Los órganos sensoriales nos permiten percibir la realidad recopilando información del mundo exterior. Su formación durante el desarrollo embrionario es un proceso complejo del que nos queda todavía mucho por conocer, puesto que la comprensión de cómo se controlan la diferenciación y especialización de las células en el espacio y el tiempo sigue siendo un gran reto para la biología. Ahora, un estudio publicado en la revista eLife proporciona imágenes en 4D del desarrollo embrionario del oído interno en pez cebra, aportando una nueva visión sobre la formación de éste órgano.
El oído interno es el órgano sensorial responsable del equilibrio y la audición y sus células ciliadas se encargan de percibir los estímulos externos. Esta información se transmite a las neuronas sensoriales, que la conducen hasta el cerebro. Tanto las células ciliadas como las neuronas sensoriales se originan durante el desarrollo embrionario a partir de células progenitoras situadas en una estructura conocida como vesícula ótica, en la que éstas siguen distintas instrucciones para dar lugar a un tipo celular u otro. La interpretación de esta información resulta en la activación o la represión de varios genes importantes para el destino final de estas células.
Mediante técnicas de imagen de alta resolución, el equipo científico liderado por Cristina Pujades, investigadora del Departamento de Ciencias Experimentales y de la Salud (DCEXS) de la UPF, ha reconstruido la historia de las células ciliadas y las neuronas sensoriales en el oído interno de embriones de pez cebra. La combinación de la microscopía en 4D con otras herramientas de procesamiento de imagen les ha permitido crear un mapa dinámico de las células progenitoras de la vesícula ótica.
La microscopía en 4D incluye la magnitud temporal, por eso es tan útil para los estudios de desarrollo embrionario: además de visualizar las muestras en formato 3D (con volumen), los movimientos de las células en el tiempo quedan registrados. “Hemos podido realizar mediciones espaciotemporales, y así entender por primera vez el comportamiento de las células progenitoras, es decir, cómo su destino final está relacionado con su comportamiento en un lugar y momento determinados,” comenta Sylvia Dyballa, primera autora del artículo.
La importancia de la posición espaciotemporal en el desarrollo
Uno de los procesos que han podido observar con detalle es la delaminación de las células progenitoras neuronales. Éstas se encuentran en la vesícula ótica, salen de esta estructura por la delaminación y forman el ganglio neuronal. Los investigadores observaron que la organización y la función de las neuronas sensoriales en el ganglio dependían del comportamiento de sus progenitoras durante el proceso de delaminación.
“Todos estos descubrimientos establecen un vínculo entre el lugar y el orden de delaminación de los progenitores y su identidad neuronal dentro del ganglio, y sugieren la existencia de una fina regulación espacial y temporal en el desarrollo embrionario del oído interno”, comenta Pujades.
Muchos cambios en poco tiempo
La delaminación se da de forma masiva en un período muy corto de tiempo. Por lo tanto, el grupo de progenitores neuronales experimenta cambios dramáticos en su tamaño y forma al tiempo que debe mantenerse la homeostasis del sistema. Además, este proceso tiene que estar coordinado con la formación de las células ciliadas, las que están en primera instancia en contacto con el exterior. Los investigadores observaron que los progenitores de estas células tienen comportamientos variados, pero comparten el hecho de que su lugar de nacimiento determina su función. Finalmente, “pudimos reconstruir el mapa dinámico de progenitores del oído interno y ver cómo los territorios que albergan los progenitores neuronales y sensoriales cambian durante el desarrollo embrionario”, comenta Pujades.
“Este estudio ayuda a entender los mecanismos celulares en la formación de los órganos sensoriales, lo que nos permitirá profundizar en el funcionamiento de las redes genéticas durante el desarrollo embrionario, y la regeneración y deterioro de los tejidos,” apunta Dyballa. “El desafío en el futuro es utilizar esta información como base para explorar cómo las neuronas sensoriales y las células ciliadas se desarrollan tras la regeneración o cuáles son los problemas que llevan a la degeneración”.
Artículo de referencia: Sylvia Dyballa, Thierry Savy, Philipp Germann, Karol Mikula, Mariana Remesikova, RóbertŠpir, Andrea Zecca, Nadine Peyriéras, Cristina Pujades. Distribution of neurosensory progenitor pools during inner ear morphogenesis unveiled by cell lineage reconstruction. eLife 2017; doi:10.7554/eLife.22268
Figura 1: El órgano sensorial del oído interno. Oído interno de un embrión de pez cebra en el que se pueden observar las células ciliadas (aspecto semejante a pelos), organizadas en dos parches sensoriales, y las neuronas del ganglio sensorial en contacto con las células ciliadas por un lado y por otro enviando proyecciones con información al cerebro.
Figura 2: Siguiendo las células progenitoras en tiempo real. Izquierda: Historia de las células progenitoras coloreadas (ver leyenda) atendiendo al momento en el que delaminan de la vesícula ótica. Las células que delaminan temprano (blancas) están separadas de las que lo han hecho tarde (rojas) una vez en el ganglio neuronal. Derecha: Progenitores coloreados atendiendo a su posición en la vesicula otica en el momento de delaminar (azul delante y rojo detrás). Las células mantienen su posición relativa en el ganglio (azules y rojas no se mezclan).
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