Llicenciatura en Biologia (3361)

Biologia del Desenvolupament(12320) 

IDENTIFICACIÓ DE L’ASSIGNATURA

L’assignatura Biologia del Desenvolupament és una matèria obligatòria del currículum de Biologia. Consta de 3 crèdits teòrics i d’1,5 crèdits pràctics.

COORDINACIÓ I PROFESSORAT

Personal docent: Fernando Giráldez (catedràtic), Berta Alsina (investigadora Ramón y Cajal) i Cristina Pujades (investigadora Ramón y Cajal).

Coordinació i classes teòriques: Fernando Giráldez.

Pràctiques de laboratori: Berta Alsina.

Seminaris de discussió de treballs científics: Fernando Giráldez, Berta Alsina i Cristina Pujades.   

OBJECTIUS GENERALS

L’objectiu d’aquesta assignatura és conèixer les bases moleculars del desenvolupament embrionari dels organismes vertebrats. S’analitzaran els processos del desenvolupament en diferents espècies animals, per tal de familiaritzar l’alumne amb els models experimentals i les teories actuals sobre la generació dels eixos embrionaris, patrons espacio-temporals, inducció, neurogènesi i organogènesi.  

AVALUACIÓ DE L’APRENENTATGE

L’avaluació del rendiment acadèmic es farà segons el barem següent (sobre un total de 10 punts):

Prova d’elecció múltiple......40%

Prova escrita.....................40%

Treball de pràctiques..........10%

Assaig i presentació oral....10%

Qualsevol tipus de còpia en qualsevol dels apartats d’avaluació implica la no-superació de l’assignatura.

Per aprovar es requereix obtenir almenys un 5 a la prova d'elecció múltiple i un 5 a la prova escrita.

TEMARI TEÒRIC

Tema 1. Gens, molècules i embrions

De l’embriologia a la biologia molecular del desenvolupament: la convergència de la genètica i l’embriologia experimental. Els processos bàsics del desenvolupament: creixement, especificació regional ( pattern formation) i morfogènesi. Especificació i diferenciació cel·lular.

Tema 2. La fecundació

La fecundació: bases moleculars del reconeixement gamètic i l’activació de l’òvul. Fusió del material genètic. La senyalització intracel·lular de la iniciació de les respostes zigòtiques.

Tema 3. Les etapes del desenvolupament en diferents espècies

Estadis embrionaris i temps de desenvolupament embrionari. Segmentació, gastrulació i organogènesi en l'embrió humà. Les etapes del desenvolupament en models experimentals de vertebrats: Xenopus laevis, peix zebra, pollastre i ratolí.

Tema 4. Del zigot a la blàstula

Variants de la segmentació en diferents espècies. Determinants citoplàsmics: l'exemple de Xenopus. La segmentació holoblàstica i rotacional en els mamífers. La blàstula. La compactació i la formació de la massa cel·lular interna (ICM) dels mamífers.

Tema 5. La gastrulació

Formació de l’embrió trilaminar. Els mecanismes de gastrulació: diferents estratègies amb similar resultat. La determinació axial i els mapes presumptius.

Tema 6. Els gens de l’especificació axial (I)

L’exemple de la Drosophila: l’“efecte matern” i els gradients proteics. La polaritat antero-posterior. Gradients i “informació posicional”. El cas de bicoid. Bases moleculars dels organitzadors anterior, posterior i terminal.

Tema 7. Els gens de l’especificació axial (II)

L’exemple de la Drosophila: els gens de la segmentació: Gens gap, pair-rule i segment polarity. Els gens selectors homeòtics: la diversificació i la identitat segmentària. El llenguatge combinatori.

Tema 8. La gastrulació i l’especificació axial en els vertebrats (I)

L’experiment de Spemann i Mangold (1924) i l’organitzador de Spemann. Gens per a l’organitzador: l’exemple de goosecoid. La determinació de l’“organitzador”, el centre de Nieuwkoop i els seus gens. El model molecular d’inducció en el Xenopus.

Tema 9. La gastrulació i l’especificació axial en els vertebrats (II)

La gastrulació en les aus. La gastrulació en els mamífers. Homòlegs de l’organitzador de Spemann. El nòdul de Hensen. Els gens del nòdul.La generació de l’eix antero-posterior. Bases moleculars de l’especificació de l’eix esquerra-dreta.

Tema 10. La neurulació en els vertebrats

La inducció neural. Mecanismes de la neurulació: la placa neural. L’origen de la placa basal. Especificació antero-posterior i dorso-ventral del tub nerviós. Els gens de l’especificació regional.

Tema 11. Els gens Hox dels vertebrats

Estructura i classificació dels gens Hox dels vertebrats. Patrons d’expressió. L’exemple de la segmentació rombomèrica.

Tema 12

Comunicació cel·lular al desenvolupament
Inducció i competència. Interaccions cel·lular en proximitat i a distància. Factors de senyalització. Receptors de membrana i vies de senyalització intracel·lular. Els recpetors TK, factors de creixement i FGFs. La via TGFb/BMPs i Smad. La via Wnt/b-catenina. La via Hedqehoq. La via Notch. Cross-talk entre vies de senyalització.

Tema 13

Gens i desenvolupament
L'expressió diferencial dels gens al cor del desenvolupament. L'estudi dels gens del densevolupament. L'estructura modular dels gens de desenvolupament. Xarxes gèniques en el desevolupament. Animals i cèl·lules transgenics. La inserció de gens nous. Gene targeting. L0'estudi dels eslemtns reguladors. Models animals per a la genètica del desenvolupament.

Tema 14. Neurogènesi i desenvolupament del sistema nerviós (I)

Diferenciació del tub neural. La formació del cervell i les vesícules cerebrals. Els prosomers. Arquitectura cel·lular: la generació dels tipus cel·lulars i les capes del cervell.

Tema 15. Neurogènesi i desenvolupament del sistema nerviós (II)

Especificació neuronal i inervació. Els gens proneurals dels vertebrats. Especificació de la identitat neuronal. Selecció de les rutes d'inervació i les dianes neuronals. Molècules guia. Els factors neurotròfics en el desenvolupament embrionari. Selecció de les dianes d'activitat neuronal: plasticitat sinàptica.

Tema 16. La cresta neural

Derivats de la cresta neural. Migració de les cèl·lules de la cresta neural. Pluripotencialitat, restricció i diferenciació. Derivats dels arcs faringis. Mutacions.

Tema 17. Els òrgans dels sentits

Les placodes ectodermics. El model dels receptors sensorials de l’ala de la Drosophila: establiment de patrons d’espaiament i dels destins cel·lulars. Els gens proneurals i neurogènics. L’ull de la Drosophila . El desenvolupament de la retina. El desenvolupament de l’oïda.

Tema 18. La pota de les aus

La determinació del camp morfogenètic de l’extremitat. La cresta apical. La generació de l’eix pròxim-distal: fgfs i gens Hox. ZPA i sonic hedgehog: l’especificació de l’eix antero-posterior. L’àcid retinoic. Wnt i l’eix dorso-ventral.

Tema 19. La formació dels òrgans (I)

Estructura i desenvolupament dels somites. El rellotge de generació dels somites. Notocordi i mesoderma paraaxial. Diferenciació i regionalització dels somites: dermomiòtom i escleròtom. El sistema múscul esquelètic. Miogènesi i la família MyoD. Osteogènesi.

Tema 20. La formació dels òrgans (II)

El sistema càrdio-respiratori. Especificació del mesoderma càrdio-gènic. Formació, fusió i rotació dels esbossos cardíacs. Els gens de l’especificació bilateral:angiogènesi. Fgfs, VEGF. Hematopoesi. Desenvolupament del sistema respiratori.

Tema 21. La formació dels òrgans (III)

Els sistemes digestiu i uro-genital. Desenvolupament del fetge i del pàncrees. El ronyó: pronefres, mesonefres i metanefres. Interaccions epitelio-mesenquimals. Inducció recíproca: el model molecular de la formació de la nefrona. El desenvolupament de les gònades. Les cèl·lules germinals. La determinació sexual.

Tema 22. Biologia del desenvolupament i medicina

Teratologia i malformacions congènites. Factors teratogènics. Desenvolupament embrionari, regeneració i càncer. Els protoncogens. La tran sició epitelio-mesènquima. Regeneració cel·lular. Les cèl·lules mare en la medicina.

PRÀCTIQUES DE LABORATORI

Pràctica 1

Observació del desenvolupament inicial del pollet.

Pràctica 2

Què és la cresta neural? Com té lloc la neurogènesi del tub neural en pollet.

Pràctica 3

Oogènesi en la Drosophila. Estudi de la senyalització Gurken-Torpedo en les ovarioles.



Pràctica 4

Primeres etapes de clivellament en C. elegans. Conceptes de llinatge determinat. Manipulació de l'asssimetria.

SEMINARIS I TREBALLS AMB ORDINADOR

1. Del zigot a la blàstula.

2. Gastrulació (ordinador).

3. Especificació axial.

4. Neurogènesi.

5. Organogènesi.

Els seminaris consistiran en la resolució de problemes i en la discussió de treballs científics relacionats amb els blocs temàtics indicats en cadascun d’ells.  

ASSAIG I PRESENTACIÓ ORAL

Els estudiants, distribuïts en grups de dos alumnes, escolliran un treball científic actual, relacionat amb la biologia del desenvolupament. Cada estudiant elaborarà un assaig no superior a una pàgina, amb text, referències i figures incloses, i desenvoluparà una presentació oral de 10 minuts. La proposta i l’aprovació del tema serà abans de la setmana 8 i l’entrega dels assajos i la presentació oral, durant les setmanes 9 i 10.

BIBLIOGRAFIA

ALBERTS i d’altres. Biología molecular de la célula. 4a. ed. Capítols 15, 20 i 21.Ciutat: Garland Science, 2002.

GILBERT SCOTT, F. Developmental Biology. 6a. ed. Sinauer Massachusetts: Sinauer Associates, 2000. [www.devbio.com].

LANGMAN'S. Medical Embryology, 9th Ed. Lippincott Williams & Wilkins Ed., 2004. Embriología médica. Barcelona: Panamericana.

PEREIRA i d'altres. Embriologia i anatomia descriptiva (codi 12322). Barcelona: Universitat Pompeu Fabra. (Col·lecció Aula Global). [CD].

WOLPERT, Lewis. Principles of development. Oxford: Oxford University Press / Current Biology Ltd., 2002. [www.oup.cou.uk/best.textbooks/biology/wolpert/].