Genoarquitectura del sistema nervioso durante el desarrollo embrionario del anfioxo: implicaciones evolutivas para el origen del cerebro de vertebrados

Abstract

En esta tesis se ha estudiado en detalle la genoarquitectura de la placa neural del anfioxo en desarrollo. La expresión de varios genes había sido descrita en el primordio nerual del anfioxo, pero no existe ningún consenso sobre la significación morfológica de las partes distinguibles por patrones moleculares concretos descritos en el sistema nervioso central. En este estudio hemos analizado cerca de cincuenta genes de diferenciación y, sobretodo, factores de transcripción que se expresan en el análogo neural de las néurulas de anfioxo, corroborando y complementado estudios previos. En vertebrados, sus ortólogos delinean distintos territorios cerebrales, contribuyendo con el concepto de bauplan neural gracias al modelo prosomérico. Nuestro principal objetivo fue determinar si el anfioxo podría constituir una aproximación a ese modelo, y en ese caso, en qué medida se podría definir un bauplan neural para cordados. Nuestros resultados revelan varios patrones de expresión discretos que discriminan tanto entre regionalización antero posterior como dorso ventral. En el caso de la regionalización antero posterior, los territorios Otx- y Gbx-positivos son fácilmente identificables pronto en el desarrollo, de la misma forma que ocurre en vertebrados. Dentro del territorio Otx-positivo, en la región se delimitan dos subdivisiones: el primordio del hipotálamo (HyP) y el primordio del di-mesencéfalo (DiMeP), la el límite entre las dos es conicidente con la aposición de los dominios de Fesf y Irx. Y, conjuntamente con el primordio rombo- espinal (RhSp), que se define en el territorio Gbx-positivo, las tres subunidades principales quedan delimitadas por las mismas barreras topológicas que definen equivalentes dominios moleculares, tanto en cefalocordados como en vertebrados. Además los límites entre las tres subunidades principales son coincidentes con el posicionamiento y desarrollo de los organizadores secundarios en vertebrados. Ésta correspondecia topológica entre la región tálamo-pretecto-mesencefálica con el DiMeP, simple o simplificado de anfioxo, sugiere que estas tres regiones en vertebrados, que están delimitadas y especificadas por los organizadores secundarios compartan origen evolutivo. Extendiendo las correlaciones y extrapolaciones que surgen de este studio genoarquitectónico, en esta tesis se describe un bauplan neural para cordados y se discuten otros temas relacionados con el origen y la evolución del complejo sistema nervioso central de vertebrados.

In this thesis we have studied thoroughly the genoarquitecture of the neural plate of amphioxus embryos. The expression of various genes have been studied variously in the neural primordium of Amphioxus but, there was no consensus about the morphological significance of the CNS regions that are distinguishable by characteristic molecular patterns. We have now analysed around fifty differentiation genes and transcription factors that are expressed in the neural anlage of amphioxus at the middle neurula stage, corroborating and complementing earlier reports. Homologs of the chosen markers delineate distinct brain territories in vertebrates, contributing to current concepts of the neural bauplan by means of the prosomeric model. Our main aim was to determine whether amphioxus in any way approximates that model, and whether if it can be defined a common neural bauplan for chordates. Our results revealed various discrete patterns discriminating along both the anteroposterior and dorsoventral dimensions (AP, DV). As regards AP expression patterns, Otx-positive versus Gbx-positive territories were early observable, as in vertebrates. The Otx-positive subregion is further partitioned by several markers in two major parts, which we named as primordial hypothalamus (HyP) and a primordial di-mesencephalon (DiMeP). And, along with the rhombospinal primordium (RhSP), that corresponds to the Gbx-positive territory, the three main subunits are delimited by the same topological boundaries, defining the same molecular limits, that define the secondary organizers in vertebrates. This topological correspondence between the thalamic-pretectal-mesencephalic region with the DiMeP in amphioxus suggests that this three regions in vertebrates, that are surrounded by the specifying effect of the secondary organizers, may share common ancestry. Extending the correlations that issue from this genoarquitectonic study, in this thesis, a neural bauplan for chordates is described, and other issues related with the origin and evolution of central nervous systems are debated.