1. La línea primitiva y la gastrulación
Gastrulación humana y modelos experimentales
El análisis directo de embriones humanos ha identificado poblaciones transcripcionalmente distintas asociadas con la línea primitiva y la formación temprana de las capas germinales, incluyendo células que expresan TBXT (Brachyury), EOMES y otros reguladores mesendodérmicos. Estos datos proporcionan evidencia de la organización espacial y transcripcional de la gastrulación humana temprana, aunque la expresión de marcadores y las relaciones de linaje dependen del estadio. Debido a que el acceso experimental a los embriones humanos limita la manipulación genética causal, muchos mecanismos moleculares y celulares de la formación de la línea primitiva, la transición epitelio-mesenquimatosa (EMT), la ingresión, la especificación de las capas germinales y la morfogénesis tisular se han definido principalmente en embriones de ratón y pollo.
Redes de señalización que establecen la línea primitiva
En el ratón, la formación de patrones del eje embrionario posterior y la formación de la línea primitiva dependen de la señalización coordinada de Nodal, Wnt, BMP y FGF, con funciones diferenciadas para cada vía. Wnt3 es esencial para la formación de la línea primitiva, mientras que la señalización canónica de Wnt a través de CTNNB1/β-catenina y la transcripción dependiente de TCF/LEF regula la expresión génica asociada a la línea primitiva. La señalización de Nodal es necesaria para la formación de patrones del epiblasto posterior y la especificación del mesendodermo. Nodal se sintetiza como un precursor y sufre activación proteolítica con la participación de Furin y PACE4; su actividad está regulada además por antagonistas que incluyen Lefty1 y Lefty2.
Los tejidos extraembrionarios contribuyen a la formación de patrones espaciales. El endodermo visceral anterior expresa antagonistas que incluyen Cer1 y Dkk1, restringiendo las actividades posteriorizantes de las regiones embrionarias anteriores. BMP4 del ectodermo extraembrionario participa en la red reguladora que controla la señalización del epiblasto posterior y la formación de la línea. La señalización de FGF contribuye a la EMT, la migración celular y la morfogénesis del mesodermo.
EMT, ingresión y formación de las capas germinales
En la línea primitiva, las células del epiblasto experimentan remodelación epitelial e ingresión, lo que implica cambios en la adhesión y polaridad celular, remodelación de la membrana basal, delaminación y adquisición de propiedades migratorias. Snai1 contribuye a la regulación de la adhesión epitelial, incluida la represión de Cdh1/E-cadherina. Eomes funciona en progenitores asociados a la línea primitiva durante la especificación del endodermo definitivo y la generación de poblaciones mesodérmicas particulares.
La gastrulación establece las tres capas germinales primarias. Las células que ingresan en la línea primitiva generan progenitores mesodérmicos y endodérmicos definitivos, mientras que las células del epiblasto que permanecen fuera de la línea no experimentan ingresión y contribuyen predominantemente al ectodermo. Por lo tanto, la formación de la línea primitiva segrega espacialmente a las poblaciones que experimentan especificación mesendodérmica de las células epiteliales que conservan potencial ectodérmico; las interacciones de señalización posteriores estructuran aún más el ectodermo neural y no neural.
Destino de los progenitores y morfogénesis tisular
TBXT y EOMES tienen funciones de desarrollo distintas. TBXT es necesario para el desarrollo normal del mesodermo posterior y la morfogénesis axial, mientras que Eomes es esencial para la especificación del endodermo definitivo y contribuye a poblaciones de progenitores mesodérmicos específicos. El mapeo de destinos y los análisis temporales muestran que los destinos de los progenitores emergen en patrones espaciales y temporales característicos durante el paso a través de la línea, de acuerdo con la capacidad de respuesta diferencial a la señalización, los estados transcripcionales y la historia de los progenitores.
En embriones de pollo, el mapeo de destinos, los injertos, la electroporación y la imagen en vivo han resuelto la ingresión celular y los reordenamientos mediolaterales. La señalización de la polaridad celular planar dependiente de Wnt contribuye a los comportamientos celulares orientados, la intercalación y la extensión convergente.
Enfoques experimentales
Estos mecanismos se han investigado utilizando la interrupción génica, embriones quiméricos, el rastreo de linaje, la hibridación in situ, la inmunotinción, alelos informadores y la imagen en vivo cuantitativa. La secuenciación de ARN de célula única y la transcriptómica espacial extienden estos análisis a los embriones humanos y de otros vertebrados. Las colonias de células madre pluripotentes humanas con patrones microestructurados y los gastruloides permiten una perturbación controlada utilizando CHIR-99021, XAV939, LDN-193189, WNT3A, BMP4, Activin A y ligandos FGF. Estos modelos reproducen aspectos definidos de la señalización asociada a la línea primitiva y la especificación de las capas germinales, pero complementan en lugar de reemplazar el análisis directo de la formación de la línea primitiva y la gastrulación embrionaria.