que probablemente se producen relativamente temprano en las etapas de desarrollo del tronco encefálico.
En los rombómeros, los miembros de la familia de factores de transcripción T-box se han relacionado con el desarrollo adecuado de las células migratorias. [3] Mientras el rombencéfalo se está desarrollando, se ha demostrado que los cuerpos celulares del trigémino migran dorsolateralmente dentro de los rombómeros 2 y 3, mientras que las células faciales se mueven dorsolateralmente hacia r5 cerca de la superficie pial. Las neuronas que forman el núcleo facial se producen en r4, pero se mueven a lo largo del eje anteroposterior del rombencéfalo hacia r6, después de lo cual se mueven dorsolateralmente. Las neuronas vestibuloacústicas también se producen en r4. Sin embargo, tienen un patrón de migración único, donde sus cuerpos celulares cruzan la línea media hacia el lado contralateral. De esto se puede concluir que se producen múltiples subclases de neuronas motoras en ubicaciones específicas en el rombencéfalo en desarrollo. Todas ellas están relacionadas por la expresión de Tbx20. Las neuronas motoras producidas en el rombencéfalo tienen Tbx20 expresado selectivamente. En las mutaciones de Tbx20, el patrón de las regiones de los rombómeros y las neuronas motoras era normal cuando eran mutaciones condicionales y las neuronas eran postmitóticas. Los mutantes de Tbx20 premitóticos mostraron muchas deficiencias en la migración celular, incluyendo la migración dorsolateral anormal de las células trigéminas, la migración tangencial detenida de las neuronas faciales y la falta de migración transmediana de las células vestibuloacústicas. [3] Sin embargo, las neuronas motoras del rombencéfalo que carecían de Tbx20 conservaron la capacidad de extender las neuritas hacia la periferia. [3] La eliminación completa de Tbx20 no hace que las neuronas trigéminas y faciales cambien a neuronas hipoglosas. Se ha demostrado que las neuronas faciales migran tangencialmente de r4 a r6, mientras que las neuronas trigéminas que se producen en r2 migran dorsolateralmente, no radialmente. Las células vestibuloacústicas migran a lo largo de la línea media en r4 contralateralmente en el rombencéfalo. Tbx20 parece tener una actividad transcripcional dependiente del contexto. Esto significa que es capaz de controlar diferentes programas de migración celular específicos de diferentes tipos de células. Debe ser capaz de regular estos patrones por diferentes medios.
Si bien se han realizado muchos estudios sobre rombómeros en los que se injertan rombómeros de especies cruzadas, pueden producirse imprecisiones. Una posible fuente es el daño al rombómero durante el proceso de extracción, transporte o injerto. Otra posible fuente es la mezcla de células de diferentes especies después de que se hayan injertado los rombómeros, lo que podría provocar la contaminación de una región rombómera con otra, muy probablemente de los rombómeros vecinos.