Tema 9. 9. Desarrollo Desarrollo del sistema sistema nervioso Maria Penado
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1. Marcando Marcando el territori territorio o del sistema sistema nervioso: nervioso: neurulación del embrión 2. Se establecen establecen los límites límites:: formación formación de las divisiones del sistema nervioso 3. Fases del desarroll desarrollo o en el tubo neural neural
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1. Marcando Marcando el territorio territorio del sistema sistema nervioso: nervioso: neurulación del embrión
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Blástula
Morula
3 semana embrionaria (gastrulación)
Cigoto
Gastrulación: formación de las capas embrionarias de las que se desarrollarán todos los órganos corporales (ectodermo, mesodermo, endodermo)
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Neurulación del embrión: una parte del ectodermo queda determinada como tejido neural, formándose las primeras estructuras neurales
Proceso que se produce en dos pasos: 1. Inducción neural (marca el territorio neural del ectodermo)
2. Formación del tubo neural y la
cresta neural
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1. Inducción neural del ectodermo Parte del ectodermo queda determinado como tejido desde el que se formará del SN (neuroectodermo)
¿Cómo? 1. formación de la notocorda en el mesodermo (precursora de la columna vertebral, eje encéfalo – caudal) 2. notocorda envía señales inductoras al ectodermo para que empiece la diferenciación como neuroectodermo: las señales inductoras inhiben la acción de las proteínas morfogenéticas óseas que hacen que el ectodermo se transforme en epidermis 3. mesodermo promueve la formación de la placa neural que es la precursora del SN (se produce regionalización) (18 día Embrionario)
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2. formación del tubo neural y la cresta neural
Placa neural se pliega sobre si misma formando un surco neural flanqueado por dos pliegues
Los pliegues neurales se van acercando hasta que se fusionan cerrando el surco y formando un tubo neural hueco
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El surco queda abierto en los extremos formando el neuroporo rostral y caudal los neuroporos se fusionan al final de la 4ª semana formándose malformaciones en caso de que no se produzca esta fusión Neuroporo caudal: espina bífida Neuroporo rostral: malformaciones en el cráneo y encéfalo
La parte externa de cada pliegue neural se separa del tubo y del ectodermo formando una estructura intermedia entre ambos que se denomina cresta neural.
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2. Se establecen los límites: formación de las divisiones del sistema nervioso
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A partir del tubo neural se forman todas las neuronas y células gliales del SNC mientras que la cresta neural formará, entre otras, las células del SNP
A. Desarrollo del tubo neural (SNC)
1. 2. 3.
Formación de las vesículas encefálicas Segmentación del tubo Diferenciación dorso - ventral
B. Desarrollo de la cresta neural (SNP)
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A. Desarrollo del tubo neural 1. Formación de las vesículas encefálicas A partir del cierre del neuroporo rostral se empiezan a formar las distintas divisiones del SNC A partir de la 4ª semana se dilata el En la 5ª semana el prosencéfalo se divide tubo en la región cefálica formando en telencéfalo y diencéfalo y el tres vesículas: prosencéfalo, rombencéfalo se divide en metencéfalo y mesencéfalo, rombencéfalo mielencéfalo
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2.Segmentación del tubo neural Además de las grandes divisiones el tubo neural está segmentado en otras pequeñas divisiones horizontales En las vesículas anteriores estas divisiones se llaman neurómeros que posteriormente se eliminan En el único lugar donde se mantienen es en el rombencéfalo formando los rombómeros que marcarán el patrón de entradas y salidas de los nervios craneales. ¿Quiénes marcan la diferenciación entre rombómeros?
Genes homeobox o genes hox La expresión de esos genes ocasionará que los rombómeros tengan estructuras propias (distintos núcleos de los nervios craneales) y estructuras comunes (formación reticular y núcleos de rafe)
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3. Se establece el patrón dorso – ventral en el tubo neural Diferenciación dorso –ventral de acuerdo a funciones sensoriales y motoras Zona ventral: funciones motoras Zona dorsal: funciones sensoriales
Diferenciación mediante señales
inductoras - El ectodermo dorsal a la cresta hace que se forme la placa del techo que intervendrá en la coordinación sensorial - La notocorda provoca señales inductoras ventralizantes que provocan que se forme la placa del suelo en la línea media ventral del tubo neural
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B. Desarrollo de la cresta neural: Formación del SNP Se sitúa dorsalmente al tubo neural y después se divide en dos que se colocan a cada lado del tubo en interacción con el mesodermo (formado en somitas) La cresta neural y los somitas formará los ganglios espinales Al final de la 6ª semana los ganglios espinales se unen con la médula espinal
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Llegan a su zona de destino ayudadas por moléculas de la matriz extracelular. La maduración de la matriz extracelular establece rutas que siguen las células de la cresta.
Vías de migración -vía dorsolateral (rojo): vía lateral bajo la superficie del ectodermo. Migran las células de la región craneal del embrión (células no neurales) - vía ventromedial (azul): vía que discurre entre el tubo neural y los somitas. Migran células del SNP y de la médula suprarrenal.
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3. Fases del desarrollo en el tubo neural 1. 2. 3. 4. 5.
Proliferación celular Migración celular Diferenciación neuronal Control del crecimiento (supervivencia y muerte) Remodelación de las conexiones
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1. Proliferación celular Las células que se encuentran en mi sistema nervioso (neuronas y glía) proceden de una delgada capa del tubo neural denominada neuroepitelio donde se encuentran las células madre / progenitoras
A. Neuroepitelio del telencéfalo dorsal / Neuroepitelio cortical Situado sobre el ventriculo lateral está formado por células neuroepiteliales (NE) que forman una matriz denominada zona ventricular (ZV) Las células neuroepiteliales tienen dos prolongaciones radiales por las que se anclan a la superficie ventricular y pial y trasladan al núcleo por ellas Figura 9.9 página 261
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Neuroepitelio dividido en: zona ventricular zona marginal
Las sucesivas divisiones celulares para formar todas las células del sistema nervioso hace que la zona ventricular crezca y se originen otras zonas vinculadas a ella: zona subventricular (ZSV) y zona subventricular externa (ZSVe)
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¿Cómo es la proliferación celular en el telencéfalo? Células madre primarias del neuroepitelio
Zona interna (ZSVi)
Células de la glia radial (GR) progenitorias primarias de las que se originan neuronas y células gliales
Zona ventricular (GRv)
Células progenitoras intermedias (PI) si no se forman las neuronas directamente
Zona Subventricular (ZSV)
Células progenitoras de la glía radial externa (Gre)
Células PI desplazadas de la ZV
Células progenitoras intermedias externa (PIe)
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Zona externa (ZSVe)
¿Qué es lo que determina que sea una neurona inmadura o un glioblasto? Se encuentran marcadores específicos en las células progenitoras antes de que estas realicen su última división lo que hace pensar que la determinación de neurona o glia viene ya de las células progenitoras Glía: Proteína ácida fibrilar glial (GFAP) Neurona: Neurofilamento (NF) Las neuronas inmaduras y los glioblastos nacen al mismo tiempo en la zona ventricular. Donde hay diferencia es en el nacimiento de neuronas entre las distintas zonas del tubo neuronal (neurogénesis) produciéndose en determinadas zonas
neurogénesis postnatal Nacen antes las neuronas de proyección que las interneuronas
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B. Neuroepitelio del telencéfalo extracortical Zona hem cortical: origina la mayor población de células Cajal – Retzius que se dirigen a la neocorteza
Zona septum pallial: células Cajal – Retzius que se dirigen a la neocorteza medial y dorsal Zona septum basal: células Cajal – Retzius que se dirigen a la corteza piriforme
Eminencias ganglionares del telencéfalo subcortical: células de la neocorteza
Zonas de unión del telencéfalo cortical y subcortical: primeras células del neuroepitelio que se denominan células predecesoras
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2. Migración celular A. Neuroepitelio del telencéfalo dorsal / Neuroepitelio cortical (fig. 9.13) Ruta de migración radial en la mayor parte de su desplazamiento. Las primeras ceulas se desplazan hacia la superficie externa del neuroepitelio anclando una prolongación que va tirando del soma neuronal. La siguiente oleada son neuronas de proyección que se mueven aleatoriamente y posteriormente cambian su morfologia de multipolar a bipolar. Cuando son bipolares utilizan un mecanismo de migración guiado por las células de la glia radial (GR) controlado por las moléculas de adhesión celular neurona – glía (MAC – Ng) B. Neuroepitelio del telencéfalo extracortical Siguen rutas tangenciales al eje radial del neuroepitelio cortical (fígura 9.9 A)
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3. Diferenciación neuronal Sucede cuando las neuronas inmaduras han alcanzado su destino y conlleva la diferenciación del axón y las dendritas Parte de esa diferenciación está programada genéticamente mientras que la completa diferenciación dependerá de las interacciones que se produzcan en el destino El crecimiento del axon y las dendritas está determinado por sus conos de crecimiento. El cono de crecimiento provocan el estiramiento del axon y las dendritas y necesitan de sustancias en el entorno para nutrirse y favorecer el crecimiento (sustancias neurotróficas ) como el factor de crecimiento nervioso
(FCN)
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¿Hacia donde? El crecimiento del axón hacia un objetivo determinado tiene que estar guiado por procesos de reconocimiento molecular o de afinidad química así como soportes de tipo mecánico. Proceso de afinidad química: -Ramón y Cajal propuso que las zonas de destino (dianas) emiten unas sustancias químicas (sustancias neurotrópicas) que hacen que los axones se dirijan hacia ellas. - hipótesis de la quimioafinidad (Sperry): cada célula tiene su propia señal de identificación química y los axones se dirigen hacia señales complementarias (hipótesis poco probable). La matriz extracelular también establece rutas o senderos que guían a los axones hacia sus destinos
Los primeros axones (axones pioneros) pueden guiar a los axones posteriores estableciéndose mecanismos de fasciculación que hacen que los axones se agrupen gracias a moléculas de adhesión celular (MAC)
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4. Control del crecimiento Entre un 25% y un 75% de las neuronas que nacen mueren en el proceso de apoptosis o muerte celular
programada Factores implicados en la supervivencia neuronal: -Dianas de los axones: teoría neurotrófica : las neuronas nacen en cantidades muy superiores y deben competir entre ellas para obtener el factor de crecimiento nervioso (FCN) que es producido en cantidades limitadas por las células diana -Axones aferentes y sinapsis: la formación de sinapsis asegura la supervivencia de la neurona presináptica (a la que le llegan neurotrofinas) y la neurona postsináptica. -Factores endocrinos: hormonas gonadales o sexuales que según la hipótesis de la organización estarían detrás de las distintas organizaciones del SN que presentan hombres y mujeres (hipótesis de la organización)
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5. Remodelación de las conexiones La remodelación implica tanto un proceso de eliminación de sinapsis como una reorganización de los contactos
Reorganización de las conexiones: Hipótesis de la competencia: para que dos terminales axonicos establezcan conexiones con la misma neurona tienen que estar muy sincronizados si no el que es más lento caerá en desuso. Las conexiones que no se usan o se usan a destiempo se eliminarán La reorganización aporta ventajas funcionales ya que reduce el gasto energético y hace que las conexiones sean más precisas Periodos críticos de máxima vulnerabilidad o ventanas de desarrollo
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¿hasta cuando la remodelación? Mielinización Mielinización sucede en ciclos siguiendo un orden caudo - rostral Al finalizar el 2º trimestre de gestación: raíces y médula espinal y tronco del encéfalo
2 años de vida: haz corticoespinal Entre el nacimiento y la adolescencia: cuerpo calloso En la edad adulta: corteza cerebral (desde lóbulo occipital hasta lóbulo prefrontal
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El ambiente y la experiencia cambia la cantidad de sustancia blanca que presenta un individuo al mismo tiempo que aporta cierta rigidez a los circuitos neurales que se forman de ahí que existan aprendizajes más fáciles de realizar en los primeros años de vida (música, idiomas)
Plasticidad neuronal es mayor durante la infancia pero se mantiene toda la vida
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EXÁMENES
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El tubo neural a. b. c. d.
Es el responsable de la inducción neural Forma parte del mesodermo Dará lugar al sistema nervioso central Dará lugar al sistema nervioso periférico
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El tubo neural c. Dará lugar al sistema nervioso central
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La remodelación sináptica a. Se inicia en el mismo momento en que comienza la diferenciación neuronal b. Depende de la presencia o no de glía radial c. Se inicia cuando comienza la actividad neuronal d. No se ve afectada nunca por la experiencia sensorial, ya que sigue un programa estrictamente genético
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La remodelación sináptica c. Se inicia cuando comienza la actividad neuronal
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La formación de los ganglios espinales a. Se produce por la interacción de las células de la cresta neural con los somitas del mesodermo b. No tiene nada que ver con la de los ganglios craneales c. No parece depender de la interacción con el mesodermo d. Es un punto clave en la formación del telencéfalo
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La formación de los ganglios espinales a. Se produce por la interacción de las células de la cresta neural con los somitas del mesodermo
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En relación a la proliferación celular que se produce durante el desarrollo del SN sabemos que a. Gran parte de esta proliferación se produce en la zona ventricular del neuroepitelio b. Existen dos tipos de células progenitoras en la zona ventricular: el que origina neuronas inmaduras y el que origina glioblastos c. La neurogénesis (nacimiento de neuronas) no ocurre simultáneamente en las distintas zonas del tubo neural d. Todas las opciones anteriores son ciertas
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En relación a la proliferación celular que se produce durante el desarrollo del SN sabemos que d. Todas las opciones anteriores son ciertas
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