Usuario:Andrea Cediel (UU)/Desarrollo del sistema nervioso en humanos
El desarrollo del sistema nervioso en humanos, o desarrollo neuronal o neurodesarrollo incluye estudios de embriología, biología del desarrollo, y neurociencia usados para describir los mecanismos celulares y moleculares por medio de los cuales el sistema nervioso se forma y desarrolla en humanos.
Algunos hitos del desarrollo neuronal en el embrión incluyen el nacimiento y la diferenciación de neuronas desde precursores de células madre (neurogenesis); la migración de neuronas inmaduras desde su lugar de nacimiento en el embrión hasta sus posiciones finales; el crecimiento de axones desde las neuronas y el guiaje del cono de crecimiento a través del embrión hacia terminales postsinapticos, la generación de sinapsis entre estos axones y su terminales postsinapticos y finalmente los cambios sinapticos que ocurren durante durante el resto de la vida y que parecen estar asociados con aprendizaje y memoria.
Típicamente, estos procesos del neurodesarrollo pueden dividirse en dos categorias: mecanismos independientes de actividad y mecanismos dependientes de actividad.
Los mecanismos independientes de actividad parecen estar determinados por programas geneticos llevados a cabo dentro de neuronas individuales. Estos mecanismos incluyen diferenciacion, migracion y crecimiento de axones. Asi mismo, estos mecanismos parecen ser independientes de actividad neuronal y experiencias sensoriales, una vez los axones se extienden, los mecanimos dependientes de actividad entran en juego. La actividad neuronal y la experiencia sensorial mediarán la formación de nuevas sinapsis y regularan la plasticidad sinaptica la cual será responsable del refinamiento de circuitos neuronales nacientes.
Desarrollo del cerebro humano[editar]
Generalidades[editar]
El sistema nervioso central (SNC) está derivado del ectodermo—la capa de tejido mas externa del embrión. En la tercera semana de desarrollo embrionario humano el neuroectodermo aparece y forma el plato neuronal a lo largo del lado dorsal del embrión. El plato neuronal es la fuente de la mayoría de neuronas y células gliales del SNC. Un surco se forma a lo largo del eje largo del plato neuronal y, por la cuarta semana de desarrollo, el plato neuronal se envuelve por encima de si mismo para crear el tubo neuronal, el cual está lleno de líquido cefalorraquídeo.[1] A medida que el embrión se desarrolla, la parte anterior del tubo neuronal forma tres vesiculas encefalicas primarias desde las cuales se originan las regiones anatómicas primarias del cerebro: prosencéfalo, mesencéfalo y rombencéfalo. Estas vesículas se van a dividir posteriormente en las cinco vesiculas encefalicas secundarias: telencéfalo (futuros corteza cerebran y ganglios de la base), diencéfalo (futuros hipotalamo y talamo), mesencéfalo, metencéfalo (futuros pons y cerebelo) y mielencéfalo (futura medula).
Dado que el tubo neuronal es el origen del cerebro y medula espinal, mutaciones ne este punto del neurodesarrollo pueden ocasionar deformidades fatales como anencefalia o incapacidades permanentes como espina bifida. Durante este periodo, las paredes del tubo neuronal contienen células de raíz neuronal, las cuales producen crecimiento de la masa cerebral al dividirse muchas veces. Gradualmente algunos de las células dejan de dividirse y se diferencian en neuronas y células gliales las cuales son los componentes celulares principales del SNC. Estas neuronas migran a diferentes partes del cerebro en desarrollo para re-organizarse en diferentes estructuras cerebrales. Una vez las neuronas han logrado sus posiciones regionales, extienden axones y dendritas, los cuales les permiten comunicarse con otras neuronas vía sinapsis. La comunicación sinaptica entre neuronas dirige el establecimiento de circuitos neuronales funcionales que median procesamientos sensoriales y motores.[2]
Inducción neural[editar]
Durante el desarrollo embrionario temprano, el ectodermo da origen a la epidermis (piel) y a la placa neural. La conversión de ectodermo indiferenciado a neuroectodermo requiere señales provenientes del mesodermo, la capacidad del mesodermo para convertir parte del ectodermo en tejido neuronal es lladama inducción neuronal. Al inicio de la gastrulación celulas del mesodermo se mueven a través del labio dorsal del blastoporo y forman una capa entre el endodermo y el ectodermo. Estas células mesodérmicas que emigran a lo largo de la linea media dorsal dan origen a una estructura llamada notocordio y las celulas ectodérmicas que yacen sobre el notocordio desarrollan el plato neural en respuesta a señales producidas por el notocordio.
Hacia la tercera semana de gestacion, la placa neural se pliega para dar origen al surco neural. Iniciando en una futura región de cuello, los pliegues neurales de este surco se acercan a la liena media donde se cierran y fusionan para crear el tubo neural. La formación del tubo neural desde el ectodermo se apellida neurulacion. Hacia el final de la cuarta semana de gestacion, los extremos abiertos del tubo neural, llamados neuroporos, se cierran.[3]
El transplante de un labio del blastoporo puede inducir la transformacion de ectodermo a tejido neural. Moleculas con la capacidad de inducir la expresion de genes neurales en explantes del ectodermo, sin inducir la expresion de genes del mesodermo, son llamados inductores. Ejemplos incluyen las moleculas cordina y nogina, de importancia para el desarrollo de la cabeza. La induccion neural es comunmente estudiada en embios de xenopus.
Cuándo las células ectodérmicas embrionarias son cultivadas en baja densidad y en ausencia de células mesodérmicas, estas celulas van a experimentar diferenciación neuronal (expresion de genes neuronales), sugiriendo que la diferenciación neuronal es la programacion automatica de las células ectodérmicas. En cultivos de explantes, los cuales permiten conservar interacciones entre celulas, las mismas celulas ectodermicas tienden a convertirse en epidermis. Esto se debe a la acción de BMP4, una proteina perteneciente a la familia de TGF-β. BMP4 induce la diferenciacion de cultivos ectodermicos hacia epidermis. Durante la inducción neuronal, cordina y nogina son producidas por la parte dorsal del mesodermo (notocordio) y se difunden al ecodermo superpuesto para inhibir la actividad de BMP4. Esta inhibición de BMP4 causa que las celulas ectodermicas se transformen en celulas neuronales. La inhibición de TGF-β y BMP en celulas madre pluripotentes puede inducir eficientemente la diferenciacion en tejido neuronal, este es un modelo de desarrollo humano temprano.[4]
El cerebro temprano[editar]
Tarde en la cuarta semana, la porcion anterior del tubo neural se dilata dando origen a tres estructuras (vesiculas primarias): el prosencenfalo, el mesencéfalo y el rombencefalo. Desde el plato basal del prosencefalo se va a generar la vesicula optica, posteriormente esta estructura dara origen al nervio optico, la retina y el iris.
La parte mas posterior del tubo neural va a dar origen a la medula espinal. En esta region, la pared del tubo neural consta de células neuroepiteliales, posterior al cierre del tubo neural estas cellulas se diferencian en neuroblastos formando la capa de manto (la cual va a dar origen a la sustancia gris). Fibras nerviosas emergen de estos neuroblastos para formar la capa imarginal (la cual da origen a la sustancia blanca de la medulda espinal). En la capa del manto, nuevos neuroblastos son generados constantemente llevando a la generacion de dos engrosamientos, uno en la porcion ventral y otro en la porcion dorsal. En el engrosamiento ventral de la capa de manto (placas basales) se forman las áreas de motoras del cordón espinal mientras que en la parte dorsal (placas alares) se forman las sensitivas. En medio de las placas basales y alares se encuentra una capa intermedia, el asta lateral, que contiene neuronas simpaticas del sistema nervioso autonómico[5]. Esta region intermedia se localiza unicamente a nivel toracico (T1-T12) y a nivel lumbar (L2/L3).
Migración neuronal[editar]
La migración neuronal es el proceso mediante el cual las neuronas viajan desde su lugar de origen hasta su posicion final en el cerebro. Posterior a al formacion del tubo neural, celulas neuroepiteliales y celulas que se van a diferenciar en neuronas y glia migran generando la corteza cerebral y estructuras aledañas. Las dos formas mas comunes de migracion son la migracion radial y la tangencial.
Migración radial[editar]
Células madre neurales proliferan en la zona ventricular de la neocorteza en desarrollo. Las primeras celulas postmitoticas que migran desde el preplato (la primera capa cortical) estan destinadas a convertirse en células Cajal-Retzius y neuronas del subplato. Estas celulas se mueven mediante translocacion somatica, las neuronas que emigran con este modo de locomoción son bipolares y se sujetan a la piamadre. El soma de estas celulas es transportado a la superficie de la piamadre mediante nucleocinesis, un proceso mediante el cual microtubulos rodean el nucleo y se elongan o contraen para guiar el nucleo con su centrosoma a su posicion final.[6] Fibras radiales (también conocidas como glía radial) puede translocarse al plato cortical y diferenciar en astrocitos o neuronas. La translocacion somatica puede ocurrir en cualquier momento durante desarrollo.[7][8]
Posteriores olas de neuronas van a partir el preplato al migrar a lo largo de la glia radial formando el plato cortical. Cada ola de celulas viajan a traves de las capas que las preceden de adentro hacia afuera, esto significa que las neuronas mas jovenes se van a localizar mas cerca de la superficie.[9][10] Está estimado que la migracion guiada por glia representa entre un 80 y 90% de la totalidad de la poblacion de neuronas que migran.[11]
Migración tangencial[editar]
La mayoría de interneuronas migran tangencialmente para lograr su localizacion apropiada en la corteza.
Mediante la migracion tangencial, las neuronas se mueven a lo largo de axones provenientes de otras neuronas.
Factores neurotroficos[editar]
Los factores neurotroficos son moléculas qué promueven y regulan la capacidad de supervivencia de neuronas en el sistema nervioso en desarrollo. Estos factores se distinguen de metabolitos ubicuos necesarios para crecimiento y mantenimiento celulares por su especificidad. Cada factor neurotrofico promueve la supervivencia de tipos especificos de neuronas durante un periodo particular de su desarrollo, además ha sido argumentado que los factores neurotroficos están implicados en muchos otros aspectos del desarrollo neuronal como por ejemplo el guiaje axonal y el control de la síntesis de neurotransmisores.[12]
Desarrollo neuronal en el adulto[editar]
Neurodesarrollo en el sistema nervioso adulto incluye incluye mecanismos como la generación de nuevas neuronas, glía, axones, mielina o sinapsis. La neuroregeneration difiere entre el sistema nervioso periférico (PNS) y el sistema nervioso central (CNS) debido a los mecanismos funcionales y a la extensión y velocidad de regeneracion.
- ↑ Saladin, K (2011). Anatomy & physiology : the unity of form and function (6th edición). McGraw-Hill. p. 541. ISBN 9780073378251.
- ↑ Kandel, Eric R. (2006). Principles of neural science (5. edición). Appleton and Lange: McGraw Hill. ISBN 978-0071390118.
- ↑ Estomih Mtui; Gregory Gruener (2006). Clinical Neuroanatomy and Neuroscience. Philadelphia: Saunders. p. 1. ISBN 978-1-4160-3445-2.
- ↑ Chambers, S. M. (2009). «Highly efficient neural conversion of human ES and iPS cells by dual inhibition of SMAD signaling». Nature Biotechnology 27 (3): 275-280. PMC 2756723. PMID 19252484. doi:10.1038/nbt.1529.
- ↑ Sadler, T. W. (Thomas W.),. Langman embriología médica (14a edición edición). ISBN 978-84-17602-11-6. OCLC 1139502733. Consultado el 17 de septiembre de 2020.
- ↑ «Nucleokinesis illuminated». Nature Neuroscience 7 (11): 1169-70. November 2004. PMID 15508010. doi:10.1038/nn1104-1169.
- ↑ «Radial glia: multi-purpose cells for vertebrate brain development». Trends in Neurosciences 25 (5): 235-8. May 2002. PMID 11972958. doi:10.1016/S0166-2236(02)02156-2.
- ↑ «Two modes of radial migration in early development of the cerebral cortex». Nature Neuroscience 4 (2): 143-50. February 2001. PMID 11175874. doi:10.1038/83967.
- ↑ «Modes of neuronal migration in the developing cerebral cortex». Nature Reviews. Neuroscience 3 (6): 423-32. June 2002. PMID 12042877. doi:10.1038/nrn845.
- ↑ «Mode of cell migration to the superficial layers of fetal monkey neocortex». The Journal of Comparative Neurology 145 (1): 61-83. May 1972. PMID 4624784. doi:10.1002/cne.901450105.
- ↑ Hatten, Mary (1999). Central Nervous System Neuronal Migration. Annual Reviews in Neuroscience.
- ↑ Alan M. Davies (1 May 1988)"Trends In Genetics", Volume 4-Issue 5; Department of Anatomy, St George's Hospital Medical School, Cranmer Terrace, Tooting, London SW17 0RE, UK