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.
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.
Tema
24. Evolució i desenvolupament
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.
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.
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/