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SC 10.1. La influencia de la asimetría sobre la organización espacial de los CCD: el eje superficie-profundidad de la vesícula lental. V. Flores, M. Rapacioli El desarrollo de la vesícula lental ofrece un ejemplo acerca de cómo las características fisicoquímicas del ambiente de las células en desarrollo influyen sobre sus CCD. Las células de la vesícula lental exhiben desde temprano una diferencia en sus CCD según ocupen la porción superficial o profunda de ella. Las del hemisferio superficial se mantienen durante mucho tiempo con capacidad proliferativa y sin capacidad de diferenciarse, en tanto que las células del hemisferio profundo cesan rápidamente la proliferación y se diferencian en fibras del cristalino. En otros términos, la lente exhibe un gradiente de desarrollo tal que se encuentra más avanzado en el polo profundo. Dicho cambio de comportamiento se produce en la zona del ecuador entre ambos casquetes (superficial y profundo). Como las células de la superficie anterior proliferan, se van desplazando hacia el ecuador, las que llegan al ecuador cambian bruscamente de comportamiento: dejan de comportarse como pertenecientes a la población superficial y adquieren la conducta típica de las de la región profunda. Es como si la superficie anterior sólo proveyera las células que se diferencian sólo en la región profunda. Las células que llegan al polo profundo se diferencian, el citoesqueleto va adquiriendo una estructura cristalina integrada por un conjunto típico de proteínas específicas de la lente (cristalinas), pierde vitalidad el núcleo y los organotes se disgregan y se transforman en estructuras con propiedades de fibras ópticas. En sentido estricto, las fibras del cristalino no son células sino el resto que queda de las células una vez que mueren. El epitelio anterior de la vesícula lental sigue proliferando y produciendo nuevas células por mucho más tiempo. Como resultado de la intercalación de las nuevas células, el epitelio anterior se expande y las células más viejas van corriéndose hacia el borde o ecuador del cristalino. Una vez allí inician la diferenciación. Así, a lo largo del desarrollo se van agregando nuevas cohortes de células a lo largo de toda la banda ecuatorial como nuevas capas concéntricas de nuevas fibras ópticas. ¿Están determinadas a comportarse diferentemente las células lentales de las regiones superficial y profunda? Algunas experiencias de rotación de la lente durante el desarrollo indican que no. La microcirugía permite extraer la lente y reubicarla en una posición diferente. Si durante el desarrollo se extrae la lente, que ya ha iniciado su desarrollo, y exhibe claras diferencias entre células superficiales (no diferenciadas y proliferantes) y fibras profundas (ya diferenciadas) y se la rota 180º de modo que el hemisferio profundo pase a ser superficial y viceversa, ocurre el siguiente fenómeno: a) las células que se encontraban en la cara superficial pasan a estar ubicadas en el interior de la copa óptica; allí cesan su proliferación y rápidamente se diferencian; b) las células que se encontraban en el hemisferio profundo y que ya se habían convertido en fibras del cristalino (elementos inertes sin vitalidad) quedan como están, pero ahora en la superficie anterior; c) un fenómeno significativo ocurre en la población de células que ocupan el ecuador de la lente en desarrollo. Las células de la banda del ecuador siguen en el ecuador pero con una polaridad espacial superficie profundidad invertida. Las células que estaban pasando de la cara anterior a la posterior estaban cesando su proliferación e iniciando la diferenciación. Al producirse la inversión del eje superficieprofundidad de la lente, las células que estaban de la región superficial del ecuador, que aún proliferaban, pasan a iniciar la diferenciación, y las células que estaban en la región profunda del borde, que estaban iniciando la diferenciación, reasumen la proliferación. Así se genera una nueva población de células lentales en desarrollo con una polaridad invertida con respecto a las que habían iniciado el desarrollo de la lente. Las nuevas células profundas inician la formación de un nuevo núcleo de fibras primarias a las cuales se agregan luego nuevas fibras secundarias. Las nuevas células superficiales regeneran un nuevo epitelio anterior que se extiende sobre la superficie de la exporción profunda ya diferenciada. Estas dos nuevas poblaciones celulares continúan el desarrollo de una lente que se construye sobre la que se había formado inicialmente y que consiste en una lente mixta con un doble carácter, ya que las fibras ópticas formadas antes de la inversión tienen una orientación espacial y las que se formaron luego de la inversión tienen la orientación opuesta. Este resultado experimental ilustra con claridad la importancia de la organización espacial de los CCD y la dependencia de dicha organización respecto de las vías de señalización espacialmente estructuradas que “imprimen” una asimetría en el entorno de las células en desarrollo (Fig. SC 10-1-1). http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/img/SC10-1-1.jpg Fig. SC 10-1-1. Representación esquemática de la experiencia de rotación de la lente. A. Estado inicial: lente en su posición normal. B. Estado inmediato posterior a la cirugía: lente rotada 180º. C. Seis días después de la cirugía: las células que inicialmente formaban el epitelio anterior (proliferativo) se diferencian en “nuevas células profundas” e inician la formación de un “nuevo” núcleo de fibras primarias y las “nuevas células superficiales del ecuador” reasumen la proliferación y regeneran un nuevo epitelio anterior. D. Diez días después de la cirugía. SC 10.2. El campo lental del extremo cefálico del embrión. Interacciones celulares y vías de señalización involucradas en su constitución y evolución. V. Flores El ectodermo epidérmico de las regiones laterales del prosencéfalo, la zona que cubre las vesículas ópticas adquiere, desde muy temprano, potencia para formar la lente. Dicha región ectodérmica integra la zona denominada línea de Wolff que origina placodas ectodérmicas. Las placodas ectodérmicas generan células que luego se diferencian en a) neuroepitelios receptores periféricos (olfatorio, auditivo, del equilibrio, etc.), b) células que se invaginan e incorporan a ganglios sensoriales craneales (placodas óticas, placodas epibranquiales) y, además, generan células que c) contribuyen a amplificar las poblaciones mesenquimáticas cefálica y branquial. El área de ectodermo que durante el período somítico forma la línea de Wolff deriva de la zona ectodérmica, ya definida durante la gastrulación, denominada área preplacodal. Esta área, en estados más tempranos, ocupa la región del ectodermo epidérmico que http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/img/SC10-1-1.jpg bordea, a modo de herradura, el extremo cefálico de la placa neural (SC 11.4. Modelo de inducción de la región preplacodal). La zona llamada línea de Wolff está integrada por el ectodermo epidérmico y una delgada capa de mesénquima subyacente con la que interactúa. Este mesénquima está formado mayoritariamente por células provenientes de la cresta neural preótica o craneal. En la región encefálica, las células de la cresta neural se segregan del compartimento epitelial incluso antes de que se cierre el tubo neural. Parte de estas células se distribuyen en superficie por debajo del ectodermo y junto con él forman parte de la línea de Wolff. Algunos experimentos clásicos muestran que, cuando dicha región ectodérmica es trasplantada muy tempranamente (antes de la interacción con su correspondiente mesénquima), no se transforma en placodas sino simplemente en epidermis de la región a la que fueron trasplantadas. Por el contrario, cuando se explantan o trasplantan, en estados más avanzados, porciones definidas de la línea de Wolff, estos tejidos originan las placodas que hubieran formado en sus lugares de origen. Este segundo resultado implica que se hallaban determinadas antes del trasplante. Se sabe que para que la determinación ocurra el ectodermo del área preplacodal debe recibir previamente diferentes tipos de estímulos de tejidos mesodérmicos y ectodérmicos adyacentes. Entre estas señales existen algunas positivas (+) que son determinantes y existen algunas que son inhibitorias o negativas (-). Las primeras posibilitan que las células expresen la combinatoria de factores de transcripción correspondiente al área placodal. Las segundas sirven para localizar la acción de modo que el área no se extienda más de lo normal. En el caso concreto de la placoda lental, se considera que uno de los factores transcripción incluidos en la combinatoria de factores que participa en su determinación es el factor Pax6. Casi simultáneamente, las células de la región ocular de la placa neural, región precursora de la vesícula óptica, expresan Pax6. No se sabe si la expresión de este factor indica determinación en sentido lental o adquisición de competencia para responder a la acción determinante del mesénquima cefálico. De todos modos, se sabe que si el ectodermo de dicha región es trasplantado a la región de la placoda auditiva, el ectodermo se diferencia en placoda (aun sin interacción con la vesícula óptica) reteniendo su carácter lental. Este hecho muestra que la región ya está determinada antes de su interacción con la vesícula óptica. http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/Flores/resource.aspx?file=/cap/11/sc11.html#Inducción_área_preplacodal Estos experimentos también indican que la población celular determinante que restringe la potencia del ectodermo epidérmico y lo determina en sentido lental es el mesénquima cefálico regional. También existen experimentos que indican que la región posee propiedades de campo, vale decir, antes de la constitución de la placoda lental ya está determinada pero con propiedades regulativas. Acciones permisivas y diferenciación de la placoda lental. Una vez determinada la evolución en sentido lental, la etapa siguiente es la diferenciación en placoda lental. A este fenómeno le siguen la invaginación de la placoda, la formación de la vesícula lental y la diferenciación de ésta en lente. En este proceso participa, al parecer permisivamente, el neuroepitelio de la vesícula óptica. El carácter permisivo de tal acción es supuesto a partir del hecho que: a) no asigna carácter lental pues ya lo posee desde antes y b) en condiciones experimentales, el efecto del neuroepitelio de la vesícula óptica puede ser reemplazado exitosamente por señales generadas por una diversidad de otros tejidos. Se considera que durante la diferenciación las células del campo lental reciben señales de la vesícula óptica ya que ésta secreta varias proteínas señal (p. ej., proteína señal Bmp4) que estimulan la expresión de nuevos factores de transcripción como Sox2, Pax, la proteína factor de transcripción KLF6 (Krüppel-like factor-6) y otros. La formación de la fosa y la vesícula lental. Los procesos que conducen a la formación de la fosa y vesícula lental, si bien pueden producirse en otros lugares en los que la placoda es trasplantada, no se cumplen de la misma forma. Ello se debe a que la precisión de dichos procesos morfogenéticos está regulada por medio de interacciones de adhesión, fuerzas interfaciales de intensidad regulada que sólo se logran a través de interacciones con la vesícula óptica y el ectodermo regional (SC 10.5. El papel morfogenético del contacto placoda lental-vesícula óptica). SC 10.3. El papel del mesénquima cefálico periocular como integrador de la morfogénesis y la histogénesis ocular. V. Flores El mesénquima cefálico es una adquisición evolutiva relativamente reciente. Se ha desarrollado a lo largo del proceso de cefalización que ocurrió desde la aparición de los cefalocordados en adelante. Cumple un papel primordial en la morfogénesis y la histogénesis del aparato de la contención neurosensorial y la de los propios órganos de los sentidos. http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/visor.aspx#placoda_lental_morfogénesis_ocular http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/visor.aspx#placoda_lental_morfogénesis_ocular En el caso del desarrollo del ojo, que posee varias cubiertas conectivas con importantes diferencias interespecíficas, el mesénquima cefálico ha sufrido varias adaptaciones vinculadas a los cambios evolutivos del sistema visual. Varias son las instancias en las que células del mesénquima cefálico desempeñan papeles importantes durante el desarrollo del sistema visual. a) El efecto más temprano conocido es la escisión del campo ocular (retiniano) del extremo cefálico (prosencefálico) de la placa neural en dos porciones, derecha e izquierda, con capacidad para formar un par de ojos con simetría bilateral. Tempranamente, dicha región tiene capacidad de campo y forma un único ojo medial. Ulteriormente es escindido en dos mitades simétricas y bilaterales. Esta función al parecer es cumplida por células del mesodermo axil precordal (proceso cefálico o notocorda anterior) que, a través de la señalización celular vía Shh, que es un importante morfógeno de la región ventral del tubo neural, tienen un efecto en la generación de la línea media y la formación de estructuras especulares o bilaterales respecto de ella. Las alteraciones en este proceso de señalización conducen a malformaciones en las que no es posible distinguir una línea media como la ciclopía aislada o asociada a otras malformaciones más graves como la holoprosencefalia. Por otro lado, se ha postulado que este mesénquima también contribuye con células musculares a la musculatura extrínseca del ojo. b) El siguiente efecto es su participación, como generador de señales determinantes y localizadoras del área preplacodal y luego, durante la formación de la línea de Wolff, como generadora de señales determinantes y localizadoras del campo lental en el ectodermo del área preplacodal (SC 10.2. El campo lental del extremo cefálico del embrión. Interacciones celulares y vías de señalización involucradas en su constitución y evolución). Este efecto, denominado “localizador” de la capacidad formadora de lente y diferenciación de la placoda lental es muy importante ya que, inicialmente, el campo lental es bastante más extenso que la placoda y se extiende a zonas aledañas en las que coexisten células que luego forman parte de otras placodas. Esta delimitación más precisa de regiones se ha denominado también como “refinamiento” en la distribución de potencias de desarrollo. c) Luego de dicho efecto, el mesénquima cefálico desaparece casi por completo de la región interpuesta entre la placoda lental y la vesícula óptica. De esta forma ambas estructuras epiteliales, ya determinadas, interactúan directamente e inician una serie de interacciones que poseen tanto efecto morfogenético como http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/visor.aspx#Inducción_lental http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/visor.aspx#Inducción_lental http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/visor.aspx#Inducción_lental histogenético (SC 10.5. El papel morfogenético del contacto placoda lental-vesícula óptica). d) El contacto entre los epitelios de la placoda lental y de la vesícula óptica produce efectos de desarrollo sobre ambos. Por un lado, la vesícula óptica actúa como población celular permisiva sobre el campo lental y estimula su diferenciación en placoda lental. Por otro lado, señales de la placoda operan en forma determinante y/o permisiva sobre el neuroepitelio de la vesícula óptica y hacen que se diferencie en sentido de retina neural. Esta acción de la placoda se pone de manifiesto cuando se impide el contacto de la vesícula óptica con el campo lental; en ese caso la región superficial de la vesícula óptica no se diferencia en retina neural sino que adquiere las características del epitelio pigmentario de la retina. e) El hecho señalado indica que el mesénquima cefálico periocular tiene la capacidad de redireccionar la evolución del neuroepitelio de la vesícula óptica en sentido de epitelio pigmentario. Esta acción se pone de manifiesto en experimentos en los que se elimina la placoda lental y toda la vesícula es rodeada por el mesénquima cefálico periocular. En esta situación, la vesícula óptica no se invagina y todo el epitelio de la vesícula se diferencia en una capa de epitelio pigmentario. Vale decir, no se forma retina neural. Este efecto se deduce también observando el desarrollo normal; normalmente la región de vesícula óptica que entra en contacto con la placoda lental se diferencia en retina neural, mientras que la que queda rodeada por mesénquima periocular se diferencia en epitelio pigmentario de la retina. Estas acciones diferentes de la placoda y el mesénquima periocular tienen efecto morfogenético e histogenético ya que garantizan que en la hoja interna de la copa óptica (que recibió la acción de la placoda) se forme la retina y que la hoja externa (que recibe la acción del mesénquima) rodee externamente a la retina neural. f) El mesénquima periocular desempeña también un papel central en el desarrollo de la retinotopía; vale decir, en la instalación de las polaridades (dorsoventral y nasotemporal) que definen el patterning de las células ganglionares de la retina necesario para la elaboración de los mapas de proyección retinogeniculada derecha e izquierda. La función visual requiere que las conexiones retinogeniculadas se realicen entre neuronas que ocupan puntos correspondientes de la retina y del núcleo geniculado lateral. Esto es posible debido a que en ambos órganos se instalan polaridades espaciales queasignan propiedades específicas de lugar o posición a las neuronas que ocupan diferentes posiciones a lo largo de dos ejes espaciales. Estos ejes son instalados en la población de http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/visor.aspx#placoda_lental_morfogénesis_ocular http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/visor.aspx#placoda_lental_morfogénesis_ocular células ganglionares de la retina por medio de sistemas de señalización celular espacialmente organizados o gradientes generados por el mesénquima periocular. g) El mesénquima cefálico-periocular participa también en el patterning de la lente controlando la ejecución diferencial, en función del espacio, de las actividades de proliferación y diferenciación celular (SC 10.1. La influencia de la asimetría sobre la organización espacial de los CCD: el eje superficie-profundidad de la vesícula lental). h) Finalmente, desde el punto de vista estructural, el mesénquima cefálico periocular participa en el desarrollo del ojo con una versatilidad llamativa. Analizado a lo largo del eje radial del ojo, genera una variedad de tejidos conectivos estructuralmente diferentes y con distintas funciones; considérense las diferentes cubiertas oculares y el humor vítreo. Por otro lado, cada una de estas cubiertas posee diferencias estructurales y funcionales típicas en diferentes regiones a lo largo de la circunferencia que va desde el centro de la córnea al nervio óptico. También participa en la generación de estructuras específicas del ojo como la zónula de Zinn, cápsulas de la lente y del humor vítreo, entre otras. SC 10.4. El campo ocular del extremo cefálico de la placa neural. V. Flores Algunos experimentos clásicos mostraron que el extremo cefálico de la placa neural posee potencia para generar retina neural y que, además, posee propiedades de campo. Cuando el extremo cefálico (prosencefálico) de la placa neural, de las etapas de fines de la gastrulación, es disecado y llevado a un medio de cultivo rodeado de mesénquima (explanto), se diferencia en una estructura vesicular epitelial similar a la vesícula óptica. El explanto así cultivado, pese a que a) está formado por las dos mitades, derecha e izquierda, del extremo de la placa neural, y que b) durante el desarrollo embrionario normalmente origina dos vesículas ópticas que luego generan dos retinas con simetría bilateral, en las condiciones de cultivo señaladas solo origina una vesícula óptica. Cuando en el explanto arriba señalado (extremo anterior de la placa neural) antes del cultivo es dividido en sus dos mitades, derecha e izquierda, cada mitad exhibe capacidad para originar una vesícula óptica. Estos experimentos muestran, tempranamente, durante la gastrulación, que el extremo anterior de la placa neural se comporta como un campo morfogenético. Por dicho motivo, el extremo http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/visor.aspx#Eje_AP_lente http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/visor.aspx#Eje_AP_lente http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/visor.aspx#Eje_AP_lente anterior de la placa neural fue denominado clásicamente, por algunos investigadores, como territorio presuntivo ocular de la placa neural y, por otros, como campo ocular (Fig. SC 10-4-1 A). Cuando los experimentos arriba descritos se repiten en función del tiempo, se constata que la propiedad de campo se mantiene durante un cierto período y luego desaparece. Sobre la base de otros resultados experimentales de cultivos de explantos, combinados con análisis de biología celular y molecular, se ha postulado que la escisión del campo ocular en dos campos, uno derecho y uno izquierdo, depende de una acción ejercida por el mesodermo axil precordal que normalmente subyace en dicha región de la placa neural. Por un lado, las alteraciones espontáneas en la formación de dicho mesodermo se asocian estadísticamente a fallas en la escisión del campo ocular y, por otro, cuando se interfiere experimentalmente la migración del mesénquima precordal se mantiene por más tiempo la propiedad de campo. Las observaciones mencionadas permitieron proponer que la ciclopía (presencia de un único ojo de ubicación medial) podría ser el resultado de una falla en el proceso por medio cual el campo ocular se escinde en dos. En tales circunstancias se formaría una sola vesícula óptica y, en consecuencia una sola copa óptica y, en rededor de la misma, el mesénquima cefálico se organizaría formando las cubiertas de un único ojo medial. Varias observaciones recientes, con nueva tecnología, llegan a conclusiones similares. Confirman la existencia de una región del extremo cefálico de la placa neural precursora de las células que integrarán las vesículas ópticas. Esta región puede ser identificada por la expresión local selectiva de las proteínas factores de transcripción Pax2 y Pax6. Poco tiempo luego de la expresión de estos factores, las células de la placa precordal, que se continúa caudalmente con el mesénquima precorda,l inician la síntesis de la proteína señal Shh. Al parecer, la activación de la vía de señalización de la señal Shh en las células de la región medial del campo ocular, de un modo no conocido, inhibe el desarrollo en sentido ocular y escinde el territorio o campo ocular inicial en dos regiones laterales con potencia para formar retina (Fig. SC 10-4-1 B). Una vez activada la señalización vía Shh en la línea media, desaparece en dicha región la expresión de los factores de transcripción Pax2 y Pax6, en tanto que en las regiones derecha e izquierda continúa su expresión. El factor de transcripción Pax2 se expresa selectivamente en la región ocupada por células que quedarán confinadas al pedículo óptico, y el factor Pax6 se expresa http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/img/SC10-4-1.jpg http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/img/SC10-4-1.jpg en células que integrarán la copa óptica. Éstas últimas son las que, dependiendo de interacciones celulares ulteriores, con el mesénquima cefálico regional o con la placoda lental, originarán diferentes tipos celulares de la retina (SC10.3. El papel del mesénquima cefálico-periocular como integrador de la morfogénesis y la histogénesis ocular). Fig. SC 10-4-1. Representación esquemática de la ubicación del campo ocular. Vista dorsal. A. Mediados de 3ª SD. B. Fines de 3ª SD. SC 10.5. El papel morfogenético del contacto placoda lental- vesícula óptica. V. Flores Las interacciones placoda lental-vesícula óptica no poseen solo papeles permisivos o determinantes referidos al destino futuro de las células que los componen. Las propiedades adhesivas y las intensidades de las fuerzas interfaciales entre los epitelios interactuantes también poseen un papel morfogenético. Tal papel resulta del hecho de que las fuerzas desarrolladas a) modelan temprana y transitoriamente a las poblaciones interactuantes, b) los cambios de forma tempranos, al ser base de procesos futuros, repercuten más adelante en la morfogénesis global y c) generan disposiciones espaciales de los tejidos que posibilitan interacciones futuras con otras poblaciones celulares. Entre las interacciones con papel morfogenético merecen comentarse las siguientes (varias otras figuran en la literatura): http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/visor.aspx#Mesénquima_periocular_funciones http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/visor.aspx#Mesénquima_periocular_funciones http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/visor.aspx#Mesénquima_periocular_funciones http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/img/SC10-4-1.jpg a) La adhesión entre las superficies basales del ectodermo prelental y del epitelio neural de la vesícula óptica no es solo resultado de la intensidad de la fuerza interfacial entre ambas. Este proceso es facilitado por un desplazamiento de las células del mesénquima cefálico, fuera del área de contacto epitelial, que favorece la adhesión. El desplazamiento del mesénquima fuera del área de contacto y la consiguiente adhesión entre los dos epitelios permiten que las fuerzas morfogenéticas necesarias para la invaginación, generadas en cualquiera de los dos epitelios, se transmita también al otro. Se considera que este fenómeno explica cómo ambos epitelios se curvan, simultáneamente, como láminas concéntricas con el mismo radio de curvatura. b) Otro fenómeno involucrado en el control de la invaginación conjunta de ambos epitelios es la tensión que ejerce el ectodermo perilental sobre los bordes de la placoda lental durante la invaginación. Durante la invaginación aparece una tensión, en el plano del epitelio perilental, que se revela por el hecho de que si, en el momento de la invaginación, se realiza una pequeña incisión rectilínea de orientación tangencial al borde de la placoda, la línea de incisión se transforma rápidamente en un ojal. Este hecho revela que los bordes de la incisura están sometidos a tensión (Fig. SC 10-5-1). La importancia morfogenética de la tensión ejercida sobre los bordes de la placoda se revela por el hecho de que una incisión realizada en derrededor de la placoda ocasiona una invaginación acelerada y excesiva. La vesícula lental, en lugar de quedar ubicada en posición normal, rodeada por los bordes de la copa óptica, queda completamente incluida dentro de ella. Vale decir, completamente rodeada por la hoja interna de la copa óptica, ocupando el lugar que correspondería al humor vítreo. Así, la tensión y el tiempo durante el cual la placoda se mantiene unida al ectodermo parece poseer un efecto sobre la intensidad del plegamiento de ambos epitelios. http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/img/SC10-5-1.jpg Fig. SC 10-5-1. Representación esquemática de la experiencia de sección del epitelio ectodérmico perilental. A-C. Invaginación normal de la placoda lental. B’. Ilustra el estado inmediato posterior a la cirugía. C’. Evolución luego de la cirugía. La invaginación de la copa óptica es exagerada y encierra a la vesícula lental. c) El contacto entre las superficies basales de ambos epitelios permite interacciones que generan cambios en el patrón de proteínas que ambos epitelios expresan en sus superficies basales y que secretan hacia el mesénquima y conforman sus respectivas membranas basales. La evidencia experimental indica que la composición molecular de dichas membranas basales es importante en cuanto a definir interacciones futuras con el mesénquima circundante: 1) en el caso de la hoja interna de la copa óptica, con la cara profunda del cristalino y el mesénquima precursor del cuerpo vítreo y 2) en el caso de la cara anterior del cristalino y la superficie basal del ectodermo (futura córnea) con el mesénquima que forma los estromas de la córnea y del iris (véase siguiente punto). d) Un fenómeno similar al descrito ocurre en la zona de contacto transitorio entre las superficies basales del epitelio del borde de la fosa o la vesícula lental recién formada y el epitelio ectodérmico superficial antes de que ambos se desprendan. En dicha interfaz, al principio, no se introduce el mesénquima circundante. Durante dicho tiempo de interacción, los epitelios interactuantes generan membranas basales que programan el reingreso de mesénquima en dicha zona. El reingreso del mesénquima cefálico se produce en forma de dos capas deslaminadas: 1) una de las láminas migra sobre la superficie anterior de la lente y forma la membrana iridopupilar; 2) la otra lámina migra sobre la membrana basal del ectodermo superficial y formará el estroma de la córnea. Este fenómeno modela también la cámara anterior del ojo que queda http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/img/SC10-5-1.jpg ubicada entre las dos láminas de mesénquima mencionadas. Estos ejemplos ilustran cómo las interacciones mencionadas en c y dprograman futuras interacciones con otros tejidos y estructuraciones espaciales futuras de éstos (Fig. SC 10-5-2). Fig. SC 10-5-2. A. Esquema que ilustra las oleadas migratorias de mesénquima cefálico que forman el estroma de la córnea y del iris. La primera oleada formó el endotelio corneal. La segunda oleada forma el estroma del iris y la tercera oleada forma el estroma corneal. B. Fotografía de corte histológico del borde superficial de la copa óptica, el limbo esclerocorneal y la vesícula lental (Embrión humano; 8ª SD). Entre el endotelio corneal y la membrana iridopupilar en formación se está formando la cámara anterior. En el limbo esclerocorneal se observa un plexo capilar que se comunica con ramas del plexo vascular hialoideo. La hoja externa de la copa óptica es un epitelio pigmentado. e) Se considera que la extensión del área de contacto entre la vesícula óptica y la placoda lental posee papel morfogenético. Dado que se trata de poblaciones celulares que, desde el punto de vista físico, se comportan como materiales maleables, la intensidad de la fuerza interfacial opera como variable que regula el área de contacto entre ambas superficies. Por otro lado, se considera que la presión hidrostática del líquido contenido en cavidades epiteliales también posee papel morfogenético ya que genera una tensión tangencial sobre las células que puede modificar significativamente sus comportamientos de desarrollo. En el caso de la vesícula óptica se considera que la presión hidrostática posee una connotación adicional. El proceso morfogenético de adhesión entre el ectodermo prelental y la vesícula óptica, y la extensión del área de contactoentre ambos, depende, por un lado, de la intensidad de la fuerza de adhesión interfacial entre ambas y, por otro, de la http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/img/SC10-5-2.jpg http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/img/SC10-5-2.jpg posibilidad de que cada uno de dichos epitelios se adapte a la forma del otro; cuanto mejor se adapten uno al otro, mayor será la superficie de contacto entre ellas. Una vesícula óptica con presión interna normal tiene un área de contacto diferente del de una vesícula “desinflada” que se amolda mejor al epitelio. Este efecto se pone de manifiesto cuando se realiza un pequeño orificio en la pared de la vesícula que permite la filtración del líquido interno. Esta situación conduce a diversos tipos de malformaciones oculares. Se ha postulado que una presión intravesicular relativamente baja permitiría una zona de contacto amplia y ello conduciría a vesículas lentales grandes y hojas internas de la copa óptica también de mayor tamaño. Por el contrario, una presión intraocular alta llevaría a situaciones inversas. En ambos casos, en los demás tejidos se producirían modificaciones compensatorias en el crecimiento de los tejidos tendientes a lograr la armonía entre todos los elementos que componen el ojo. La imposibilidad de lograr tal armonía llevaría a diversas alteraciones que incluyen tamaño anormal de los ojos. f) El hecho planteado en el punto precedente ha sido señalado también como una característica peculiar del ojo en el sentido de que la influencia recíproca entre epitelio ectodérmico prelental y epitelio de la vesícula óptica, además del carácter localizador (SC 10.2. El campo lental del extremo cefálico del embrión. Interacciones celulares y vías de señalización involucradas en su constitución y evolución. Véase también el punto precedente) posibilita una cierta armonía en las proporciones de los órganos derivados de ellos. Este hecho se pone de manifiesto cuando, experimentalmente, se realizan disociaciones de los epitelios prelental y vesículas ópticas de animales que tienen ojos grandes y pequeños y se los reasocia en recombinaciones recíprocas. De dichas asociaciones surgen copas ópticas y lentes armónicos que no poseen el tamaño de los ojos grandes ni pequeños de los animales de los que se obtuvieron los elementos interactuantes sino tamaños intermedios. Todos los hechos experimentales señalados ponen de manifiesto la enorme importancia y los diversos efectos de desarrollo, que poseen las interacciones mediadas por contactos a veces muy transitorios entre poblaciones celulares en desarrollo. SC 10.6. La elaboración de mapas de proyección receptor periférico-centro: el mapa retino-geniculado. V. Flores La visión es el sentido que con mayor precisión y rapidez permite analizar información espacial. La visión integra información proveniente de todos los puntos del espacio que conforman el campo visual. Para la conducta animal, es vital discriminar con precisión las http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/visor.aspx#Inducción_lental http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/visor.aspx#Inducción_lental http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/visor.aspx#Inducción_lental http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/visor.aspx#Inducción_lental posiciones relativas de los puntos que emiten, o reflejan, luz. Ello permite percibir los objetos del mundo en sus posiciones relativas reales. La retina, y el resto de las estructuras oculares, poseen una organización que permite discriminar y registrar con eficiencia los puntos del campo visual. La información visual “registrada” en la retina en forma espacialmente discriminada es luego enviada al centro por medio del nervio óptico. De nada serviría la discriminación espacial lograda en la retina si la ésta no se conservara a lo largo de la vía visual hasta llegar a la corteza visual. La información visual captada por cada célula fotorreceptora es transferida hasta las columnas corticales del área visual primaria de la corteza occipital, a través de cadenas de neuronas conectadas por varias sinapsis. La información visual es procesada, en parte, en la propia retina y, desde la neurona ganglionar de la retina (NGR) es llevada al núcleo de relevo, el núcleo geniculado lateral (NGL), que luego la transfiere al área 17 de la corteza occipital o área visual primaria o V1. Dado el carácter polisináptico de la vía visual, existen estrategias de establecimiento y mantenimiento de contactos sinápticos tendientes a lograr que la discriminación espacial lograda en la retina no se pierda en el trayecto desde las células fotorreceptoras a las columnas corticales del área V1. Es decir, que la información proveniente de distintos puntos del campo visual no se “mezcle” pues se perdería la información referida a las posiciones relativas de dichos puntos en el campo visual. A lo largo de la evolución se han seleccionado estrategias de desarrollo que tienden a lograr una correspondencia topográfica entre “puntos” de los neuroepitelios receptores de los órganos de los sentidos y “puntos” de las áreas centrales a las que dicha información es proyectada. Tales correspondencias topográficas entre puntos de uno y otro se denominan mapas de proyección. En el caso de la vía visual existe un mapa de proyección retino-geniculado y también un mapa de proyección genículo-cortical (Recomendamos consultar en textos de Anatomía la organización de la vía visual y, en textos de Histología y Fisiología, la organización de la retina, del núcleo geniculado lateral y de la corteza visual). La posibilidad de elaborar mapas de proyección entre neuroepitelios receptores periféricos y áreas de proyección centrales depende de procesos que operan en diferentes niveles de regulación del desarrollo de circuitos en el sistema nervioso central: a) la definición de categorías de neuronas que relacionen un neuroepitelio receptor (p. ej., NGR) con un área central (interneurona del NGL), b) la existencia de mecanismos de guía para el crecimiento axonal que conduzcan a los conos de crecimiento de los axones desde la retina, a través de un trayecto sinuoso (nervios, quiasma y cintillas ópticos), hasta el NGL, finalmente, c) la existencia de mecanismos que generen una tendencia a que los axones provenientes de una zona particular de la retina establezcan contactos preferentemente con neuronas de una zona particular del NGL y que las posiciones relativas de las NGR (que emiten los axones) se correspondan con las posiciones relativas de las neuronas del NGL (que reciben los axones). El mismo problema se repite cuando se considera cómo las neuronas del NGL establecen conexiones específicas con neuronas del área cortical. a) La definición de categorías de neuronas Varias son las propiedades que definen un tipo neuronal terminalmente diferenciado (SC La definición de neurona y de tipo neuronal). Muchas de ellas se elaboran epigenéticamente por medio de interacciones entre neuronas en desarrollo. Sin embargo las macroneuronas (como las NGR que son eferentes de la retina al NGL, y también las neuronas eferentes del NGL a la corteza) nacen con un programa que les permite desarrollar un conjunto básico de características específicas de tipo neuronal. Entre estas características básicas se incluye la expresión de proteínas de membrana (receptores y/o ligandos) que permiten a las neuronas en desarrollo realizar interacciones célula-sustrato (con componentes de la matriz extracelular) e interacciones célula-célula con otras poblaciones celulares que son potenciales blancos para inervar. Las dos propiedades mencionadas están incluidas en la programación de CCD por medio de los cuales los axones en crecimiento recorren trayectos hasta llegar a sus órganos blanco (SC 9.11. Bases celulares y moleculares de la neuritogénesis. El comportamiento del cono de crecimiento axonal). Proteínas de este tipo les permiten también realizar las interacciones con células blanco potenciales de modo tal que se elabora una primera organización espacial de contactos o “mapa crudo” de proyección. Este mapa es pasible de ser modificado luego epigenéticamente de un modo dependiente de la actividad (Véase SC. La fase de neuritogénesis II. La actividad exploratoria del cono de crecimiento. Exploración y seguimiento. Quimioatracción y quimiorrepulsión. Zonas de inclusión y de exclusión de conos de crecimiento). b) El crecimiento axónico dirigido desde la retina al NGL El crecimiento de los axones de las NGR es dirigido por medio de interacciones con proteínas de la matriz celular o de la superficie http://semin-bioldes-vf.com/ http://semin-bioldes-vf.com/ http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/Flores/resource.aspx?file=/cap/9/sc9.html#Cono_crecimiento http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/Flores/resource.aspx?file=/cap/9/sc9.html#Cono_crecimiento http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/Flores/resource.aspx?file=/cap/9/sc9.html#Cono_crecimiento http://semin-bioldes-vf.com/ http://semin-bioldes-vf.com/ http://semin-bioldes-vf.com/ http://semin-bioldes-vf.com/ celular de células que encuentran en su camino o también por medio de interacciones laterales con otros axones en crecimiento. Esto es así ya sea cuando crecen en el plano tangencial de la retina o a lo largo de la capa marginal del neuroepitelio (futura capa fibrosa interna), como también cuando ingresan al nervio óptico, se decusan, o no, en el quiasma y siguen por los tractos ópticos hasta el NGL. En la primera fase, los axones siguen caminos curvos, migran tangencialmente en forma ordenada, manteniendo sus posiciones relativas, sin mezclarse, a través de la capa marginal del neuroepitelio. Así van generando la capa fibrosa interna de la retina, y confluyen hacia el pedículo óptico. En la segunda fase, dentro del nervio, quiasma y tracto ópticos, los axones mantienen un cierto orden vinculado al de sus neuronas de origen en la retina. Se ha propuesto que algunos componentes de la matriz extracelular (laminita y fibronectina, vitronectina y condroitín sulfato, y heparán sulfato) contribuyen a la fasciculación disminuyendo la probabilidad de mezcla de axones. Esto aumentaría la probabilidad de que los axones que emergen juntos de una cierta región de la retina mantengan sus posiciones relativas durante todo el trayecto y arriben juntos a la misma región del núcleo geniculado. Este fenómeno podría contribuir en cierta medida al establecimiento de la retinotopía. Existen varios modelos propuestos para explicar cómo los axones se guían realizando interacciones con componentes de la matriz extracelular que generan zonas que admiten el ingreso de conos de crecimiento de axones en crecimiento (zonas de admisión) y componentes que generan un ambiente que no admite el ingreso de ciertos conos de crecimiento (zonas de exclusión) (SC La fase de neuritogénesis II. La actividad exploratoria del cono de crecimiento. Exploración y seguimiento. Quimioatracción y quimiorrepulsión. Zonas de inclusión y de exclusión de conos de crecimiento). c) La instalación de propiedades de lugar en la retina y en el geniculado. La distribución de axones en el área blanco. Las características de desarrollo arriba mencionadas, consideradas cualitativamente, caracterizan genéricamente a las NGR como la población neuronal aferente al NGL. Sin embargo, no permiten distinguir las NGR temporales de las nasales ni las dorsales de las ventrales. Tampoco permitirían explicar las correspondencias topográficas que definen el mapa de proyección retino-geniculado. Para entender estas diferencias es pertinente señalar que las propiedades mencionadas en los puntos anteriores, tales como la http://semin-bioldes-vf.com/ http://semin-bioldes-vf.com/ http://semin-bioldes-vf.com/ http://semin-bioldes-vf.com/ expresión de proteínas receptores y/o ligandos, etc. no son solo cualitativas sino que se expresan con diferente intensidad a lo largo del plano tangencial de la retina. Existe una batería de varias proteínas involucradas en fenómenos interactivos de reconocimiento célula-matriz extracelular o célula- célula, que se expresan, tanto en la retina como en el NGL, en forma de gradientes. La expresión diferencial de las proteínas mencionadas en función del espacio definido a lo largo de ejes espaciales nasaltemporal y dorsoventral opera como sistema de referencia que asigna diferencias dependientes de posición a las NGR que ocupan diferentes regiones de la retina. Estas diferencias dependientes de posición confieren identidad o individualidad a las NGR y a las interneuronas del NGL y, en consecuencia, posibilitan que NGR e interneuronas del NGL establezcan contactos de un modo selectivo o preferencial. La figura SC 10-6-1 muestra un modelo sobre cómo, basado en la estrategia señalada, se pueden establecer mapas de proyección crudos que luego son pasibles de remodelación y refinamiento. http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/img/SC10-6-1.jpg Fig. SC 10-6-1. Esquema simplificado de un modelo sobre el modo como se establecería un mapa o correspondencia topográfica entre una población inervante y su campo de inervación o blanco (Modelo: mapa retino-tectal en las aves). El modelo ilustrado se basa en la existencia de gradientes opuestos de expresión de receptores Eph y sus ligandos, las efrinas. Los axones de la retina temporal expresan altos niveles de EphA (verde). Los conos de crecimiento de estos axones son repelidos (excluidos) y no pueden ingresar en las regiones caudales del tectum que expresan altos niveles de efrina A (azul). Debido a ello se distribuyen en la región cefálica del tectum. Los axones de la retina nasal, por el contrario, expresan bajos niveles de EphA e invaden preferentemente las regiones caudales del tectum. Por otro lado, los axones de la mitad ventral de la retina expresan altos niveles de EphB (amarillo) e invaden fácilmente la mitad medial del tectum que expresa altos niveles de efrina B (rojo). A su vez, los axones de la mitad dorsal de la retina, que expresan http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/img/SC10-6-1.jpg bajos niveles de EphB invaden fácilmente la región lateral del tectum. Todos estos aspectos fueron conceptualmente planteados en la hipótesis de la quimioafinidad planteada en la década de los años 1940 por Sperry. El mapa de proyección crudo se establecería del siguiente modo. La expresión diferencial de proteínas en los conos de crecimiento de los axones de las NGR, y también en las interneuronas del NGL, haría que algunas zonas del NGL se comporten como zonas de admisión para cierta subpoblación de axones retinales y como zona de exclusión para otras subpoblaciones de axones. Si se considera que otras zonas del NGL se comportan inversamente, puede advertirse que diferentes tipos de axones se detendrán en diferentes regiones del blanco. De esta forma los extremos de crecimiento de diferentes subpoblaciones de axones pueden ir segregándose dentro del campo por inervar. Así, axones con propiedades de superficie similares tendrán mayor probabilidad de ser admitidos en, o excluidos juntos de las zonas mencionadas y separados de los axones que poseen propiedades de superficie diferentes. Se propone que, cuanto más parecidos sean los axones, más cercanos serán sus sitios de proyección. Recíprocamente, cuanto más disímiles sean en sus propiedades de superficie más lejos quedarán sus sitios de proyección. Ésta sería la estrategia de elaboración de los mapas crudos que, en general, no depende de la actividad del sistema. Se basa en la existencia de diferencias dependientes de posición tanto en el neuroepitelio periférico como en el área central de inervación. Con respecto al proceso por medio del cual se instalan las polaridades arriba señaladas tanto en la retina como en el tectum, en general se considera que éstas derivan de otros sistemas de referencia espacial previamente establecidos. En el caso de la retina, el origen de la polaridad es atribuida a información de posición establecida por medio de moléculas señal o morfógenos secretados por el mesénquima cefálico periocular. Estas señales se distribuyen en forma de gradiente espacialy las diferencias en la concentración de las señales asignan diferente información de posición a las NGR recién nacidas. Esta modalidad de asignación de información posicional, dependiente de la posición dentro de un sistema de referencia (o de la distancia respecto de un centro señalizador) externo, opera durante un período crítico breve. Pasado el período crítico, los ejes de referencia quedan determinados intrínsecamente en el plano tangencial de la retina y ya no dependen de una señalización externa. La instalación y determinación de las polaridades de la retina ocurren tempranamente, cuando la retina está recién en el estado de copa óptica y sólo ha nacido el 1% de la población de NGR. Se considera que las NGR que nacen más tarde adquieren su información de posición de las NGR que nacieron y se especificaron antes. Vale decir, las NGR que nacen luego del estado de copa óptica adquieren sus propiedades de lugar, a medida que van naciendo, por interacciones con las que nacieron antes y ya se hallan especificadas. Se ha propuesto que esta asignación de información de posición está mediada por señales que las NGR más viejas transfieren a las más nuevas a través de uniones nexo. Se sabe que la retina crece expandiéndose en forma centrífuga desde los bordes de la copa óptica. A lo largo de dicho borde se mantendría una comunicación, vía uniones nexo, entre NGR ya especificadas y las NGR que van naciendo y agregándose al borde de crecimiento. SC 10.7. Principios de histogénesis corneal y translucidez de la córnea. V. Flores El mantenimiento de las características físicas, como por ejemplo la elasticidad, la viscosidad, la dureza o la translucidez de los elementos que componen los medios ópticos del ojo, depende de la actividad biológica de las células que los generan. La translucidez de la lente, por ejemplo, depende del hecho de que las células que la componen, antes de expulsar el núcleo y morir, sintetizan una gran cantidad de RNAm de larga vida media para la síntesis de una familia de proteínas denominadas genéricamente cristalinas. Estas proteínas se organizan en el citoesqueleto en una disposición tridimensional cristalina que les permite comportarse como un medio físico óptico. La translucidez de la córnea es un fenómeno distinto. En este caso depende del modo como se organizan en el espacio las células de los epitelios que la componen y, sobre todo, de la organización espacial de las fibras de colágeno del tejido conectivo que forman el estroma de la córnea. Se trata de un tipo particular de tejido conectivo denso denominado laminado, por el modo como las fibras se organizan en el espacio en forma de láminas concéntricas ordenadas. Esta disposición espacial les permite comportarse como medio óptico. El modo como se organizan en el espacio las fibras colágenas depende de las características de la matriz celular en la que ellas son depositadas y ambas cosas dependen, a su vez, de los comportamientos celulares de desarrollo y de las propiedades biológicas de las células. Son las células en desarrollo de la región de la córnea las que generan las condiciones fisicoquímicas para que un tejido conectivo sea translúcido. La córnea se continúa sin límite histológico neto con la esclerótica y, sin embargo, la esclerótica posee propiedades que le confieren opacidad a la luz. De ahí el carácter transparente de la córnea y el color blanco de la esclerótica. La transparencia de la córnea depende también, aparte del ordenamiento espacial de las fibras de colágeno, del grado de hidratación del estroma corneal, y esta propiedad depende de la composición en proteoglucanos de la matriz extracelular. Luego de la invaginación de la placoda lental, el ectodermo superficial (capa basal de células cúbicas y peridermo) realiza interacciones con el epitelio superficial de la vesícula lental y, entre ambos epitelios, empiezan a secretar una matriz extracelular de composición bastante definida. Por su importancia de desarrollo, esta matriz extracelular se denomina estroma primario corneal acelular. Fig. SC 10-7-1. A-D. Ilustración esquemática de los estados histogenéticos de la córnea. Los esquemas muestran las dos ondas migratorias sucesivas que generan la córnea. E. Estado de diferenciación terminal de los tejidos corneales. El estroma primario cubre la superficie basal del ectodermo precorneal y, por su composición de proteínas y glucosaminoglucanos, se comporta como una zona migratoria permisiva para la primera oleada de células del mesénquima cefálico que formarán el endotelio de la córnea. De esta capa de http://www.medicapanamericana.com/materialesComplementarios/FloresEst/img/SC10-7-1.jpg células dependerá primordialmente la translucidez del estroma definitivo. Primitivamente, el endotelio secreta grandes cantidades de ácido hialurónico, molécula que debido a la abundancia de cargas posee alta afinidad por el agua y la retiene en la matriz extracelular. Una segunda oleada de células, que poseen diferentes propiedades biológicas, genera cantidades abundantes de la enzima hialuronidasa, que degrada al ácido hialurónico y además secreta otros componentes de la matriz extracelular y deposita las fibras colágenas típicas del estroma corneal. La degradación del ácido hialurónico permite la eliminación de parte del agua retenida en la matriz extracelular, el estroma primario se adelgaza y se convierte en estroma secundario. Recién en ese momento se adquiere la translucidez típica de la córnea. A esta primera deshidratación mediada por la lisis del ácido hialurónico le sigue una segunda que está estimulada por la hormona tiroidea T4. Luego, el endotelio corneal, la capa más profunda de la córnea y que delimita por delante a la cámara anterior del humor acuoso se encarga de mantener, en forma permanente, un grado de hidratación (80%) óptimo para la translucidez corneal. Así, finalmente, el endotelio corneal, mediante un bombeo activo de iones y agua desde la córnea hacia la cámara anterior del humor acuoso, se encarga de mantener el carácter de medio óptico de la córnea.