Neurobioquímica

 Desarrollo del sistema nervioso.
     El sistema nervioso central tiene una naturaleza heterogenea y esto es un factor importantisimo que debe tomarse en cuenta en todos los estudios neuroquímicos. Cuando se aborda el funcionamiento del cerebro humano se suele situar de inmediato en una óptica neuronal. Las neuronas, células excitables, permiten el procesamiento de información en el cerebro mediante la transmisión de señales eléctricas complejas. No obstante, más de la mitad del volumen cerebral está ocupado por células "inexcitables" (?). De éstas, la neuroglía constituye la clase principal, destacando en este grupo los astrocitos o astroglía y los oligodendrocitos. El cerebro está compuesto por estructuras heterogeneas, cada una de las cuales esta compuesta por poblaciones heterogéneas de neuronas y celulas glíales.
    A nivel subcelular la heterogeneidad también abunda. No es sorprendente que las mitocondrias aisladas de tejidos cerebrales también presenten diferencias, evidenciadas facilmente al observar la distribución de enzimas específicas en preparaciones subcelulares. Observaciones sobre la actividad del ciclo de los ácidos tricarboxílicos y enzimas relacionadas han mostrado una distribución disparatada en estas preparaciones. Estos estudios indican la presencia de compartimentación de las enzimas relacionadas con el metabolismo de carbohidratos y aminoácidos.
2.1. Desarrollo neuronal del sistema nervioso central (SNC).
    En un período temprano de la organogénesis tiene lugar la división y migración celular dentro del tejido nervioso. El desarrollo morfológico e histológico del cerebro ha sido estudiado extensamente, incluyendose regiones específicas, tales como la corteza cerebral  y el cerebelo. En resumen, los cambios más importantes pueden agruparse en varias fases:
Fase I: Inducción de la placa neural. Proliferación neuronal. Organogénesis embrionaria del sistema nervioso central (SNC) desde la concepción. Multiplicación y posterior proliferación de neuroblastos.
Fase II: Migración neuronal. Migración y diferenciación de neuroblastos con crecimiento de los axones y dendritas.
Fase III: Agregación neuronal. Formación de conexiones interneuronales con sinapsis y síntesis de neurotransmisores.
Fase IV: Diferenciación celular. Formación de glioblastos seguida de diferenciación de astroglía y oligodendroglía. Recubrimiento de los axones por mielina.
Fase V: Sinaptogénesis. Estado adulto, maduro.
Fase VI: Muerte neuronal. Eliminación de algunas conexiones formadas inicialmente y el mantenimiento de otras.
    En cuanto a la evolución temporal del cerebro humano se piensa que sucede la siguiente manera: inducción neuronal (3-4 semanas de gestación); proliferación de neuroblastos (8-25 semanas de gestación); migración neuronal y agregación selectiva neuronal (8-34 semanas de gestación); diferenciación neuronal, formación de vías específicas de conexión (5 semanas de gestación-4 años de vida); muerte neuronal en corteza y eliminación de sinapsis selectivas en corteza (2-16 años) y mielinización (25 semanas de gestación-20 años). Considerando que el cerebro humano contiene del orden de cien mil millones de neuronas y que prácticamente no se añaden neuronas después del nacimiento, puede calcularse que las neuronas deben generarse en el cerebro a un ritmo promedio de más de 250.000/min.
2.1.1. Fase I: Proliferación neuroblástica. Organogénesis embrionaria del sistema nervioso central desde la concepción.
    El primer evento que tiene lugar en la organogénesis del tejido nervioso es la formación de una lámina plana de células en la superficie dorsal del embrión en desarrollo (la placa neural). Este tejido se pliega luego formando una estructura alargada y hueca, el tubo neural. A partir de él y por proliferación de las células epiteliales de su zona terminal, aparecen varios tipos de poblaciones celulares diferenciadas que forman el sistema nervioso y evolucionan de la siguiente forma:
        El acontecimiento crítico de esta fase es el proceso por el cual, durante la fase de gastrulación del embrión, el mesodermo induce la capa superior (el ectodermo), para transformarlo en un tejido neural, llamado placa neural. Todo el ectodermo es capaz de  recibir desde el mesodermo esta señal inductora. Parece que la interacción entre ambos tejidos se debe a la difusión de proteínas de bajo peso molecular y cAMP desde el mesodermo hasta el ectodermo. Posteriormente, la placa neural se pliega para formar el tubo neural, que se compone de una capa de células llamada neuroepitelio. Durante la formación del tubo neural, el neuroepitelio es mitóticamente activo, de modo que empiezan a formarse neuroblastos, que se acumulan en las zonas ventriculares y subventriculares a lo largo de su perímetro. A partir de esta capa de células se originarán las neuronas, astrocitos, oligodendrocitos y células ependimiales que forman el SNC de los mamíferos. Ciertas proteínas parecen ser importantes en la división del neuroectodermo en diferentes grupos de células.
    El ciclo celular de los neuroblastos se acompaña de una serie de cambios morfológicos. Así, durante la fase de síntesis de DNA, las células tienen forma alargada con el nucleo en el extremo subventricular del tubo neural. Cuando el ciclo celular entra en la fase G2, la célula adquiere una forma esférica y se sitúa a nivel de la superficie ventricular donde tiene lugar la mitosis.
    A pesar de que no se conocen bien los factores que regulan la proliferación de los neuroblastos, existe la posibilidad de que neurotransmisores, tales como la serotonina, noradrenalina, acetilcolina, g-aminobutirato (GABA) y dopamina actúen como señales reguladoras de la neurogénesis. Recientes estudios demuestran que el péptido intestinal vasoactivo podría intervenir en la regulación de la mitosis de los neuroblastos. Por otra parte se ha sugerido que el potencial de membrana podría jugar un papel importante en la mitogénesis celular.
    La insulina y las hormonas tiroideas podrían actuar en la fase de desarrollo neuronal. Recientemente se ha descrito que la máxima expresión de los receptores de insulina y del factor de crecimiento insulínico (IGF) durante el desarrollo del cerebro de rata, coinciden con el período de proliferación neuronal. Sin embargo, los niveles de dichos receptores permanecen relativamente altos durante posteriores fases del desarrollo neuronal. Asimismo, en fases embrionarias del cerebro de pollo, se han encontrado receptores de insulina y del factor de crecimiento insulínico. También, se ha descrito la presencia de receptores de hormonas tiroideas, en concreto de 3,3',5-triiodotironina, en fases tempranas del desarrollo cerebral. No obstante, la importancia de las hormonas tiroideas es mucho mayor durante fases posteriores y, sobre todo, durante la mielinización.
    El momento del desarrollo en el que comienzan a aparecer las neuronas es diferente en cada especie. Comparativamente la neurogénesis en la rata y el gato tiene lugar en un período de la gestación posterior al que tiene lugar en primates. En la rata, el número de células se incrementa 1000 veces entre los 10 y 21 días de gestación, de tal manera, que las neuronas constituyen la mayoria de las 108 células presentes en el SNC de la rata en el momento del nacimiento. Las implicaciones de la neurogénesis temprana en el hombre (40 días de gestación) no se conocen, pero existe la posibilidad de que las neuronas necesiten un período largo de adaptación al medio para poder ejercer funciones altamente especializadas como son la memoria, el aprendizaje, etc. Las clases de neuronas que se forman durante la fase de proliferación, dependen de factores moleculares y genéticos que se manifiestan en la zona generativa y que varían con la región del SNC.
2.1.2. Fase II: Migración neuronal. Migración y diferenciación de neuroblastos con crecimiento de los axones y dendritas.
    Cuando ha finalizado la proliferación celular, las neuronas postmitóticas migran desde la zona ventricular del tubo neural hasta los lugares donde van a residir finalmente.  Sólo excepcionalmente las neuronas continúan proliferando, a la vez que migran de la zona ventricular. La posición final que las neuronas van a ocupar en el neurocórtex puede estar determinada por su posición en la zona generativa, así como el momento en que la célula se hace postmitótica. Las células que se generan tempranamente ocuparán capas corticales más profundas, mientras que las células formadas tardiamente ocuparán posiciones superficiales.
    Ciertas células glíales, dispuestas radialmente, sirven como soporte para los movimientos migratorios ameboides de las neuronas. Se ha descrito que moléculas de naturaleza sialoglicoprotéica, conocidas como moléculas de adhesión celular nerviosa  (N-CAM), favorecen las interacciones entre las neuronas y las células de la glía. Al final de la gestación, estas células glíales radiales se transforman en astrocitos fibrosos. El mecanismo molecular de la migración neuronal no esta totalmente aclarado. Algunos factores, como las N-CAM junto con las N-caderinas pueden participar en el reconocimiento entre neuronas y células glíales. Se han realizado experimentos en cultivos celulares que muestran el fenómeno de migración de las neuronas a lo largo de las células Bergman (glíales) en el cerebelo, indicando que, entre neuronas y glía se establecen puntos de contacto (punctua adherencia). Por otro lado, existen moléculas de naturaleza glicoprotéica que parecen regular el proceso de migración neuronal.
    En el desarrollo del cerebelo, la proliferación y diferenciación de neuroblastos sucede en la etapa postnatal, excepto para las células de Purkinje. Sin embargo, el cerebro se desarrolla antes del nacimiento. Por lo tanto, la sincronización de acontecimientos entre las Fases I y II varía en las distintas zonas del cerebro, pero siempre se produce una evolución progresiva y gradual entre ambos estados. Por ejemplo, la gliogénesis en la zona ventricular de la corteza cerebral de rata se inicia en el día 18 de la gestación, momento en que la neurogénesis en la corteza es contínua.
2.1.3. Fase III: Agregación neuronal. Formación de conexiones interneuronales con sinapsis y síntesis de neurotransmisores.
    Cuando las neuronas llegan a su localización definitiva, tienden a agregarse formando las diferentes capas de la corteza cerebral, o bien, grupos nucleares.  Moléculas de naturaleza glucoproteica y glucolipídica intervienen en las interacciones entre neuronas. Un grupo de glicoproteínas de la superficie celular que han sido aisladas de la retina nerviosa de pollo, son las moléculas de adhesión celular nerviosa  (N-CAM). Estas moléculas parecen funcionar como un ligando en la identificación y adhesión entre las células. Las N-CAM sufren cambios sustanciales relativos a su cantidad en las superficies celulares durante el desarrollo y la migración celular. Durante el desarrollo aparecen diversas subclases de N-CAM, que difieren en su contenido de ácido siálico y algunas de ellas poseen mayores capacidades para la interacción (Bradford, 1988).
    Empleando cultivos celulares, se ha puesto de manifiesto que las superficies glíales pueden favorecer el proceso de agregación neuronal y que sustancias como la poli-L-lisina, también favorecen dicha agregación.
2.1.4. Fase IV: Diferenciación celular. Formación de los conos de crecimiento. Fasciculación.
    La diferenciación neuronal se lleva a cabo mediante el crecimiento del cuerpo celular, la elaboración de axones y dendritas, y la adquisición de la propiedad de propagar potenciales de acción. En la neurona existen unas zonas llamadas por Ramón y Cajal conos de crecimiento, de donde se originan las dendritas y los axones. Los conos de crecimiento presentan filopodios, que avanzan y se retraen en función de las características del medio. La regulación de los fenómenos que tienen lugar durante la diferenciación celular no es del todo conocida, aunque, neuropéptidos como la somatostina, colecistoquinina, sustancia P ó el polipéptido intestinal vasoactivo parecen estar estar estrechamente relacionados con los fenómenos de elongación axónica e interconexión celular. Por otro lado, componentes de la matriz extracelular como laminina, fibronectina y colágeno, factores tróficos como el NCF, neurotransmisores como serotonina, dopamina o acetilcolina, así como interacciones con células glíales, parecen estar implicados en este proceso.
    Los axones de larga proyección tienden a crecer juntos en un fascículo común. La fasciculación de los axones está favorecida por la presencia de las N-CAM. La neurona elonga sus axones para formar conexiones aferentes o eferentes. A continuación existe una eliminación selectiva de axones, de manera que aproximadamente en el adulto existen la mitad de las terminaciones axónicas que en el recién nacido.
    Durante la diferenciación neuronal se activan los procesos de síntesis de RNA y proteínas, aumenta la actividad de enzimas como la acetilcolinesterasa (EC 3.1.1.7), Na⁺-K⁺-ATPasa (EC 3.6.1.3), tirosina 3-hidroxilasa (EC 1.14.3.a), GABA a-cetoglutarato aminotransferasa (EC 2.6.1.19), etc. Asimismo, aumenta la actividad de enzimas de la glucolisis, del ciclo de los ácidos tricarboxílicos y de la síntesis de lípidos.
    El proceso de diferenciación neuronal está favorecido por la insulina y los factores de crecimiento insulínico (IGF-1 e IGF-2). La insulina estimula la síntesis de proteínas, activa ciertas actividades enzimáticas en cultivos de neuronas, favorece la producción de neuritas y la adquisición de la capacidad de neurotransmisión. Se ha comprobado que in vitro, algunos neurotransmisores como la serotonina, favorecen el crecimiento de neuritas y el mantenimiento de las neuronas en cultivo.
    El factor de crecimiento nervioso  (NGF) es otra sustancia que posee acciones peculiares sobre el crecimiento y desarrollo nervioso. En forma de dímero activo, es decir, NGF-b, esta sustancia tiene una potente acción neurotrófica sobre aquellas neuronas que contienen catecolaminas. Así, el NGF incrementa el número de neuroblastos si se aplica en un estadio precoz del desarrollo; incrementa el tamaño neuronal y el crecimiento de los axones del sistema simpático periférico y de los ganglios sensoriales, tanto in vivo  como in vitro; incrementa el tamaño neuronal y la producción de neurotrasmisores en ganglios cuando se aplica después de constituidas las sinapsis y de que hayan dejado de alargarse las prolongaciones. Se trata pues, de una proteína con una influencia profunda sobre el crecimiento y desarrollo neural, especialmente en el sistema adrenérgico. Posee claras influencias quimiotácticas sobre los patrones de inervación y reinervación tanto in vivo  como in vitro. El NGF ejerce también efectos neurotróficos sobre fibras adrenérgicas periféricas in vivo  e in vitro  y colinérgicas del sistema nervioso central.
    Existen evidencias de que la somatostina aumenta el crecimiento de neuritas. Otros trabajos sugieren que el piruvato favorece el crecimiento de neuronas en cultivo. Igualmente, la presencia de astrocitos favorece el crecimiento de neuronas colinérgicas.
    En la rata, el proceso de diferenciación neuronal es fundamentalmente postnatal (2-3 semanas), aunque el crecimiento axonal comienza prenatalmente y dura también hasta la tercera semana postnatal. En el hombre, la diferenciación neuronal empieza en el período prenatal y puede durar hasta los cuatro años de edad.
2.1.5. Fase V: Sinaptogénesis. Estado adulto, maduro.
     Después de conseguir su destino final, las neuronas comienzan a generar prolongaciones dendríticas axónicas que las capacitan para recibir contactos de otras células. Habitualmente se generan más contactos de los que serán precisos para la neurona adulta, madura y diferenciada. Las prolongaciones axónicas se ven guiadas, en su trayecto, por factores mecánicos y químicos. Los axones en crecimiento contienen orgánulos subcelulares como neurotúbulos, neurofilamentos, mitocondrias, vesículas recubiertas y lisas, retículo endoplásmico y algunos cúmulos de ribosomas. Los microtúbulos parecen ser necesarios para formar la armazón estructural que mantiene la estabilidad de las fibras alargadas.
    La mayoría de las sinapsis consisten en una región especializada en el saco axónico presinaptico, una región receptora en una dendrita postsináptica y una estrecha hendidura entre ambas regiones. La cuestión principal es cómo un axón en crecimiento identifica el lugar en que se formará una sinapsis. Existen dos explicaciones alternativas, aunque no excluyentes entre sí, sobre la forma en que las neuronas alcanzan sus dianas  y operan sus conexiones precisas durante las fases del desarrollo: la hipótesis de la afinidad química o reconocimiento molécular y la hipótesis de la actividad neuronal.
      La hipótesis de reconocimiento molecular  sugiere que cada neurona tiene especificada una identidad molecular que le permite ser reconocida por otras neuronas que entran en conexión con ella (Yuste, 1994). A este respecto se ha propuesto que las macromoléculas de la superficie axónica ofrecen lugares de identificación complementarios con respecto a las situadas en la membrana postsinaptica. La sinaptogénesis es un proceso tardío de la diferenciación neuronal, si bien algunas sinapsis aparecen durante fases más tempranas. La hipótesis de la actividad neuronal, destaca la importancia de la actividad neuronal durante el desarrollo, indíca que el patrón de actividad neuronal generado por los estímulos externos podía cambiar las conexiones talamo-corticales, en virtud de la regla según la cual las conexiones que se utilizan quedan asentadas, en tanto que desaparecen las conexiones menos utilizadas.
    Se ha encontrado que la serotonina puede estimular la sinaptogénesis, aumentando el desarrollo de neuropilos y de la sinapsis en neuronas en cultivo. También conviene señalar que durante el establecimiento de la sinapsis, se produce un incremento en el metabolismo oxidativo cerebral y aumenta la síntesis de fosfolípidos y colesterol.
    Se cree que en la sinapsis existe una importante transferencia bidireccional de sustancias esenciales para la supervivencia y normal funcionamiento de las células presinápticas y postsinápticas, como por ejemplo, el factor de crecimiento nervioso (NGF).
    Recientemente se ha demostrado la existencia de grupos coactivos de neuronas que ocupan territorios discretos en cortes de cerebro, estos grupos han recibido el nombre de dominios  neuronales. La co-activación de un dominio puede ser mediado por un  tipo de conexiones entre dendritas de neuronas llamadas uniones comunicantes o de hendidura (gap junctions). Tales uniones son complejos proteínicos que forman un túnel entre dos células cercanas, permitiendo el paso de iones y pequeños metabolitos. Se ha demostrado que las neuronas acopladas eléctricamente entre sí por uniones de hendidura pueden activarse con idéntica eficacia, si no mayor, que las neuronas conectadas por sinapsis. No obstante, se ha podido comprobar que el acoplamiento entre neuronas desaparece al madurar la corteza, coincidiendo esta desaparición con el final del período crítico del desarrollo. En base a estas observaciones, se ha planteado la hipótesis según la cual los dominios neuronales unen entre sí a las células que posteriormente estaran comunicadas con sinapsis habituales. Según este modelo, las uniones de hendidura desaparecen durante el desarrollo y son remplazadas en su función por conexiones sinapticas.
    El funcionamiento integrador del sistema nervioso se basa principalmente en la conectividad existente entre sus elementos básicos: las neuronas. Estas conexiones están determinadas en gran parte por factores genéticos, y una vez que se forman permanecen estables. Sin embargo, cada vez se resalta más el hecho de la posible modificación de las conexiones neuronales. Esta modificación de las conexiones establecidas entre las neuronas se denomina plasticidad neuronal. Los principales cambios plásticos son: modificaciones de las neuronas y sus conexiones como resultado de las interacciones con el medio  durante el desarrollo neuronal postnatal; los cambios en conectividad que ocurren después de un daño cerebral o la plasticidad que ocurre durante el aprendizaje.
2.1.6. Fase VI: Muerte neuronal.
    No se sabe cómo viene determinada la especificidad en la supervivencia de las conexiones sinápticas. Posiblemente, una formación excesiva inicial de conexiones viene seguida por una degeneración de todas, excepto las correctas. Está es la denominada hipótesis de la muerte celular. Durante el desarrollo del SNC se generan un gran número de neuronas que han de ser selectivamente eliminadas.
Las neuronas necesitan determinados factores de crecimiento para sobrevivir, puesto que los niveles de estos factores son muy bajos, las neuronas compiten por ellos, de tal manera, que si no pueden conseguirlos, mueren. Este fenómeno se denomina muerte celular natural . Se han descrito tres clases diferentes de factores de crecimiento por los que compiten las neuronas: el factor de crecimiento nervioso (NGF), el factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF) y la neurotrofina-3 (NT-3). Los tres pertenecen a la familia de factores de crecimiento nervioso.
    La cascada de señales intracelulares implicada en la protección de la muerte apoptótica generada por deprivación de señales de supervivencia.
    La muerte celular programada (PCP; también denominada apoptosis) ocurre de
manera natural durante el desarrollo del sistema nervioso y esta regulada por la
actividad de un conjunto de genes. La muerte por apoptosis se caracteriza por la
existencia de condensación de la cromatina, fragmentación del DNA,
desorganización del citoesqueleto, etc.
    Existen evidencias de que la muerte apoptotica ocurre en diversos estados neuropatológicos como ALS, enfermedades de Parkinson y Alzheimer y como consecuencia de procesos de isquemia en el cerebro. El concepto de que la muerte neuronal que se observa en dichas circunstancias puede ser, en una importante proporción, de naturaleza apoptótica, ha llevado a intentar investigar los mecanismos subyacente en la apoptosis neuronal con el fin de poder diseñar estrategias terapéuticas que logren paliar los efectos de dichas patologías. Para ello, y entre otras estrategias, se han utilizado varios modelos de apoptosis en cultivos neuronales.
    Uno de estos modelos son las neuronas granulares de cerebelo. Se pueden obtener cultivos muy homogéneos de estas células, que solamente logran sobrevivir in vitro si el medio de cultivo contiene una elevada concentración de KCl (>20 mM). A concentraciones de KCl más fisiológicas (<10 a="" apoptosis.="" celulares="" concentraci="" conoce="" de="" despolarizaci="" el="" elevada="" en="" estas="" este="" font="" granulares="" hip="" implicados="" indica="" inducida="" kcl="" la="" las="" los="" mecanismos="" mediante="" menos="" mm="" modelo.="" mueren="" muerte="" muy="" n="" neuronal="" neuronas.="" neuronas="" permite="" poco="" por="" programa="" propuestas="" que="" se="" supervivencia="" tesis="" trabajo="" una="">
alta concentración de KCl provocaría la liberación de peptidos, que actuando a través de sus receptores podrían aumentar la concentración intracelular de AMP cíclico. Este aumento en la concentración de nucleótido cíclico seria un elemento clave en la cascada celular de supervivencia generada por una elevada concentración de KCl.En este sentido, se ha descrito que el PACAP parece tener un afecto anti-apoptotico en este modelo, que estaría mediado por la activación de la adenilato ciclasa y posterior activación de la vía de las quinasas MEK-ERK.

Desarrollo del sistema nervioso

11.1. Gastrulación

    Proceso por el cual la masa celular interna (embriblasto) se convierte en un disco embrionario trilaminar, se inicia al final de la primera semana y termina en la tercera semana con la formación de tres capas germinales primarias: ectodermo, mesodermo y endodermo. La estría primitiva aparece al principio de la tercera semana en la cara dorsal del disco embrionario en su extremo caudal formado por células epiblásticas. A medida que se alarga la estría primitiva, su extremo craneal crece para formar el nudo primitivo. La estría primitiva produce un tejido llamado mesenquima o mesoblasto que originará el mesodermo.

11.2. Proceso notocordal

    Desde el nudo primitivo de la estría primitiva en sentido craneal migran células que forma un cordón celular medial, que crece entre el ectodermo y el endodermo hasta llegar a la placa procordal área circular sitio futuro de la boca (membrana bucofaringea), la membrana colacal se encuentra caudal a la estría primitiva, sitio futuro del ano.

11.3. Notocordio

    Bastón celular que se desarrolla por transformación del proceso notocordal. Hacia finales de la tercera semana se ha formado casi por completo, su  importancia:

• Define el eje primitivo del embrión y le proporciona cierta rigidez.
• Forma el esqueleto axil óseo del adulto (columna vertebral, costillas, esternon y craneo), permanece en el núcleo pulposos de cada disco intervertebral.
• Induce al ectodermo que lo recubre para formar la placa neural (precursor del SNC).

11.4. Neurulación

    Proceso de formación de la placa neural, pliegues y su cierre para la formación del tubo neural. Este proceso termina a finales de la cuarta semana.

11.4.1. Placa neural

    A medida que se desarrolla el notocordio, el ectodermo se engruesa para formar la placa neural que se ensancha en forma craneal y se extiende hacia la membrana bucofaringea. Alrededor del día 18 la placa neural se invagina  a lo largo de su eje central para formar el surco neural, con pliegues neurales a cada lado.

11.4.2. Tubo neuronal

    Hacia el final de la tercera semana, lo pliegues neurales, cercanos a la línea media del embrión, se mueven uno hacia el otro y se fusionan, lo que convierte a la placa en eltubo neural. La formación se inicia en la parte media del embrión y progresa hacia extremo craneal (se cierra más rápido) y caudal. El tubo neural se diferencia en el Encéfalo y la Médula espinal.

11.4.3. Cresta neural

    A medida que se fusionan los pliegues neurales para formar el tubo neural,  algunas células neuroectodérmicas que se encuentran a lo largo de la cresta de cada pliegue pierden sus afinidades y fijaciones con células vecinas. Estás células de la cresta migran hacia los lados del tubo neural una vez que éste se ha separado del ectodermo superficial. Al inicio es una masa aplanada que luego se  separa en partes derecha e izqueirda, migran hacia las caras dorsales laterales  del tubo neural, donde originan los ganglios sensoriales de los nervios raquídeos y craneales Importancia: originan los ganglios raquídeos (ganglios de las raíces dorsales) y los ganglios del sistema nervioso autónomo. Los ganglios de los pares craneales V, VII,IX y X derivan en parte dela cresta neural. Constituyen las vainas de los nervios (células de Schwann) y el recubrimiento del encéfalo y la médula espinal.

11.4.4. Alantoides

    Aparece en la tercera semana como una evaginación o divertículo pequeño en forma de salchichón, de la pared caudal del saco vitelino. Participan en la formación temprana de la sangre y los vasos sanguíneos. Uraco.

11.4.5. Desarrollo de las somitas

    A medida que se desarrolla el notocordio y el tubo neural, el mesodermo  que se sitúa junto a ellos forma columnas longitudinales que conforman el mesodermo paraaxil. Estas columnas se comienzan a dividir en cuerpos cuboides en pares llamadas somitas. El primer par se forma a una corta distancia caudal del extremo craneal del notocordio. Importancia originan la mayor parte del esqueleto axil.

11.4.6. Desarrollo de la médula espinal

    El tubo neural caudal al cuarto par de somitas forma la médula espinal. Se engruesan sus paredes laterales hasta que sólo queda un conducto central diminuto, en la novena semana. La pared del tubo neural está constituida por un neuroepitelio grueso que origina todas las neuronas y células de macroglia de la médula espinal.

• Sustancia blanca: se forma  a partir de la zona marginal del neuroepitelio.
• Axones: crecen a partir de los cuerpos de las células nerviosas de la médula espinal, ganglios raquídeos y encéfalo.
• Neuroblastos: células neuroepiteliales que se diferencian en neuronas primordiales. Forman una zona intermedia entre las zonas ventricular y marginal.
• Células de la microglia: tipo más pequeño de célula neuroglial, se diferencia de las células mesenquimatosas que rodean el SNC.
• Surco limitante: surco longitudinal superficial  formado  por engrosamiento de las paredes laterales de la médula espinal. Delinea la parte dorsal o placa alar (aferente)  de la porción ventral (eferente) o basal.
• Placas alares: forman  la sustancia gris dorsal  en las columnas que se extienden a lo largo de la médula espinal (astas grises dorsales). A medida que crecen las placas alares se forma el tabique dorsal y se reduce el tamaño del conducto central.
• Placas basales:  se forman las astas grises ventrales (columnas) y astas grises laterales (columnas). Los axones de las células de las astas ventrales salen de la médula espinal y forman haces grandes de nervios (raíces ventrales de los nervios raquídeos).
• Cisura media ventral: se forma en la superficie ventral de la médula espinal, al crecer las placas basales que producen un tabique medio ventral.
• Ganglios raquídeos: las neuronas unipolares de los ganglios derivan de las células de la cresta neural. En un inicio los axónes de las células de los ganglios son bipolares, luego se unen los dos procesos en forma de T en procesos central (penetran en la médula espinal y constituyen las raíces de los nervios raquídeos) y periférico (pasan de los nervios raquídeos a terminaciones sensoriales especiales en estructuras somáticas o viscerales).

11.5. Mecanismos causales en la morfogénesis del tubo neural

11.5.1. Etapas de los fenómenos que acaecen durante la neurulación a los distintos niveles de organización biológica

1. Inducción primaria. Transferencia de información. Determinación tisular y regional. Elongación notocordal.
2. Reordenamiento supranotocordal. Migración topogenética. Patrones divisionales.
3. Muerte celular.
4. Inhibición hídrica. Ordenación microtubular. Polimerización de subunidades. Transporte. Elongación celular.
5. Pérdida de adhesividad basal.
6. Incremento de adhesividad apical. Microfilamentos. Constricción apical Ca⁺². Actina estructura desmosómica primitivas.
7. Blebbing (?). Glicoproteínas. Surface cell coat.
8. Descenso del núcleo.
9. Célula en botella. Liberación de las fuerzas tensionales del ectodermo. Elevación  y acercamiento de rodetes neurales.
10. Mecanismo superficial de cierre. Lamelepodios. Filopodios. Top cells. CAM (cell adhesión molecules).
11. Matriz extracelular. Hialuronatos. Glucosaminoglicanos.

11.5.2. Síntesis de proteínas durante el desarrollo del SNC

    Los mecanismos celulares y subcelulares no están definidos con precisión, el Sistema Nervioso es heterogéneo de región a región en cuanto al momento del desarrollo de sus distintos tipos de células y la interacción tan compleja que existe entre ellas.
Esquema general aplicable a todas las especies:

• Organogénesis y multiplicación neuronal.
• Período crítico ( las injurias producidas pueden ser perdurables)
• Crecimiento axonal y dentrítico, multiplicación glial y mielinización.
• Crecimiento de tamaño.
• Maduración, tamaño adulto.
• Envejecimiento.

    Existen especies de mamíferos cuyo desarrollo del sistema nervioso es prenatal: nacen con el cerebro totalmente desarrollado (ej. cobaya) se clasifican como especies precoces. Otros mamíferos cuyo desarrollo del sistema nervioso se complementa en la etapa postnatal: la división celular se prolonga hasta las primeras fases del período postnatal, y la diferenciación celular tiene lugar a partir de ese momento, se clasifican como especies no precoces.

11.5.2.1. Etapas de la biosíntesis de proteínas

• Iniciación: La subunidades ribosomales se unen al extremo 5´ terminal del mRNA por la acción de diferentes componentes  protéicos.
• Elongación: El ribosoma se desplaza a lo largo de la molécula del mRNA y se sintetiza la proteína codificada en el mensajero.
• Terminación: La cadena polipeptídica y el mRNA se separan del ribosoma.

INICIACIÓN:  Consta  de cinco pasos.
1. Disociación del Ribosoma:
Participantes.  Factores de inicio: eIF-3, eIF-1 A, subunidad 40 S
Acción: unión de factores de inicio y subunidad 40S.
Producto: disociación del ribosoma 80S en subunidades 40S y 60S e impide su unión . La unión de eIF-3 evita que se unan.
2. Formación del complejo ternario:
Participantes. GTP, IF-2,met-tRNAi, codón de inicio AUG.
Producto: eIF-2 metil-tRNA-GTP.
Factores desestabilizadores: Co-eIF-2ª y GEF (factor intercambiador de nucleótidos.
Factor reciclador: eIF-2   convierte de  factor inactivo eIF-2.GDP en activo eIF-2.GTP.
3. Interacción del complejo ternario con la subunidad ribosomal 40 S:
Participantes: Complejo ternario, subunidad ribosómica 40S, IF-3 y eIF-1A  (estabiliza).
            Producto:  formación del complejo de preiniciación.
4. Unión del mRNA al complejo de preiniciación:
Participantes: mRNA, complejo de preiniciación
Dependiente de :  ATP y otros factores eIF-4 A, eIF-4B, eIF-4E ó CBPI y eIF-4F ó CBPII  participa en el reconocimiento y unión del mensajero.
Producto: nuevo complejo de preiniciación.
5. Unión a la subunidad 60S:
Participantes: Nuevo complejo de preiniciación , subunidad 60S, eIF-5
Acción: el eIF-5 reacciona con el complejo 40S hidroliza  GTP , lo separa de eIF-2.GDP, PI y el eIF-3.
Producto: formación del ribosoma 80S. met-tRNA está en el sito P del ribosoma.

ELONGACIÓN: consta de 3 fases.
1. Adherencia del aminoacil-tRNA al sitio A:
 Participantes: aminoacilo- tRNA, sitio A del ribosoma 80S, eEF-1 alfa (factor
 de elongación)
 Acción: el eEF-1 alfa se une  al  aminoácilo-tRNA . se libera eEF-1 alfa  GDP
 que luego se regenera a eEF-1 alfa GTP con ayuda  de otros factores   proteíni-
 cos solubles.
2. Formación del enlace peptídico:
Enzima: peptidil-transferasa de la subunidad 60S. Acción:  El extremo de la cadena polipeptídica se suelta del tRNA unido  al sitio  P y se une por un enlace  peptídico con el grupo amino del aminoácido  unido a la molécula de t-RNA situada en el sitio A.
3. Traslocación:
Participantes: Peptidil-tRNA recien formado en el sitio A, eEF-2  (factor de alargamiento), GTP. Acción:  el peptidil-tRNA en el sitio A se trasloca al sitio P por eEF-2 y GTP.

TERMINACIÓN: consiste en la aparición del codón sin sentido o terminal del mRNA (UUA, UAG, UGA) en el sitio A  y la unión del factor de terminación(RF) al codón.  Impidiendo  la peptidiltransferasa, no se produce enl enlace peptídico. Producto: Liberación de la cadena polipeptídica y con  ayuda del  factor eIF-3, la  separación
del tRNA y de las unidades 60S y 40S.

11.5.2.2. Regulación de la síntesis de proteínas durante el desarrollo
 

• La síntesis de proteínas decae durante el desarrollo:  La síntesis es máxima en la fase perinatal del desarrollo cerebral, y disminuye durante el desarrollo postnatal hasta alcanzar los valores del adulto.
• Alteración a nivel de los aminoácidos:  Los aminoácidos esenciales están    elevados durante el desarrollo fetal y el período perinatal y disminuya durante el desarrollo postnatal hasta los niveles normales.
• Niveles de tRNA y actividad de aminoácil-tRNA sintetasa: Los niveles de sintetasas y t-RNA cerebral no juegan un papel importante en la regulación de la síntesis de proteínas, los niveles in vivo de aminoacil-tRNA, no coinciden con los cambios en la concentración de aminoácidos durante el desarrollo.
• Actividad Ribosomal: Pequeños cambios en la composición  del ribosoma como la fosforilación de alguna proteína constitutiva, o de algún factor debilmente asociado pueden alterar la síntesis de proteínas y dar razón de la diferente agregación de los ribosomas en las diferentes fases del desarrollo cerebral.
• Incorporación de formil-metionil-tRNA a proteínas: es un donador del aminoácido iniciador en sistemas procariotas. Este aminoácido N.terminal no es reconocido por la proteasa N-terminal eucariota responsable de la separación  del oligopeptido N-terminal que queda unido a la proteína y no  se produce elongación. La iniciación in vitro disminuye durante el desarrollo cerebral de una forma análoga a la síntesis de la proteína global.
• Formación de complejos ternarios:  disminuye durante el desarrollo cerebral en las fracciones de factores crudos de iniciación cIF, paralelamente se produce un incremento con la edad en la formación de complejos ternarios en la fracción citosólica.
• Regulación de la elongación: existen varios inhibidores de la síntesis de proteínas que interfieren en la actividad del factor de elongación (EF-1)que actúa en la unión del aminoacil-tRNA al sitio A).

11.5.2.3. Regulación de la iniciación

1. El reticulocito como modelo
Carácterísticas: El  lisado de reticulocito carece de mitocondrias para sintetizar hemo,  la síntesis de proteínas depende de hemo. El reticulocito no tiene núcleo, la estimulación de la síntesis de proteínas por hemo se produce a nivel de traducción.
2. Naturaleza del inhibidor controlado por hemo.
Inhibidores: ausencia de hemo, adición de HCL (Inhibidor controlado por hemo) en presencia de hemo.
Acción: inhibición de la traducción, disociación de polisomas, marcada disminución en la formación de complejos de iniciación 40S.
Revertidor: eIF-2 (factor de iniciación), disminución de la concentración de tRNA de doble cadena (proteína quinasa independiente de AMP cíclico que fosforila la subunidad alfa del factor eIF-2)
3. Regulación de la fosforilación del factor eIF-2: realizada por factor  de intercambio entre GDP  y GTP (GEF). Términos de  la regulación de la iniciación en reticulocitos:

• Cuando un ribosoma 80S se ha formado, se produce hidrólisis de GTP y se liberan al medio los factores eIF-2, GDP y el eIF-3.
• A concentraciones fisiológicas la afinidad  de eIF-2 por el GDP es 100 veces > GTP formándose  eIF-2.GDP.
• Ausencia de hemo o presencia de tRNA de doble cadena, se libera al medio eIF-2 alfa P y acompleja al GEF produciendo dos factores inactivos: eIF-2 alfaP.GEF y el IF-2.GDP, incapaz de intercambiar el GDP en condiciones fisiológicas.

11.5.2.4. Regulación de la iniciación durante el desarrollo cerebral

    Se realizó un estudio de la iniciación de síntesis de proteínas durante el desarrollo cerebral. Animales utilizados ratas, de diferentes edades 4-10 días (lactantes) síntesis de proteínas muy activa y ratas de 60 días (adultos) se ha completado la maduración del cerebro y la síntesis protéica es menos activa.

1. Purificación del factor eIF-2.  Técnica : fracción ribosomal lavada con KCL 0,5 M.
    Existe una falta de correlación entre  actividad del  factor en las fracciones crudas y purificadas, el comportamiento  funcional  es  diferente  para ambos  factores, debido a diferencias en la composición de las especies moleculares del eIF-2 de las fracciones de partida.
    Factor  de animales jóvenes tenía > pureza que la del factor de  animales  adul-
         Pero el último tenía mayor actividad que el primero.
2. Heterogeneidad del factor:  eIF-2 constituido por mezclas de diferentes especies moleculares de dicho factor:eIF-2 libre, eIF-2.GDP, eIF-2 alfa P.GEF. La actividad de iniciación depende de la proporción relativa de las diferentes especies del factor.
Se realizaron dos tipos de experimento para  estudiar las distintas especies de eIF-2 en las fracciones de animales lactantes y adulto.  1. Formación de complejos binarios con GDP y posteriormente desplazamiento con GDP o GTP.  2. Estimulación de la formación de complejos ternarios con el factor GEF.
Conclusión: el factor obtenido a partir de animales lactantes contenía una relación eIF-2 GDP/eIF-2 > que el obtenido a partir de animales adultos
La cantidad de factor GEF recuperada es también mayor en los animales lactantes. Mayor síntesis de proteínas observada en la fraccción cruda de factores de iniciación de éstos animales.
3 Solubilidad del factor GEF: Se mide la actividad GEF tanto en las fracciones crudads   de factores de iniciación como en las solubles de ambos animales lactantes y adultos. La actividad de GEF es mayor en la fraccción citosólica de los animales adultos y en la fracción ribosómica  en los lactantes.
4 Fosforilación del factor de iniciación 2: Un estudio de la fracción protética asociada as ribosomas de animales lactantes y adultos mostr{o: mayor cantidad de proteínas en los animales lactantes por un mayor contenido en los ribosomas. La cantidad de proteínas por unidad de RNA era mayor en adultos. Un ribosoma adulto dispone de mayor cantidad de proteínas reguladoras.

11.5.2.5. Esquema general de la regulación

- Al completarse el ciclo de iniciación con la formación de un ribosoma funcional 80S.
- Se libera el eIF-2.GDP.
- El GEF intercambia GDP por GTP y permite que el complejo binario entre de nuevo al ciclo.
- En la fraccción ribosómica de animales lactantes, la concentración del complejo binario y la del GEF es mas alta que en animale adultos esto explica la mayor actividad de biosíntesis.
- El factor eIF-2 fosforilado en su subunidad a, forma el complejo eIF-2 a P GEF se solubiliza y detecta en la fracción citosólica.
- La actividad histona quinasa es mayor en la fraccción soluble de estos animales su actividad biosintética es menor.
- Su hipótesis sugiere que la disminución de la velocidad de iniciación de la síntesis de proteínas en el desarrollo cerebral de la rata está determinada por un paulatino incremento de actividad eIF-2 a quinasa, capaz de unir GEF y desprenderse del ribosoma.