Como ya hemos definido anteriormente la identidad de los dedos viene dada por una serie de características morfológicas diferenciales además de la posición asignada dentro del autopodio. Las diferencias que definen la identidad de un dígito son su longitud total, y el número y morfología de sus falanges.
Tanto las extremidades superiores como las inferiores del humano y el ratón presentan cinco dedos, que se numeran del 1 al 5, siendo el primero el más anterior y el quinto el más posterior. Estos dos dedos resultan fácilmente distinguibles el uno del otro sin embargo los dígitos intermedios (d2, d3 y d4) comparten un mayor número de similitudes. En ese aspecto el pollo resulta un modelo mucho más sencillo y abordable ya que tanto el ala, como la pata, muestran claras diferencias entre cada uno
B A
de sus dedos. El ala del pollo presenta tres dedos numerados como 2, 3 y 4 y la pata cuatro numerados como 1, 2, 3 y 4 de anterior a posterior. Los dedos 2 y 3 del ala se componen de dos falanges mientras que el dedo 4 posee una. En la pata, los dígitos 1, 2, 3 y 4 muestran dos, tres, cuatro y cinco falanges respectivamente (Fig. 22)
Hemos descrito con anterioridad cómo Shh, desde la ZPA, controlaba el número y la identidad de los dedos. En etapas concretas, la zona de actividad polarizante asignaba un valor posicional a las células dentro del eje antero-posterior y éstas, posteriormente, durante la formación de los dedos, interpretaban su posición para asignar a cada dedo su identidad. En este proceso, el problema reside en saber cómo las células que han dejado de recibir señalización de la ZPA estadios atrás, interpretan esta información previa y la traducen en diferentes morfologías, en el momento de la generación de los dedos. Experimentos realizados en los últimos años, en los que se cambiaba la identidad de los dígitos en etapas tardías, han mostrado una sorprendente plasticidad de los primordios digitales (Dahn and Fallon, 2000; Sanz-Ezquerro and Tickle, 2000). Este fenómeno indicaría que la identidad de los dedos no se encuentra completamente fijada desde antes de la aparición de los primordios digitales, si no que durante su formación, existe una pequeña ventana de tiempo en que dicha identidad puede ser modificada.
En el laboratorio de Fallon se llevaron a cabo diferentes manipulaciones en extremidades de embriones de pollo a estadios tardíos que sugirieron que la identidad de los dedos viene especificada por el mesodermo de los interdígitos (Dahn and Fallon, 2000). Transplantes de interdígitos, bisecciones, transplantes de primordios de los dedos o colocación de barreras apuntaron que, los interdígitos más posteriores especifican identidades más posteriores y los primordios de los dedos adquieren su identidad de las señales procedentes de su interdígito más posterior (Fig. 23). De esta manera, el bloqueo de esta señal procedente del interdígito inmediatamente posterior, mediante su eliminación, o mediante la colocación de una barrera, provoca que el primordio del dedo adquiera una identidad más anterior. Además, estos mismos ensayos, así como estudios sucesivos, proponen que estas señales interdigitales corresponden a diferentes concentraciones de BMPs localizadas en este tejido y establecidas previamente por la acción de Shh (Dahn and Fallon, 2000; Suzuki et al., 2008). Sin embargo, aunque la colocación de microesferas impregnadas de NOGGINA,
Figura 22: Tinción con Alcian green que
muestra los elementos cartilaginosos en una pata y un ala de pollo de 36HH. El ala presenta tres dedos y la pata cuatro. En la extremidad inferior cada dígito exhibe un diferente número de falanges
antagonista de BMPs, es capaz de provocar una reducción en el número de falanges, sugiriendo una identidad más anterior de los dedos manipulados, microesferas impregnadas en BMPs no tienen el efecto opuesto (Dahn and Fallon, 2000). Además el triple mutante de falta de función de Bmp2, Bmp4 y Bmp7 no tiene alteraciones en este sentido (Bandyopadhyay et al., 2006), lo cual cuestiona la validez de esta hipótesis, al menos en lo que al papel de las BMPs se refiere.
En experimentos posteriores, el grupo de Ogura analizó el papel de Tbx2 y Tbx3 en la formación de la extremidad en el embrión de pollo y evidenció un posible rol de estas moléculas en la adquisición de identidad por parte de los dedos. TBX2 y TBX3 son factores de transcripción cuya expresión en la extremidad de pollo se restringe a los interdígitos más posteriores y cuya sobreexpresión es capaz de transferir identidad más posterior a los dedos anteriores. Además esta posteriorización, viene asociada a un incremento en los niveles de BMPs, sugiriendo que estos factores de transcripción podrían otorgar una identidad posterior a los dedos colocados en dicha posición, interaccionando conjuntamente con las BMPs (Suzuki et al., 2004). Estos datos se ven reforzados al haberse detectado mutaciones en el gen Tbx3 en pacientes humanos con el síndrome ulnar-mamario, caracterizado por alteraciones o ausencia de los elementos esqueléticos posteriores.
Según el modelo propuesto, tanto los TBX como las BMPs expresados en el mesodermo interdigital, serían los encargados de interpretar y ejecutar las señales procedentes de la zona de actividad polarizante. La activación de estas moléculas en los interdígitos y la consecuente posteriorización de los dedos tras la colocación de microesferas impregnadas en SHH, apoyan dicho modelo. Sin embargo existen varias evidencias que podrían cuestionar su validez.
Microesferas con SHH en la región más posterior de la pata promueve la aparición de un dedo 4 con seis falanges, estructura no existente en la naturaleza. Del mismo modo, este mismo tipo de microesferas en el interdígito 2 del ala, no produce una
Figura 23: Esquema que sintetiza los
experimentos realizados por Dahn y Fallon (Dahn and Fallon, 2000) en los que muestra la regulación de la identidad de los dedos mediada por los interdígitos. A) Primordio sin manipular. B) La eliminación del interdígito entre el primordio de dedo 2 y 3 provoca la transformación de este dígito en dedo 1. C) Asimismo la escisión del interdígito entre los dedos 3 y 4 produce la transformación del dedo 3 en 2. 2 3 4 2 3 4 2 1 2 3 4 3 2 A B C
transformación del dedo 2 en dedo 3 como se esperaría si no que se genera un dedo 2 con una falange extra (Sanz-Ezquerro and Tickle, 2003).
En los experimentos llevados a cabo en el laboratorio de Fallon se consideró la variación en el número de falanges como única característica morfológica a la hora de calificar las modificaciones observadas, como cambios de identidad. Sin embargo este aumento o disminución en el número de falanges puede ser contemplado como un efecto indirecto debido a una prolongación en la vida del AER tal y como propuso el grupo de Tickle (Sanz-Ezquerro and Tickle, 2003). Dicho grupo evidenció que la colocación de microesferas de SHH en el interdígito, mantenía la expresión de Fgf8 en el AER durante más tiempo. De esta forma postuló que esta expansión temporal de la cresta ectodérmica apical podría ser la responsable del aumento en el número de falanges tras la colocación de la microesfera de SHH. La confirmación se produjo tras la aplicación de microesferas con FGF8, las cuales provocaron elongación de los dedos o la colocación en un mismo interdígito de dos microesferas, una impregnada en SHH y otra en un inhibidor de la vía de FGFs, las cuales no produjeron cambios en el número de falanges.
Así pues el modelo formulado por este grupo planteaba la presencia de una señalización por Indian Hedgehog (Ihh) (homólogo de Shh) en los dedos formantes capaz de activar la vía de BMPs en el mesodermo de los interdígitos. Estas BMPs promoverían la actividad de un antagonista de la vía que bloquearía a las BMPs encargadas de la desaparición del AER y de esta manera, los FGFs provenientes de esta estructura promoverían el crecimiento del dedo. La desaparición del AER permitiría la formación de la última falange y la finalización del patrón del dígito. Lamentablemente, aunque este mecanismo explica muchos de los resultados descritos, actualmente no se han identificado algunos de los supuestos integrantes de dicho modelo. La búsqueda de estos componentes fue uno de los objetivos iniciales de esta tesis.
En este apartado se han mostrado diferentes experimentos en etapas tardías capaces de alterar el número de falanges especificado previamente para un dígito. Este mismo resultado puede ser interpretado tanto como un cambio en la identidad del dedo (Dahn and Fallon, 2000; Suzuki et al., 2004), como por una prolongación en el tiempo de crecimiento de éste (Sanz-Ezquerro and Tickle, 2003). En la actualidad, las carencias de ambos modelos suscitan la existencia de un debate en torno al análisis de estos resultados.