Desarollo Temprano en Peces y Anfibios Biol 3019 Biol del Desarrollo JA Cardé, PhD UPR - Aguadilla

Objetivos Al completar la discusion de esta presentacion loe estudiantes podran: Describir la embriologia termprana de peces y anfibios Identificar genes relevantes en el control de estos procesos

Introducción Anfibios y peces ambos vertebrados anamnióticos Ovoposición y fecundación externa Ambos desarrollan plano corporal y órganos por procesos similares y con genes similares Anfibio (Xenopus) el primer sistema modelo de desarrollo Peces (Danio) reforzado lo ya conocido en anfibios Amnios; permite el desarrollo embrionario en tierra seca

Desarrollo temprano vertebrados: Anfibios Sapos y salamandras: rápido desarrollo y células grandes, idelaies para transplantes Madurez sexual lenta, epocas de apareo Genoma poliploide Técnicas moleculares, hibridización, antisense, chips etc

Desarrollo temprano vertebrados: Anfibios Polaridad por el vitelo Fecundación externa y simultánea con la ovoposición Esperm entra en cualquier lugar del p animal, determina ventral Segmentación, aunque holoblástica, desigual por el vitelo Entran núcleo y centriólo Organización de microtúbulos, rotación de creciente gris 300 Punto de gastrulación queda opuesto a entrada de espermatozoide

Desarrollo temprano vertebrados: Anfibios Segmentación – holoblástica, desigual radial simétrica Ejes del huso paralelos o 90o del eje polar 1ra division meridional lenta, 2da comienza a 90o, 3ra equatorial desplazada hacia el polo animal 4 micrómeros y 4 macrómeros Mórula: 64 células Blástula: 128 células EP-caderina Radial Radial cleavage is characteristic of the deuterostomes, which include some vertebrates and echinoderms, in which the spindle axes are parallel or at right angles to the polar axis of the oocyte. Hasta 16 celulas ver diferencias en tamanos Silenciar EP Caderina. Se desorganiza el embrion

Desarrollo temprano vertebrados: Anfibios Animal  ectodermo Vegetal endodermo Interior blastocele mesodermo Células opuesta a la entrada del sperm: ectodermo neural, mesodermo del notocordio endodermo faringeal Blastocele; dos funciones Plasticidad, cambio de forma para permitir migración Prevenir contacto entre células en su techo y su piso Expto: Poner células del techo animal en la placa vegeta,l pasan de ectodermo presumtivo a mesodermo

Desarrollo temprano vertebrados: Anfibios Midblastula transition: luego de la división 12 Aparecen las fases G en el ciclo celular Blastómeros son mótiles Modificación de la cromatina: demetilación de promotores metilación de lisina en la H3 Proteínas maternales activan cigóticos Ej. VegT, maternal activa genes para mesodermo

Desarrollo temprano vertebrados: Anfibios Gastrulación: acomodar 3 capas Inicia en el futuro lado dorsal, creciente gris, Células botellas invaginan para formar arquenterón Labio dorsal del blastoporo por epibolia de ectodermo Notocordio formado por involución de mesodermo Tapon de vitelo últimas células endordermales q entran Epibolia – capa se estira y se desplaza sobre otra cubriendola

Desarrollo temprano vertebrados: Anfibios Determinación de ejes: capas germinales Hay polaridad antes de fecundación (anim/veg) Polo vegetal es quien impone los destinos: Se diferencia en endodermo Induce células a mesodermo VegT- mRNA maternal, cuando es destruido por antisense, todo se convierte en epidermis Activa Sox17 endodermo Activa Nodal mesodermo

Desarrollo temprano vertebrados: Anfibios Determinación de ejes: Dorso ventral ß-catenina se acumula en lado opuesto al sperm PLT dorsal ß-cat activa genes que inducen movimientos mesodermales Segun entran estas células inducen estructuras anteriores y luego posteriores

Desarrollo temprano vertebrados: Anfibios Determinación de ejes: Dorso ventral Hans Spemann: organizador 1. Expto equivalencia nuclear 2. Importancia de la creciente gris 3. Especificación Autónoma vs Inducida

Desarrollo temprano vertebrados: Anfibios Determinación de ejes: Dorso ventral Hans Spemann: organizador Especificación autónoma vs inducida Transplante de ectodermo neural de gástrulas temprana vs tardía Determinación depende del tiempo del transplante es inducida (temprana) es autónoma (tardia) Inducita: si es temprana, porque lo transplantado termina siendo lo que el entorno le dice Autonoma: si es tardia porque los transplantado termina siendo lo que ya estaba programada para ser

Desarrollo temprano vertebrados: Anfibios Determinación de eje: Dorso ventral Hans Spemann: organizador Inducción embriónica primaria De todos los tejidos en gástrula temprana sólo hay uno autónomo, Labio dorsal del blastoporo injertado en región ventral  invagina y forma otro notocordio, 2do embrión y larva organizador Organizador: Induce los tejidos ventrals del receptor a cambiar su destitno Organiza tejidos de donante y hospedero en un segundo embrion Hoy se sabe q no es todo solo la induccion primaria porq hay muchas otras cosas mas impo

Desarrollo temprano vertebrados: Anfibios Determinación de ejes: Dorso ventral Labio dorsal del blastoporoorganizador Organiza la gástrula Dorsaliza el ectodermo, lo convierte en tejido neural Transforma mesodermo en lateral y dorsal Funciona secretando proteinas que: bloquean los BMP (lo que evita que los BMP ventralicen el mesodermo) activan genes epidermales del ectodermo: Nogging, Chordin, Follistatin – secretados por el labio dorsal Consiste de tejidos precursores para: Endodermo faringeal Mesodermo cefálico Notocordio Organizador: Induce los tejidos ventrals de receptor a cambiar su destitno Organiza tejidos de donante y hospedero en un segundo embrion Hoy se sabe q no es todo solo la induccion primaria porq hay muchas otras cosas mas impo BMP – bone morfogenetics proteins

Desarrollo temprano vertebrados: Anfibios Determinación de ejes: Dorso ventral - Resumen Comienza con factores paracrinos (Nodal), TF (VegT) y protectores de ßCatenina Organizador inducido por centro Nwkp células vegetales dorsales Se forma por localización de Wnt11 y Dishelveled en el lado dorsal ßcatenina se acumula, interactúa con TFs de la ruta TGFß que a su vez inhiben a los BMP Ectodermo forma tejido neural, (si BMP no estuviera inhibido seria epidermis) Wnt regula gradiente de ßCat antero-posterior, regionaliza el tubo neural Insulin Like GF: transforma tubo neural en Cerebro Nodal se activa en el lado izq para bilateralidad Organizador: Induce los tejidos ventrals de receptor a cambiar su destitno Organiza tejidos de donante y hospedero en un segundo embrion Hoy se sabe q no es todo solo la induccion primaria porq hay muchas otras cosas mas impo

Desarrollo temprano vertebrados: Anfibios Determinación Dorso ventral Dishevelled, GBP y Wnt en el polo vegetal Rotación cortical los lleva al dorsal, Liberados bloquean a GSK3 ßCatenina no es degradada en el lado dorsal pero si en el lado ventral Núcleos dorsales son regulados por ß cat mientras ventrales no Dishevelled GSK3 Binding Protei (GBP)n y Wnt Glycogen Sinthetase Protein – degradaria a BCat

Desarrollo temprano vertebrados: Peces Danio rerio - teleósteo Segmentación meroblástica Transparente, se aparea todo el año Mutantes se pueden por generar via parental Se desarrolla en 24 horas Microinyectable para tintes Genes reporteros:GFP Genes para Riñon quistico Embriones permeables a drogas Organizador: Induce los tejidos ventrals de receptor a cambiar su destitno Organiza tejidos de donante y hospedero en un segundo embrion Hoy se sabe q no es todo solo la induccion primaria porq hay muchas otras cosas mas impo

Desarrollo temprano vertebrados: Peces Huevo telolecito- Segmentación – discoidal Solo el blastodisco, región fina en el polo animal Dependiente del Calcio 10 divisiones en 15 min, forman blastodermo Células del blastodermo migran hacia arriba del vitelo y forman hipoblasto y epiblasto Estos se intercalan en el futuro lado dorsal y forman el escudo embriónico (organizador) Al transplantarlo a otro embrión se forma un segundo eje Ectodermo neural se forma donde BMP es inhibido Telolecitos – mucho vitelo por todo el citoplasma Bone morphogenetics proteinas - BMP

Segmentación temprana: Danio Transición de 2 a 64 células Transición rápida y sincronizada Luego de la primera division estas ocurren cada 15 min 6 divisiones en este periódo Segmentacion meroblástica Celulas conectadas por puentes citoplásmicos The duration of this period is from 0.75 to 2.25 hours The transition during this period is from two cells to 64 cells These transitions occur Rapidly and Synchronically After the first cleavage the blastomeres division is approximately every 15 minutes; There are six cleavages during this period A vertical furrow forms but when it reaches the end of the blastodisc, it become horizontal, and partially cleaves the zygote cell from the yoke cell, This is known as meroblastic divisions Thus the cells remain interconnected by cytoplasmic ‘bridges’.  

Segmentación temprana: Danio Transición de 128 a 50% de epibolia Blastula, ya se observa la forma globular Dara paso a gástrula Mid Blastula Transition – Se forman capa de vitelo Epibolia: la capa sincitial de vitelo (YSL) se dispersa sobre el vitelo The duration of this period is from 2.25 to 5.25 hours Transition from 128 cells to 50% epiboly It is called the Blastula period as the blastodisc begins to look ball like here until the onset of Gastrulation The orientation of the cleavage plains is indeterminate and the cells do not sit in an organized manner any more MBT- Yolk Layer forms Embryo enters Mid-blastula Transition (MBT) where the yolk layer forms (YSL) which occurs when the cells that are closest to the yolk fuse to it and the epiboly begins “Epiboly, beginning in the late blastula (Solnica-Krezel and Driever, 1994), is the thinning and spreading of both the Yoke Syncytial Layer (YSL) and the blastodisc over the yolk cell, as you might model by pulling a knitted ski cap over your head” – Stages of Embryonic Development of the Zebrafish, Kimmel et al.

Segmentación temprana: Danio Capas germinales ('germ ring') son producidas Se forman por involución del blastodermo Cada capa ubicada en su localización, asi órganos se forman donde van Se forma escudo embrionario en el lado dorsal, regiones pericardicas Plato precordial en el polo animal forma cabeza…. Gastrula termina cuando epibolia termina y la yema de la cola se forma The duration of this period is from 5.25 to 10.33 hours Transition from 50% epiboly to 1-4 somites Primary germ layers (also known as 'germ ring') are produced during this stage Each germ layer (endoderm, mesoderm, ectoderm) is put in the right place so that bodily organs and tissues can form in the correct locations Involution produces the germ ring by folding the blastoderm back upon itself Shield Stage occurs forming the dorsal side of the embryo sprouting pericardial regions. The Precordial plate within the animal pole forms the head structures The gastrula period ends when epiboly is complete, and the tail bud has form  

Bastodisco Blastodermo YSL Involución Epiblasto Ecto Hipoblasto mesendo Escudo Embriónico organizador Blastodermo a 30% epibolia y C se forma hipoblasto _ mesenodermo por involucion de blastodermos epibolizante D. Epibolia extodermal termina y el hipoblasto cubre el vitelo E Gastrula termina – 3 capas Ecto azul, endo amarillo y meso roja

Segmentación temprana: Danio Transplante del Escudo embriónico Embrión con dos ejes dorsales Northern in situ para hedgehog (mRNA dorsal)

Desarrollo temprano vertebrados: Anfibios y Peces Como en anfibios en peces el ectodermo neural se forma si los BMP son inhibidos El escudo embriónico en peces como el labio dorsal del blastoporo secreta antagonistas de BMP Como el organizador, el escudo es activado por la presencia de ßcatenina y por la expresión de Nodal en las células endodermales subyacentes Organizador: Induce los tejidos ventrals de receptor a cambiar su destitno Organiza tejidos de donante y hospedero en un segundo embrion Hoy se sabe q no es todo solo la induccion primaria porq hay muchas otras cosas mas impo