Formación Del Ojo En Drosophila Y Humanos

Inducción del fotorreceptor en Drosophila

La retina de Drosophila consiste en cerca de 800 unidades denominadas omatidios (Fig. 1). Cada omatidio está compuesto por 20 células organizadas en un patrón preciso. Ocho de estas células son fotorreceptores; el resto son células del cristalino.

Fig. 1. Microfotografía electrónica de barrido de un ojo compuesto de Drosophila. Cada faceta es un único omatidio. Las células sensoriales se proyectan a partir de cada omatidio

El ojo se desarrolla en la capa epitelial plana del disco imaginal del ojo de la larva. No hay células directamente por arriba o por debajo de esta capa, de modo que las interacciones están reducidas a las células vecinas en el mismo plano. La diferenciación de estas células epiteliales organizadas azarosamente a células fotorreceptoras de la retina y a tejido del cristalino circundante se produce durante el último (tercer) estadío larval. Se forma una indentación en el margen posterior del disco imaginal y su surco morfogénico comienza a viajar avanzando hacia el margen anterior del epitelio (Fig. 2). El movimiento del surco depende de las interacciones entre dos factores paracrinos Hedgehog y Decapentaplegic. Hedgehog es expresado por las células inmediatamente posteriores al surco (es decir, aquellas que se acaban de diferenciar), y éste induce la expresión de la proteína Decapentaplegic dentro del surco (Bard, 1990). Por lo tanto, cuando las células de la retina comienzan a diferenciarse detrás del surco, secretan la proteína Hedgehog, que conduce al surco anteriormente (Brown et al 1995).

Fig. 2. Diferenciación de los fotoreceptores en el ojo compuesto de Drosophila. El surco morfogénico (flecha) cruza el disco imaginal desde el posterior (izquierda) hacia el anterior (derecha). A. Microfotografía confocal de un disco imaginal de ojo-antena larval tardío triplemente marcado, mostrando la expresión de hairy (en verde) por delante del surco morfogenético (flecha). Dentro del surco la proteína Ci (rojo) es expresada como consecuencia de la expresión de Hedgehog. (Ésta activará al gen decapentaplegic) La proteína neural específica 22C10, es teñida de azul en los fotoreceptores que están diferenciándose detrás del surco morfogenético. (La línea azul horizontal de tinción es el nervio de Bolweg.) B. Detrás del surco las células se diferencian en una secuencia específica. La primera célula en diferenciarse es R8 (mostrada azul). R8 parece inducir la diferenciación de de R2 y R5, y una cascada de inducción continúa hasta que se ha diferenciado el receptor de R7.

Cuando el surco morfogénico pasa a través de una región de células, estas comienzan a diferenciarse en un orden específico. La primera célula en diferenciarse es el fotorreceptor central R8 (Hsiung & Moses, 2002), y el fotorreceptor R8 expresa el factor de transcripción Atonal (al igual que las neuronas de la retina en vertebrados). Se piensa que la célula R8 induce a la célula anterior a ésta y a la posterior a ésta (con respecto al surco) a convertirse en los fotorreceptores R2 y R5 respectivamente. Los fotorreceptores R2 y R5 son funcionalmente equivalentes, de modo que la señal desde R8 es probablemente la misma para ambas células. Las señales a partir de estas células inducen a cuatro células adyacentes más a convertirse en los fotorreceptores R3, R4 y luego en R1 y R6. Por último aparece el fotorreceptor R7. Las otras células alrededor de estos fotorreceptores se convierten en células del cristalino. La determinación del cristalino es la condición “por defecto” si las células no son inducidas.

Desarrollo molecular

Han sido encontradas una serie de mutaciones que bloquean alguna de las etapas de la cascada de inducción. Las mutaciones en el gen sevenless (sev) o en el gen bride de sevenless (boss) pueden, cada una de ellas, impedir la diferenciación de la célula R7 a fotorreceptor y en su lugar, se convierte a una célula del cristalino. El análisis de estas mutaciones ha mostrado que ellas afectan los procesos inductivos. El gen sev es requerido en la célula R7 misma. Si se producen embriones mosaico de modo tal que algunas de las células del disco imaginal del ojo son heterocigotas (normal) y algunas son homocigotas para la mutación sevenless, el fotorreceptor R7 se desarrolla solamente si el precursor celular de R7 tiene el alelo sev tipo salvaje. Los anticuerpos para la proteína sevenless la han encontrado en la membrana celular, y la secuencia del gen sev sugiere que éste codifica una proteína de transmembrana con un sitio de tirosina-quinasa en su dominio citoplasmático. Este hallazgo es consecuente con el hecho de que la proteína es un receptor para la seña RTK.

La señal que le indica al precursor R7 a diferenciarse en un fotorreceptor R7 viene de una proteína codificada por el gen boss tipo salvaje. Las moscas homocigotas para la mutación boss también carecen de fotorreceptores R7. Los estudios en los mosaicos genéticos en los que algunas de las células del disco imaginal del ojo son normales y algunas son homocigotas para la mutación del gen boss muestran que el gen boss tipo salvaje no es necesario en el precursor de R7 mismo. En su lugar, el fotorreceptor se diferencia solamente si el gen boss tipo salvaje es expresado en la célula R8. Por lo tanto, el gen boss codifica una proteína cuya existencia en la célula R8 es necesaria para la diferenciación de la célula R7.

En realidad, la proteína Boss es el ligando para el RTK Sev. Boss probablemente funciona de un modo yuxtacrino (permanece unido a la célula R8), con su dominio de unión extracelular para el dominio extracelular de Sev. En los ojos de Drosophila, la cascada de RTK iniciada por la unión de Boss a Sev activa el factor de transcripción Sevenless-Absentia (Sina), cuya actividad es necesaria para diferenciación del fotorreceptor R7 (Dickinson et al 1992). Una vez que R7 es inducido, este induce recíprocamente la expresión la expresión de las proteínas opsina en la célula R8. Un resumen de algunas de las inducciones célula-célula en la retina de Drosophila (Fig. 3) muestra que las células individuales para crear la precisa organización de las células en tejidos específicos.

Fig. 3. Resumen de los principales genes que se conoce están involucrados en la inducción de los fotoreceptores en Drosophila. Para que el desarrollo continúe más allá de la diferenciación de los fotoreceptores R8, R2 y R5, el gen rough (ro) debe estar presente en las células R2 y R5. Para la diferenciación del fotorreceptor R7, el gen sevenless (sev) tiene que estar activo en la célula precursora de R7, mientras que el gen bride de sevenless debe estar activo en el fotorreceptor R8.

Desarrollo del ojo humano

Cúpula óptica y vesícula del cristalino

La primera manifestación aparece a los 22 días como dos surcos poco profundos a ambos lados del cerebro anterior (Fig. 4A). Cuando se cierra el tubo neural los surcos producen evaginaciones del cerebro anterior denominadas vesículas ópticas. Estas vesículas se ponen en contacto con el ectodermo superficial e inducen en él la formación del cristalino (Fig. 4B) Poco después la vesícula óptica comienza a invaginarse y forma la cúpula óptica de pared doble (Fig. 4C). Las capas interna y externa de esta cópula están separadas en un principio por una luz, el espacio intrarretiniano (Fig. 5C), que poco después desaparece y las dos capas se yuxtaponen. La invaginación no está restringida a una porción central de la cúpula sino que comprende también una parte de la superficie inferior donde se forma la fisura coroidea. La formación de esta fisura permite a la arteria hialoidea llegar a la cámara interna del ojo. Durante la séptima semana, los labios de la fisura coroidea se fusionan y la boca de la cúpula se transforma en un orificio redondo, la futura pupila.

Fig. 4. A. Corte transversal que pasa por el cerebro anterior del embrión a los 22 días (14 somitas aproximadamente) donde se aprecia la aparición los surcos ópticos. B. Corte transversal por el cerebro anterior de un embrión de 4 semanas en el cual se muestran las vesículas ópticas en contacto con el ectodermo superficial. Nótese el pequeño engrosamiento del ectodermo (placoda del cristalino) C. Corte transversal a través del cerebro anterior de un embrión de 5 semanas que muestra la invaginación de la vesícula óptica y la placoda del cristalino D. Micrografía electrónica de barrido que muestra una vista frontal de un embrión de ratón en un período similar al que se muestra en B. E. Micrografía electrónica de barrido de un embrión de ratón durante la formación de la vesícula óptica.

Fig. 5. Vista ventrolateral de la cúpula óptica y el pedículo óptico de un embrión de 6 semanas. La fisura coroidea situada en la cara inferior del pedículo óptico se adelgaza gradualmente. B. Corte transversal por la línea indicada en A, para mostrar la arteria hialoidea en

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