las interacciones tisulares en la organogénesis del pulmón

5/16/2018 Las interacciones tisulares en la organog nesis del pulm n - slidepdf.com

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Las interacciones tisulares en la organogénesis del pulmón. John M. Shannon, Phd, Brian A. Hyatt, Phd.

La carga metabólica de la respiración celular en el aire respirado por losmamíferos y anfibios requiere de una manera eficiente para proveer de oxígeno sistémicoque se reúna por los pulmones, los cuales proporcionan una gran área de superficie(estimado entre los 70 a 100 m2 en el humano adulto) para el intercambio de gases. El

pulmón es un órgano complejo que cuenta con más de 40 tipos de células distintas, cadauna de las cuales juega un rol importante en las funciones pulmonares normales, talescomo el mantenimiento de la permeabilidad alveolar, la protección contra las partículasinhaladas y las toxinas, y la innata inmunidad del huésped. A pesar de su eventualcomplejidad, el pulmón tiene un simple comienzo, derivada desde el piso endodérmicodel intestino anterior como el par séptimo de las bolsas faríngeas. En humanos, la primeraevidencia del desarrollo de los pulmones es la formación del surco laringotraqueal, que se

bifurca en su extremo posterior para formar el bronquio primario y los rudimentos

pulmonares. La iniciación del desarrollo de los pulmones en los roedores es un pocodiferente, como que los rudimentos del pulmón surgen desde el par endodérmico fruto delmesénquima derivado desde el mesodermo esplácnico. En ambos casos, sin embargo, elendodermo inducido sufre una serie de dicotomizaciones y ramificaciones laterales paradar lugar al árbol pulmonar, un proceso clásicamente denominado morfogénesis de laramificación. La alveolarización comienza hacia el final de la gestación y continúadespués del nacimiento. La arborización extensa del epitelio pulmonar está acompañadaen paralelo al desarrollo de la vasculatura pulmonar ordenado. Este desarrollo paralelo delepitelio pulmonar distal y de la vasculatura en el embrión y el feto generaran después delnacimiento convertirse en el funcional sistema de intercambio de gas.

Concomitante con la morfogénesis de la ramificación es la especificación de los

diversos tipos de células en todo el pulmón que constituye el órgano maduro. El patrón dela formación y de la diferenciación correcta espacialmente de los diferentes tipos decélulas en el desarrollo pulmonar requiere de la expresión coordinada de múltiples genesen el lugar correcto para el momento adecuado. La elucidación de los genes quecontrolando el desarrollo de los pulmones apenas está comenzando, pero un principio hasurgido: la morfogénesis epitelial especifico del mesénquima y la citodiferenciación esdada por medio de una inducción próxima.

Interacciones del tejido en el desarrollo de pulmón

Los estudios tanto en mamíferos como en aves han establecido que lamorfogénesis epitelial de la ramificación y la diferenciación en el pulmón requieren unainteracción entre el epitelio endodérmico y su mesénquima subyacente. Este no es sino unejemplo de un número de principios secundarios a corto plazo que es conocidocomúnmente como las interacciones epitelio-mesénquima, los cuales han sido descritosen los pulmones, glándulas salivales, páncreas, glándulas mamarias, riñones, dientes,miembro, tracto urogenital y otros órganos. En el pulmón, la primera revisión de unrequerimiento de mesénquima para la morfogénesis del pulmón se hizo hace 65 años atrás

por Rudnick, quien observo que los rudimentos pulmones de los embriones de pollo seramifican cuando se implanta en la membrana corioalantoidea en el huevo, pero todo eldesarrollo ceso cuando el mesénquima fue removido. El desarrollo de técnicas in vitro

para rudimentos pulmonares embrionarios permitieron estas observaciones siendoconfirmadas y ampliadas tanto en aves y en mamíferos. Incluso los primeros eventos de laorganogénesis del pulmón pueden ocurrir in vitro: los brotes pulmonares primarios se



forman en el cultivo de intestinos tomado de embriones ya en la etapa Somatica 2. Ocurrela ramificación extensiva, sin embargo, sólo si los intestinos se toman de embriones en laetapa Somatica 25, cuando las invaginaciones pulmonares primarias surgen desde el pisodel tubo intestinal

El desarrollo de técnicas de recombinación de tejidos ha adelantado el estudio de

las interacciones epitelio-mesénquima. En determinadas etapas del desarrollo, los órganosrudimentarios embrionarios son tratados con la incubación de enzimas proteolíticasseguido por la disección mecánica pudiendo ser separados en epitelio purificado y enmesénquima. Entonces, los tejidos son recombinados y cultivados in vitro.Particularmente, los estudios informativos han comparado la respuesta de un epitelio a su

propia mesénquima (homotipica recombinante) frente a una mesénquima no relacionada(heterotípica recombinante). Un número de estudios involucrados con la separación, larecombinación y el cultivo de rudimentos de pulmón embrionario han producido variasobservaciones coherentes sobre el papel de las interacciones epitelio-mesénquima en eldesarrollo pulmonar. En primer lugar, el epitelio del pulmón embrionario no puedesobrevivir durante un período prolongado en la ausencia del mesénquima. Maestros han

demostrado que los rudimentos epiteliales del pulmón de un ratón embrionario sufrennecrosis por 72 horas cuando son cultivadas en ausencia de mesénquima, una cantidadmínima de mesénquima se requiere para la supervivencia epitelial in vitro, y el grado dediferenciación epitelial está relacionado con la cantidad presente de mesénquima en losrecombinantes del tejido.

En segundo lugar, la morfogénesis de la ramificación del epitelio pulmonar embrionario requiere de una interacción específica con el mesénquima pulmonar.El epitelio pulmonar embrionario puede sobrevivir en un mesénquima heterotípico, a

pesar de que una mayor proliferación y así como la ramificación del pulmón sea detenida.Dameron ha demostrado que los rudimentos epiteliales del pulmon del pollo sobrevivencuando se recombina con el mesonéfrico, los somíticos, o con la mesénquimacorioalantoica, pero solo ramificado normalmente en presencia de la mesénquima del

pulmón; la ramificación limitada puede ser inducida por el mesénquima metanéfrico.Spooner y Wessells mostraron que cultivos de Somito 25 (noveno día de gestación) delendodermo intestinal del ratón forman los brotes pulmonares en respuesta al mesénquimade la glándula salival, pero las ramas sólo en presencia de mesénquima pulmonar. Larespuesta del epitelio pulmonar embrionario al mesénquima de la glándula salival esvariable y depende de la etapa en la cual se aisló el epitelio: los rudimentos pulmonaresepiteliales son aislados a partir de día 12 en ratones o el día 13 en las ratas y no muestranninguna respuesta cuando se recombina con mesénquima de la glándula salival, mientrasque los rudimentos del epitelio aislado desde los pulmones sólo con 1 día mas (cuando las

ramificaciones secundarias se han formado) muestran en respuesta un número limitado deramificaciones. Resultados similares fueron observados en recombinaciones demesénquima de glándula salival al día 15 en ratas versus el epitelio pulmonar de las ratasal día 12. El patrón de ramificación en estas recombinantes se especifica por elmesénquima, como en este caso la glándula salival. El fenotipo citodiferenciado de lascélulas epiteliales del pulmón que respondieron a la recombinación con mesénquimaglándula salival no fueron determinados. Si la mesénquima de la glándula salival fue

permisivamente apoyada en la citodiferenciación de las células epiteliales del pulmón o sise reprogramo instructivamente la expresión de un nuevo fenotipo, se desconoce.Otro sistema que ha demostrado las capacidades instructivas del mesénquima pulmonar yque también ha servido como modelo para los eventos tempranos en el desarrollo

pulmonar fue originalmente descrito por Alescio y Cassini. En estos estudios, una partedel mesénquima se extirpa quirúrgicamente desde el día 11 al 12 de la traquea del ratón y



se sustituye por la mesénquima pulmonar heterotípica. Cuando la mesénquima pulmonar distal se implanta como el mesénquima de reemplazo, este induce la formación de unsupernumerario brote desde la pared del epitelio traqueal que sigue a la rama de un modosimilar al pulmón (Figura 6-1). Estos datos fueron extendidos por Wessells, quiendemostrando que la mesénquima de varios tejidos no relacionados, también pueden

inducir la formación de un brote supernumerario, cuando es implantado en el epiteliotraqueal desnudo. Es importante destacar, sin embargo, que sólo la mesénquima pulmonar apoya la ramificación posterior a la formación del brote inicial. Además, Wessells mostróque la mesénquima traqueal inhibe la ramificación del epitelio pulmonar cuando seimplanta en el epitelio traqueal desnudo. Por lo tanto, existen claramente diferenciasimportantes entre la mesénquima pulmonar y la mesénquima traqueal, aunque ambostienen un origen espacial similar dentro del embrión.

En tercer lugar, el fenotipo de las células epiteliales es dependiente del tipo demesénquima desde el cual reciba señales inductivas. Una pregunta que se plantea desde elestudio de la implantación traqueal es que se trate el fenotipo celular del epitelio traquealinducido. Hemos tratado esta pregunta por la implantación distal del mesénquima

pulmonar embrionario en el mismo escenario del epitelio traqueal que fue extraído de su propia mesénquima. Idéntico a las observaciones anteriores en el ratón, la mesénquima pulmonar embrionario distal de la rata fue implantada en el epitelio traqueal que induceun brote supernumerario de las ramificaciones en un patrón similar al de pulmón. Elanálisis histológico y ultraestructural indica que el epitelio traqueal ha sido reprogramado

para expresar un fenotipo epitelial pulmonar distal. También nos favorecemos de laobservación que la proteína C surfactante (SP-C) es una célula especifica epitelialalveolar tipo II marcada en roedores fetales (Figura 6-2), y las células epiteliales de latráquea roedor nunca se ha mostrado expresar SP-C en cualquier punto en el desarrollo.Las estructuras de la ramificación inducidas en el epitelio traqueal por la mesénquima

pulmonar distal exhibe células intensamente positivas para el acido ribonucleicomensajero del SP-C en el aspecto mas distal, y la expresión del ARNm del SP-C sedetecta tan pronto como a las 24 horas después de la recombinación (Figura 6-3). El

patrón distal de la expresión del ARNm del SP-C es idéntico al que se observo en loscultivos de control de los explantes pulmonares intactos desde el mismo animal, lo quesugiere que la mesénquima pulmonar induce al epitelio traqueal a seguir un desarrollo del

patrón correcto espacialmente. A partir de estos datos moleculares, histoquímicos yultraestructurales, se concluyó que el mesénquima pulmonar está actuandoinstructivamente sobre el epitelio traqueal, es decir, las células se han reprogramado paraexpresar un nuevo fenotipo que no habría ocurrido en ausencia de mesénquima pulmonar.La capacidad del epitelio traqueal para responder al mesénquima pulmonar está

temporalmente restringida, sin embargo, desde el día 16 el epitelio no es competente pararesponder al día 13 de la mesénquima. Además, la mesénquima pulmonar fue incapaz deinducir una respuesta en otro intestino derivado del endodermo como el esófago y elintestino, indicando que estos epitelios son ya restringidos en este punto del tiempo.

Como se discutirá más adelante, la conservación de los mecanismos básicos desubyacentes a ramificación del sistema respiratorio puede extenderse evolutivamente trasla Drosophila. La conservación de la inducción permisiva por la mesénquima pulmonar de diferentes especies, también es válido para citodiferenciación epitelial: cuando elepitelio pulmonar del ratón al día 16 es directamente recombinado con el mesénquima

pulmonar del pollo, las ramas del epitelio, cultivados durante 2 a 5 días, dando que lascélulas epiteliales resultantes contienen numerosas copias de cuerpos lamelares, indicando

que la diferenciación de la célula tipo II ha ocurrido.



Los efectos de la ramificación del epitelio del pulmón estimulando el mesénquima pulmonar parecen ser de corto alcance y mediada por un factor o factores difusible(s).Esto quedó demostrado en las recombinaciones del tejido transfiltrado realizados usandolas pioneras técnicas de Grobstein en sus estudios de referencia en el riñón y en eldesarrollo del riñón y la glándula salival. Usando este sistema de modelo, Taderera aíslo

el epitelio pulmonar y los rudimentos mesenquimales y cultivados puestos estos el uno alotro, con el filtro Milipore interpuesto a 0,45 mm interpuesto entre ellos. Estos filtros permiten el paso de macromoléculas entre los dos tejidos, pero no permiten el contactocélula a célula directo en virtud de las vías tortuosas que atraviesan estos filtros tipomalla. Los resultados mostraron que el epitelio no se ramifica en ausencia de mesénquimasino distribuido sobre la superficie del sustrato del coágulo del plasma. Sin embargo, en

presencia del mesénquima pulmonar, sobreviene la ramificación del pulmón tipo. Unaimportante observación adicional en estos experimentos fue que la mesénquima pulmonar del pollo es tan efectiva como la mesénquima pulmonar del ratón al apoyar laramificación, sugiriendo una vez más que las moléculas inductivas requeridas para lamorfogénesis de la ramificación están conservadas evolutivamente.

La reciprocidad en las interacciones epitelio-mesénquima también ocurren en eldesarrollo pulmonar. Como se ha indicado anteriormente, Taderera ha demostrado que lacapacidad de mesénquima pulmonar a apoyar la ramificación epitelial es mantenidacuando un filtro se interpone entre los dos tejidos, y el contacto directo entre el epitelio yel mesénquima no es perceptible. Las observaciones adicionales hechas en estosexperimentos interesados en los efectos del epitelio en el mesénquima: las célulasvasculares y las células del estroma se desarrollan sólo en el mesénquima cuando estransfiltrado del cultivo al epitelio pulmonar. En ausencia de epitelio, la mesénquima

pulmonar no expresa el tipo de células del tejido conectivo pulmonar. Por otra parte, lamédula espinal y el epitelio salival dejan de influir en la histogénesis del mesénquima

pulmonar, sugiriendo que la contribución del epitelio a la histogenesis de la mesénquimaes específica. Si el desarrollo de los tipos de células especializadas en el compartimientono epitelial del pulmón es dependiente de la presencia de epitelio pulmonar, lareciprocidad existiría: la proliferación epitelial y la diferenciación son inducidas por una-aún sin identificar- población de células mesenquimales. Entonces, el epitelio inducido,

podría a su vez, producir factores que induzcan la proliferación celular, la diferenciacióncelular y la organización celular.

En resumen, el epitelio pulmonar tiene una alta especificidad, y la interacciónconservada evolutivamente con la mesénquima del pulmón es requerida para que la

proliferación normal y la ramificación se produzcan. Los factores necesarios sondifusibles y no requieren el contacto directo de célula a célula. La mesénquima pulmonar

puede actuar ya sea instructivamente, como en el reprogramación de epitelio traqueal, o permisiva, como en el apoyo de la citodiferenciación epitelial de la glándula salival. Si elmesénquima heterotipico permisivamente puede apoyar la diferenciación de las célulasepiteliales de pulmón en ausencia de la proliferación celular y de la ramificación esdesconocida.

Los mediadores de las interacciones tisulares en el desarrollo pulmonar La lista de las hormonas, factores de crecimiento, y otras señales moleculares, y

los componentes de la matriz extracelular que se ha demostrado que afectan al desarrollode pulmón es extensa. Las limitaciones de espacio impiden una discusión de todos estosfactores, los cuales han sido objeto de varias revisiones recientes. En su lugar, vamos a

limitar nuestra discusión a dos familias de moléculas que actúan como mediadorescríticos de las interacciones tisulares durante la morfogénesis pulmonar temprana: la



familia de los factores de crecimiento de fibroblastos (FGF) y el erizo de Sonic (la proteína Shh). Estos dos ejemplos ilustran la complejidad de los mecanismos molecularesque subyacen a las interacciones tisulares en el desarrollo pulmonar.

Factores de crecimiento de fibroblastos y sus receptoresLa familia de FGF comprende por lo menos 21 ligandos afines. Todos los

miembros conocidos de la familia FGF comparten una identidad de secuencia de proteínas importantes dentro de un núcleo aproximado de 120 aminoácidos que esresponsable de una característica de esta familia: la capacidad de unirse a la heparina. LosFGF ácidos y básicos (de ahora en adelante FGF1 y FGF2, respectivamente) fueron los

primeros miembros de la familia de FGF en ser identificados y, junto con FGF9, difierende los otros FGF en que ellos no contienen una señal péptido para la secreción de la

proteína clásico. Las señales de los Factores de crecimiento de fibroblastos son a través dereceptores de la alta afinidad de los factores de crecimiento de fibroblastos (FGFRs), loscuales son uno de las nueve subclases de los receptores de tirosina quinasa. Cuatro de losFGFR han sido identificados, y todos estos encontrados en el pulmón, y todos compartenuna estructura general en común. Una secuencia de señal secretora en el extremo N-terminal es seguida por dos o tres inmunoglobulina (Ig)-como asas de disulfuro queconstituyen el dominio extracelular. Un dominio transmembrana se ancla en losreceptores de la membrana plasmática, así definiendo la FGFR como los receptores desuperficie de la célula. La porción intracelular de la FGFR consta de dos dominios detirosina quinasa, los cuales se dividen por un dominio interquinasa corto.

La complejidad de la familia FGFR se incrementada significativamente por elempalme del ARN alternativo. Una variante importante funcionalmente se produce en la

porción C-terminal del la tercera ancla Ig, el cual afecta la especificidad y la afinidad alligando. La unión alternativa de los aminoácidos 49 en la mitad del C-terminal de la

tercera ancla del Ig en el resultado del FGFR2 en lo que se han denominado las variantesde empalme IIIB y IIIC de este receptor. Esta variación individual tiene un profundoefecto sobre la función del receptor. La variante IIIb se une al FGF1, FGF3, FGF7, yFGF10 con gran afinidad y al FGF2 con una menor afinidad, mientras que la unión de lavariante IIIC se une al FGF1, FGF2, FGF4, FGF6 y FGF9. El uso de esta variante deempalme única tiene implicaciones importantes para el desarrollo pulmonar.

La interacción relevante de los FGF con la heparina se produce a través de su bajaafinidad de unión de la molécula relacionada a esta, heparan sulfato. El heparan sulfato seencuentra en las superficies celulares y en la matriz extracelular en la forma de

proteoglicanos heparan sulfato (HSPG). Actualmente, se cree que las HSPGs se une alFGF e induce o estabiliza la formación de dímeros de FGF o compone un complejo

ternario formado de ligando receptores de alta y baja afinidad. Más allá de actuar comoco-receptores para el FGF en la superficie celular, la HSPG que existe en la matrizextracelular puede unirse a los FGF y por esto puede actuar como un reservorio para lasFGF en el espacio extracelular.

Factores de crecimiento fibroblástico como mediadores de las interaccionestisulares en el desarrollo pulmonar

La evidencia de muchos sistemas ha demostrado que los FGF juegan un papelfundamental en el desarrollo de los órganos, afectan a las células desde todas las trescapas germinales. Los miembros de la familia del factor de crecimiento fibroblásticocausan cambios en la proliferación celular, la morfología, diferenciación y la migracióndurante la organogénesis. Todas estas respuestas efectuadas por los FGF han sido



demostradas en el desarrollo del pulmón. Los factores de crecimiento fibroblásticos 1, 2,7, 9, 10 y 18 todos se han localizado en el desarrollo pulmonar. La información sobrealgunos de estos ligandos es incompleta, mientras que otros ligandos han sidoinvestigados en un gran detalle. De estos FGF, sólo el FGF10 ha demostrado ser absolutamente esencial para el desarrollo pulmonar. La expresión de FGF10 ha sido

demostrada en los pulmones de humanos y roedores donde se han localizado alrededor delas células mesenquimales en las puntas del epitelio pulmonar distal. Desde que elreceptor principal para el FGF10 (FGFR2IIIb) es encontrado en el epitelio pulmonar, esque el FGF10 ha sido considerado como un candidato principal de las interaccionesepitelio-mesenquima de la molécula efectora. El factor de crecimiento de fibroblastos 10

parece ser la homologa conservada evolutivamente del gen de Drosophila sin ramas, elcual interactúa con su receptor jadeante para guiar los brotes epiteliales traqueales a sitiosespecíficos dentro del larva, por lo tanto juega un papel fundamental en la morfogénesisdel sistema respiratorio del Drosophila. Igualmente, la gota humedecida con FGF10induce a la quimiotaxis dramática del epitelio pulmonar embrionario, apoyando su papelen la determinación de las coordenadas espaciales del pulmón en etapas tempranas. La

importancia de FGF10 al desarrollo de los pulmones fue lo más sorprendente demostradoen FGF10 de ratones inválidos, los cuales no muestran desarrollo pulmonar por debajo dela traquea. Así, el FGF10 juega un único papel en la inducción de los patrones de pulmónque no puede ser compensada por los otros ligandos del FGF.

El factor de crecimiento fibroblástico 7 (factor de crecimiento de queratinocitos)no tiene efectos demostrados sobre los fibroblastos y en cambio, es un potente mitógeno yfactor de la diferenciación para las células epiteliales. Al igual que el FGF10, el FGF7sólo está presente en las celulas mesenquimales del desarrollo pulmonar, aunque sudistribución está más generalizada. Además, como el FGF10, el FGF7 se une y activaFGFR2IIIb. El factor de crecimiento de fibroblastos 7 tiene potentes efectos tanto en el

pulmón pre y post natal. La sobreexpresión especificada del FGF7 al epitelio pulmonar desarrollado usando los resultados del promotor de SP-C resulta en un desarrollo anormal

parecido a la malformación adenomatoidea quística pulmonar. Igualmente, aumentandolos niveles del FGF7 en el pulmón postnatal, ya sea por instilación o condicionalmente

por sobreexpresión especificada, conduce a la hiperplasia epitelial. El factor decrecimiento de fibroblastos 7 también tiene efectos potentes in vitro. Los explantes de

pulmón tratados con FGF7 muestran hiperplasia epitelial y dilatación. El epitelio pulmonar embrionario purificado tratado con FGF7 presenta una proliferación extensa yuna expresión generalizada de SP-C cuando se administra con otros factores competentes.Por otra parte, el FGF7 es necesario (pero no suficiente por sí mismo) para reprogramar elepitelio embrionario traqueal para expresar un fenotipo celular alveolar tipo II. Es

importante destacar, sin embargo, que los ratones con una deleción selectiva de FGF7 no presentan anomalías pulmonar aparente, en compensación funcional sugerida por otro(s)ligando(s) del FGF. Los datos demuestran diferencias funcionales entre el FGF7 y FGF10

presentándose una paradoja, puesto que ambos se unen predominantemente al mismoreceptor (FGFR2IIIb) variando el empalme en el epitelio pulmonar. Así, los efectos de losFGF sobre los patrones morfogenéticos y la diferenciación celular pueden ser procesosseparables en el pulmón.

El factor de crecimiento fibroblastico 1, el cual se une a los cuatro FGFR, esdetectado en ambos, en el epitelio y el mesénquima del pulmón embrionario. El papel deFGF1 en el desarrollo del pulmón ha sido sugerido por la observación de que el FGF1

provoca el crecimiento y el florecimiento del epitelio pulmonar de ratón en el día E11 enun cultivo sin mesénquima. Es importante destacar que, los FGF1 de ratones invalidos no



presentan anormalidades en el desarrollo pulmonar, sugiriendo que su pérdida puede ser compensada por otros FGF. La localización del FGF2 en el desarrollo pulmonar por inmunohistoquímica ha dado resultados variados, con algunos investigadores buscando laexpresión en el epitelio, mientras que otros no lo hacen. El desarrollo del epitelio en el

pulmón humano, sin embargo, contiene el ARNm del FGF2. El factor de crecimiento

fibroblastico 2 ha mostrado afectar a la diferenciación celular del epitelio pulmonar,induciendo aumentos significativos en la expresión de ARNm de la SP-A, SP-B, y SP-Cen mitad de la gestación fetales de las celulares epiteliales del pulmón de la rata. Estosdatos sugieren un posible papel autocrino para el FGF2, pero la confirmación de estoespera una descripción más detallada de la expresión del FGF2 en el desarrollo del

pulmón. Cómo estos efectos del FGF2 sobre el epitelio pulmonar son mediadas por estossin quedar claro que los receptores de alta afinidad para el FGF2 se encuentran en elmesénquima pulmonar; esto debería señalar, sin embargo, que el FGF2 ha sidodemostrado que se une al FGFR2IIIb pero a una afinidad mucho más baja que el FGF7 oel FGF10. Si el FGF2 juega un papel en el desarrollo pulmonar, puede ser compensada

por otros FGF desde el ratón con una deleción selectiva para el FGF2 o nula, tanto para el

FGF1 y el FGF2 que tienen pulmones completamente normales. Más allá del hecho deque han sido localizados en el desarrollo pulmonar, poco se sabe acerca de cómo el FGF9y el FGF18 afectan a la morfogénesis y a la diferenciación del pulmón.

Los datos más convincentes sugieren un papel primordial para el FGF en eldesarrollo pulmonar proveniente desde estudios en los cuales las vías de señalización sonafectadas por la alteración o eliminación de los receptores FGF. Usando el promotor de laSP-C para seleccionar la sobreexpresión de un dominante negativo del FGFR2IIIb a lasuperficie de las células epiteliales del pulmón, Peters y colaboradores han demostradoque el desarrollo pulmonar no progresa más allá de la generación de la tráquea y de dos

bronquios no ramificados. Celli y colaboradores utilizaron el promotor de lametalotioneína para expresar un FGFR2IIIb dominante negativo soluble a lo largo de todoel desarrollo del embrión y también observado en la iniciación de los brotes del pulmón

pero no hay morfogénesis ramificada. La deleción selectiva de los genes del FGFR2resulta en letalidad embrionaria, poco después de la implantación debido a defectostropectodermicos. Cuando estos defectos fueron eludidos mediante el uso de quimeras defusión tetraploide, el FGFR2 de ratones inválidos no mostraron desarrollo del árbolrespiratorio por debajo de la traquea. Usando el sistema de recombinación Cre-loxP, DeMoerlooze et colaboradores demostraron que la agenesia pulmonar se produce cuando elADN que codifica para el exón IIIb es borrado. Esto sugiere un papel fundamental paralos ligandos del FGF que se unen al FGFR2IIIb en el desarrollo de pulmón en estadios

precoces. El factor de crecimiento fibroblastico 2 no es el único sistema de señalización

para el receptor del FGF usado en el desarrollo pulmonar. Aunque los FGFR3 o FGFR4en ratones inválidos, no tengan un fenotipo pulmonar anormal, los ratones inválidos tantoen el FGFR3 y FGFR4 muestran defectos de tabicación alveolar y anormalmentecontenidos de elastina elevados. El papel de la señalización mediada por el FGFR1 en eldesarrollo del pulmón es actualmente desconocido desde los animales inválidos por FGFR1 muertos tempranamente en el desarrollo.

El erizo de Sonic, parcheado, y los GLI.

El erizo de Sonic, el mamífero homologo del gen del Drosophila erizo, es una proteínasecretada involucrada en muchos de los procesos del desarrollo tempranos. Durante el

desarrollo pulmonar en etapas tempranas, el Shh es expresado en el epitelio del árbolrespiratorio, pero no con un patrón uniforme: la expresión se incrementa notablemente en



el epitelio mas distal, donde las interacciones epitelio-mesénquima están activamente encurso (ver Figura 6-2). Mientras tanto el Shh es expresado por el epitelio pulmonar endesarrollo, su predominio receptor, parcheado-1 (Ptc), se expresa en el mesénquima

pulmonar y refleja el patrón de expresión del Shh, siendo mayor en los puntos másdistales del pulmón embrionario. Estas observaciones apoyan el papel del Shh en la

señalización del epitelio-mesénquima. Uniendo el Ptc al Shh derreprime los 7 pasos de la proteína transmembrana lisa, lo que conduce a la activación de la familia Gli de losfactores de transcripción del dedo de zinc. Los genes seleccionados al final de la línea delos transactivadores gli no han sido todavía dilucidados.

Los ratones invalidados para la expresión del Shh exhiben anomalías en eldesarrollo en una variedad de órganos, incluyendo los pulmones. El erizo de Soniceliminado por los ratones han retrasado la iniciación de los brotes pulmonares delendodermo del intestino anterior, el crecimiento y la ramificación son un retraso grave.De izquierda a derecha la asimetría del pulmón está totalmente ausente, y la separación dela traquea y del esofágico no se produce. Aunque la falta de señalización del Shh conducea defectos en el patrón del árbol respiratorio, la diferenciación epitelial al parecer, no se

ve afectada ya que la proteína de las células secretoras Clara y SP-C, los marcadores delepitelio proximal y distal, respectivamente, se expresan en un patrón adecuadoespacialmente.

Aunque estos datos demuestran que la expresión del Shh es necesaria para eldesarrollo normal pulmonar, la cantidad y la distribución espacial de la expresión de Shhtambién juegan un papel importante en la morfogénesis. Esto fue demostrado enexperimentos en los cuales la SP-C humana promotora fue utilizada para conducir lasobreexpresión del Shh en ratones transgénicos. Estos animales mueren al nacer por fallarespiratoria, y a la examinación de sus pulmones revelan una cantidad anormal demesénquima y una falta de formación alveolar normal. Considerando que la cantidadanormal y la distribución del Shh en estos animales puede explicar la perturbación en eldesarrollo pulmonar, también es posible que los factores temporales también esténinvolucrados ya que la SP-C promotora sostenida al Shh con alto nivel de expresión paralas etapas del desarrollo es cuando el Shh es normalmente disminuido.

Los tres miembros de la familia Gli de los factores de transcripción se expresan enáreas distintas pero superpuestas del mesénquima pulmonar. Los ratones con supresión dela selección individual de Gli2 o Gli3 muestran un tamaño pulmonar reducido y loscambios en la segmentación. Los ratones inválidos de Gli2 y Gli3, sin embargo, tienen unfenotipo mucho más grave, que carecen por completo de ambos pulmones y la traquea.Este resultado es mucho más grave que el observado en ratones eliminados del Shh, en elcual es iniciado el desarrollo pulmonar. Esto sugiere que los miembros de la familia Gli

pueden ser parte de una señalización o señalizaciones cascada que no implique aun al Shhes crucial para los eventos iniciales del desarrollo pulmonar.Como se señaló anteriormente, la morfogénesis pulmonar y la diferenciación están

influenciadas por un gran número de hormonas, factores de crecimiento, citoquinas yotras moléculas de señalización. La complejidad generada por esta matriz se incrementaaún más por el hecho de que estas cascadas de señalización interactúan. Tal interacción esentre un miembro de la familia de FGF, el FGF10, y el Shh. La proteína surfactante C

promotora e impulsora de la sobreexpresión del Shh en el pulmón del ratón lleva a laexpresión disminuida del FGF10 y al aumento de la proliferación de las célulasmesenquimales, y las células mesenquimales pulmonares tratadas con Shh recombinantein vitro retardan la expresión del FGF10. Además, la expresión del FGF10 en Shh

eliminados por los ratones se extiende a través del mesénquima pulmonar oponiendose asu localización discreta normal para el mesénquima subtendiendo el brote pulmonar



distal. Estas observaciones han conducido a un modelo en el cual el Shh producido en lascélulas epiteliales del pulmón distal actúa sobre las células mesenquimales para extinguir la expresión del FGF10, limitando así el consecuente brote dirigido por el FGF10 y suexpansión. La regulación de este "centro de señalización" se complica aún más por suinteracción con dos otros factores, la proteína morfogenética ósea 4 y el factor de

crecimiento transformante β-1.Las técnicas clásicas de la embriología han demostrado que la organogénesis pulmonar normal requiere de las interacciones de los tejidos que son altamenteespecíficos en tiempo y espacio. La aplicación de la biología molecular para el estudio deldesarrollo pulmonar ha iniciado la elucidación de la base molecular de estasinteracciones, de los cuales la familia de los FGF y de los Shh son sólo dos de muchosactores. El advenimiento de las nuevas tecnologías, tales como la genómica funcional y

proteómica, dará lugar a una gran expansión de nuestra comprensión respecto de locrecimiento pulmonar y la diferenciación, el cual, a su vez, debería producir nuevasestrategias para la prevención y tratamiento de patologías resultantes del desarrollo

pulmonar anormal.

Anexo

FIGURA 6-1. La mesénquima pulmonar especifica de la morfogénesis epitelial. (A), Un complejo pulmón-tráquea tomado de un embrión de rata al día 13 de la gestación en el cual el mesénquima se haextirpado quirúrgicamente desde la tráquea y es reemplazado con la misma etapa del mesénquima

pulmonar distal (punta de flecha). B, Después de 24 horas de cultivo, el mesénquima pulmonar se ha



inducido a un brote supernumerario (flecha) desde la pared del epitelio traqueal. C, Después de 48 horas,el brote inducido (flecha) se ha alargado y ampliado. D Después de 72 horas, el brote inducido hacomenzado a ramificarse (flecha de dos puntas) en un patrón idéntico al tejido pulmonar no tratado(aumento original x 18,5).

FIGURA 6-2. La expresión de la SP-C y el erizo de Sonic (Shh) en el desarrollo pulmonar. El complejotráquea-pulmón fue tomado de embriones de ratones en el día 13 de gestación (izquierda) y 12 (derecho)y se hibridó con sondas de ARN antisensible digoxigenina-etiquetada o bien a la SP-C o el Shh. Tener encuenta que la SP-C se expresa (manchas oscuras) sólo en los brotes más distales del pulmón (puntas deflecha), que son los precursores del epitelio alveolar. En contraste, la Shh se expresa (manchas oscuras)en todo el epitelio respiratorio, pero es más intensa en los brotes pulmonares distales (flechas), que sirvencomo centros de señalización en el desarrollo pulmonar (aumento original × 5,5).



FIGURA 6-3. Fenotipo diferenciado epitelial especifico de la mesénquima pulmonar. A, Este panelrepresenta un brote supernumerario (flecha) que ha sido inducida al mesénquima pulmonar distal por uninjerto sobre el epitelio traqueal que ha tenido una porción de su mesénquima extirpada quirúrgicamente.B y C, La sección del tejido autorradiografía del brote supernumerario muestra en el panel A, que se hahibridizado con una sonda de ARN antisensible radiomarcada a la SP-C. La proteína surfactante-C es unmarcador molecular específico para el epitelio distal y no está presente en la tráquea. El brote inducido

(circunscrita por las puntas de la flecha) se compone de varias capas de células (B). Óptica de campooscuro del autorradiograma (C) demuestran que la SP-C ha sido inducida en el brote supernumerario,indicando que el epitelio traqueal ha sido reprogramado para expresar un fenotipo pulmonar distal. Nóteseque el epitelio traqueal es totalmente negativo para la expresión de la SP-C.

las interacciones tisulares en la organogénesis del pulmón

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