Curs 2009-10
Biologia del desenvolupament (20345)
Titulació/estudi: grau en Biologia Humana
Curs: 2n
Trimestre: 3r
Nombre de crèdits ECTS: 4 crèdits
Hores dedicació estudiant:
Llengua o llengües de la docència: català i castellà
Professorat: Personal docent: Fernando Giráldez (catedràtic), Berta Alsina (professora visitant) i Cristina Pujades (professora agregada).
Coordinació i classes teòriques: Fernando Giráldez.
Pràctiques de laboratori: Berta Alsina.
Seminaris de discussió de treballs científics: Fernando Giráldez, Berta Alsina i Cristina Pujades.
1. Presentació de l'assignatura
L'objectiu d'aquesta assignatura és conèixer les bases moleculars del desenvolupament embrionari dels organismes vertebrats. S'hi 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 espaciotemporals, inducció, neurogènesi i organogènesi, i així mateix amb la biologia de les cèl·lules mare i els processos de regeneració.
2. Competències a assolir
Describir los procesos básicos del desarrollo embrionario de los vertebrados en los modelos animales mejor conocidos.
Comprender los procesos básicos de la fecundación, segmentación y gastrulación en los organismos vertebrados
Comprender los procesos de la especificación axial en la Drosophila
Comprender los mecanismos del desarrollo del sistema nervioso: la inducción neural, la generación de neuronas y el establecimiento de las conexione sinápticas.
Comprender los elementos básicos del desarrollo de los órganos
Conocer las relaciones entre la biología del desarrollo y las células madre, la regeneración, la evolución y el cáncer.
3. Continguts
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 l'embriologia experimental. Els processos bàsics del desenvolupament: creixement, especificació regional (pattern formation) i morfogènesi. Especificació i diferenciació cel·lular.
Tema 2. 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 3. 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 4. La gastrulació
Formació de l'embrió trilaminar. Mecanismes generals de gastrulació: diferents estratègies amb similar resultat. La determinació axial i els mapes presumptius.
Tema 5. 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 6. 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 7. 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 8. 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 9. 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 10. Comunicació cel·lular al desenvolupament.
Inducció i competència. Interaccions cel·lulars 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 senyalitazió.
Tema 11. Gens i desenvolupament
L'estudi i l'expressió diferencial dels gens del desenvolupament. L'estructura modular dels gens del 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 12. Neurogènesi i desenvolupament del sistema nerviós (I)
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. Rombomers i prosomers. El tub neural, la formació del cervell i les vesícules cerebrals. Arquitectura cel·lular: la generació dels tipus cel·lulars i les capes del cervell.
Tema 13. 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 14. La cresta neural i els placodes
Derivats de la cresta neural. Migració de les cèl·lules de la cresta neural. Pluripotencialitat, restricció i diferenciació. Derivats dels arcs faringis. Els placodes sensorials als vertebrats. La retina i el desenvolupament de l'oïda. Els placodes ectodèrmics. Els gens proneurals i neurogènics.
Tema 15. 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. L'eix antero-posterior: ZPA i Sonic Hedgehog. L'eix dorso-ventral.
Tema 16. 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 músculo-esquelètic. Miogènesi i la família MyoD. Osteogènesi.
Tema 17. La formació dels òrgans (II)
El sistema cardiorespiratori. Especificació del mesoderm cardiogènic. Formació, fusió i rotació dels esbossos cardíacs. Els gens de l'especificació bilateral: angiogènesi. FGFs/VEGF. Hematopoesi. Desenvolupament del sistema respiratori.
Tema 18. La formació dels òrgans (III)
Els sistemes digestiu i urogenital. Desenvolupament del fetge i del pàncrees. El ronyó: pronefres, mesonefres i metanefres. Interaccions epitèlio-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 19. Desenvolupament i stem cells
Embryonic and adult stem cells. La xarxa genètica del cell renewal. Stem cell niche. Proliferació i destí cel·lular: llinatge cel·lular i línies cel·lulars.
Tema 20. 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 a la regeneració. Regeneració de les cèl·lules ciliades de l'oïda.
Tema 21. Evolució i desenvolupament
El toolkit genètic per al desenvolupament. El toolkit en el disseny animal. Evolució del toolkit. Funció i evolució dels elements reguladors en cis-. Evolució del DNA regulador i diversitat morfològica.
PRÀCTIQUES DE LABORATORI
Pràctica 1
Què és la cresta neural? Com té lloc la neurogènesi del tub neural en pollet.
Pràctica 2
Oogènesi en la Drosophila. Estudi de la senyalització Gurken-Torpedo en les ovarioles.
Pràctica 3
Observació del clivellament zebrafish i observació in vivo de l'expressió gènica mitjançant transgènics.
SEMINARIS
Seminari 1. Del zigot a la blàstula i especificació axial
Seminari 2. Neurogènesi i organogènesi.
Els seminaris consistiran en la resolució de problemes i en la discussió de treballs científics relacionats amb els blocs temàtics indicats.
PRESENTACIÓ ORAL
Els estudiants, distribuïts en grups de quatre alumnes, escolliran un treball científic actual, relacionat amb la biologia del desenvolupament. Cada grup 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 4 i l'entrega dels assajos i la presentació oral, durant la setmana 7.
4. Avaluació
L'avaluació del rendiment acadèmic es farà segons el barem següent (sobre un total de 10 punts):
Prova escrita: 40%
Prova d'elecció múltiple: 20%
Treball de pràctiques: 20%
Assaig i presentació oral: 20%
Avaluació formativa: podrà afegir fins a 0,5 punts a la nota final.
La nota final es truncarà sempre a 10 punts.
5. Bibliografia i recursos didàctics
5.1. Bibliografia bàsica
Biología del desarrollo : 7a edición / Scott F. Gilbert
Principles of development / Lewis Wolpert
Molecular Biology of the Cell (chapters 20, 21) / Bruce Alberts et al.
5.2. Bibliografia complementària
Essential developmental biology / J.M.W. SlackSlack
Langman's medical embryology/ T.W. Sadler
From DNA to diversity : molecular genetics and the evolution of animal design / Sean B. Carroll, Jennifer K. Grenier, Scott D. Weatherbee
5.3. Recursos didàctics
Webpages:
Virtual embryo: http://www.ucalgary.ca/UofC/eduweb/virtualembryo/
Virtual Library-Developmental Biology: sdb.bio.purdue.edu/Other/VL_DB.html
Companion to Gilberts: zygote.swarthmore.edu/index.html y www.devbio.com
Gilbert: http://zygote.swarthmore.edu/
6. Metodologia
Clases magistrales
Seminarios y resolución de problemas
Seminarios avanzados
Presentaciones orales
Prácticas internas regladas con material biológico
Trabajo individual y en grupo
7. Programació d'activitats