Desarrollo del sistema nervioso

Principales derivados del ectoderma

El ectoderma se puede dividir en tres dominios:

• El ectodermo de superficie (principalmente epidermis).

• El tubo neural (cerebro, medula espinal)

• Crestas neurales (neuronas periféricas, pigmentos, cartílago facial).

Determinación de los ejes corporales

Vista dorsal

lateral medial lateral

Gastrulacion y formación de la notocorda

http://embryology.med.unsw.edu.au/Movies/CNS3dmodelonly.htm

Curso temporal de la formación de la placa neuronal

notocorda

Surco neural

Placa precordal

17 dias

Cierre del tubo neural comienza alrededor del

día 21 o 22

Surco neuralPlaca neural

Formación del tubo neural

Mesencéfalo

Romboencéfalo

Pliegues neurales

Línea primitiva

22 días

Cierre del tubo neural

Neuroporo cefálico cierra al dia 25

Neuroporo caudal cierra al día 25 + 2

Fusión de los pliegues neurales es iniciada en la futura zona cervical superior (4to-6to par de somitos) y progresa hacia rostral y caudal, formando el tubo neural.

Malformaciones graves debidas al cierre

defectuoso del tubo neural

Anomalías en el desarrollo del tubo neural

Defectos de cierre del tubo

Medula espinal – RaquisquisisCerebro – Cranioquisis (letal)

Espina vífida oculta – Defecto en el arco neuralMeningocele – con salida de dura madre y aracnoideMeningomielocele – con salida de tejido espinalMeningoencefalocele – con salida de tejido cerebralMeningohidroencefalocele – con salida de cerebro y sistema ventricular

Espina bifida oculta meningomielocele

Anacefalia

Inducción neural

Como se forman las estructuras neurales siguiendo los ejes corporales?

Hilde Mangold y Hans Spemann, 1924

Organizador del sistema nervioso

En aves y mamiferos

Nodo primitivo es el organizador

Proteínas morfogenéticas del hueso (Bonemorphogenetic proteins; BMPs)

• Receptor de BMPs : serina/treonina quinasas.

• Fosforila SMAD, que se transloca al núcleo y modula la expresión génica.

• Expresado por todo el ectodermo

• Importante en la especificación de los territorios neurales.

• Noggin Cordina y Folistatina, son antagonistas de BMP.

Homologo molecular del experimento de Speman

RNA Dominante negativo de BMP-R

Moleculas anti BMP (noggin, Chr, Fol)

Dominante negativo del receptor de BMP neuraliza el ectodermo

embrion ectodermo

Dominante negativo de BMP

Placa neural

epidermis

Destino neuronal del ectodermo por defecto

BMP

SMAD

Represión de genes neurales

Epidermis

P

BMP

SMAD

Expresion de genes neurales

Destino neuronal del ectodermo por defectoNoggingCordinaFolistatina

La identidad celular del tubo neural queda definido al momento de la gastrulación

En resumen

Formación de la placa del piso y la placa del techo del tubo neuralFormación de las crestas neurales

Ejes del tubo neural[Noggin, cordina, folistatina]

D

[BMP-4]

[Noggin, cordina, folistatina]

V

A PIz

De

Modelo del destino neural

Placa neural cresta neural epidermis

Noggin, Cordina

BMP-4 inactivo

BMP-4 activo

D V

Especificación antero-posterior del SNC en desarrollo

Estado de 5 vesículas Estado de tres vesículas

Ejes del tubo neural

Wnt, Cerb& RA

D

V

A PIz

De

Sistema de coordenadas en el eje DV, lateral y AP determina el destino de las células del SN.

[Noggin, cordina, folistatina]

Organizador de la cabeza

Se forma el tubo neural, pero no se forman las estructuras cefálicas.

La notocorda no es suficiente para inducir la formacion de la cabeza

Organizador cefalicoPlaca precordal y el endodermo viceralanterior (AVE)

Ratones mutantes del gen cerberus y relacionados

Otros organizadores anteriores

Organizador de la cabeza:

InhibidoresBMP Cordina&Noggin,

inhibidores

Organizador de la cola:

FGF, WNT, RA & BMPagentes posteriorizantes, (gen T y Nodal)

WntCerberus, Dickkopf & frzb1 "anteriorizan“el tuboneural

Inductores (morfogenos)

Patron dorso-ventral del tubo neural

Expresión de Sonic-hedgehog (Shh) por la notocorda y la placa del piso, controlan los patrones ventrales

La actividad de Shh en el tubo neural (puntos azules) esta distribuida en un gradiente ventral-alto, dorsal-bajo en el epitelio neural ventral.Se generan 5 clases de neuronas en respuesta al gradiente de la señalización de Shh. T.M. Jessell, 2000

Señales del eje dorso-ventral del tubo neural

La inducción neural depende de un control espacio temporal de distintos set de genes y de señales

endógenas. Las regiones del embrión en desarrollo secretan factores solubles que actúan como señales que modifican la expresión génica

del sistema nervioso

La inducción neural depende de un control espacio temporal de distintos set de genes y de señales

endógenas. Las regiones del embrión en desarrollo secretan factores solubles que actúan como señales que modifican la expresión génica

del sistema nervioso

Holoproencefalia

Mutación de la vía de transducción de Shh

No hay separación de las vesículas telencefálicas

Regulación Molecular de la diferenciación del tubo neural

Neurogenesis

Después de la fusión del tubo neural: proliferación de los precursores neuronalesLa velocidad y momento depende de la región del tubo neuralLa mayor parte ocurre en la zona ventricularEl epitelio neural se engruesa, adoptando una morfología seudoestratificada

Fases del desarrollo del sistema nervioso

Los precursores neuronales en diferenciación migran radialmente al tubo neural a lo largo de las glias radiales

Corteza cerebral

Crestas neuralesPoblación de células que se diferencian en los bordes de la placa neural

Las células de las crestas neurales migran a diferentes partes del cuerpo:

las crestas neurales cefalicas migran ates del cierre del neuroporo anteriorlas crestas neurales caudales migran una vez cerrado el tubo neural

Pliegue neural anterior

Las células de la cresta neural pierden su calidad de células epiteliales adquiriendo una morfología mesenquimatosa, comenzando a migrar

22 días

Las crestas neurales mas caudales migran en forma

segmentaria.

Las células migran a través de la porción esclerotomal del somito, pero solamente a través de las mitad rostral del esclerotomo.

From Bronner-Fraser (1986).

Células de la cresta neural

El destino final de las células de la cresta neuronal dependen del microambiente donde se alojan

Mielinización

Segmentación del sistema nervioso

El tubo neural esta organizado en estructuras repetidas llamados neuromeros.

Esta estructura se ha mantenido conservada filogeneticamente desde los insectos.

Conservación de genes clave del desarrollo, llamados genes homeoticos

Marca de FGF-8

Patrón de segmentación de la medula espinal

8 sem 24 sem RN Adulto

Segmentación del cerebro en desarrollo

• Vesículas cerebrales primarias– Procencéfalo– Mesencéfalo– Romboencéfalo

Segmentación del cerebro en desarrollo

• Vesículas secundarias– Procencéfalo

• Telencéfalo• Diencéfalo

– Mesencéfalo• Permanece como

mesencéfalo

– Romboencéfalo• Metencéfalo• Mielencéfalo

mesencéfaloProcencéfalo

5 semanasromboencéfalo

Vesícula óptica

rombomeros

Romboencéfalo:MielencéfaloMetencéfalo

De los rombomeros nacen los nervios craneanos

Relación entre nervios craneales, rombomeros y arcos faríngeos

Nervios craneanos

9 semanas

16 semanas

Desarrollo de la región cefálica

Mielencéfalo da origen al bulbo raquídeo

Plexo coroideo, células ependimales cubiertas con piamadre, ricas en mesenquima vascularizado, produce el liquido cefalorraquídeo

Corte transversal a través del mielencefalo

9 semanas

Metencéfalo Origina la protuberancia y el cerebelo

Protuberancia (ponds), derivada de la placa basal.Conduce fibras nerviosas entre los centros encefálicos y la medula espinal

6 semanasMetencefaloPlaca basalPlaca alar Mielencéfalo

Cerebelo, derivado de la placa alar (labio rombico r1)

Mesencéfalo

Estructura relativamente sencilla, conserva la estructura basal-alar de la medula espinal.

Núcleos basales motores (verde)Núcleos alares sensitivos

Diencéfalo

Estructura, al igual que el telencéfaloderivada de la placa alar, con muy poca participación de la placa basal.

Engrosamientos de las paredes laterales del tercer ventrículo generan el tálamo, sitio de relevo para los centros corticales

Mas ventral se encuentran los engrosamientos del hipotálamo

Mas dorsal aparece el epitálamo y la glándula pineal.

Inducción de la hipófisis (epitelio-tejido neural.

Se encuentran las copas ópticas que darán origen a los ojos (interacción epitelio-tej neural)

8 semanas

5 semanas

Copas ópticas, dan origen a los ojos en un proceso de inducción, epitelio-tejido neural

Telencéfalo

• Expansión de las vesículas telencefálicas (hemisferios cerebrales)• Se desarrollan los talamos como engrosamiento de las paredes de las

vesículas telencefálicas• Aparece la lamina terminal como sitio de cruce de fibras entre ambos

hemisferios (ej cuerpo calloso, día 74).

10 semanas

Corte transversal del telencefalo

infundibulo

6 semanas

Protección y Nutrición of CNS

Protección

• Huesos– Huesos cranianos y arcos branquiales

• Meninges– Dura madre– Arachnoide– Pía madre

• Liquido cefalorraquídeo

Meninges• Dura madre• Arachnoid mater• Pia madre

Liquido cefalorraquídeo

• Filtrado plasmático del plexo coroideo

• Circula por canales, ventrículos y entre las meninges

Sistema ventricular

Ventrículos cerebrales

• 2 ventrículos laterales (1 y 2) en los hemisferios cerebrales.• Tercer ventrículo (3) entre los hemisferios• Cuarto ventrículo (4) en el mesencéfalo y romboencéfalo

Defectos en el sistema ventricular

Hidrocefalia

Literatura sugerida: Embriología humana y biología del desarrolloBruce M Carlson.

Link de interés: http://www.med.unc.edu/embryo_images/unit-welcome/welcome_htms/contents.htm

Tarea para la casa: Estudiar desarrollo del sistema nervioso autónomo