Biología del desarrollo: Fecundación, segmentación, Blastocisto

Biología del desarrollo: Fecundación, segmentación, Blastocisto

1ERAS ETAPA DE DESARROLO.

PROGÉNESIS: es la parte de la Embriología que se dedica al estudio de los procesos de formación de los gametos.

 - Gametogénesis: estudio del desarrollo y maduración de las células sexuales masculina y femenina (gametos). 

- Espermatogénesis. Los espermatozoides se producen en los túbulos seminíferos del testículo, se almacenan de forma transitoria en el conducto del epidídimo y son conducidos por el conducto deferente hasta la uretra. 

- Ovogénesis: La maduración del ovocito se produce en el ovario. Durante la ovulación el ovocito maduro o huevo, sale del ovario y es recogido por el infundíbulo de la trompa uterina.

 - Tipos de huevos: Se clasifican según la cantidad de vitelo (gradiente nutritivo o deutoplasma) y su modo de distribución. El huevo de los mamíferos domésticos es microlecito, isolecito; y el de las aves macrolecito, telolecito. 

- Fertilización o fecundación: Fusión de los gametos masculino y femenino. En los mamíferos domésticos, normalmente la fecundación ocurre en el tercio medio de la trompa uterina (ampolla). o      * Cigoto: Es el producto resultante de la fecundación. 

BLASTOGÉNESIS: comprende dos procesos fundamentales: la segmentación y la gastrulación. 

-  Segmentación: Proceso de división y multiplicación mitótica que acontece en la trompa uterina, tras la formación del cigoto. En los mamíferos domésticos es total y equitativa, ya que durante las primeras divisiones mitóticas las células de segmentación o blastómeros se reparten por igual todo el citoplasma de la célula precursora (ooplasma). 

- Mórula: Consta de 16 blastómeros. 

- Blástula o blastocisto: Resulta de la ordenación espacial de los blastómeros, y se caracteriza por presentar un estrato envolvente de células o trofoblasto, una cavidad interna o blastocele y una acumulación celular en uno de los polos denominada masa celular interna. Las células más profundas de esta última constituyen el disco embrionario, a partir del cual se formará el cuerpo del embrión. 

La morfología y tamaño de los blastocistos de los mamíferos domésticos es muy variada. Los blastocistos alcanzan la cavidad del útero, y allí permanecen cierto tiempo, antes de la implantación. Normalmente, la implantación y posterior gestación se localiza en los cuernos del útero (carnívoros, suidos, roedores), o también, parcialmente en el cuerpo del útero (équidos y rumiantes). 

- Gastrulación: etapa del desarrollo embrionario que culmina con la formación de la gástrula. o 

  * Gástrula: Se caracteriza por la formación de las capas germinales (epiblasto e hipoblasto), a partir de las cuales se van a diferenciar las tres hojas fundamentales precursoras de los diferentes tejidos del embrión: ectodermo, mesodermo y endodermo. 

Segmentación y primeros estadios del desarrollo

Separar o poner límites durante el desarrollo embrionario y fetal es difícil, ya que en forma natural no existen; sin embargo, es necesario recurrir a la determinación de ciertas etapas del desarrollo para la mejor comprensión de la embriogénesis. Debido a lo anterior, los primeros estadios del desarrollo en este texto se refieren a las etapas que comprenden desde la formación de las primeras dos blastómeras hasta la fase de gastrulación.

Fase bicelular

Una vez que se establece el cigoto, se reactiva e inicia la primera división mitótica llamada división de segmentación, que da origen a dos células hijas idénticas conocidas como blastómeras, con la misma carga genética que el cigoto y conservan la totipotencia; esta etapa se conoce como fase bicelular. Si por alguna razón estas blastómeras se independizan, cada una formaría un nuevo ser; éste es uno de los mecanismos de formación de gemelos idénticos. Siguiendo el curso natural, la división celular continúa en forma asincrónica, ya que una de las blastómeras inicia primero la división y la termina antes que la otra, de tal manera que es posible observar un conceptus en fase tricelular, dicha fase es muy corta, ya que pronto la otra blastómera se divide y pasa a la etapa de cuatro células.

Primeras dos fases de segmentación. A) Etapa bicelular. B) Etapa tricelular resultante de la división asincrónica de las blastómeras.

De la tercera división de segmentación resultan ocho células que aún conservan la totipotencia; sin embargo, a partir de esto se inicia la restricción, reduciéndose la potencia de las blastómeras en las siguientes divisiones para continuar como células pluripotentes, capaces de formar diferentes tipos de tejidos pero no a un individuo completo.

Etapa de mórula

De 3 a 4 días después de la fertilización se establece la mórula, caracterizada por una gran cantidad de blastómeras (entre 16 y 32 células) más pequeñas, aún cubiertas por la zona pelúcida. En esta etapa se inicia la compactación, en la cual se expresan moléculas de cadherina-E, que les permite agruparse en forma estrecha y mantiene en contacto a las células más internas del embrión. En esta etapa la mórula abandona la trompa de Falopio.

Fase de mórula.

Etapa de blastocisto

Durante el recorrido del conceptus a través de la trompa de Falopio, la multiplicación celular continúa muy activa, la zona pelúcida se hace permeable a líquidos y electrólitos que la atraviesan separando las blastómeras que tienen uniones intercelulares más laxas, de esta manera se forma la cavidad del blastocisto. Las blastómeras centrales que tienen uniones más .

La fecundación

1. Las contribuciones del osteosito y el espermatoziode al cigoto son desiguales. El oocito aporta la mayor parte del cioplasma (rico en nutrientes), ribosomas, mRNA y mitocondrias. El espermatozoide sólo aporta su núcleo haploide y uno de sus centríolos, que formará el centrosoma del cigoto y guiará las posteriores divisiones mitóticas.

2. En los vertebrados, el espermatozoide provoca la reorganización del citoplasma del oocito y se establecen así la simetría y los ejes corporales del embrión. La distribución desigual de los nutrientes y los factores citoplasmáticos en el citoplasma del oocito establecen las condiciones para la determinación, la diferenciación y la morfogénesis que ocurrirán más tarde. La zona rica en nutrientes se denomina hemisferiovegetal; la que es pobre en vitelo, hemisferio animal.

3. Mediante el proceso de segmentación, que implica una serie de divisiones mitóticas, el embrión se transforma en un organismo multicelular. La mórula es el embrión temprano que carece de cavidad interna. A medida que las células se dividen, se forma el blastocele, una cavidad llena de líquido; en esta etapa, el embrión se denomina blástula y sus células, blastómeras.

4. El patrón de segmentación depende de la cantidad y de la distribución de los nutrientes en el oocito. En los embriones con poco vitelo (erizo de mar), la segmentación es uniforme, abarca el embrión entero y forma células de tamaño similar. El resultado es una blástula hueca, formada por una sola capa celular. Si la cantidad de vitelo es mayor (anfibios), la división del huevo es desigual y las células del hemisferio vegetal resultan más grandes. Los huevos de las aves, los peces y los reptiles tienen una gran cantidad de vitelo que impide la segmentación del huevo. Sólo se divide una capa delgada en la parte superior del vitelo y produce el blastodisco, una blástula con forma de rombo. Los mamíferos monotremas también se desarrollan a partir de un blastodisco.

Establecimiento del plan corporal: la gastrulación

5. El proceso de gastrulación produce tres capas embrionarias: el endodermo, el mesodermo y el ectodermo. En el erizo de mar, este proceso comienza con la invaginación de las células del polo vegetal que se mueven hacia el polo animal. Estas células forman una cavidad nueva: el arquenterón, que originará el tubo digestivo. Su abertura en el polo vegetal es el blastoporo, que dará origen al ano del animal. En el polo opuesto se forma la boca.

6. En los anfibios, la gastrulación se inicia en el futuro lado dorsal del embrión, cuando un grupo de células migra al interior de la blástula. Este movimiento forma una hendidura, el labio dorsal del blastoporo. A medida que las células avanzan, forman las paredes del arquenterón y desplazan al blastocele hasta que desaparece. El labio dorsal se expande lateralmente; forma los labios laterales y un labio ventral que da lugar al blastoporo completo. Hacia el final de la gastrulación, a partir de una zona del mesodermo dorsal, se forma la notocorda. El ectodermo neural origina el tubo neural, que dará lugar al encéfalo y a la médula espinal. Casi al mismo tiempo, dos "cintas" de mesodermo a cada lado de la notocorda se condensan y se separan formando los somitos, estructuras que originarán las vértebras y los músculos esqueléticos. En el mesodermo se forma el celoma o cavidad corporal. Así quedan establecidas las principales características del anfibio.

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Gastrulación en la rana

(a) En la blástula se inicia la internalización de células de la superficie externa. Se forma una hendidura, el labio dorsal del blastoporo, que marca la zona de ingreso. Estas células cambian de forma y migran al interior de la blástula, “arrastrando” con ellas a otras células. Las flechas indican la dirección de los movimientos de las células. 

(b) A medida que progresan las migraciones celulares, el blastocele se va reduciendo y se forma el arquenterón. 

(c) Se constituyen tres capas de tejido embrionario: el ectodermo, el endodermo y el mesodermo. 

(d) El mesodermo, que se encuentra por encima del techo del arquenterón, conocido como cordomesodermo, se diferencia transformándose en la notocorda. 

(e) El ectodermo en la superficie dorsal por encima de la notocorda se engruesa y se aplana y se forma así el ectodermo neural, a partir del cual comienza a constituirse la placa neural.

7. En los embriones de las aves, el blastodisco se establece sobre un gran volumen de vitelo. En la superficie del blastodisco aparece la línea primitiva, una línea visible, análoga a un blastoporo alargado, característica de la gastrulación de las aves, los reptiles y los mamíferos. A través de esta línea, los precursores endodérmicos y mesodérmicos migran al interior del embrión.

Mapa de destino de las células de la blástula en anfibios

(a) Un mapa de destino de los anfibios que muestra los grupos de células en la blástula que, en el curso de la gastrulación y del desarrollo posterior, originan los tejidos de la larva, el renacuajo. Una comparación de la posición de grupos de células particulares en la blástula con su posición final dentro del renacuajo pone de relieve el enorme grado de reorganización celular que ocurre durante el desarrollo de los anfibios. 

(b) Las capas de tejido que se forman como consecuencia de la gastrulación originan luego, por el proceso de diferenciación, las células y los tejidos especializados del animal adulto. Este patrón de diferenciación es característico de todos los vertebrados.

8. El huvo amniota fue una de las características más importantes en el éxito de los vertebrados porque, al contener su propia reserva de agua, permitió la independencia del medio acuático. El agua está contenida en cuatro membranas de origen embrionario: el saco vitelino, la alontoides, el corion y el amnios. Las células del saco vitelino digieren el vitelo; sus vasos sanguíneos llevan alimento al embrión. El amnios determina un espacio lleno de líquido, la cavidad amniótica, que rodea al embrión, evita su desecación y lo protege de daños mecánicos y térmicos. La membrana más externa, el corion, rodea a todas las demás y permite el intercambio gaseoso. En los mamíferos tiene funciones endocrinas, inmunitarias, nutritivas y respiratorias. La alantoides acumula sustancias de desecho. En las aves y los reptiles, los desechos nitrogenados se convierten en ácido úrico, que es insoluble en agua y poco tóxico.

Desarrollo de las membranas extraembrionaria en aves

A medida que el embrión adopta una forma tubular y se separa del vitelo, comienzan a formarse las membranas extraembrionarias a partir de los tejidos del embrión. 

(a) El saco vitelino crece alrededor del vitelo y lo rodea casi por completo. Una segunda membrana, la alantoides, surge como una evaginación de la parte posterior del intestino. La tercera y la cuarta membranas se elevan por encima del embrión por un proceso de plegamiento. Cuando los pliegues se fusionan, se forman dos membranas separadas. La membrana interna es el amnios y la externa es el corion. 

(b) El corion finalmente se fusiona con la alantoides para formar la membrana corioalantoidea 

(c) que, en etapas posteriores del desarrollo, encierra al embrión, al vitelo y a todas las otras estructuras. Nótese que cada membrana está compuesta por dos tejidos embrionarios primarios.

La interacción de los tejidos

9. La potencialidad de desarrollo de muchos tipos de células se limita durante la gastrulación. El destino de estas células depende de las interacciones entre diferentes tejidos. En los anfibios, el primer tejido que se diferencia es el labio dorsal del blastoporo. Las células dorsales del hemisferio vegetal producen señales químicas que actúan sobre el organizador de Spenan-Mangold, un conjunto de células que emite nuevas señales dirigidas a otras células.

Los sistemas de órganos: la organogénesis

10. Los embriones de todos los vertebrados son muy semejantes en los estadios tempranos del desarrollo. Las características particulares de clase, orden y especie aparecen durante el desarrollo tardío. El ectodermo forma la piel, el cerebro y otras estructuras nerviosas; el endodermo forma el tubo digestivo, sus glándulas anexas y el sistema respiratorio; el mesodermo forma el tejido conjuntivo, las células sanguíneas, el corazón, el sistema urogenital y la mayoría de los órganos internos.

11. La organogénesis es la formación de los sistemas de órganos; ocurre en las últimas etapas del desarrollo, después de la segmentación y de la gastrulación. Durante la organogénesis, los tejidos primarios formados durante la gastrulación crecen y se diferencian. Este proceso es esencialmente el mismo en todos los vertebrados. No hay ningún sistema de órganos que derive de un solo tipo de tejido.

Etapas del desarrollo del embrión humano

12. La primera diferenciación celular en el desarrollo de los mamíferos se produce cuando se diferencian dos grupos de células en la mórula: unas pocas células internas, rodeadas por un grupo mayor de células externas. Estas células externas constituyen el trofoblasto, que participa en la implantación del embrión en la pared uterina y da origen al corion. El macizo o la masa celularinterna da origen al embrión propiamente dicho y a las membranas extraembrionarias. En el momento de la formación del blastocele, el embrión recibe el nombre de blastocisto.

13. La transcripción del genoma embrionario se activa en el estadio de 4 a 8 células. Durante el pasaje del embrión a través de la trompa de Falopio, la zona pelúcida se mantiene intacta y de este modo impide la adhesión del embrión a la trompa. Al llegar al útero, la zona pelúcida se rompe y el embrión se adhiere a la pared uterina, por lo general durante el día 6 del desarrollo.

Desarrollo embrionario humano desde la fecundación hasta la implantación

14. La implantación requiere un "diálogo" entre dos organismos con diferente dotación inmunológica y genpetica: el embrión y la madre. Puede ocurrir entre los días 6 y 10 después de la ovulación. El trofoblasto sólo se puede adherir e invadir el endometrio durante ese lapso. Este proceso implica una sincronización precisa entre el desarrollo del blastocisto y la receptividad uterina. La implantación se inicia por la aposición entre las células del trofoblasto y el endometrio, sin una conexión entre ambos. Luego se produce una adhesión más firme y, finalmente, ocurre la invasión: el trofoblasto prolifera y penetra a través del epitelio endometrial, "hundiéndose" en el útero.

15. Las membranas extraembrionarias se desarrollan al implantarse el embrión. El saco vitelino no tiene vitelo. La primera segregación de células dentro de la masa celular interna forma el hipoblasto. Sobre el hipoblasto se encuentra el epiblasto, que contiene las células que generarán al embrión. Dentro del epiblasto se forma el amnios, que encerrará a la cavidad amniótica. El corion, la porción embrionaria de la placenta, le permite al feto tomar oxígeno y nutrientes de la madre, produce hormonas que ayudan a retener el embrión en el útero y reguladores de la respuesta inmunitaria que evitan el rechazo materno del embrión. Alrededor del día 14 comienzan a formarse las vellosidades coriónicas que constituirán la placenta madura. En los seres humanos, la alantoides es un saco vestigial que se origina alrededor del día 16 del desarrollo.

16. La placenta es una masa discoide de tejido esponjoso, que se forma por la interacción entre el endometrio y el corion extraembrionario. A través de la placenta se producen todos los intercambios entre la madre y el embrión.

La placenta

Este órgano es el sitio en el cual el oxígeno, los nutrientes y otros materiales se intercambian entre la madre y el embrión y también es la fuente de hormonas que ayudan a mantener el embarazo. La implantación habitualmente ocurre 2 a 3 días después de que el embrión alcanza el útero. Una vez que se ha logrado la implantación, el embrión ya no es independiente, sino que es “parásito” de la madre. La implantación puede ocurrir entre los días 6 y 10 después de la ovulación, período en el que el trofoblasto puede adherirse e invadir el endometrio. Desde la placenta se proyectan numerosas vellosidades coriónicas digitiformes. 

La sangre que llena estos espacios de la placenta procede de ramificaciones de la arteria uterina. A través de la delgada barrera que separa la sangre materna de la fetal ocurre el intercambio de nutrientes solubles, O₂, agua y sales que pasan a la vena umbilical desde la sangre de la madre. El CO₂ y los desechos nitrogenados, llevados a la placenta por las arterias umbilicales, pasan a la sangre de la madre. Así, la placenta es el órgano excretor del embrión y es, asimismo, su superficie respiratoria y su fuente de nutrición. El embrión que aquí se representa tiene 37 días. El tamaño real en esta etapa del desarrollo se muestra en la figura de arriba a la izquierda.

17. Los sistemas circulatorios extraembrionarios y materno no están conectados de manera directa. Esto impide que se mezclen las células sanguíneas de la madre y del embrión. Las moléculas se difunden desde el torrente sanguíneo materno, a través del tejido placentario, a los vasos sanguíneos del embrión. Los productos de desecho del embrión pasan desde la placenta al torrente sanguíneo de la madre.

18. Desde la perspectiva del sistema inmunitario de la madre, el componente coriónico de la placenta es un tejido extraño y puede generar una respuesta inmunitaria mediada por células. Sin embargo, en la mayoría de los embarazos no hay respuesta inmunitaria a los tejidos embrionarios porque ocurre una supresión inmunitaria selectiva.

19. Durante los primeros dos meses se forman todos los órganos y sistemas principales. En el segundo trimestre, los movimientos del feto se hacen obvios para la madre. Durante el cuarto mes se forma el esqueleto. Hacia el final del quinto mes aparece pelo en la cabeza y las cejas y el cuerpo está cubierto por un vello difuso y suave. En el sexto mes, la piel es roja y rugosa, la cubierta que protege al feto contra las abrasiones es abundante y los reflejos son más vigorosos. 

En el intestino hay una masa de células muertas y bilis, el meconio, que permanece allí hasta después del nacimiento. En el último trimestre, el feto incrementa su tamaño y su peso. En el transcurso del último mes de embarazo, el feto empieza a adquirir anticuerpos de la madre, proceso que continúa después del nacimiento, a través de la leche materna. Durante el último mes de embarazo, la velocidad de crecimiento del feto disminuye.

20. Para calcular la fecha probable del parto, se cuentan 266 días a partir de la concepción o 290 días después del comienzo del último período menstrual. El parto es desencadenado por señales hormonales y mecánicas. Se divide en tres etapas: de dilatación, de expulsión y placentaria. La relación entre progesterona y estrógenos es el factor hormonal determinante de los acontecimientos del parto. También es importante la acción de la oxitocina.

21. La dilatación dura entre 2 y 16 horas, comienza con el inicio de las contracciones del útero y finaliza con la dilatación completa del cuello uterino. Hacia el final de este período se rompe el saco amniótico y el líquido que contiene es expulsado. La expulsión del feto dura entre 2 y 60 minutos. Comienza con la dilatación completa del cuello y la aparición de la cabeza del bebé (coronación). La etapa placentaria comienza inmediatamente después del nacimiento del bebé. También implica contracciones del útero y la expulsión de líquido, sangre y la placenta completa con el cordón umbilical. Luego, las contracciones uterinas continúan y ayudan a detener el flujo sanguíneo y a que el útero retorne a su tamaño y estado previos al embarazo.

Fecundación: llamamos fecundación al momento en que el espermatozoide logra penetrar el óvulo y los gametos de ambos padres y unen sus ADN respectivos. Por lo tanto, es la unión de las dos celulas reproductoras llamadas gametos, de sexos contrarios y que se funden en uno solo. El objetivo del proceso es lograr la formación de una célula, el cigoto o huevo. En la fecundación no participa todo el espermatozoide, sino el nucleo y el centrosoma. Sin embargo, el acrosoma ( estructura rodeada por una membrana en la punta del espermatozoide) cumple una función muy importante debido a las enzimas y proteínas que tienen el acrosoma que ayudarán en la entrada del espermatozoide al óvulo, así como en el reconocimiento de óvulos de la misma especie. El nucleo dele spermatozoide se dirige al núcleo femenino y acaba por fusionarse con él, mientras el centrosoma se divide en dos, colocándose cada uno en los polos del cigoto para la primera división del desarrollo embrionario que comienza con la segmentación.

 

   Aparición de los pronucleos:

- A las 4 horas tras la fecundación: el ADN de cada progenitor, se organiza en un pronúcleo. El núcleo paterno ( 23 cromosomas = haploide) , se relaja gracias a la liberación de las protaminas. Por otro lado, las enzimas y metabolitosdel citoplasma del ovocito organiza el ADN en un pronúcleo (23 cromosomas = haploide) rodeado por una membrana nuclear.

- A las 6 horas tras la fecundación: gracias a los microtúbulos formados en el citoplasma del ovocito a partir del centrosoma paterno (pues todos los centrosomas del individuo adulto van a proceder del padre, se produce el acercamiento de los pronúcleos. A continuación, comienza la sintesís de ADN en ambos pronúcleos, que durará de 12 a 18 horas, lo cual es necesario antes de comenzar la división celular.

- A la s18 horas tras la fecundación: continúa la sintesís de ADN. Una vez que los pronúcleos adquieren su tamaño máximo, el centrosoma paterno se duplica, preparándose para la división celular.

 

El cigoto

tars la síntesis de ADN, los pronúcleos no se funsionanh, sino que disuelven las membranas y colcan los cromosomas en el huso mitótico, dando lugar al cigoto, l aprimera célula con la dotación genética completa ( 46 cromosomas = diploide ), a partir de la cual se desarrollará el embrión, siguinendo el proceso de segmentación.

Fase de segmentación:

La segmentación es la primera etapa del desarrrollo embrionario de todos los organismos multicelulares. L asegmentación convierte, por mitosis, al cigoto ( una sola célula ) en un embrión multicelular.

- A las 22 horas tras la fecundación (Día 1): El huso mitótico divide los cromosomas recien colocados y comienza a separarlos en la primera division celular, dando lugar a un embrión de dos células, las cuales son totipotentes ( con la capacidad de generar un embrión completo).

- A las 48 horas tars la fecundación (Día 2): el embrión ha sufrido una segunda división, por lo que se compone  ahora de 4 células. Los corpúsculos polares ya han degenerado.

- A las 72 horas tras la fecundación (Día 3): en esta etapa, normalmente el embrión se compone de 8 células, aunque hay algunos que pueden contener desde 5 a 12 células. Aún no hay gran activiadad de los genes embrionarios.

- A las 96 horas tras la fecundación (Día 4): la división del embrión continúa homogéneamente, pero sus células comienzan a compactarse formando la mórula.

- A las 120 horas tras la fecundación (Día 5): el embrión pasa del estadío de mórula al de blastocisto. El blastocito está formado por la masa celular interna o embrioplasto que se sitúa en el interior de una cavidad llamada blastocele, la cual está cubierta por una capa epitelial, denominada trofoectodermo.

- Alas 144 horas tras la fecundación (Día 6): el blastocito aumenta considerablemete su tamaño y se produce su eclosión, donde se libera de la zona pelúcida. El blastocito eclosionado se implanta en el útero (nidación), para continuar su correcto desarrollo.