Neuroanatomía

embriología del sistema nervioso

Introducción

Los procesos de inducción, migración y diferenciación celular que se llevan a cabo durante la formación del tejido nervioso generan un sistema altamente organizado capaz de proporcionar al nuevo ser una eficiente red de comunicación con gran respuesta adaptativa y con la peculiaridad de responder autónomamente a estímulos físicos y químicos originados tanto en el medio interno como en interno. De esta manera, el sistema nervioso central (SNC) permite integrar y controlar las diferentes funciones del organismo.
Si se observa la evolución de las especies, la centralización de la información es uno de los principios básicos de la organización de los seres vivos, y es el SNC el encargado de asumir tales funciones. Un conocimiento básico de la embriología ayuda a comprender de mejor manera las intrincadas interrelaciones de los distintos componentes del SNC.

Desarrollo del Tubo Neural

El sistema nervioso comienza su desarrollo embriológico en la tercera semana,19 días de gestación (embrión de aproximadamente 1,5 mm. de longitud). Este proceso se llama neurulación y ocurre en la línea media de la región dorsald el embrión, entre la membrana bucofaríngea y el nodo primitivo.
(foto1,foto11) Este período abarca desde el proceso de inducción notocordal hasta el cierre del neuroporo caudal. He aquí una breve descripción de estos procesos:
Al comenzar la tercera semana, la notocorda (foto 2) en desarrollo y el mesodermo adyacente estimulan al ectodermo que está encima de ellos (foto 10). Este complejo proceso de inducción notocordal hace que tejido ectodérmico (neuroectodermo) se engruese, formándose así la placa neural (foto 3) . Actualmente, se han identificado varios tipos de moléculas que actúan como señales en los procesosde inducción y diferenciación del SNC. Así por ejemplo la interacción entre BMP (bone morphogenetic protein), cordina y ácido retonoico determinan la inducción y diferenciación selectiva de ectoderma que forma piel , tubo neural cefálico y tubo neural mas caudal. La inducción neural trae como consecuencia una sobreproducción inicial de células nerviosas. Se ha demostrado que a tal período prosigue otro de muerte celular programada o apoptosis, lo que determina la cantidad total de neuronas que el individuo tendrá durante su vida.
Una vez completado el proceso inductivo, la placa neural se alarga desde su sitio de origen craneal al nodo primitivo hasta la membrana bucofaríngea. Alrededor del día 19 del desarrollo los bordes laterales de la placa neural se elevan y forman los pliegues neurales (foto 4); la porción media entre los pliegues neurales forma el Surco neural (foto 5)Hacia el final de la tercera semana los pliegues neurales se elevan aún más, se acercan y se fusionan irregularmente en la línea media formando el tubo neural (foto 6,foto 7). La fusión empieza en la región cervical y sigue hacia cefálico y caudal. Mientras ocurre la fusión, los bordes libres del ectodermo superficial se separan del tubo neural  (foto 8). Posteriormente, ambos bordes se unen y forman una capa continua en la superficie que dará origen al epitelio epidérmico (foto9, foto 1).
Debido a que la fusión de los pliegues neurales no ocurre simultáneamente a lo largo de ellos, la luz del tubo neural comunica con la cavidad amniótica en sus extremos cefálico y caudal a través de los neuroporos craneal (anterior) y caudal (posterior)Foto 7. El cierre del neuroporo craneal Foto 12 se realizainicial el día 25 (período 18-20 somitos). El neuroporo caudal se cierra eldía 27 (período de 25 somitos). El cierre de ambos neuroporos coincide con el establecimiento de la circulación sanguínea hacia el tubo neural.
Mientras los pliegues neurales se acercan a la línea media para fusionarse, un grupo de células neuroectodérmicas ubicadas en la cresta de cada pliegue (cresta neural) pierden su afinidad epitelial con las células de la vecindadFoto 13. La migración activa de las células de la cresta neural(Foto 14,foto 16) desde las crestas hacia el mesodermo adyacente transforma el neuroectodermo en una masa aplanada e irregular que rodea al tubo neural. Este grupo celular dará origen a un conjunto heterogéneo de tejidos de gran importancia: ganglios de la raíz posterior, ganglios autónomos, ganglios de los pares craneales V, VII, IX, X, células de Schwann, las leptomeninges (aracnoides y piamadre), melanocitos, médula suprarrenal, odontoblastos. En consecuencia, el tubo neural será el que se convertirá por diferenciación en encéfalo y médula espinal, mientras que las crestas neurales formarán la mayor parte del sistema nervioso periférico.
Luego del cierre completo del tubo neural, comienza el desarrollo del mismo. El extremo cefálico del tubo neural se dilata y origina 3 vesículas encefálicas primarias:
-Prosencéfalo (cerebro anterior)
-Mesencéfalo (cerebro medio )
-Rombencéfalo (cerebro posterior)
El tercio caudal del tubo se alarga y su diámetro se acorta para formar la médula espinal.
El neurocele se estrecha y pasa a formar el canal central (del epéndimo) de la médula espinal que se continúa con la cavidad de las vesículas encefálicas. La cavidad del rombencéfalo es el Cuarto ventrículo, la del diencéfalo el Tercer ventrículo y la de los hemisferios cerebrales losVentrículos laterales. Tercer y cuarto ventrículos se comunican por la luz del mesencéfalo que se torna estrecha y origina el Acueducto cerebral (de Silvio). Los ventrículos laterales se comunican con el Tercer ventrículo por los agujeros interventriculares (de Monro)Foto 15.

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.

El tubo neural es una estructura presente en el embrión, del que se origina el sistema nervioso central. De forma cilíndrica, el tubo neural se deriva de una región específica del ectodermo llamada placa neural, la que aparece al inicio de la tercera semana de la concepción por medio de un proceso llamado neurulación.

Desarrollo

Inmediatamente sobre la notocorda, el mesodermo se engruesa para formar la placa neural. Los bordes de esta placa sobresalen, se pliegan y se unen por encima formando un largo tubo: el tubo neural. Este tubo da lugar a la mayor parte del sistema nervioso, anteriormente se ensancha y se diferencia en el encéfalo y los nervios craneales; posteriormente forma la médula espinal y los nervios motores. La mayor parte del SNP deriva de las células de la cresta neural, que emigran antes de que el tubo neural se cierre. En la cresta neural se originan los nervios craneales, células de pigmento, cartílago y huesos de la mayor parte del cráneo, incluidas las mandíbulas, ganglios del SNA, médula de las glándulas adrenales.

Neurulación

En la neurulación una vasta región central de ectodermo, denominada placa neural, se engruesa, se enrolla en un tubo y se desprende del resto de la hoja celular. Este tubo surgido del ectodermo se llama tubo neural, formará el cerebro y la médula espinal.

La mecánica de la neurulación depende de los cambios en el empaquetamiento y forma celulares que hacen que el epitelio se enrolle en un tubo. Unas señales inicialmente procedentes del Organizador y más tarde de la notocorda subyacente y del mesodermo definen la extensión de la placa neural, inducen los desplazamientos responsables del enrollamiento y ayudan a organizar el patrón interno del tubo neural. Concretamente, la notocorda segrega la proteína Sonic hedgehog, una homóloga de la proteína señal Hedgehog de Drosophila, que actúa como morfógeno controlando la expresión génica en los tejidos vecinos.

Embriología animal

Casi siempre las neuronas se producen asociadas con células gliales, las cuales constituyen el armazón de soporte y generan un medio cerrado y protector en el que pueden desempeñar su función. En todos los animales, ambos tipos celulares surgen del ectodermo, normalmente como células hermanas de un precursor común. Así, en los vertebrados las neuronas y las células gliales del SNC derivan de un parte del ectodermo que se enrolla formando el tubo neural, mientras que las del SNP derivan sobre todo de la cresta neural.

El tubo neural está formado inicialmente por un epitelio monoestratificado. Las células epiteliales son las progenitoras de las neuronas y de la glía. Mientras se generan estos tipos celulares, el epitelio se engruesa y se transforma en una estructura más compleja. Las células progenitoras y, más tarde las células gliales, mantienen la cohesión del epitelio y forman un armazón que atraviesa todo su grosor. Las neuronas recién nacidas migran y envían sus axones y sus dendritas a lo largo y entre estas células.

Las proteínas señal, secretadas por la zona dorsal y ventral del tubo neural, actúan como morfógenos opuestos, haciendo que las neuronas nazcan en diferentes niveles dorsoventrales expresando diferentes proteínas reguladoras de genes. También existen diferencias a lo largo del eje cabeza-cola, reflejando el patrón anteroposterior de expresión de los genes hox y las acciones de otros morfógenos. Además, las neuronas continúan generándose en cada región del SNC, durante muchos días, semanas o meses, lo cual aumenta aún mucho más su diversidad, ya que las células adoptan diferentes caracteres de acuerdo con su fecha de “nacimiento”, el momento de la mitosis terminal que marca el comienzo de la diferenciación neuronal^{[cita requerida]}.

Diferenciación

La diferenciación del tubo neural se produce simultáneamente a nivel anatómico, a nivel tisular y a nivel celular.¹ A nivel anatómico tanto el tubo neural como su cavidad sobresalen y se estrechan para formar las cavidades de la médula espinal y del cerebro. A nivel tisular, las células dentro de la pared del tubo neural se reubican formando las diferentes regiones del sistema nervioso central. Finalmente, a nivel celular, se da el proceso de diferenciación celular en el que las células neuroepiteliales se diferencian en neuronas y células gliales.¹

Eje anteroposterior

En el tubo neural temprano, la porción más anterior se dilata en tres vesículas primarias: el cerebro anterior (prosencéfalo), el cerebro medio (mesencéfalo) y el cerebro posterior (rombocéfalo).¹

Desarrollo temprano del cerebro humano

El prosencéfalo, a su vez se subdivide en telécefalo (anterior) y diencéfalo (caudal). El telencéfalo formará los hemisferios cerebrales, hipocampo y lóbulos olfatorios. Por su parte, el destino del diencéfalo será formar la retina, el epitálamo, el tálamo y el hipotálamo.² El mesencéfalo no se subdivide y su cavidad se convierte en el cerebro medio. El rombocéfalo se subdivide en elmielencéfalo (posterior) y en el metencéfalo (anterior). El mielencéfalo llega a ser el bulbo raquídeoy el metencéfalo da origen tanto al cerebelo como al puente troncoencefálico.² El rombocéfalo se divide en cavidades pequeñas llamadas rombómeras. Cada rombómera tiene un destino de desarrollo diferente. De estas estructuras se originarán ganglios y nervios craneales.¹

Todo el establecimiento del eje anteroposterior del sistema nervioso central es dirigido por una serie de genes que incluyen a los complejos de genes Hox.¹

Eje dorsoventral

El tubo neural está polarizado a lo largo del eje dorsoventral. En la región ventral se ubican las neuronas motoras, mientras que en la región dorsal se encuentran las neuronas comisurales que envían axones a través de la médula espinal. Dicha polaridad es inducida por señales provenientes de tejidos adyacentes.³ El patrón ventral es inducido por la notocorda, mientras que el patrón dorsal es provocado por laepidermis.¹

Esta especificación es disparada por dos factores paracrinos principales. El primero es la proteína, originada desde la notocorda y el segundo es un grupo de proteínas TGF-β provenientes del ectodermo dorsal. induce a las células bisagra mediales a convertirse en la placa del piso del tubo neural (región ventral). Una vez diferenciadas, las células de la placa del piso también secretan, creando un gradiente donde la concentración más fuerte se encuentra en la parte más ventral. La región dorsal es establecida por proteínas de la superfamilia TGF-β, específicamente BMP4 y BMP7. Tan pronto se establecen las células de la placa del suelo sobre el lado ventral, la epidermis genera un centro de señalización secundario induciendo la expresión de BMP4 en las células de la placa del techo del tubo neural. A su vez, BMP4 desde la placa del techo induce una cascada de proteínas TGF-β en las células adyacentes. De esta manera, diferentes grupos de células son expuestos a distintas concentraciones de las proteínas TGF- β a diferentes tiempos (lo más dorsal es expuesto a más factores en altas concentraciones y en tiempos tempranos).¹

Estos determinantes paracrinos interactúan para generar la síntesis de distintos factores de transcripción a lo largo del eje dorsoventral del tubo neural. Las células adyacentes a la placa del piso reciben altas concentraciones de y bajas concentraciones de TGF-β, como resultado, sintetizan factores de transcripción Nkx6.1 y Nkx2.2 convirtiéndose en neuronas ventrales (V3). Las células dorsales son expuestas a menos y a más de TGF-β, por lo que sintetizan factores de transcripción Nkx6.1 y Pax6. Finalmente, los dos grupos de células que reciben progresivamente menos se convierten en las interneuronas V2 y V1.