Homología genética y del desarrollo en sesos amniota. Hacia conciliar las vistas radicales de evolución cerebral

Homología genética y del desarrollo en sesos amniota. Hacia conciliar las vistas radicales de evolución cerebral

Francisco Aboitiz

Resumen

El neocórtex de seis capas es a la vez un único y un carácter universal de los mamíferos. Históricamente, una preocupación importante ha sido para determinar sus orígenes filogenéticos mediante el establecimiento de los que las estructuras, en su caso, se corresponden a la misma en el cerebro de otros vertebrados. Dos hipótesis opuestas han sido objeto de debate en los últimos años: (i) el neocórtex corresponda en su totalidad desde el hemisferio dorsal de reptiles ancestrales, y (ii) una gran parte de ella se origina en el hemisferio lateral, de una estructura denominada la cresta dorsal del ventrículo (DVR), que amplía de forma significativa en los reptiles y sobre todo en las aves. Mientras que la evidencia del desarrollo y genética favorece fuertemente un origen dorsal de la neocorteza, hay similitudes importantes en la conectividad sensorial a la corteza cerebral y en el DVR, y más recientemente, en el fenotipo de los elementos producidos finales en ambas estructuras. Se propone que, a pesar originarios de diferentes dominios de embriones, la expansión proliferativa tanto de la corteza cerebral de los mamíferos y el DVR sauropsidian se basa en parte en la amplificación de los programas de desarrollo similares, dependientes posiblemente en la actividad Pax6 o de cascadas relacionados que promueven la proliferación de las células progenitoras. Mientras que la actividad Pax6 ya está presente en el bios Ian palio, propongo que en algún momento (s) en la evolución amniota se ha upregulated produciendo la expansión del cerebro en ambos saurópsidos y mamíferos. Sin embargo, en este último se ha producido un izing dorsal-adicional influencia que contribuye al desarrollo de la corteza cerebral y la restricción de la expansión del hemisferio lateral. Por último, se sugiere una contribución significativa a los orígenes neocortical por los centros de señalización anterior secretan FGF, en virtud de su asociación con el desarrollo olfativo y sus funciones terning PAT- corticales. Este punto de vista fi ts una visión dinámica de homología cerebro, donde en lugar de buscar una correspondencia uno a uno entre los componentes, se pone énfasis en los cambios en la modulación de los centros de señalización conservados y sus gradientes de morfogénesis correspondientes a través de especies.

1. Introducción

La identificación de las estructuras homólogas a la neocorteza de seis capas de los mamíferos se ha demandado para ser uno de "el problema thorni- EST (s) de la neurobiología comparada" [95]. No menos importante, esto es debido a la sustancial diversi fi cación del cerebro entre las clases dife- rentes de vertebrados, lo que hace muy difícil comparar los diferentes núcleos y componentes cerebrales en especies distintas. Más específicamente, en saurópsidos (reptiles y aves), que se taxonom camente el grupo hermano de los mamíferos, el cerebro tiene una corteza de tres capas rudimentaria (al menos en los reptiles) y desarrolla una gran masa nuclear en el ventrículo lateral, denominada ventrículo dorssal (DVR, ver Fig. 1). En las aves, el equivalente a la corteza dorsal reptil es la hyperpallium, mientras que los componentes anteriores de la DVR se denominan nidopallium y mesopallium, y el DVR terior posesión es la arcopallium. La determinación de cuál, si alguna, de estas estructuras corresponde a la neocorteza del mamífero ha sido la cuestión de uno de los debates más largos de neurobiología evolutiva. Dos propuestas principales han sido recientemente abordadas en este sentido: mientras que algunos argumentan que una gran parte de la neocorteza correspondiente responde a la DVR anterior de reptil / aviar [27,28,66-68], otros afirman que el neocórtex se deriva enteramente de la corteza de reptil dorsal (hyperpallium de las aves) [5,6,23,24,63,120,121].

Los defensores de la hipótesis de "corteza dorsal" han encontrado un fuerte apoyo embriológico que indica que el DVR aviar y reptiles, así como partes del complejo claustroamygdalar de mamíferos, se originan en el hemisferio cerebral lateral (el palio ventral - VP); mientras que la corteza dorsal de reptil, el palio hiper aviar y la corteza cerebral de los mamíferos se derivan de la cara dorsal de la vesícula cerebral (el palio dorsal - DP, ver Fig. 2) [84,89,102,104,105,117,123,125]. Por otro lado, los proponentes de la hipótesis de la "cresta dorsal del ventrículo" de los orígenes neocortical afirman que las similitudes entre las proyecciones sensoriales del tálamo a la DVR y los de la neocorteza lateral (extraestriada auditiva y visual) son demasiado profundas para ser explicada por la mera convergencia evolutiva [48,57,112,136].

Central para esta discusión se encuentra el problema de la gía de los diferentes órganos y especifiquen los criterios de homología de fi nir homol-. Owen [98] originalmente de fi ne como la homología "mismo órgano" debajo de cada variedad de forma y función. Sin embargo, bajo una perspectiva evolutiva, la homología ha llegado a implicar una hipótesis del ancestro común entre dos rasgos, que pueden ser apoyadas por muchos criterios diferentes [4,38,124]. Este punto es especialmente relevante en el caso de homologías cerebrales, como neuroquímico, conexional, anatómicos, embriológicos y criterios moleculares han sido reclamados para apoyar ampliamente diferentes puntos de vista de la evolución del cerebro [11,82,83]. En este contexto, voy a tomar un punto de vista basado en el desarrollo para hacer frente a la ascendencia de la corteza cerebral de los mamíferos. Sin embargo, en lugar de tak- ing un enfoque unilateral, voy a estar en una posición de punto medio entre los puntos de vista conflictivos expresadas anteriormente, proponiendo una hipótesis dual. Este reivindicaciones (i) que las acciones neocórtex ascendencia embrionarias con el palio dorsal de reptiles y aves, pero se ha modificado ed y fi en parte amplifica por un fuerte "dorsalizing" influencia que, entre otras cosas, induce una disposición radial visible en su citoarquitectura [8]. Sin embargo, (ii) se sugiere también que la expansión neocortical se ve apoyado por la actividad proliferativa cuyos mecanismos regulativo son comparables a los encontrados en el hemisferio lateral de reptiles y aves. Por otra parte, dicha actividad es probable que dependen de Pax6, un gen que se expresa en cantidades más pequeñas en el palio del ancestro común [7,51], pero llegó a ser aumentada en los diferentes linajes amniote. Para desarrollar este argumento, será necesario primero revisar algunos aspectos del desarrollo telencephalic (palio) y el proceso de neurogénesis en estas estructuras.

2. patrones palial

2.1. Dorsal y ventral del patrón en el palio de embriones

Todas las estructuras que se discutirán aquí surgen de la parte dorsal o palio (el "techo") del hemisferio embrionario, que se subdivide en medial (hipocampo), dorsal (neocortical), late- ral (olfatorio) y ventral (claustro amigdalino ) componentes (ver Fig. 2). En la embriogénesis temprana, el palio se modela en gran medida por tres centros de señalización, dispuestos en las caras posteriores-dorsomedial, antero-laterales y anterior del hemisferio, que expresan morfógenos en distintos gradientes complementarias en el hemisferio dorsal [127]. El centro de señalización dorsomedial se denomina el borde cortical, que se encuentra en la placa de techo dorsal [126]. Esta estructura expresa moléculas como Gli3, proteínas morfogenética ósea Pro- (BMP) y Wnt, que emanan de una posteromedial / alta a anterolateral / bajo gradiente a través de la medial y dorsal palio y regular tanto el patrón y la proliferación precursor temprano en la corteza en desarrollo, especialmente el hipocampo [79132].

A la inversa, el gen Pax6 es altamente expresado en el palio anterolateral, y disminuye su expresión tanto ventralmente a la subpallium y dorsalmente a las regiones paliales posteromedial (Fig. 2) [119]. En la zona germinal del palio ventral (VP), Pax6 promueve la especi fi cación de un segundo centro de señalización llamado el antihem. Este último expresa moléculas del Factor de Crecimiento Epidérmico (EGF) y factor de crecimiento de fibroblastos (FGF) las familias, y las proteínas secretadas Frizzled-relacionados (SFRPs) que neutralizan la actividad de Wnt dorsalizing que emana del dobladillo cortical [16.127], la promoción de la desarrollo de fenotipos Lial lestinos ventral y lateral, como la amígdala y las estructuras olfatorias (ver Fig. 2). Por otra parte, en el hemisferio lateral, Pax6 es crucial para el establecimiento de un límite entre el palio y el subpallium ventral más (que genera el cuerpo estriado y estructuras relacionadas), ya que suprime marcadores subpalio como Nkx2.1, Shh , Lhx6 y Gsh2, y es reprimida por los genes expresados ​​ventral [119,140].

...