Cada una de las actividades conductuales efectuadas por el sistema nervioso maduro (desde la percepción de las señales sensoriales y el control de las acciones motoras hasta las funciones cognitivas, tales como el aprendizaje y la memoria) dependen de interconexiones de muchos millones de neuronas. Estas conexiones se establecen durante el desarrollo embrionario y post-natal (1), en respuesta a una compleja y coordinada sinfonía de señales químicas y moléculas que reciben esas señales en las células en desarrollo. Una combinación de señales (entonces) puede hacer que una célula sobreviva; otra combinación de señales pude inducir a una célula a diferenciarse en alguna forma celular especializada; y otra puede causar que una célula se divida. En la ausencia de señales, la mayoría de las células animales están programadas para suicidarse (2). Por esta razón revisaremos, justo a continuación, la cándida historia del génesis de nuestro sistema nervioso.
Y así comienza la mágica y sorprendente historia de un ser vivo:
con la fusión de los pro-núcleos proveídos por los gametos masculinos y femeninos. A partir de una célula se llevan a cabo una serie de divisiones simétricas, transformaciones celulares, señalizaciones intracelulares, re organización de células, encendido y apagado de genes que hacia el final del desarrollo embrionario (que partió de una sola célula) tenemos un organismo con distintos tipos celulares [osteocitos (células óseas), glóbulos rojos (células sanguíneas), miocitos (células musculares), neuronas, células epiteliales, células germinales (espermatozoides, óvulos), etcétera].
¿Se imaginan todo lo que ha de sucederle a ese gameto femenino fecundado?
Bueno, la historia es larga, pero nosotros vamos a hacer un resumen hasta llegar a la formación del sistema nervioso.
Una vez fusionados los pro-núcleos se llevan a cabo una serie de rápidas divisiones mitóticas, en donde se forman células más pequeñas llamadas blastómeros, hasta formar una estructura llamada blástula.
Enseguida, las divisiones mitóticas disminuyen su velocidad, y estos blastómeros experimentan movimientos dramáticos cambiando sus posiciones respecto a otros. Esta etapa se le conoce como gastrulación y el embrión está ahora en la etapa de gástrula. Aquí se establecen las tres capas germinales: ECTODERMO, ENDODERMO y MESODERMO. Una vez estas tres capas germinales aparecen, las células interactúan unas con otras, se reorganizan produciendo tejidos y órganos en un proceso llamado organogénesis (4).
Como vamos a hablar del sistema nervioso, nos enfocaremos ahora en el ectodermo. Una porción de esta capa germinal se determina para convertirse en la placa neural y después en el tubo neural en un proceso llamado neurulación.
¿Cómo se convierte la placa neural en un tubo neural?
Básicamente hay dos formas principales de que esto suceda:
- Neurulación primaria: en esta etapa las células que rodean a la placa neural inducen a las células de la placa neural para proliferar, invaginarse, separarse de la superficie de la placa neural y formar un tubo en la porción rostral.
- Neurulación secundaria: en esta etapa se forma el tubo neural en la porción caudal.
Así, el tubo neural completo se forma uniendo estas dos etapas (5). La porción rostral será el cerebro y la porción caudal será la espina dorsal (médula espinal).
Vamos a ver con detalle estos dos procesos.
La neurulación primaria divide al ectodermo original en tres porciones: el tubo neural posicionado internamente, que formarán el cerebro y la médula espinal; la epidermis de la piel organizada externamente; y las células de la cresta neural. Éstas últimas se forman en la región que conecta el tubo neural y la epidermis, pero migran a nuevos sitios en donde generarán neuronas periféricas y células gliales; a las células pigmentadas de la piel; y otros distintos tipos celulares (5). Si pudiésemos detener las escenas de la película y analizar cada una de sus tomas, podríamos mencionar cuatro tomas principales durante la neurulación primaria:
1 y 2) Formación y moldeado de la placa neural:
Aquí el mesodermo dorsal envía señales a las células del ectodermo para hacerlas alargadas y adquirir así la forma característica de las células de la placa neural: forma columnar (5).
3) Plegado (invaginación) de la placa neural para formar el surco neural:
Involucra la formación de regiones tipo bisagras , en donde la placa neural contacta a los tejidos que los rodea (notocorda y ectodermo superficial) y las células de la placa neural cambian su forma. En estas regiones bisagra los microtúbulos hacen que las células se agranden mientras que los microfilamentos se acumulan en la zona apical de las células. Se elevan los pliegues neurales y convergen en preparación a la siguiente fase. Las células epidermales empujan hacia el centro a las células de la placa. Una proteínas llamadas Caderinas son de vital importancia para incrementar la adhesión celular y promover la invaginación de la placa neural (5).
4) Cierre del surco neural:
El tubo neural se cierra conforme los pliegues neurales se contactan en la línea media dorsal. Los pliegues se adhieren y las células se fusionan. El cierre del tubo neural no ocurre simultáneamente a lo largo del ectodermo, inicia a nivel de la futura región cervical permaneciendo abiertos las regiones cefálicas y caudal del surco. Estas dos regiones abiertas del tubo neural se denominan neuroporo anterior yneuroporo posterior, respectivamente. Eventualmente, el tubo neural forma un cilindro cerrado que se separa de la superficie del ectodermo. En esta etapa se dejan de producir un tipo especial de Caderinas y se sintetizan otro tipo de Caderinas y como resultado el ectodermo y el tejido del tubo neural ya no se mantienen unidos (5).
En estas fases, al menos dos moléculas inductoras son las encargadas de dejar listo el tubo neural: SHH (Sonic Hedgehog, por sus siglas en inglés); y BMP, (proteína morfogenética ósea, por sus siglas en inglés) (6)
Durante el cierre del tubo neural pueden ocurrir errores, que ocasionen distintas patologías, incluyendo la espina bífida (el neuroporo posterior no se cierra) cuya gravedad depende de la cantidad de médula espinal que queda expuesta; y la anancefalia (el neuroporo anterior se mantiene abierto y el líquido amniótico está en contacto con el cerebro anterior) la cual es una condición letal (5).
Literatura Citada:
- Kandel, E.R.; et al. ‘VIII. The Development of the Nervous System.Principles of Neural Science.’ 2000. 4th Edition. McGraw Hill.
- Alberts, B.; et al., Chapter 16: Cell Communication. Essential Cell Biology. 2010. 3th. Edition. Garland Science.
- Gilbert, S.F. ‘Chapter 2. Life cycles and the evolution of Developmental Patterns.’ Developmental Biology. 2006. 8th Edition. Sinauer.
- Gilbert, S.F. ‘Chapter 1. Developmental Biology: The anatomical tradition’. Developmental Biology. 2006. 8th Edition. Sinauer.
- Gilbert, S.F. ‘Chapter 12.The Emergence of the Ectoderm: Central Nervous System and Epidermis.’ Developmental Biology. 2006. 8th Edition. Sinauer.
- Kandel, E.R.; et al. ‘Chapter 52. The Induction and Patterning of the Nervous System. Principles of Neural Science.’ 2000. 4th Edition. McGraw Hill.
Traudy Edith Avila Schlottfeldt
Bióloga experimental por la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP)
Dra. en Ciencias con la especialidad en Neurobiología celular y molecular por el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) campus Zacatenco, Ciudad de México.