Desarrollo temprano de invertebrados: Drosophila melanogaster y erizos de mar

Desarrollo Temprano de Invertebrados

Drosophila Melanogaster: Ventajas y Ciclo de Vida

DESARROLLO TEMPRANO DE INVERTEBRADOS: DROSOPHILA MELANOGASTER Ventajas:

• Fácil de alimentar, mantener en el lab
• Se pueden obtener embriones todo el año
• Tolerante a diferentes condiciones de crecimiento
• Cromosomas son fácilmente identificables
• Técnicas utilizadas para identificar mutantes son simples

○ Se usan balanceadores -> mutante adquiere características identificables a simple vista

• Se puede modular el crecimiento Ciclo de vida:
• Discos imaginales: se forman en desarrollo embrionario y larval, están dentro de cutícula
• Pupa: metamorfosis -> se elimina cuticula permitiendo que discos se extienden formando cuerpo
• Cuando se forman segmentos se están definiendo las células de discos imaginales

female male Definición y formación de segmentos embryo Metamorfosis > discos se extienden adquiriendo volumen formando cuerpo pupa 1 st instar larva prepupa 2nd instar larva Formación de cutícula 3rd instar larva

Desarrollo de Drosophila: Fecundación a Blastodermo Celular

Desarrollo de drosophila desde fecundación hasta blastodermo celular:

• Morfógenos -> especifican núcleos
• Blastodermo sincicial -> blastodermo celular (nucleos estan ubicados en los bordes delimitados con una membrana)
• Transición de blástula media -> se empiezan a expresar genes propios (transcripción de mRNA propio), antes de esto es solo información materna
• Antes de celularización núcleos son totipotentes, se van a especificar según su posición
• Celularización -> células están determinadas (especificación depende de ubicación de núcleo), cuando termina esto empieza gastrulación (mov. celulares).

Mapa de Destino del Embrión en Blastodermo Celular

Mapa de destino de embrión en estadio de blastodermo celular: relación entre subdivisión dorso-ventral en futuros tejidos principales y patrón antero-posterior de futuros segmentos. ANTERIOR POSTERIOR nervous system and head rear segmented body DORSAL extraembryonic membrane dorsal epidermis nervous system and ventral epidermis posterior part of digestive tract mesoderm VENTRAL Segmentación SIDE VIEW anterior part of digestive tract CROSS-SECTION THROUGH CENTER

• Verde y azul -> ectodermo
• Rojo -> mesodermo
• Amarillo -> endodermo
• Segmentación -> delimitación de estructuras, dan origen a partes del cuerpo (discos)
• Movimientos están relacionados con gastrulación -> ocurre al mismo tiempo que organogenesis . Durante gastrulación células de línea media ventral invaginan para formar mesodermo, mientras que las células destinadas a formar el intestino invaginan en extremos del embrión.

Origen de los Segmentos y Genes Hox

Origen de los segmentos:

• Sincicio -> genes se ubican, hay gradiente de genes, núcleos se especifican
• Celularización empieza gastrulación -> núcleos especificados, formación de segmentos
• Genes Hox -> cuando está segmentando empiezan actuar para dar fenotipo.

head parts thorax abdomen 1 2 hours (D) (A) 5-8 hours (B) (E 10 hours (C) (F) 0.5 mm

• A y D: embrión está en etapa de blastodermo sincitial y no se ve ninguna segmentación, se puede dibujar mapa de destino que muestre futuras regiones segmentadas. 3 regiones, dentro de estas se van formando los segmentos.
• B y E: embrión se encuentra en fase germinal extendida, se ha producido la gastrulación, ha comenzado la segmentación visible, y el eje segmentado del cuerpo se ha alargado.
• C y F: eje del cuerpo se contrae y ha vuelto a enderezarse, todos los segmentos quedan claramente definidos.

Formación del Eje Antero-Posterior

Formación del eje antero-posterior: Cytoplasmic polarity (maternal effect) Gap genes Pair-rule genes Segment polarity genes Homeotic genes

1. Genes maternos activan genes GAP, estos genes van a seguir subdividiendo territorio, además activan genes Pair-rules.
2. Pair-rule activan genes de polaridad de segmentos.
3. Genes de polaridad de segmentos activan a genes homeóticos permitiendo definición de territorio para formar segmentos y así poder formar discos imaginales.

• Región anterior: bicoid, no sirve gradiente de mRNA tiene que estar en proteína, si no hay gradiente de bicoid no se forma región anterior (se tendrán dos colas).

Región Anterior: Bicoid

Estadio ANTERIOR: BICOID Oogénesis media Nurse cells bicoid mRNA Oocyte Las células nodrizas del ovario secretan mRNA bicoid en el ovocito; núcleo del ovocito interactúa con las células del folículo posterior. Oogénesis completa bicoid mRNA mRNA bicoid localizado en región anterior por productos de exuparantia y swallow, núcleo migró a región anterior dorsal Blastomero sincicial (todavía no hay celularización) Bicoid protein mRNA bicoid traducido forma gradiente de proteínas; reprime la traducción de mRNA caudal Caudal protein Blastodermo celular (núcleos específicos) Hunchback protein gradient Pole cells Proteína bicoid activa genes de GAP, como orthodentical, buttonhead y el gen hunchback. Anterior gap gene RNA Emb.

Región Posterior: Nanos

• Región posterior: sí proteína nano no está presente, no hay región posterior (con nanos -> cabeza a cola, sin nanos -> cabeza a tórax).

Estadio POSTERIOR: NANOS Oogénesis media nanos RNA oskar RNA Las células nodrizas ováricas secretan "scaffold" para unir el mRNA de nanos Staufen protein Oogénesis completa Maternal hunchback RNA nanos RNA nanos mRNA secretado por células nodrizas ováricas se localizan en el polo posterior Blastomero sincicial Hunchback protein Nanos protein ARNm de nanos traducido, bloquea la traducción de hunchback en la parte posterior del embrión Blastodermo celular knirps RNA nanos activa genes GAP (knirps, giant) Gradiente de bicoid y nanos, y la generación de los segmentos de la mosca: (A) Oocyte mRNAs hunchback mRNA Concentration caudal mRNA bicoid mRNA nanos mRNA -bicoid mRNA nanos - mRNA Nucleus 1 Anterior Posterior

• Caudal y hunchback están homogéneamente distribuidos, cuando huevo es fecundado y hay gradiente de bicoid y nanos, bicoid inhibe caudal y nanos inhibe hunchback -> cambia distribución

(B) Early cleavage embryo proteins Hunchback Gradient of Bicoid protein Gradient of Nanos protein Caudal- Bicoid Nanos Anterior Posterior

• Nanos y caudal generan gradiente en posterior
• Bicoid y hunchback generan gradiente en anterior

giant RNA Mature egg Concentration- Cytoplasmic polarity (maternal effect) Especificación Bicoid, nanos, caudal y hunchback Blastómero sincicial, morfogenos intracelulares Activación de Gap genes Subdivisión Pair-rule genes Diferenciación (Segmentación) Blastomero celular Subdividen secciones generadas por GAP (parasegmentos) Segment polarity genes Homeotic genes

• Combinatoria de genes definen territorio (segmentos)
• Genes se inhiben entre sí -> permite tener regiones definidas y diferenciadas . mRNA bicoid -> proteína bicoid -> se une a promotor de hunchback -> se traduce hunchback -> se forma gradiente de proteína
• Genes Hox: aparecen en parasegmentos, organización de discos imaginales

Genes Homeóticos (Genes Hox)

Genes homeóticos (genes hox): cada gen está asociado a un segmento

• Homeo: similar
• Mutante homeótica: mutante en la cual una estructura es reemplazada por otra.
• Elementos regulatorios mantienen complejo hox unido (conservación evolutiva)
• Mutación en gen ultrabithorax: produce reemplazo del T3 por un T2, generando un par extra de alas en vez de halteres (cabestros)
• Mutante antennapedia: T3 se puso en la antena, generando patas en la cabeza en vez de antenas

Wing Antenna Haltere Analia Leg 3 T3 00℃ Mouthparts Leg 1 Leg 2 T2

Embriogénesis de Equinodermo (Erizo de Mar)

Clivaje y Blástula

EMBRIOGÉNESIS DE EQUINODERMO (ERIZO DE MAR): Clivaje: división desigual que da origen a micrómeros en polo vegetativo

• Divisiones son simétricas hasta la cuarta donde se generan micromeros.

Animal pole Vegetal pole Animal half Mesomeres an an derived any an derived vegy veg2 Vegetal half Micromeres Macromeres Clivaje-blástula: No hay epitelio, pocas moléculas de adhesión A , B C D E F 128 células, blastula Aumenta cantidad de moléculas de adhesión Membrana de fecundación Formación de epitelio. Transición blástula media y aparecen cilios micromeros Blástula: Desde el polo animal se secretan enzimas para eclosión blastocoel vegetal plate Epitelio recubierto, en su cara apical, por matriz extracelular formada por una “lamina interna” y una “capa hialina externa" En el polo vegetal se ubican las células que, durante la gastrulación, darán origen a las mesenquimáticas primarias, secundarias y el arquenterón.

Micrómeros y Especificación del Polo Vegetal

Micromeros: inducen capas veg1 y veg2, sufren especificación autónoma y se desarrollan a esqueleto y producen señal para la especificación de las otras capas del polo vegetativo. Animal pole an an2 Oral Aboral veg Esta manda señal para que se especifique veg1 Large micromere Especificación autónoma y centro Small micromere organizador, genera señal para generar veg2.

• Capaces de inducir un segundo eje
• Inducen a células ectodérmicas presuntivas a cambiar su destino
• Son especificados por acción del factor de transcripción ß-catenina

○ Ausencia de ligando: Frizzled R Complejo receptor P Dsh CKla GSK3B Axin B-catenin APC Complejo secuestrador de @ catenina, el complejo fosforila ß catenina generando ubiquitinación y degradación de la proteína, por lo que los genes target no se expresan. PPP Ubiquitination and Degradation Groucho CBP TCF target genes repressed ○ Presencia de ligando: Wnt Frizzled Se une a complejo receptor, el cual secuestra a la auxina por lo que no se genera el complejo secuestrador Axin Dsh APC CKla B -catenin GSK3B LiCI B -catenin B -catenin B -catenin B catenina no se fosforila por lo que entra al nucleo pemitiendo expresion de genes. B -catenin TCF target genes activated veg Vegetal pole

Función de ß-Catenina en Micrómeros

Función de ß catenina en especificación de células del polo vegetal (concentración de micrómeros): - Mesomeres veg Large micromeres Small micromeres .veg vegy Incubados con liCl, vía WNT activada, todos los núcleos tienen ß catenina. Inhibición de vía WNT, se generó solo epidermis Small micromeres

Gastrulación y Formación de Células Mesenquimáticas

Gastrulación: en polo vegetal (A) (B) (C) Ciliary tuft Animal Ectoderm Oral ectoderm Skeletal rods Endoderm Primary mesenchyme cells Primary mesenchyme cells Invaginating endoderm (gut) (E) (F) Stomodeum Skeletal rods Mouth Anus Anus Skeletal rods · A: Mapa de destino del cigoto. · B: Blástula tardía con penacho ciliar y placa vegetal aplanada. · C: Blástula con mesenquima primario. · D: Gástrula con mesénquima secundario. (hasta aquí es gastrulación) · E: Prisma-etapa larvária. · F: Larva de Pluteus. Mapa de destino -> gen X + GFP + promotor + elementos reguladores · Marco destino de las células Formación de células mesenquimáticas es mediada por cambios en las moléculas de adhesión celular. INGRESSION oo Cadherin Basal Lamina Laminin Integrin Laminin Adherens Junction Cadherin ERE-catenin La-catenin Echinonectin Hyalin Hyaline Layer Integ Fibronectin (D) Secondary mesenchyme cells Vegetal Vegetal plate