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2.4: Regeneración - Biología

2.4: Regeneración - Biología


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La regeneración es la capacidad de reemplazar partes del cuerpo perdidas o dañadas. Esta habilidad varía mucho entre los seres vivos.

Plantas

Las plantas pueden regenerar todas las partes del cuerpo a partir de células precursoras. Muchos árboles, por ejemplo, pueden cortarse en el suelo y, a su debido tiempo, aparecen brotes en los márgenes del tocón. Estos continúan desarrollando nuevos tallos, hojas y flores. En el laboratorio, se pueden desarrollar plantas enteras a partir de una masa de células indiferenciadas que crecen en cultivo.

Figura ( PageIndex {i} ): Planta de zanahoria cultivada en un laboratorio por cortesía de Roy De Carava y Scientific American

Por ejemplo, una célula de raíz de zanahoria completamente diferenciada cuando se cultiva en un medio de cultivo adecuado, comienza a dividirse repetidamente, perdiendo su estructura diferenciada al hacerlo. Luego, sus descendientes comienzan a diferenciarse y finalmente forman todos los órganos de una planta de zanahoria madura. La foto de arriba muestra una planta de zanahoria que creció en un matraz a partir de células de la raíz completamente diferenciadas que habían sido aisladas e inducidas a sufrir mitosis.

Animales invertebrados

Esponjas

Las esponjas pueden regenerar todo el organismo a partir de solo un conglomerado de sus células.

Hidra

Este cnidario también puede regenerar todo su cuerpo a partir de células. Las células que hacen el trabajo son células madre totipotentes residiendo en el cuerpo del animal.

Planarias

Figura ( PageIndex {i} ): Dugesia y regeneración de Dugesia

Cuando se decapitan algunas especies de gusanos planos (izquierda), pueden regenerar una nueva cabeza. Las personas con doble amputación pueden regenerar tanto una nueva cabeza en la superficie anterior como una nueva cola en la superficie posterior (derecha). Lo hacen mediante la proliferación y diferenciación de las células madre pluripotentes (llamadas neoblastos) que retiene en su cuerpo a lo largo de su vida.

¿Cómo saben las células si convertirse en cabeza o cola? Gracias a la facilidad con la que los genes individuales pueden ser eliminados por la interferencia de ARN (ARNi), se ha demostrado que la señalización de Wnt / β-catenina dicta dónde se forman la cabeza y la cola.

  • El bloqueo de la señalización de Wnt / β-catenina por ARNi hace que se forme una cabeza donde debería formar una cola (produciendo un animal de dos cabezas) mientras
  • el bloqueo de parte del complejo de degradación de β-catenina (mejorando así la vía) hace que se desarrolle una cola donde debería desarrollarse una cabeza (produciendo un animal de dos colas).

Por tanto, parece que el camino predeterminado de neoblastos es regenerar una cabeza. En el animal amputado, un degradado La señalización de Wnt / β-catenina se extiende desde una parte alta en la parte posterior, lo que lleva a la formación de una cola, y disminuye hacia la parte anterior hasta que la vía predeterminada ya no se inhibe y se puede formar una cabeza.

Estrellas de mar (también conocidas como "estrella de mar")

Figura ( PageIndex {i} ): Estrella de mar regenerando un brazo cortesía del Dr. Charles Walcott

Estos equinodermos pueden regenerar todo el organismo a partir de un solo brazo y el disco central. He leído que en una época los pescadores de ostras solían sacar estrellas de mar de sus criaderos de ostras, cortarlas con la esperanza de matarlas y luego tirar las partes por la borda. Pronto descubrieron para su pesar los notables poderes de regeneración de estos animales.

Vertebrados

Tritones y salamandras

Figura ( PageIndex {i} ): Salamandra

Estos anfibios pueden regenerar una cola, piernas e incluso ojos faltantes. Esta notable habilidad es particularmente pronunciada en la etapa larvaria. Por esta razón, las salamandras larvarias son las favoritas para investigar sobre la regeneración. Por ejemplo, cortar la cola de una salamandra larvaria inicia la siguiente secuencia de eventos:

  • Una capa de células epidérmicas crece y cubre el muñón.
  • Una masa de células indiferenciadas, llamada blastema - se desarrolla justo debajo.
  • El músculo y el cartílago se forman en la cola que vuelve a crecer.
  • La notocorda y la médula espinal crecen hacia la cola que vuelve a crecer.
  • Después de unas semanas, se completa una cola nueva, completamente funcional y anatómicamente correcta.

El mecanismo

Durante años, no ha sido claro si esta regeneración depende de

  • una población de células madre pluripotentes que han residido en el cuerpo del animal preparadas para tal evento (como ocurre en la hidra) o
  • los desdiferenciación de células especializadas, p. ej. células musculares y cartilaginosas, en el muñón.

La respuesta parece ser ambas.

  • Las células madre de la médula espinal migran hacia la cola que vuelve a crecer y se diferencian en varios tipos de células, incluidos los músculos y los cartílagos. Aunque las células madre son ectodermo, pueden convertirse en mesodermo.
  • Las células musculares del muñón migran hacia el blastema mientras
    • reingreso al ciclo celular para producir miles de descendientes;
    • diferenciar mientras lo hacen; es decir, pierden las proteínas características, etc. de las células musculares.
  • Aunque todavía no hay señales de cola, su patrón final se establece durante este proceso, ya que si el blastema se extrae y se trasplanta a otro lugar, continuará el proceso de regeneración de la cola.
  • Finalmente, las células del blastema se diferencian en todos los tipos de células (nervios, músculos, cartílagos, piel) que se utilizan para construir la cola regenerada.

Mamíferos

¿No desearíamos tener los mismos poderes de regeneración que tienen las salamandras: capaces de regenerar una médula espinal cortada o hacer crecer un nuevo corazón? Pero, lamentablemente, no podemos. Podemos regenerar algo de piel, una gran cantidad de hígado y las mismas puntas de los dedos de las manos y los pies. Pero eso es todo. No se sabe por qué somos tan limitados (pero es objeto de una intensa investigación). Gran parte del entusiasmo en torno a la investigación sobre células madre se debe a la esperanza de que puedan proporcionar un medio para hacer que los tejidos o incluso órganos dañados o perdidos vuelvan a crecer.

En contraste con la situación que parece ser válida para las salamandras, la desdiferenciación de células especializadas no parece jugar un papel en la formación de un blastema en ratones. En cambio, los diversos tejidos (epidermis, folículos pilosos, glándulas sudoríparas, neuronas (todo ectodermo) y músculos, huesos, tendones, vasos sanguíneos (mesodermo) que participan en la regeneración de la punta de un dedo de ratón amputado (dedo de la mano o del pie) se desarrollan a partir de una población diversa de células madre "adultas" en el muñón que retienen su potencial de desarrollo restringido. Puede leer sobre la evidencia de esto en Rinkevich, Y., et al., Naturaleza, 476, 409-413 (25 de agosto de 2011).

Control genético de la regeneración

Se ha descubierto que varios genes están implicados en la regeneración. Uno de los más potentes es Wnt.

  • Inyección de agentes (por ejemplo, moléculas de ARN antisentido) que interfieren con la vía Wnt / β-catenina
    • bloquea la regeneración de las extremidades en las salamandras y, como vimos anteriormente,
    • promueve la formación de la cabeza en planarias en regeneración, mientras
  • inyección de agentes que mejoran la vía Wnt / β-catenina
    • permitir a los polluelos (que, al igual que los mamíferos, normalmente son incapaces de regenerar extremidades) regenerar un ala;
    • además de permitir que una planaria en regeneración forme una cola donde debería ir una cabeza.

2.4: Regeneración - Biología

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El científico del laboratorio biológico MDI identifica la señalización de la regeneración subyacente

BAR HARBOR, MAINE & # 8212 Muchas salamandras pueden regenerar fácilmente una extremidad perdida, pero los mamíferos adultos, incluidos los humanos, no pueden. Por qué este es el caso es un misterio científico que ha fascinado a los observadores del mundo natural durante miles de años.

Ahora, un equipo de científicos dirigido por James Godwin, Ph.D., del MDI Biological Laboratory en Bar Harbor, Maine, ha dado un paso más para desentrañar ese misterio con el descubrimiento de diferencias en la señalización molecular que promueven la regeneración en el axolotl. , una salamandra altamente regenerativa, mientras que la bloquea en el ratón adulto, que es un mamífero con capacidad regenerativa limitada.

"Los científicos del Laboratorio Biológico MDI se han basado en la biología comparada para obtener conocimientos sobre la salud humana desde su fundación en 1898", dijo Hermann Haller, M.D., presidente de la institución. "Los descubrimientos posibilitados por los estudios comparativos de James Godwin en el axolotl y el ratón son una prueba de que la idea de aprender de la naturaleza es tan válida hoy como lo era hace más de ciento veinte años".

En lugar de regenerar partes del cuerpo perdidas o lesionadas, los mamíferos suelen formar una cicatriz en el lugar de la lesión. Debido a que la cicatriz crea una barrera física para la regeneración, la investigación en medicina regenerativa en el Laboratorio Biológico MDI se ha centrado en comprender por qué el ajolote no forma una cicatriz, o por qué no responde a las lesiones de la misma manera que el ratón. y otros mamíferos lo hacen.

"Nuestra investigación muestra que los seres humanos tienen un potencial de regeneración sin explotar", dijo Godwin. "Si podemos resolver el problema de la formación de cicatrices, es posible que podamos desbloquear nuestro potencial regenerativo latente. Los axolotl no dejan cicatrices, que es lo que permite que se produzca la regeneración. Pero una vez que se ha formado una cicatriz, se acaba el juego en términos de regeneración. Si pudiéramos prevenir las cicatrices en los seres humanos, podríamos mejorar la calidad de vida de muchas personas ".

El axolotl como modelo de regeneración

El ajolote, una salamandra mexicana que ahora está casi extinta en la naturaleza, es un modelo favorito en la investigación de la medicina regenerativa debido a su estado único como campeón de la regeneración de la naturaleza. Si bien la mayoría de las salamandras tienen cierta capacidad regenerativa, el axolotl puede regenerar casi cualquier parte del cuerpo, incluido el cerebro, el corazón, las mandíbulas, las extremidades, los pulmones, los ovarios, la médula espinal, la piel, la cola y más.

Dado que los embriones y los juveniles de mamíferos tienen la capacidad de regenerarse, por ejemplo, los bebés humanos pueden regenerar el tejido cardíaco y los niños pueden regenerar las yemas de los dedos, es probable que los mamíferos adultos retengan el código genético para la regeneración, lo que aumenta la posibilidad de que se puedan desarrollar terapias farmacéuticas para alentar a los humanos. para regenerar tejidos y órganos perdidos por enfermedades o lesiones en lugar de formar una cicatriz.

En su investigación reciente, Godwin comparó las células inmunes llamadas macrófagos en el axolotl con las del ratón con el objetivo de identificar la calidad en los macrófagos de axolotl que promueve la regeneración. La investigación se basa en estudios anteriores en los que Godwin descubrió que los macrófagos son fundamentales para la regeneración: cuando se agotan, el axolotl forma una cicatriz en lugar de regenerarse, al igual que los mamíferos.

La investigación reciente descubrió que aunque la señalización de macrófagos en el axolotl y en el ratón era similar cuando los organismos estaban expuestos a patógenos como bacterias, hongos y virus, cuando se trataba de exposición a lesiones, la historia era diferente: la señalización de macrófagos en el axolotl promovió el crecimiento de tejido nuevo mientras que en el ratón promovió la formación de cicatrices.

El artículo sobre la investigación, titulado "Distinct TLR Signaling in the Salamander Response to Tissue Damage", se publicó recientemente en la revista Developmental Dynamics. Además de Godwin, los autores incluyen a Nadia Rosenthal, Ph.D., del Laboratorio Jackson Ryan Dubuque y Katya E. Chan del Australian Regenerative Medicine Institute (ARMI) y Sergej Nowoshilow, Ph.D., del Research Institute of Molecular Patología en Viena, Austria.

Godwin, quien tiene una cita conjunta con The Jackson Laboratory, estuvo anteriormente asociado con ARMI y Rosenthal es el director fundador de ARMI. El Laboratorio Biológico MDI y ARMI tienen un acuerdo de asociación para promover la investigación y la educación sobre la regeneración y el desarrollo de nuevas terapias para mejorar la salud humana.

Específicamente, el artículo informó que la respuesta de señalización de una clase de proteínas llamadas receptores tipo toll (TLR), que permiten a los macrófagos reconocer una amenaza como una infección o una lesión tisular e inducir una respuesta proinflamatoria, eran "inesperadamente divergentes". en respuesta a una lesión en el ajolote y el ratón. El hallazgo ofrece una ventana intrigante sobre los mecanismos que gobiernan la regeneración en el axolotl.

Ser capaz de 'tirar de las palancas de la regeneración'

El descubrimiento de una vía de señalización alternativa que sea compatible con la regeneración podría conducir finalmente a terapias de medicina regenerativa para humanos. Aunque volver a crecer una extremidad humana puede no ser realista a corto plazo, existen oportunidades significativas para terapias que mejoren los resultados clínicos en enfermedades en las que la cicatrización juega un papel importante en la patología, incluidas las enfermedades cardíacas, renales, hepáticas y pulmonares.

"Nos estamos acercando a la comprensión de cómo los macrófagos axolotl están preparados para la regeneración, lo que nos acercará a poder tirar de las palancas de la regeneración en los humanos", dijo Godwin. "Por ejemplo, imagino poder usar un hidrogel tópico en el sitio de una herida que está atada con un modulador que cambia el comportamiento de los macrófagos humanos para parecerse más a los del ajolote".

Godwin, que es inmunólogo, eligió examinar la función del sistema inmunológico en la regeneración debido a su papel en la preparación de la herida para las reparaciones como el equivalente a un primer respondedor en el sitio de una lesión. Su investigación reciente abre la puerta a un mayor mapeo de los nodos críticos en las vías de señalización de TLR que regulan el entorno inmunológico único que permite la regeneración del axolotl y la reparación sin cicatrices.

La investigación de Godwin está respaldada por un Premio de Desarrollo Institucional (IDeA) del Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales de los Institutos Nacionales de Salud con los números de subvención P20GM103423 y P20GM104318 al Laboratorio Biológico MDI. ARMI cuenta con el apoyo de subvenciones del gobierno estatal de Victoria, Australia. Los estudios con ratones fueron apoyados por fondos institucionales del Laboratorio Jackson.

Acerca del laboratorio biológico MDI

Nuestro objetivo es mejorar la salud humana y la esperanza de vida descubriendo los mecanismos básicos de reparación, envejecimiento y regeneración de tejidos, traduciendo nuestros descubrimientos en beneficio de la sociedad y desarrollando la próxima generación de líderes científicos. Para obtener más información, visite mdibl.org.

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Más información: Dieta que imita el ayuno

  • Una dieta baja en calorías similar al ayuno, más la quimioterapia, permite que el sistema inmunológico reconozca y elimine las células cancerosas de la piel y de la mama, según un nuevo estudio dirigido por la USC en ratones.
  • Cada vez hay más pruebas de que una dieta que imita los efectos del ayuno tiene beneficios para la salud más allá de la pérdida de peso, y un nuevo estudio dirigido por la USC indica que puede reducir los síntomas de la esclerosis múltiple.

El estudio tiene importantes implicaciones para un envejecimiento más saludable, en el que el deterioro del sistema inmunológico contribuye a una mayor susceptibilidad a las enfermedades a medida que las personas envejecen. Al describir cómo los ciclos prolongados de ayuno (períodos sin alimentos durante dos o cuatro días a la vez durante el transcurso de seis meses) matan las células inmunitarias más viejas y dañadas y generan otras nuevas, la investigación también tiene implicaciones para la tolerancia a la quimioterapia y para aquellos con un una amplia gama de deficiencias del sistema inmunológico, incluidos los trastornos de autoinmunidad.

"No podíamos predecir que el ayuno prolongado tendría un efecto tan notable en la promoción de la regeneración basada en células madre del sistema hematopoyético", dijo el autor correspondiente Valter Longo, Edna M. Jones Profesora de Gerontología y Ciencias Biológicas en la Escuela de Ciencias Biológicas y Gerontología de la USC Davis Gerontología y director del Instituto de Longevidad de la USC. Longo tiene una cita conjunta en la Facultad de Letras, Artes y Ciencias de USC Dornsife.

“Cuando se muere de hambre, el sistema intenta ahorrar energía, y una de las cosas que puede hacer para ahorrar energía es reciclar muchas de las células inmunes que no son necesarias, especialmente aquellas que pueden estar dañadas”, dijo Longo. “Lo que comenzamos a notar tanto en nuestro trabajo con humanos como con animales es que el recuento de glóbulos blancos disminuye con el ayuno prolongado. Luego, cuando se vuelve a alimentar, las células sanguíneas regresan. Entonces empezamos a pensar, bueno, ¿de dónde viene? "

Ciclos de ayuno

El ayuno prolongado obliga al cuerpo a utilizar reservas de glucosa, grasa y cetonas, pero también descompone una parte importante de los glóbulos blancos. Longo compara el efecto con aligerar un avión con exceso de carga.

Durante cada ciclo de ayuno, este agotamiento de los glóbulos blancos induce cambios que desencadenan la regeneración basada en células madre de nuevas células del sistema inmunológico. En particular, el ayuno prolongado redujo la enzima PKA, un efecto previamente descubierto por el equipo de Longo para extender la longevidad en organismos simples y que se ha relacionado en otras investigaciones con la regulación de la autorenovación y pluripotencia de las células madre, es decir, el potencial de una célula para convertirse en muchos tipos de células diferentes. El ayuno prolongado también redujo los niveles de IGF-1, una hormona del factor de crecimiento que Longo y otros han relacionado con el envejecimiento, la progresión del tumor y el riesgo de cáncer.

“La PKA es el gen clave que debe apagarse para que estas células madre pasen al modo regenerativo. Da el visto bueno para que las células madre sigan adelante y comiencen a proliferar y reconstruir todo el sistema ”, explicó Longo, señalando el potencial de las aplicaciones clínicas que imitan los efectos del ayuno prolongado para rejuvenecer el sistema inmunológico. “Y la buena noticia es que el cuerpo se deshizo de las partes del sistema que podrían estar dañadas o viejas, las partes ineficientes, durante el ayuno. Ahora, si comienza con un sistema muy dañado por la quimioterapia o el envejecimiento, los ciclos de ayuno pueden generar, literalmente, un nuevo sistema inmunológico ".

El ayuno prolongado también protegió contra la toxicidad en un ensayo clínico piloto en el que un pequeño grupo de pacientes ayunó durante un período de 72 horas antes de la quimioterapia, ampliando la influyente investigación anterior de Longo.

“Si bien la quimioterapia salva vidas, causa un daño colateral significativo al sistema inmunológico. Los resultados de este estudio sugieren que el ayuno puede mitigar algunos de los efectos dañinos de la quimioterapia ”, dijo la coautora Tanya Dorff, profesora asistente de medicina clínica en el Hospital y Centro Integral de Cáncer Norris de la USC. "Se necesitan más estudios clínicos, y cualquier intervención dietética de este tipo debe llevarse a cabo solo bajo la guía de un médico".

"Estamos investigando la posibilidad de que estos efectos sean aplicables a muchos sistemas y órganos diferentes, no solo al sistema inmunológico", dijo Longo, cuyo laboratorio está en proceso de realizar más investigaciones sobre intervenciones dietéticas controladas y regeneración de células madre tanto en animales como en estudios clínicos.

El estudio fue financiado por el Instituto Nacional de Envejecimiento de los Institutos Nacionales de Salud (números de subvención AG20642, AG025135, P01AG34906). El ensayo clínico fue apoyado por la Fundación V y el Instituto Nacional del Cáncer de los Institutos Nacionales de Salud (P30CA014089).

Chia Wei-Cheng de USC Davis fue la primera autora del estudio. Gregor Adams, Xiaoying Zhou y Ben Lam del Eli and Edythe Broad Center for Regenerative Medicine and Stem Cell Research de la USC Laura Perin y Stefano Da Sacco del Saban Research Institute del Children's Hospital Los Ángeles Min Wei de la USC Davis Mario Mirisola de la Universidad de Palermo Dorff y David Quinn de la Escuela de Medicina Keck de la USC y John Kopchick de la Universidad de Ohio fueron coautores del estudio.

Más historias sobre: Dieta, Células Madre


In vitro regeneración, potencial antioxidante y análisis de fidelidad genética de Asystasia gangetica (L.) T.Anderson

Un protocolo eficaz para la regeneración de plantas. vía La organogénesis directa e indirecta se ha desarrollado a partir de explantes de hojas de Asystasia gangetica (L.), cultivado en medio Murashige y Skoog (MS) suplementado con diversas concentraciones y combinaciones de auxina y citoquininas. Aproximadamente el 86% de los explantes produjeron brotes directos en medio MS que contenía 0.5 mg L -1 6-benciladenina (BA) y 10 μg L -1 Triacontanol (TRIA) con un máximo de 4.82 ± 0.29 brotes por segmento de hoja. Para la producción de plántulas mediadas por callos (indirecta), se indujeron principalmente callos en medio MS que contenía 2 mg L -1 de ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D), que luego se subcultivó en medio con 0,1 mg L -1 ácido naftalenacético (NAA), 0,5 mg L -1 BA y 1 a 8 mg L -1 2-isopentenil adenina (2iP) para desarrollar callos organogénicos y la posterior inducción de brotes. Se obtuvo un máximo de 6,84 ± 0,05 brotes por grupo de callo en medio MS suplementado con 4 mg L -1 2iP, 0,5 mg L -1 BA y 0,1 mg L -1 NAA. Los brotes produjeron raíces cuando se cultivaron en un medio MS de concentración media suplementado con 2 mg L -1 de ácido indol-3-butírico (IBA). In vitro las plántulas propagadas se endurecieron en el rito del suelo y se aclimataron a las condiciones del campo con un 85% de supervivencia. El contenido de clorofila de las plantas aclimatadas fue comparable al de la planta madre, mientras que la micromorfología estomática de las plantas regeneradas no mostró anomalías. La actividad captadora de radicales y antioxidante del extracto metanólico de hojas se midió mediante 2,2-difenil-1-picrilhidrazilo (DPPH), capacidad reductora férrica del plasma (FRAP) y prueba de fosfomolibdeno. En todos los experimentos, las plantas regeneradas exhibieron un potencial antioxidante mejorado, lo que indica que las plantas micropropagadas podrían explotarse para el aislamiento de nuevas biomoléculas. Además, la homogeneidad genética de las plantas aclimatadas se confirmó mediante marcadores de codón de inicio dirigidos (SCoT) basados ​​en PCR y ycf1b Cebadores de códigos de barras de ADN que presentaban bandas monomórficas idénticas a las de la planta madre normal y no se observaron variaciones.

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Neurogénesis, axonogénesis y tubo ependimario: restauración del sistema nervioso

Restaurar la médula espinal en la cola regenerada.

La regeneración de la cola implica no solo el crecimiento del esqueleto cartilaginoso, sino también el restablecimiento de la médula espinal. En los lagartos (así como en las salamandras), la médula espinal pasa desde la base del cerebro hasta casi la punta de la cola. Por el contrario, entre los mamíferos, la médula espinal termina cranealmente a la pelvis y nunca entra en la cola. En toda su longitud, la médula espinal del lagarto muestra una morfología conservada, esencialmente idéntica a la de los mamíferos: un canal central (continuo con el sistema ventricular del cerebro) rodeado por una manga o tubo de células ependimarias, rodeado de materia gris (neuronal cuerpos celulares) y sustancia blanca (pistas nerviosas) (Fig. 3A). A intervalos regulares, la médula espinal está flanqueada por ganglios de la raíz dorsal y nervios espinales. Durante la autotomía de la cola, se cortan la médula espinal y los nervios espinales. En cuestión de días, el crecimiento de la médula espinal regenerada comienza cuando las células ependimarias cercanas al sitio de ruptura primero proliferan y luego se ensamblan en la estructura en forma de tubo que encierra el canal central (McLean y Vickaryous, 2011). El crecimiento del tubo ependimario se corresponde estrechamente con la axonogénesis, el recrecimiento de los axones cortados. Los tractos nerviosos recién formados se originan a partir de los ganglios de la raíz dorsal en el muñón de la cola restante y los tractos descendentes de la sustancia blanca de la médula espinal original (Bellairs y Bryant, 1985) (Fig. 3B). Llamativamente, la médula espinal regenerada no contiene materia gris, ni hay ninguna restauración de los ganglios de la raíz dorsal en la nueva cola; toda la inervación de reemplazo parece originarse en estructuras neuronales más proximales (Bellairs y Bryant, 1985). Aunque esto contrasta fuertemente con la situación en las salamandras, donde la médula espinal y los ganglios de la raíz dorsal se reemplazan casi perfectamente durante la regeneración de la cola (Mchedlishvilli et al., 2012), vale la pena señalar que la cola de lagarto regenerada es completamente funcional ( Arnold, 1984 Bellairs y Bryant, 1985). Al igual que el apéndice original, si las colas regeneradas se autotomizan, también son capaces de realizar movimientos independientes vigorosos para distraer a los depredadores (Meyer et al., 2002).

Renovación del sistema nervioso. Aunque los lagartos autotomizadores de la cola como Eublepharis macularius (gecko leopardo) puede restaurar la médula espinal durante la regeneración de la cola, el reemplazo carece de la fidelidad del original. (A) Al igual que para otros lagartos, la médula espinal original de la cola consiste en una disposición tubular de células ependimarias (que encierran el canal central), rodeadas de materia gris (revestida con cuerpos de células neuronales) y sustancia blanca (tractos nerviosos marcados por RT97 ). (B) La médula espinal completamente regenerada incluye el tubo ependimario y la sustancia blanca, pero es evidente que carece de materia gris. (C) Ilustración esquemática de un cerebro de gecko leopardo. (D) Una sección transversal representativa a través del telencéfalo izquierdo. (E) La glía radial (etiquetada aquí con GFAP) dentro de la zona ventricular sirve como la fuente de autorrenovación de nuevas neuronas y proporciona andamios para la migración de neuroblastos. Una vez que los neuroblastos llegan a la capa celular de la corteza medial, se convierten en neuronas. Abreviaturas: cb, cerebelo DAPI, 4′-6-diamino-2-fenilidole (marcador nuclear) di, diencéfalo et, tubo ependimario GFAP, proteína de ácido fibrilar glial (marcador de células de la glía radial) gm, materia gris ipl, capa plexiforme interna lv , ventrículo lateral mc, corteza medial ob, bulbo olfatorio ot, tectum óptico sc, médula espinal RT97, marcador de neurofilamento tel, telencéfalo vz, zona ventricular wm, sustancia blanca. Todas las barras de escala, 10 μm (excepto D, 50 μm).

Renovación del sistema nervioso. Aunque los lagartos autotomizadores de la cola como Eublepharis macularius (gecko leopardo) puede restaurar la médula espinal durante la regeneración de la cola, el reemplazo carece de la fidelidad del original. (A) Al igual que para otros lagartos, la médula espinal original de la cola consiste en una disposición tubular de células ependimarias (que encierran el canal central), rodeadas de materia gris (revestida con cuerpos de células neuronales) y sustancia blanca (tractos nerviosos marcados por RT97 ). (B) La médula espinal completamente regenerada incluye el tubo ependimario y la sustancia blanca, pero es evidente que carece de materia gris. (C) Ilustración esquemática de un cerebro de gecko leopardo. (D) Una sección transversal representativa a través del telencéfalo izquierdo. (E) La glía radial (etiquetada aquí con GFAP) dentro de la zona ventricular sirve como la fuente de autorrenovación de nuevas neuronas y proporciona andamios para la migración de neuroblastos. Una vez que los neuroblastos llegan a la capa celular de la corteza medial, se convierten en neuronas. Abreviaturas: cb, cerebelo DAPI, 4′-6-diamino-2-fenilidole (marcador nuclear) di, diencéfalo et, tubo ependimario GFAP, proteína de ácido fibrilar glial (marcador de células de la glía radial) gm, materia gris ipl, capa plexiforme interna lv , ventrículo lateral mc, corteza medial ob, bulbo olfatorio ot, tectum óptico sc, médula espinal RT97, marcador de neurofilamento tel, telencéfalo vz, zona ventricular wm, sustancia blanca. Todas las barras de escala, 10 μm (excepto D, 50 μm).

Neurogénesis en el cerebro del lagarto

Neurogénesis fisiológica

Ahora se reconoce ampliamente que todos los vertebrados adultos pueden generar nuevas neuronas, un proceso conocido como neurogénesis fisiológica (ver Glosario Kaslin et al., 2008). En los mamíferos, la neurogénesis fisiológica se restringe a dos áreas discretas: la zona subventricular (SVZ) de la corteza cerebral y la zona subgranular de la circunvolución dentada (Kaslin et al., 2008). Sin embargo, para muchos vertebrados no mamíferos, incluidos peces teleósteos (Kizil et al., 2012 Zupanc, 2001), salamandras (Maden et al., 2013), varias aves (Alvarez-Buylla et al., 1994) y lagartos (p. Ej. Pérez-Cañellas y García-Verdugo, 1996 Marchioro et al., 2005 ver Font et al., 2001), la neurogénesis fisiológica ocurre rutinariamente en muchas áreas del cerebro. Entre los lagartos, estas áreas neurogénicas incluyen varias regiones del telencéfalo (por ejemplo, corteza cerebral dorsal y lateral, cresta ventricular dorsal anterior, núcleo esférico), así como el bulbo olfatorio y el cerebelo (Font et al., 2001). Sin embargo, la neurogénesis fisiológica se comprende mejor para la corteza medial (cerebral) (Fig. 3C-E), el equivalente de la circunvolución dentada de los mamíferos (y probablemente involucrada en el aprendizaje de lugares y la memoria relacional, ver Naumann et al., 2015). Se generan nuevas neuronas a poca distancia de la corteza medial, en la zona ventricular adyacente (VZ). El VZ es un epitelio pseudoestratificado que recubre el sistema ventricular del cerebro (Fig. 3D, E). Aunque la VZ de los reptiles es distinta de la SVZ más conocida de los mamíferos, las dos regiones parecen cumplir funciones similares como nichos neurogénicos proliferativos (García-Verdugo et al., 2002 Kaslin et al., 2008). Los principales tipos de células que residen dentro de la VZ son las células ependimarias y la glía radial (ver Glosario también llamado glía ependimorradial). La glía radial generalmente se acepta como la población precursora o fuente de nuevas neuronas (Delgado-Gonzalez et al., 2011). El escenario más probable es que la glía radial dentro de la VZ se someta a una división celular asimétrica, por lo que se autorrenova y da lugar a una célula hija migratoria o neuroblasto. Luego, los neuroblastos viajan hacia las cortezas para diferenciarse y convertirse en neuronas estructuralmente maduras (y presumiblemente completamente funcionales).

Si bien la neurogénesis fisiológica puede ser un fenómeno relativamente común entre las lagartijas, la evidencia indica que, al menos en algunas especies, es estacionalmente variable (un fenómeno también reportado para los pájaros cantores Brenowitz y Larson, 2015). Por ejemplo, la neurogénesis asociada con el sistema olfativo de Gallotia galloti (Lagarto de Gallot) demuestra una disminución significativa en el número de neuroblastos que migran a los bulbos olfativos durante el verano (Delgado-Gonzalez et al., 2011). Con base en estas observaciones, es posible que G. galloti exhibe una fluctuación estacional correspondiente en las habilidades olfativas, una predicción intrigante que merece una mayor investigación. El mismo estudio también informó que el período de tiempo para la finalización de la neurogénesis fue mucho más largo en G. galloti (90 días) que para otras especies (por ejemplo, 7 días en Podarcis hispanicus, lagartija ibérica López-García et al., 1990). Si este retraso comparativo refleja la variación específica de la especie o es el resultado de diferencias en (por ejemplo) la edad cronológica de los animales experimentales (el G. galloti estudiados tenían ∼6 años la edad de P. hispanicus no se especificó) sigue siendo incierto (Molowny et al., 1995 Delgado-Gonzalez et al., 2011).

Neurogénesis compensatoria

Además de la neurogénesis constitutiva, al menos algunas especies de peces teleósteos, salamandras y lagartos también son competentes para generar nuevas neuronas en respuesta a lesiones cerebrales, la llamada neurogénesis compensatoria (Font et al., 1991, 1997 Kizil et al., 2012 Maden et al., 2013). En los lagartos, el antimetabolito 3-acetilpiridina (3AP, un antagonista de la nicotinamida) se ha utilizado para atacar químicamente las neuronas de la capa celular de la corteza medial. Utilizando P. hispanicus, un solo tratamiento con 3AP hace que entre el 34 y el 97% de las neuronas de la corteza medial sufran apoptosis (Font et al., 1991, 1997). Los lagartos tratados desarrollan rápidamente una serie de cambios de comportamiento compatibles con la neurotoxicidad, así como problemas con el rendimiento de la memoria espacial y la captura de presas (aunque no al caminar o comer Font et al., 1991, 1997). Dentro de los 10 días posteriores al tratamiento, las alteraciones del comportamiento ya no son obvias y, entre los 42 y 49 días posteriores al tratamiento, las poblaciones de neuronas dentro de la corteza cerebral medial parecen estar casi restauradas. Curiosamente, mientras que la neurogénesis compensatoria restaura la corteza cerebral medial fuertemente lesionada en 7 semanas, la restauración de neuronas a un área adyacente (la corteza dorsomedial), que en comparación solo está moderadamente dañada por el tratamiento 3AP, es más variable (Font et al., 1997 ).

Sobre la base de estos hallazgos, la capacidad de la neurogénesis compensatoria para reparar una lesión física (una incisión en la corteza dorsal) también se ha explorado en G. galloti (Romero-Alemán et al., 2004). Within days, proliferating immune cells of the central nervous system (microglia and macrophages) are observed at the wound site. In the following 2–4 weeks, proliferation is additionally upregulated at the VZ adjacent to the injury. This marked increase in proliferation persists for 240 days, suggesting ongoing tissue restoration, though immune cells return to baseline numbers during this time. To date, the full extent to which the lizard brain can regenerate from a direct physical lesion is unclear.

Restoring the optic nerve

Another region of the central nervous system demonstrating variable responses to injury is the optic nerve. The optic nerve consists of axons from retinal ganglion cells, which integrate and relay visual information from the retina of the eye to visual centres in the brain (Fischer and Leibinger, 2012 Wang et al., 2012). In mammals and birds, damage to these axons can result in vision loss, as retinal ganglion cells degenerate and undergo cell death (Lang et al., 1998, 2017 Williams, 2017). Cellular degeneration and the inability to restore the visual pathway in these species appears to be the result of a complex inhibitory microenvironment, related to the formation of a glial scar (rich in proteoglycans and glial cells) and various axon-impeding proteins such as Nogo-A (Dunlop et al., 2004 Lang et al., 2017). As might be expected, species capable of restoring vision after injury to the optic nerve (e.g. zebrafish) are characterized by retinal ganglion cell survival (Zou et al., 2013), and the absence of axon inhibitory proteins such as Nogo (Abdelesselem et al., 2009) and a glial scar (Bollaerts et al., 2017). Paradoxically, the optic nerve of some lizard species can regenerate, even though they express Nogo-A and form a glial scar (Lang et al., 1998, 2017). Optic nerve regeneration is particularly efficient in Ctenophorus ornatus (the ornate dragon lizard), with the crushed optic nerve outgrowing to re-contact the optic tectum within 1 month (Beazley et al., 1997 Dunlop et al., 2004). Although excitatory and inhibitory neurotransmission is dysfunctional following regeneration, and vision is not spontaneously returned, lizards can regain sight with training (Beazley et al., 2003). One explanation, based on in vitro experiments, is that retinal ganglion cells of lizards are insensitive to the inhibitory signals that otherwise obstruct mammalian axon outgrowth. Using an explant strategy, mammalian (rat) dorsal root ganglia and lizard (Gallot's lizard) retina were cultured on each of mammalian and lizard glial cells. Whereas both these environments inhibited regrowth of mammalian axons, neither inhibited the regrowth of lizard axons (Lang et al., 1998). Combined, these data reveal a surprising diversity across vertebrates in how the optic nerve responds to injury, with lizards uniquely interposed between full functional restoration and regenerative failure.


Abstracto

Methods are described for the enzymatic release of protoplasts from leaves of Petunia hybrida and for the utilization of protoplasts in studies in plant developmental biology. As a result of spontaneous fusion during cell wall degradation of leaf material, fresh preparations can contain a high proportion of multinucleate protoplasts. This level can be dramatically reduced by a gradual plasmolysis of the material prior to enzyme incubation.

Leaf protoplasts maintained in liquid media are seen to undergo cell wall synthesis, “budding,” and limited regenerated cell division sometimes associated with anthocyanin production. Under such conditions, multinucleate cells are formed as a result of mitosis without cytokinesis.

Protoplasts, plated out in a fully defined medium, undergo cell wall synthesis followed by sustained progeny cell division with eventual cell colony production. Cell colonies, derived from individual mesophyll protoplasts, grow rapidly upon subculture, to produce callus capable of shoot differentiation and ultimately whole plant formation. Protoplasts isolated from varieties of P. hybrida were found to differ in their cultural requirements.

This work was supported by a grant from the Agricultural Research Council.


[WEBINAR] 2, 4 & 7 June 2021: The role of the Solidarity Economy to enhance the impact of NBS in urban regeneration projects

On 2, 4 & 7 June: URBiNAT is hosting an Online Seminar Series on the role of the Solidarity Economy to enhance the impact of NBS being implemented as part of urban regeneration programmes.

Discussions will look at how the NBS concept can be expanded to take into account the social and solidarity economy NBS, and recognize the importance of the solidarity economy in times of crises and uncertainty.

The conceptual foundation of the URBiNAT is based on active involvement of citizens in the development and implementation of Nature-based Solutions. Through participatory processes, the co-creation of NBS have a beneficial impact on the environment but also on the well-being and economic situation of citizens.

The solidarity economy, in its various forms, is viewed as a means to reduce economic inequalities. Solutions include solidarity markets, social currencies, short food supply chains, and solidarity purchase groups.

The Seminar Series will take place over three days, with debates and presentations made by URBiNAT cities:

  • Part 1: Urban public space: commons, justice and social reproduction
  • Part 2: The socio-economy practices for neighbourhoods revitalisation
  • Part 3: The sustainability of nature-based solutions and solidarity economy

The Seminar will involve partners and cities working on socio-economic issues to share knowledge and experience gather experts from university, research centres, international network and URBiNAT scientific commission also, the sisters’ projects to dialogue with us, namely sharing their best practices in the solidarity economy dimensions. After the Seminar, the URBiNAT intends to organize a special edition of the CES context edition, periodical publication from CES to disseminate the reflection and debate results.

URBiNAT recognizes the social and solidarity economy as an opportunity to build a different urban space and to analyse its complexity. In fact, the project assumes it as one of the dimensions for the implementation of nature-based solutions (NBS). The functionality of public spaces can expand with solidarity economy initiatives, diversifying the way citizens use the urban spaces. SE reveals a strong territoriality and connection to physical space – it may range from individual self-provisioning and informal small-scale economic circuits localized and operating within a limited territorial scope to networking on a larger area (region or national level). In some cases, territoriality is linked to culture, thus enabling community culture to develop territorial identity circuits.

The Online Seminar Series is organized in a multi-stakeholder and co-production perspective. Different audiences could participate and engage in this knowledge sharing space, citizens, technicians, political representatives, researchers, practitioners.


Contribuciones de autor

TG collectedand cultured the animals, performed the regeneration, and EdU experiments, as well as the light and confocal microscopy, drew the figures, carried out the statistical analysis, and prepared the histological sections. TG and LM analyzed the histological sections and microscopy images and interpreted the regeneration processes. AKU and DH performed the transcriptome and phylogenetic analyses. TG and NS conceived the study and interpreted the data. NS supervised the study and drafted the manuscript together with TG. All authors contributed to the article and approved the submitted version.


Ya-Chieh Hsu, Ph.D.

Skin, the largest organ we have, protects us from insults and dehydration, and facilitates sensory perception and thermoregulation. These multifaceted functions are accomplished by a rich diversity of cell types within the skin. Throughout life, the epidermis and its appendages, the hair follicles, possess remarkable capacity to renew themselves during homeostasis and to heal themselves upon injury. These features necessitate multiple resident reservoirs of stem cells. Together, the skin represents an ideal paradigm for studying stem cells and their interactions with surrounding microenvironments, or niches.

We use a wide variety of approaches and techniques, including molecular, cellular, genetic and genomic tools, to investigate how stem cell behaviors are regulated by their downstream progeny, their niches, and at systemic level. We aim to understand how these regulations occur in a precise manner to meet various physiological demands, how communications between stem cells and their niches facilitate an organ to adapt, and how dysregulated stem cell behaviors lead to diseases.

Skin is our primary model system, but we are also exploring other epithelial tissues to determine the extent to which these mechanisms are shared or separate.

Biosketch

Ya-Chieh Hsu is the Alvin and Esta Star Associate Professor of Stem Cell and Regenerative Biology at Harvard University, and a Principal Faculty Member at the Harvard Stem Cell Institute. She is supported by a K99-R00 pathway to independence award from NIH, and is a past recipient of the Starr Stem Cell Foundation Fellowship and the NYSCF-Druckenmiller Fellowship.


Ver el vídeo: CÉLULAS DEL SISTEMA INMUNITARIO Y DIFERENCIACIÓN CELULAR (Febrero 2023).