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25.5: Gastrulación
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Gastrulation
 
TRANSCRIPCIÓN

25.5: Gastrulation

25.5: Gastrulación

Gastrulation establishes the three primary tissues of an embryo: the ectoderm, mesoderm, and endoderm. This developmental process relies on a series of intricate cellular movements, which in humans transforms a flat, “bilaminar disc” composed of two cell sheets into a three-tiered structure. In the resulting embryo, the endoderm serves as the bottom layer, and stacked directly above it is the intermediate mesoderm, and then the uppermost ectoderm. Respectively, these tissue strata will form components of the gastrointestinal, musculoskeletal and nervous systems, among other derivatives.

Comparing Gastrulation Across Species

Depending on the species, gastrulation is achieved in different ways. For example, early mouse embryos are uniquely shaped and appear as “funnels” rather than flat discs. Gastrulation thus produces a conical embryo, arranged with an inner ectoderm layer, outer endoderm, and the mesoderm sandwiched in between (similar to the layers of a sundae cone). Due to this distinct morphological feature of mice, some researchers study other models, like rabbit or chicken—both of which develop as flat structures—to gain insights into human development.

The Primitive Streak and the Node

One of the main morphological features of avian and mammalian gastrulation is the primitive streak, a groove that appears down the vertical center of the embryo, and through which cells migrate to establish the mesoderm and endoderm. At the tip of the streak lies another important structure, termed the node, which appears as a conical indentation. Cells that migrate through the node not only contribute to the muscles and connective tissues of the head but also form a transient mesodermal structure called the notochord (future spinal cord) which plays a key role in directing the development of certain neurons. In addition, the node also “organizes” development in the embryo, due to the signals it produces. For example, chordin and noggin proteins emanating from the node help to direct nearby ectoderm to form neural tissue. In fact, if a mouse node is removed and transplanted into another mouse embryo, it can partially generate a second neural axis, complete with neural folds.

Mapping Cell Movements and Fates

Since gastrulation relies on intricate cell movements to generate the three tissue layers, researchers have also tracked such migration by injecting cells of model organisms with dye and then culturing embryos. Paired with time-lapse microscopy, these techniques have revealed that in the chicken, epiblast cells are swept into the primitive streak by sweeping circular movements, and similar patterns of migration have been demonstrated in the rabbit. These techniques have also been extended to not only look at how cells shift during gastrulation, but also to track the tissue types that labeled cells will go on to form, generating detailed “fate maps” of early embryos.

La gastrulación establece los tres tejidos primarios de un embrión: el ectodermo, el mesodermo y el endodermo. Este proceso de desarrollo se basa en una serie de intrincados movimientos celulares, que en los seres humanos transforma un plano, "disco bilaminar" compuesto de dos hojas de células en una estructura de tres niveles. En el embrión resultante, el endodermo sirve como la capa inferior, y apilado directamente por encima de él es el mesodermo intermedio, y luego el ectodermo superior. Respetuosamente, estos estratos tisulares formarán componentes de los sistemas gastrointestinal, musculoesquelético y nervioso, entre otros derivados.

Comparación de la gastrulación entre especies

Dependiendo de la especie, la gastrulación se logra de diferentes maneras. Por ejemplo, los embriones de ratón tempranos tienen una forma única y aparecen como "embudos" en lugar de discos planos. Por lo tanto, la gastrulación produce un embrión cónico, dispuesto con una capa interna de ectodermo, endodermo externo y el mesodermo emparedo en el medio (similar a las capas de un cono de helado). Debido a esta característica morfológica distintiva de los ratones, algunos investigadores estudian otros modelos, como el conejo o el pollo, ambos como estructuras planas, para obtener información sobre el desarrollo humano.

La racha primitiva y el nodo

Una de las principales características morfológicas de la gastrulación aviar y de mamíferos es la raya primitiva, un surco que aparece por el centro vertical del embrión, y a través del cual las células migran para establecer el mesodermo y el endodermo. En la punta de la raya se encuentra otra estructura importante, que se denomina el nodo, que aparece como una sangría cónica. Las células que migran a través del nodo no sólo contribuyen a los músculos y tejidos conectivos de la cabeza, sino que también forman una estructura mesodérmica transitoria llamada notochord (futura médula espinal) que desempeña un papel clave en la dirección del desarrollo de ciertas neuronas. Además, el nodo también "organiza" el desarrollo en el embrión, debido a las señales que produce. Por ejemplo, las proteínas de cordina y no mentinación que emanan del nodo ayudan a dirigir el ectodermo cercano para formar tejido neural. De hecho, si un nodo de ratón se extrae y se trasplanta en otro embrión de ratón, puede generar parcialmente un segundo eje neural, con pliegues neurales.

Mapeo de movimientos celulares y destinos

Dado que la gastrulación se basa en intrincados movimientos celulares para generar las tres capas de tejido, los investigadores también han rastreado dicha migración inyectando células de organismos modelo con tinte y luego cultivando embriones. Combinadas con microscopía de lapso de tiempo, estas técnicas han revelado que en el pollo, las células de epíblasto se ven arrastradas a la raya primitiva mediante movimientos circulares arrolladores, y se han demostrado patrones similares de migración en el conejo. Estas técnicas también se han extendido no sólo para ver cómo las células cambian durante la gastrulación, sino también para rastrear los tipos de tejido que las células etiquetadas pasarán a formar, generando "mapas del destino" detallados de los primeros embriones.


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