Curs 2010-11
Biologia del Desenvolupament (20345)
Titulació/estudi: grau en Biologia Humana
Curs: segon
Trimestre: tercer
Nombre de crèdits ECTS: 4 crèdits
Hores de dedicació de l'estudiant: 100 hores
Llengua o llengües de la docència: català i castellà
Professorat:
Personal docent: Fernando Giráldez (catedràtic), Berta Alsina (professora visitant), Cristina Pujades (professora agregada) i Simone Calzolari (professor ajudant).
Coordinació i classes teòriques: Fernando Giráldez.
Pràctiques de laboratori: Berta Alsina i Simone Calzolari.
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 espacio-temporals, inducció, neurogènesi i organogènesi, així com amb la biologia de les cèl·lules mare i els processos de regeneració.
2. Competències que s'han d'assolir
Descriure els processos bàsics del desenvolupament embrionari dels vertebrats en els models animals millor coneguts.
Comprendre els processos bàsics de la fecundació, la segmentació i la gastrulació en els organismes vertebrats.
Comprendre els processos d'especificació axial a Drosophila.
Comprendre els mecanismes del desenvolupament del sistema nerviós: la inducció neural, la generació de neurones i l'establiment de les connexions sinàptiques.
Comprendre els elements bàsics del desenvolupament dels òrgans.
Conèixer les relacions entre biologia del desenvolupament i les cèl·lules mare, la regeneració, l'evolució i el càncer.
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. Nuclear reprogramming i regulació diferencial de l'expressió genètica. Els processos bàsics del desenvolupament: creixement, especificació regional (pattern formation) i morfogènesi. Els gens del desenvolupament: els screenings genètics. Els patrons bàsics de desenvolupament dels vertebrats. L'estadi filotípic i el pla corporal.
Tema 2. El destí cel·lular i els fate maps
Especificació i determinació. Especificació autònoma i especificació condicionada. Diferenciació cel·lular. Inducció i competència. L'experiment de Spemann i Mangold. L'organitzador. Informació posicional i la qüestió de la bandera francesa.
Tema 3. Les etapes del desenvolupament en diferents vertebrats I: Xenopus laevis
El desenvolupament de Xenopus laevis. La fecundació i la rotació cortical. Estadis embrionaris i temps de desenvolupament. Segmentació, blàstula i gastrulació. Els moviments cel·lulars a la gastrulació: involució i epibòlia. L'extensió convergent. El fate map de la blàstula del Xenopus.
Tema 4. Les etapes del desenvolupament en diferents vertebrats II: el pollet i el peix zebra
El desenvolupament del pollet i del peix zebra. Estadis embrionaris i temps de desenvolupament. Segmentació, blàstula i gastrulació. Els moviments cel·lulars a la gastrulació: migració i delaminació. El node i la línia primitiva. Transicions EM i ME. Epibòlia. El fate map de la blàstula del pollet i del peix zebra.
Tema 5. Les etapes del desenvolupament en diferents vertebrats III: el ratolí
El desenvolupament de l'embrió de ratolí. Estadis embrionaris i temps de desenvolupament. Segmentació i blàstula: l'embrió bilaminar. L'AVE. La gastrulació: el node i la línia primitiva. L'embrió trilaminar. La cavitat amniòtica i el sac vitel·lí. El fate map de la blàstula del ratolí.
Tema 6. Les etapes del desenvolupament en diferents vertebrats IV: l'embrió humà
El desenvolupament de l'embrió humà. Estadis embrionaris i temps de desenvolupament. Segmentació i blàstula: l'embrió bilaminar. La gastrulació: el node i la línia primitiva. L'embrió trilaminar. La cavitat amniòtica i el sac vitel·lí.
Tema 7. Els gens de l'especificació axial: l'exemple de la Drosophila I
Els gens de l'especificació axial. La polaritat antero-posterior. "Efecte matern" i gradients proteics. Les mutacions dels gens materns de polaritat AP. Gradients i informació posicional. El cas de bicoid. Bases moleculars dels organitzadors anterior, posterior i terminal.
Tema 8. Els gens de l'especificació axial: l'exemple de la Drosophila II
La polaritat dorso-ventral: el gen dorsal. La mutació dorsal. L'activació restringida de dorsal. La interacció entre les cèl·lules fol·liculars i l'oòcit. Les dianes moleculars de dorsal. La regionalització dorso-ventral. El senyal Dpp i el patterning dorso-ventral.
Tema 9. Els gens de l'especificació axial: l'exemple de la Drosophila III
Els gens de la segmentació: gens gap, pair-rule. Les mutacions gap. Els parasegments. La regulació de l'expressió dels gens gap. Les mutacions dels gens pair-rule. La regulació dels gens pair-rule: la naturalesa modular de la regulació.
Tema 10. Els gens de l'especificació axial: l'exemple de la Drosophila IV
Els gens segment polarity. Mutacions dels gens segment-polarity. Regulació de l'expressió. La formació dels segments. El patterning dels segments. Els gens selectors homeòtics: la diversificació i la identitat dels segments. Propietats dels gens homeòtics. El llenguatge combinatori.
Tema 11. L'especificació axial en els vertebrats (I): Xenopus
La determinació de l'"organitzador", el centre de Nieuwkoop. La inducció mesodèrmica. L'organitzador de Spemann. Els gens per a l'organitzador. El model molecular d'inducció en el Xenopus. El patterning de l'ectoderm, mesoderm i endoderm.
Tema 12. L'especificació axial en els vertebrats (II): aus i mamífers
Els homòlegs de l'organitzador de Spemann en les aus i els mamífers. 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 13. Gens i comunicació cel·lular al desenvolupament
Interaccions cel·lulars en proximitat i a distància. Factors de senyalització. Receptors de membrana i vies de senyalització intracel·lular. Cross-talk entre vies de senyalització. L'expressió diferencial dels gens del desenvolupament. L'estructura modular dels gens del desenvolupament. Xarxes gèniques.
Tema 14. 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. Rombòmers i prosomes. Els gens Hox dels vertebrats. 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 15. Neurogènesi i desenvolupament del sistema nerviós (II)
Especificació neuronal i innervació. Els gens proneurals dels vertebrats. La funció de la via Notch en la determinació cel·lular. L'especificació de la identitat neuronal.
Tema 16. Neurogènesi i desenvolupament del sistema nerviós (III)
Selecció de les rutes d'innervació i les dianes neuronals. Molècules guia. Els factors neurotròfics en el desenvolupament embrionari. Selecció de les dianes d'activitat neuronal: plasticitat sinàptica. Desenvolupament dependent de l'activitat.
Tema 17. 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 en els vertebrats. La retina i el desenvolupament de l'oïda. Els placodes ectodèrmics. Els gens proneurals i neurogènics.
Tema 18. Organogènesi (I): el desenvolupament de les extremitats
La determinació del camp morfogenètic de l'extremitat. La cresta apical. La generació de l'eix pròximo-distal: FGFs i gens Hox. L'eix antero-posterior: ZPA i Sonic Hedgehog. L'eix dorso-ventral: Wnt.
Tema 19. Organogènesi (II): els somites
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 20. Organogènesi (III): el sistema cardiorespiratori
Especificació del mesoderm cardiogènic. Formació, fusió i rotació dels esbossos cardíacs. Els gens de l'especificació bilateral: angiogènesi i hematopoesi. Desenvolupament del sistema respiratori.
Tema 21. Organogènesi (IV): els sistemes digestiu i urogenital. Desenvolupament del fetge i del pàncrees
El ronyó: pronefres, mesonefres i metanefres. Interaccions epiteli-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
Cèl·lules mare embrionàries, adultes i iPS. La xarxa genètica del cell renewal. Divisió simètrica versus asimètrica. Stem cell niche. Proliferació i destí cel·lular: llinatge cel·lular i línies cel·lulars.
Tema 23. Desenvolupament i regeneració
Distribució de la capacitat regenerativa i regeneració del patró. Mecanismes de regeneració.
Tema 24. 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 el pollet.
Pràctica 2
Oogènesi en la Drosophila. Estudi de la senyalització Gurken-Torpedo en els ovariols.
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, 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, que no superarà en cap cas els 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
Classes magistrals
Seminaris i resolució de problemes
Seminaris avançats
Presentacions orals
Pràctiques internes reglades amb material biològic
Treball individual i en grup
7. Programació d'activitats
Les activitats regulars de l'assignatura estan previstes dintre de l'horari oficial del centre i, en cas que hi hagi alguna modificació, s'especificarà oportunament.