Organizador Spemann-Mangold

El organizador de Spemann-Mangold es un grupo de células responsables de la inducción de los tejidos neurales durante el desarrollo de embriones de anfibios . Descrito por primera vez en 1924 por Hans Spemann e Hilde Mangold , la introducción del organizador proporcionó evidencia de que el destino de las células puede verse influenciado por factores de otras poblaciones celulares. ^{[ 1 ]} Este descubrimiento tuvo un impacto significativo en el campo de la biología del desarrollo y transformó radicalmente la comprensión del desarrollo temprano.

El organizador de Spemann-Mangold fue descrito por primera vez en 1924 por Hans Spemann e Hilde Mangold . Antes de su descubrimiento, varios grupos habían planteado la hipótesis de que existe una porción del embrión en desarrollo que funciona como un "centro organizador". En 1918 y 1921, Hans Spemann demostró que trasplantar epidermis presuntiva al área de tejido neural presuntivo modificaba el destino de las células trasplantadas, adaptándolas a su nuevo destino, y lo mismo ocurría al trasplantar tejido neural presuntivo donde se estaba formando la epidermis presuntiva. Spemann también demostró que, al trasplantar un fragmento del labio superior del blastoporo a un área de epidermis presuntiva, se formaba un primordio embrionario secundario, que incluía un tubo neural secundario , notocorda y somitas . Además, dividir el embrión por la mitad y rotar el polo animal con respecto al polo vegetal provocaba que la determinación se extendiera desde el polo vegetal inferior, donde se ubicaba el labio superior del blastoporo, hacia la mitad animal superior. También fusionó dos mitades idénticas de embriones diferentes y observó la formación de la placa neural . Este trabajo proporcionó la evidencia inicial que respaldaba la idea de que existía un “centro de organización” que se determinaba antes que el resto del tejido embrionario e influía en la determinación de las células circundantes. ^{[ 1 ]}

Para poner a prueba la hipótesis de Spemann, una de sus estudiantes de doctorado, Hilde Mangold, realizó experimentos entre 1921 y 1922 con embriones de Triturus cristatus y Triturus taeniatus en fase de gastrulación . El experimento realizado fue similar al de 1918; sin embargo, en lugar de un trasplante homoplásico , utilizó embriones de dos especies de tritones estrechamente relacionadas. Una de las ventajas de usar los embriones de cristatus y taeniatus fue que las células del embrión de cristatus carecían de pigmento, lo que permitía rastrear fácilmente el destino del trasplante al colocarlo entre las células pigmentadas de taeniatus . Se extrajo un fragmento del labio superior del blastoporo del embrión de cristatus y se trasplantó a una región ventral de la presunta epidermis del embrión de taeniatus , lejos del blastoporo del huésped en desarrollo. Tras este trasplante, observó la formación de un primordio embrionario secundario, en consonancia con sus trabajos previos. Este embrión secundario presentaba las características normales del embrión primario, incluyendo estructuras como la placa neural y la notocorda, aunque con un ligero retraso en su desarrollo. El seccionamiento del embrión mostró que las células del trasplante se incorporaron al mesodermo y a la placa neural, constituyendo casi la totalidad de la notocorda del embrión secundario. Además, se demostró que la placa neural estaba compuesta casi en su totalidad por células del embrión huésped taeniatus . Estos experimentos concluyeron que un fragmento del labio superior del blastoporo puede trasplantarse al tejido indiferenciado de otro embrión e inducir la formación de un embrión secundario en el tejido huésped, lo que implica al tejido trasplantado como un "centro organizador". ^{[ 1 ]}

El descubrimiento del organizador de Spemann-Mangold se considera uno de los hallazgos más influyentes en el campo de la biología del desarrollo y le valió a Hans Spemann el Premio Nobel en 1935 por su trabajo (Mangold falleció trágicamente antes de que se otorgara el premio, por lo que no pudo optar a él). Los mecanismos de funcionamiento de este organizador han sido objeto de décadas de investigación posterior.

El organizador de Spemann-Mangold se refiere a la población de células en el embrión de Xenopus laevis que establece los ejes dorsoventral y anteroposterior. ^{[ 2 ]} Si bien existe un organizador en otras especies, el término organizador de Spemann-Mangold se reserva específicamente para el embrión de anfibio. El organizador de Spemann-Mangold se localiza en el labio dorsal del blastoporo , donde se originan los movimientos de gastrulación . Las células organizadoras iniciales migran y se localizan anteriormente. Estas células se subdividen en organizadores de cabeza, tronco y cola. Estas distintas poblaciones celulares tienen diferentes inductores y establecen gradientes de factores de crecimiento únicos a medida que migran. Las interacciones secundarias célula-célula establecen aún más los ejes a medida que continúa la gastrulación y la neurulación . ^{[ 3 ]}

El organizador de Spemann-Mangold es particularmente importante en la inducción del mesodermo . En el modelo de tres señales, la señal dorsalizante del organizador está mediada por gradientes de proteína morfogenética ósea (BMP) para dar lugar a células con destino mesodérmico. Las otras dos señales provienen del polo vegetal e inducen el mesodermo ventral y dorsal extremos en la zona marginal suprayacente. ^{[ 4 ]}

Para que se forme el organizador de Spemann-Mangold, los factores maternos , como mVegT, deben estar presentes en la cubierta vegetal. ^{[ 5 ]} La señalización de la vía Wnt es la otra señal materna principal en la formación del organizador y se requiere de forma autónoma para la expresión de los genes del organizador. ^{[ 2 ]} Siamois ( Sia ) y Twin ( Xtwn ) se expresan al inicio de la expresión génica cigótica en la blástula y se activan por la señalización Wnt en el centro de expresión de Chordin y Noggin (BCNE) de la blástula. ^{[ 6 ] [ 5 ]} Sia y Xtwn pueden funcionar como homodímeros o heterodímeros para unirse a un sitio P3 conservado dentro del elemento proximal (PE) del promotor goosecoid ( Gsc ) . ^{[ 6 ]} La señalización Wnt también actúa con mVegT para regular positivamente Xnr5, secretado desde el centro de Nieuwkoop , en la región dorso-vegetal interna, que luego inducirá factores de transcripción adicionales como Xnr1, Xnr2, Gsc , chordin ( chd ). La señal final está mediada por la señalización Nodal/activina , que induce factores de transcripción que, en combinación con Sia , inducirán el gen cerberus ( cer ). ^{[ 5 ]}

El organizador posee factores tanto de transcripción como secretados. Entre los factores de transcripción se incluyen goosecoid, Lim1 y Xnot, que son proteínas homeodominio . Goosecoid fue el primer gen organizador descubierto, proporcionando “la primera visualización de las células organizadoras de Spemann-Mangold y de sus cambios dinámicos durante la gastrulación”. ^{[ 7 ]} Si bien fue el primero en ser estudiado, no es el primer gen en ser activado. Tras la activación transcripcional por Sia y Xtwn , Gsc se expresa en un subconjunto de células que abarca 60° de arco en la zona marginal dorsal. ^{[ 8 ]} La expresión de Gsc activa la expresión de moléculas de señalización secretadas. ^{[ 7 ]} La inyección ventral de Gsc conduce a un fenotipo como el observado en el experimento original de Spemann y Mangold: un eje gemelo. ^{[ 8 ]}

Los factores secretados por el organizador forman gradientes en el embrión para diferenciar los tejidos.

Tras el descubrimiento del Organizador de Sepmann-Mangold, muchos laboratorios se apresuraron a ser los primeros en descubrir los factores inductores responsables de esta organización. ^{[ 9 ]} Esto generó un gran impacto internacional, con laboratorios en Japón, Rusia y Alemania cambiando su forma de ver y estudiar la organización del desarrollo. ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} Sin embargo, debido al lento progreso en el campo, muchos laboratorios desviaron sus intereses de investigación del Organizador, pero no antes de que se produjera el impacto del descubrimiento. ^{[ 9 ]} Sesenta años después del descubrimiento del Organizador, se otorgaron numerosos Premios Nobel a biólogos del desarrollo por trabajos influenciados por el Organizador. ^{[ 10 ]}