Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

25.8: Determinación
TABLA DE
CONTENIDO

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Determination
 
TRANSCRIPCIÓN

25.8: Determination

25.8: Determinación

During embryogenesis, cells become progressively committed to different fates through a two-step process: specification followed by determination. Specification is demonstrated by removing a segment of an early embryo, “neutrally” culturing the tissue in vitro—for example, in a petri dish with simple medium—and then observing the derivatives. If the cultured region gives rise to cell types that it would normally generate in the embryo, this means that it is specified. In contrast, determination occurs if a region of the embryo is removed and placed in a “non-neutral” environment—such as in a dish containing complex medium supplemented with a variety of proteins, or even a different area of the embryo itself—and it still generates the expected derivatives. Specification and determination are two sequential steps in the developmental pathway of a cell, which precede the final stage of differentiation, during which mature tissues with unique morphologies and functions are produced.

In Vitro Demonstration of Specification

To study specification, researchers must first understand the normal derivatives of different regions of an embryo. To accomplish this, fate maps are often used, which are generated by dyeing or labeling cells early in embryonic development, culturing whole embryos and monitoring where the marked cells end up. For example, such techniques employed in the chicken have demonstrated that distinct regions located off-center in the embryo (at approximately the 9’ o’clock and 3 o’clock positions) give rise to neural crest cells, which are capable of migrating and generating the peripheral nervous system.

Importantly, these neural crest-destined areas can be excised during the early stages of gastrulation (when the embryo is transformed into a three-layered structure)—before they begin to express protein markers or any distinct features of the cell type. When any underlying tissue that may be a source of signaling factors is scraped away, and these explants are cultured within collagen drops in a simple medium, they generate cells expressing typical neural crest transcription factors. Interestingly, some cells are even observed migrating away from the body of the tissue fragment, which is another feature of this cell fate. These experiments have demonstrated that specification of the neural crest occurs early during embryonic development, and while much of this work has been performed in the chicken, more recent evidence suggests a similar pattern of specification in the rabbit; both of these organisms are used as models for human embryonic development.

Understanding the Signaling Behind Specification

Once specification of a region of an embryo has been demonstrated, researchers are also interested in determining how protein signals—and the position of the tissue in the embryo itself—result in a cell being sent down a particular developmental pathway. For the neural crest, researchers have determined that a combination of proteins, among them bone morphogenetic proteins and fibroblast growth factors, emanating from tissue abutting or underlying the prospective neural crest induce this cell fate. Such signals, in turn, elicit the expression of specifier proteins in these cells, which launch them into the neural crest pathway.

Durante la embriogénesis, las células se comprometen progresivamente con diferentes destinos a través de un proceso de dos pasos: especificación seguida de determinación. La especificación se demuestra mediante la eliminación de un segmento de un embrión temprano, "neutralmente" el cultivo del tejido in vitro—por ejemplo, en un plato de petri con medio simple— y luego observando los derivados. Si la región cultivada da lugar a tipos de células que normalmente generaría en el embrión, esto significa que se especifica. Por el contrario, la determinación se produce si una región del embrión se extrae y se coloca en un ambiente "no neutro", como en un plato que contiene un medio complejo complementado con una variedad de proteínas, o incluso un área diferente del propio embrión, y todavía genera los derivados esperados. La especificación y la determinación son dos pasos secuenciales en la vía de desarrollo de una célula, que preceden a la etapa final de diferenciación, durante los cuales se producen tejidos maduros con morfologías y funciones únicas.

In Vitro Demostración de especificación

Para estudiar la especificación, los investigadores primero deben entender los derivados normales de diferentes regiones de un embrión. Para lograr esto, a menudo se utilizan mapas del destino, que se generan teñindo o etiquetando células al principio del desarrollo embrionario, cultivando embriones enteros y monitoreando donde las células marcadas terminan. Por ejemplo, estas técnicas empleadas en el pollo han demostrado que distintas regiones situadas descentre en el embrión (aproximadamente en las posiciones de las 9' en punto y 3 en punto) dan lugar a células de cresta neural, que son capaces de migrar y generar el sistema nervioso periférico.

Es importante destacar que estas áreas con cresta neural pueden extirparse durante las primeras etapas de la gastrulación (cuando el embrión se transforma en una estructura de tres capas), antes de que comiencen a expresar marcadores de proteínas o cualquier característica distinta del tipo de célula. Cuando cualquier tejido subyacente que puede ser una fuente de factores de señalización se raspa, y estos explantes se cultivan dentro de las gotas de colágeno en un medio simple, generan células que expresan factores típicos de transcripción de la cresta neural. Curiosamente, algunas células incluso se observan migrando lejos del cuerpo del fragmento de tejido, que es otra característica de este destino celular. Estos experimentos han demostrado que la especificación de la cresta neural se produce temprano durante el desarrollo embrionario, y aunque gran parte de este trabajo se ha realizado en el pollo, la evidencia más reciente sugiere un patrón similar de especificación en el conejo; ambos organismos se utilizan como modelos para el desarrollo embrionario humano.

Comprender la señalización detrás de la especificación

Una vez que se ha demostrado la especificación de una región de un embrión, los investigadores también están interesados en determinar cómo las señales proteicas —y la posición del tejido en el propio embrión— dan como resultado que una célula sea enviada por una vía de desarrollo particular. Para la cresta neural, los investigadores han determinado que una combinación de proteínas, entre ellas las proteínas morfogenéticas óseas y los factores de crecimiento de fibroblastos, que emanan de tejido colindante o subyacente a la cresta neural prospectiva inducen este destino celular. Tales señales, a su vez, provocan la expresión de proteínas específicas en estas células, que las lanzan a la vía de la cresta neural.


Lectura sugerida

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter