3. Formación de la notocorda y establecimiento del eje corporal
Especificación del mesodermo axial y de los progenitores del cordamesodermo
En humanos, la evidencia mecanicista directa sobre la formación de la notocorda sigue siendo comparativamente limitada; en consecuencia, el marco celular y molecular se deriva principalmente de modelos de vertebrados manejables experimentalmente, en particular el ratón, el pollo, Xenopus y el pez cebra. Durante la gastrulación, los progenitores del mesodermo axial surgen de territorios asociados al organizador, incluyendo la línea primitiva y el nodo en los amniotas y la región del organizador dorsal en los anfibios, y posteriormente generan los linajes cordamesodérmico y notocordal. La señalización de Nodal desempeña funciones centrales y dependientes del contexto en la inducción del mesendodermo, la formación del organizador y la especificación de los progenitores axiales, mientras que la señalización canónica de Wnt/β-catenina promueve la formación de la línea primitiva y el desarrollo del mesodermo posterior. La señalización de FGF contribuye a la especificación mesodérmica, al mantenimiento de los progenitores y a los comportamientos celulares morfogenéticos. Estas vías operan a través de redes reguladoras restringidas temporal y espacialmente en lugar de hacerlo como cascadas lineales independientes.
Los factores de transcripción Brachyury (T) y Foxa2 son componentes importantes de las redes reguladoras que controlan la línea primitiva, el mesodermo axial y el desarrollo de la línea media. En el ratón, T es necesario para el desarrollo normal del mesodermo posterior y el desarrollo axial, mientras que Foxa2 es necesario para la función del organizador/nodo y el desarrollo de las estructuras de la línea media axial.
Mecanismos celulares de la morfogénesis de la notocorda
La morfogénesis de la notocorda depende de reordenamientos celulares coordinados, que incluyen la convergencia y extensión y la intercalación mediolateral, los cuales alargan y estrechan el tejido axial en desarrollo. En Xenopus, los mecanismos asociados a la polaridad celular planar y la señalización por GTPasas de la familia Rho regulan los comportamientos celulares polarizados que subyacen a la extensión convergente. La adhesión dependiente de cadherinas, la contractilidad por actiomiosina y la remodelación citoesquelética contribuyen además a la organización tisular y a la morfogénesis axial. Procesos adicionales, incluidos los cambios localizados en la forma celular y la constricción apical, contribuyen a eventos morfogenéticos específicos del organizador, del nodo o de la región axial de manera dependiente del modelo y del estadio de desarrollo.
En los teleósteos, las células de la notocorda experimentan posteriormente una vacuolización pronunciada, generando grandes vacuolas intracelulares cuya formación involucra orgánulos relacionados con lisosomas y que contribuyen mecánicamente a la elongación del eje corporal. Este proceso especializado está particularmente bien caracterizado en el pez cebra y no se debe asumir que ocurra de manera idéntica en todas las especies de vertebrados.
Vías moleculares en la formación del eje anteroposterior y dorsoventral
El antagonismo de BMP dentro de los territorios asociados al organizador establece entornos con una señalización de BMP localmente baja que contribuyen a la formación de patrones dorsoventrales. La notocorda en desarrollo expresa Sonic hedgehog (Shh) y funciona como una fuente de señalización axial temprana principal. El Shh derivado de la notocorda contribuye a la inducción y formación de patrones de las identidades ventrales del tubo neural, tras lo cual la placa del suelo también se convierte en un centro de señalización importante que expresa Shh. El Shh influye adicionalmente en el mesodermo paraxial adyacente y contribuye a la formación de patrones de los somitas.
La formación de patrones anteroposteriores surge a través de interacciones entre Wnt, FGF, el ácido retinoico y otras señales de desarrollo reguladas espacial y temporalmente. La asimetría izquierda-derecha se inicia mediante mecanismos asociados al nodo que establecen la activación asimétrica de la vía de señalización de Nodal. La notocorda también funciona como una línea media estructural y un tejido de señalización que contribuye a la organización y el mantenimiento de la arquitectura embrionaria bilateral.
Enfoques experimentales y reactivos para el estudio de la notocorda y el establecimiento del eje
Los estudios mecanicistas combinan el mapeo de destinos y el rastreo de linaje genético, la transplante de tejidos, los ensayos de explantes y recombinación, los enfoques genéticos de pérdida y ganancia de función, y la imagen en vivo. El rastreo de linaje basado en Cre/loxP en ratones, los experimentos de injerto en pollos, la inactivación mediada por morfolinos y la sobreexpresión de ARNm en Xenopus, y las perturbaciones basadas en mutantes, transgénicos y CRISPR en peces cebra han permitido el análisis directo de los progenitores axiales y el desarrollo de la notocorda. La hibridación in situ de embriones completos (whole-mount) y la inmunofluorescencia se utilizan rutinariamente para resolver la expresión de marcadores como T, Foxa2, Shh y marcadores axiales o notocordales específicos de especie. La perturbación farmacológica de la señalización de FGF, Wnt, BMP o Hedgehog complementa los enfoques genéticos, pero requiere una interpretación cuidadosa debido a la dependencia de la dosis, el momento del desarrollo, la regulación cruzada entre vías y los posibles efectos indirectos sobre la morfogénesis tisular.