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 del desenvolupament
i 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 node de Hensen. Els
gens del node. 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. 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. Identitat
posicional al llarg d'un eix. L’exemple de la segmentació
rombomèrica i de la somitogènesi.
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 receptors TK, factors de
creixement i FGFs. La via TGFb/BMPs i Smad. La via Wnt/b-catenina.
La via Hedgehog. La via Notch. Cross-
talk entre vies de senyalització, exemples de la inducció
del mesoderm i de la inducció neural.
Tema 13. Gens i desenvolupament
L'estudi i expressió diferencial dels gens del
desenvolupament. L'estructura modular dels gens dels
desenvolupament. Xarxes gèniques en el desenvolupament embrionari.
Animals i cèl·lules transgènics. La inserció de gens nous. L'estudi
dels elements reguladors. Models animals per a la biologia del
desenvolupament.
Tema 14. Neurogènesi i desenvolupament del Sistema Nerviós
Central (I)
Diferenciació del tub neural. La formació del cervell i les
vesícules cerebrals. Els prosòmers. 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 ectodèrmiques. 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 les placodes sensorials als
vertebrats: la retina, el desenvolupament de l’oïda.
Tema 18. El desenvolupament de les extremitats
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. Notocorda i mesoderm paraxial.
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 mesoderm
càrdiogènic. 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: pronefros, mesonefros i metanefros.
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. Desenvolupament i
stem cells
Embryonic and adult
stem cells. La xarxa genètica del
cell renewall.
Stem cell niche. Proliferació i destí cel·lular i línies
cel·lulars.
Tema 23. Desenvolupament i regeneració
Distribució de la capacitat regenerativa. L'exemple de la
regeneració de les extremitats: regeneració del patró
regionalitzat, la font de cèl·lules per la regeneració. Regeneració
de les cèl·lules ciliades de l'oïda.
El toolkit genètic pel desenvolupament. El toolkit en el disseny animal. Evolució del toolkit. Funció i evolució dels elements reguladors en cys-. Evolució del DNA regulador i diversitat morfològica
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/].