La Enciclopedia del Proyecto Embrión

Al principio del proceso de desarrollo, los embriones de vertebrados se desarrollan en la placa neural, donde se unen los ectodermos neural y epidérmico, llamada cresta neural. La cresta neural produce células de la cresta neural (NCC), que se convierten en múltiples tipos de células diferentes y contribuyen a los tejidos y órganos a medida que el embrión se desarrolla. Algunos de los órganos y tejidos son las neuronas periféricas y entéricas (gastrointestinales) y la glía, las células pigmentarias, el cartílago y el hueso del cráneo y la cara, y el músculo liso. La diversidad de NCC que produce la cresta neural ha llevado a los investigadores a proponer que la cresta neural es una cuarta capa germinal, o una de las estructuras celulares primarias en los embriones tempranos de la que surgen todos los tejidos y órganos adultos. Además, los biólogos evolutivos estudian la cresta neural porque es un nuevo carácter evolutivo compartido (sinapomorfía) de todos los vertebrados.

Aunque la cresta neural aparece por primera vez en el embrión durante lagastrulación, el proceso de invaginación y propagación por el que la ablástula se convierte en gástrula, se distingue durante la etapa de la neurula. El estadio de neurula se produce cuando la placa neural se pliega y se transforma en el tubo neural, la estructura que finalmente se convertirá en el sistema nervioso central. La cresta neural surge en dos uniones, una a cada lado de la línea media de la placa neural, entre el ectodermo neural y el no neural. A medida que avanza la neurulación y se forma el tubo neural, las dos uniones se unen en la parte superior del tubo neural. A continuación, la cresta neural se separa del tubo neural, un proceso denominado delaminación, y posteriormente se aleja del tubo neural.

Algunos investigadores sostienen que la interacción entre el ectodermo neural y el epidérmico estimula la génesis de la cresta neural. Sin embargo, la mayoría de los científicos consideran que el ectodermo neural es el progenitor de las células de la cresta neural, ya que la cresta neural da lugar a las neuronas y a los ganglios, estos últimos son haces de neuronas que se encuentran en la periferia del sistema nervioso, fuera del cerebro y la médula espinal.Además, el mapeo del destino de las células de la cresta neural también las ha situado en el ectodermo neural. Los investigadores han estudiado las NCC por la diversidad de tipos celulares que genera la cresta neural. Por ejemplo, las NCC proporcionan un modelo útil para estudiar las células madre porque, al igual que éstas, tienen el potencial de diferenciarse en un número diverso de tipos celulares.

Este gráfico muestra cómo se forman y migran las células de la cresta neural en diferentes tipos de animales vertebrados.

Una vez formado el tubo neural, las células de la cresta neural (NCC) se diferencian en NCC cardíacas (CarNCC), NCC troncales (tNCC), NCC craneales (cNCC) o NCC vagales y sacras. La diferenciación somete a los NCC a diferentes entornos químicos, lo que finalmente resulta en su desarrollo en diferentes tipos de células y tejidos. En primer lugar, las NCC vagales y sacras migran fuera del tronco del tubo neural a través de células poco compactas, llamadas mesénquima, que se encuentran entre el tubo neural, la epidermis y los somitas del mesodermo. Estas células se convierten en los ganglios entéricos gastrointestinales y en los ganglios parasimpáticos del cuello. Algunas tNCC migran a través de una vía sub que viaja dorsolateralmente hacia el ectodermo y eventualmente a la línea media del vientre, a las células pigmentarias. Otros CCNt migran lateralmente y acaban formando parte del cerebro en desarrollo, concretamente de las neuronas sensoriales y simpáticas, de las células de Schwann y de las células adrenomedulares. Los CCNt también se convierten en células pigmentarias, neuronas y glía, pero éstos son los únicos CCNt que contribuyen al cartílago y al hueso de la cara y el cráneo. Los carNCC, en la región posterior de la cresta neural, migran dorsolateralmente y forman el tabique de la arteria pulmonar y la aorta, así como el endotelio de los arcos aórticos.

Los investigadores estudiaron la cresta neural a mediados del siglo XIX. En 1868, Wilhelm His, un embriólogo de Basilea, Suiza, que estudiaba embriones de pollo, o Gallus gallus, identificó una capa de células por encima del tubo neural como los progenitores de los ganglios espinales y craneales. La llamó Zwischenstrang (cordón intermedio). En 1874, la denominó región germinal formadora de órganos. Sin embargo, lo que identificó no era la cresta neural, sino un subconjunto de NCC que había migrado desde la cresta neural hasta una posición por encima del tubo neural.Los historiadores remontan el primer uso del término cresta neural a un artículo publicado en 1879 por Arthur Marshall, profesor del OwensCollege de Manchester (Inglaterra). En 1878, mientras estudiaba también los embriones de los pollos, utilizó el término cresta neural para describir las mismas células que había descubierto por encima del tubo neural, pero posteriormente revisó su definición. Marshall acuñó el término cresta neural para describir las dos uniones entre el ectodermo neural y epidérmico que surgen antes de que se complete el tubo neural. Proclamó que, en lo sucesivo, el término cresta neural sólo debería utilizarse para identificar la banda de células que surgen de la cresta neural y que migran por encima del tubo neural una vez completada la neurulación.

En 1893, Julia Platt identificó las NCC delectodermo como las progenitoras del cartílago en la cara y en los esqueletos del arco faríngeo de los dientes de los cachorros de barro (Necturusmaculosus). A finales del siglo XIX, Platt trabajó en varias instituciones, como el Laboratorio de Biología Marina de WoodsHole (Massachusetts) y la Universidad de Friburgo (Alemania). Muchos investigadores rechazaron la interpretación de Platt, en parte porque la teoría de las capas germinales, entonces muy arraigada, afirmaba que cada una de las tres capas germinales daba lugar a los mismos tipos de estructuras en muchas clases de organismos. Los investigadores afirmaban que la teoría de Platt sobre la cresta neural y, por tanto, sobre los esqueletos del arco faríngeo derivados del ectodermo, era imposible porque los tejidos esqueléticos se originaban únicamente en el mesodermo. En la década de 1950, los investigadores comenzaron a estudiar más a fondo los tejidos esqueléticos que se desarrollaban a partir de la cresta neural.

En 1950, SvenHörstadius publicó The Neural Crest: Its Properties and Derivatives inthe Light of Experimental Research. En esta monografía, que Hörstadius basó en conferencias impartidas en la Universidad de Londres (Inglaterra), revisó los experimentos sobre la cresta neural. Su revisión combinaba datos de más de doscientos cincuenta artículos. El trabajo de Hörstadiusrefería a experimentos que verificaban las conclusiones de Platt, y afianzaba la cresta neural como área de investigación biológica.

En la década de 1960, los investigadores de la cresta neural examinaron cómo los NCC troncales y craneales migran y dan lugar a otros tejidos. En 1963, James Weston, de la Universidad de Yale en New Haven, Connecticut, publicó «A Radioautographic Analysis of the Migration andLocalization of Trunk Neural Crest Cells in the Chick». En ese artículo, Weston sostenía que los melanoblastos integumentales migraban de la cresta neural al ectodermo. En 1966, Malcolm Johnston, de la Universidad de Rochester (Nueva York), publicó un estudio similar sobre las NCC titulado «A Radioautographic Study of the Migration and Fate of CranialNeural Crest Cells in the Chick Embryo» (Estudio radiográfico de la migración y el destino de las células de la cresta neural del cráneo en el embrión del polluelo), en el que trazaba el punto final de más NCC y descubría, por ejemplo, que algunas se convertían en tejidos conectivos en la cara. En la década de 1960, los investigadores empezaron a utilizar embriones de aves en lugar de los embriones de anfibios utilizados anteriormente.

Los investigadores de la década de 1970 elaboraron mapas que describían los movimientos de las NCC y descubrieron que los diferentes entornos químicos en los que se originaban las NCC hacían que se diferenciaran en distintos tipos de células y se desplazaran por los embriones. También identificaron anomalías en los organismos que surgen de defectos en el desarrollo de la cresta neural, denominadas neurocristopatías.

En la década de 1980, los investigadores descubrieron los genes Hox, genes que ayudan a que el embrión se desarrolle según los principales ejes corporales. Estos genes guían los patrones migratorios de las células. El descubrimiento de los genes Hox permitió a los investigadores rastrear la causa molecular de los diferentes patrones de migración de los CNS, lo que llevó a nuevas subdivisiones en la clasificación de los CNS. Estas clasificaciones incluyen los NCC vagales y sacros que contribuyen a los ganglios entéricos y a las neuronas del sistema nervioso parasimpático. Los investigadores también descubrieron que los NCC cardíacos contribuían a los tejidos del corazón en desarrollo.

A lo largo de las décadas de 1980 y 1990, los investigadores compararon el desarrollo de la cresta neural en los distintos taxones para poner a prueba las hipótesis sobre la ascendencia revolucionaria. Por ejemplo, los biólogos comenzaron a argumentar que los vertebrados desarrollaron sus corazones y cabezas distintivos sólo después de que sus ancestros hubieran evolucionado para tener crestas neurales. Esto dio lugar a muchas publicaciones, una de las cuales es «La cresta neural y el origen de los vertebrados: una nueva cabeza», de Carl Gans y Glen Northcutt, publicada en 1983 mientras ambos trabajaban en la Universidad de Michigan en Ann Arbor, Michigan. En este trabajo, Gans y Northcutt argumentan que los vertebrados se convirtieron en vertebrados después de un cambio de modos de depredación pasivos a activos, concentrando muchos rasgos vertebrados en la cabeza.

Los investigadores comenzaron a argumentar que la cresta neural es una capa germinal a principios del siglo XXI.Anteriormente, los investigadores reconocían tres capas germinales: el ectodermo, el mesodermo y el endodermo. En 1999, Brian Hall, de la Universidad Dalhousie de Nueva Escocia (Canadá), publicó The Neural Crest And Neural CrestCells In Vertebrate Development And Evolution (La cresta neural y las células de la cresta neural en el desarrollo y la evolución de los vertebrados), en el que sostenía que la cresta neural cumple los requisitos para ser una capa germinal. En primer lugar, afirma que las capas germinales se definen como tejidos primarios a partir de los cuales se desarrolla un embrión. Hall señala que hay dos tipos de capas germinales, la primaria y la secundaria. Las capas germinales primarias, el ectodermo y el endodermo, aparecen primero en el embrión de los vertebrados en desarrollo, antes de la fecundación. Algunos animales, que los científicos llaman diploblásticos, sólo tienen estas dos capas germinales. Este grupo incluye organismos como las medusas y las esponjas. Los animales triploblásticos, sin embargo, tienen una tercera capa germinal, llamada mesodermo, que evolucionó en animales cuyos antepasados eran diploblastos. Estos animales, llamados triploblastos, también pertenecen a un grupo llamado bilateria, que incluye a los gusanos planos y a los seres humanos, todos los cuales tienen un eje primario de simetría en el centro del cuerpo, desde la cabeza hasta la cola.

Los investigadores consideran que el mesodermo es una capa germinal secundaria porque surge de las interacciones de las dos primeras capas germinales. Hall sostiene que, al igual que el mesodermo, la cresta neural es una capa germinal secundaria. Dice que, al igual que el mesodermo, la cresta neural surge en una fase temprana del desarrollo a partir de las interacciones de una capa germinal primaria, el ectodermo. Además, contribuye a un gran número de tejidos y órganos. Además, la cresta neural es una sinapomorfía de los vertebrados, al igual que el mesodermo es una sinapomorfía de los bilaterios. Hall afirma que la cresta neural aparece después de la evolución de los tripoblastos. Por lo tanto, argumenta que los animales que surgieron posteriormente, los vertebrados, deberían llamarse tetrablásticos, es decir, de cuatro capas. Hall sostiene que, debido a que la cresta neural aparece temprano en el desarrollo, porque es de origen ectodérmico y porque es una sinapomorfía de los vertebrados, debería considerarse una capa germinal secundaria.

En las primeras décadas del siglo XX, los investigadores relacionaron las anomalías faciales, de pigmentación, cardíacas, visuales y auditivas, incluidos el paladar hendido y el albinismo, con un desarrollo anormal de la cresta neural y los CCN. Los investigadores también debatieron las propiedades de los mecanismos por los que los CCN migran. Además, los investigadores del cáncer estudiaron la cresta neural debido a la similitud entre los CCN y las células cancerosas. Los mecanismos por los que los CCN migran durante el desarrollo, las vías de señalización específicas y los factores de transcripción utilizados por los CCN son los mismos que los de las células cancerosas, lo que convierte a los CCN en un modelo para estudiar cómo proliferan las células cancerosas.