PRESENTACIÓN Xenopus

Xenopus laevis como un modelo biológico

Universidad Nacional Autónoma de MéxicoFacultad de Ciencias - Biología Anfibios y reptiles Demian Henry Servin Hernández

Información de la especie

• Reino: Animalia - Filo: Chordata - Clase: Amphibia - Orden: Anura - Familia: Pipidae - Género: Xenopus - Especie: laevis (rana de uñas africana)

• Distribución original: sureste de África en la región que comprende el Valle del Rift, Especie cotizada como mascota. En México se han establecido en el Desierto de Sonora, la Península de Baja California y la Península de Yucatán.

• habitat: Cuerpos de agua estancada, cálida y rodeada de pastos, así como riachuelos de zonas áridas y semiáridas.

• Reproducción: Varias veces al año y su proceso de metamorfosis es rápido y acelerado,

Xenopus laevis como modelo animal

Muchas de las características embrionarias y fisiológicas que esta especie cuenta llaman la atención de diferentes diciplinas como la biología del desarrollo y las neurociencias. Este hecho ha propiciado que:

• Se haga hincapié en las similitudes entre los cerebros de anfibios y humanos.
• Contradecir los paradigmas actuales sobre la singularidad del cerebro humano.

Experimentos de rastreo de linajes demuestran que regiones embrionarias homólogas dan lugar a estructuras cerebrales adultas homólogas.

• Muchas características del neurodesarrollo que son observadas en humanos también están representadas en otros tetrápodos, incluidas las ranas (Exner et al., 2020),

• La mayoría de los científicos recurren a modelos animales como el ratón y el pez cebra.

Contexto histórico

1962: John Gurdon demostro la pluripotencia del núcleo somático. Gurdon clonó el primer vertebrado por transferencia nuclear en un cigoto fertilizado desnuclearizado, un experimento reconocido con un premio Nobel en 2012,

1940 - 1970: Las ranas eran inyectadas con la orina de mujeres posiblemente embarazadas, y la presencia de gonadotropina coriónica humana (hCG) inducía a lasranas a poner huevos, lo que indica un resultado positivo para la prueba.

1980: Ricardo Miledi, Eric Barnard y otros neurobiólogos demostraron que los ovocitos de X. laevis podían expresar canales iónicos exógenos y que los métodos fisiológicos podían ser utilizados para estudiar corrientes iónicas generadas por los canales recién sintetizados.

Xenopus vs otros modelos animales

Ratón

Pez cebra

X. laevis

Produce un gran número de crías.Muchas líneas mutantes disponibles. Menos costoso de mantener. Posibilidad de observar directamente el desarrollo embrionario

Posibilidad de estudiar síndromes humanos que afectan a las extremidades, los pulmones o el diafragma,Ascendencia tetrápoda común más cerca en el tiempo evolutivo. 90% de los genes tienen homólogos de enfermedades humanas.

un genoma muy similar al de los humanos.cepas con modificaciones genéticas. Costosas inversiones en el alojamiento y mantenimiento.

Experimentos

Regeneración

En el desarrollo temprano y en las etapas de renacuajo, X. laevis es un sanador rápido, y si bien una lesión en el SNC en humanos y mamíferos es irreversible, los anfibios si logran regenerarse completamente después de una lesión grave. X. laevis tiene un alto potencial para regenerar el cerebro y la médula espinal durante los estadios larvarios, y pierde esta capacidad durante la metamorfosis (Lee-Liu, et al., 2017).

X. laevis se volvió atractivo principalmente por la facilidad para acceder a los huevos y embriones.

Experimentos

Canales iónicos

La expresión heteróloga es una forma de estudiar los canales iónicos, con un enfoque en descifrar la estructura y función de estos canales efectuando mutaciones específicas. Esta combinación de métodos moleculares y fisiológicos en ovocitos de X. laevis se ha vuelto una herramienta poderosa y valiosa para las neurociencias, como lo fue el axón del calamar en los 50’s.

Experimentos

Embriología

La inyección de reactivos como plásmidos y ARNm para experimentos de sobreexpresión en blastómeros Restringir los efectos directos de tales perturbaciones en los tejidos elegidos, como el ectodermo dorsal que da origen al cerebro. Estos avances permitieron la caracterización detallada del neurodesarrollo de los vertebrados (Exner et al., 2020).

Experimentos

Sistema nervioso y patologías

El papel compartido genes asociados al espectro autista en la regulación de la biología de las células progenitoras neurales durante la neurogénesis del prosencéfalo.También se ha utilizado para modelar trastornos asociados con la actividad neuronal desregulada como la epilepsia, trastornos neurodegenerativos, como el Parkinson y el Alzheimer, trastornos neuro inflamatorios como Huntington y trastornos de la mielinización como la esclerosis múltiple.

Conclusión

El resultado de todos estos ensayos experimentales ha sido un conjunto de conocimientos en constante crecimiento sobre el neurodesarrollo, y la aplicación de las nuevas técnicas moleculares en X. laevis ha facilitado el descubrimiento de características moleculares altamente conservadas para el desarrollo neuronal de todos los vertebrados, pues aunque no lo parezcan, las ranas brindan la oportunidad única de estudiar el desarrollo de los órganos desde las etapas más tempranas y las vuelven un modelo de primer nivel para estudiar el desarrollo del X cerebro, un proceso notoriamente complejo que exige una comprensión de todas las etapas de lavida.

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Bibliografía:

¡Eureka!

Álvarez Romero J., Medellín Legorreta R. A., Gómez de Silva H. & Oliveras de Ita A. (2005) Ficha técnica - Xenopus laevis. (s. f.). Conabio. Recuperado 25 de noviembre de 2023, de http://www.conabio.gob.mx/conocimiento/exoticas/fichaexoticas/Xenopuslaevis00.pdf Blum, M., & Ott, T. (2018b). <b><i>Xenopus</i></b>: An undervalued model organism to study and model human genetic disease. Cells Tissues Organs, 205(5-6), 303-313. https://doi.org/10.1159/000490898 Exner, C. R., & Willsey, H. R. (2020). Xenopus leads the way: frogs as a pioneering model to understand the human brain. Genesis, 59(1-2). https://doi.org/10.1002/dvg.23405 Lee-Liu, D., Méndez-Olivos, E. E., Muñoz, R., & Larraı́n, J. (2017). The African clawed frog Xenopus laevis : a model organism to study regeneration of the central nervous system. Neuroscience Letters, 652, 82-93. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2016.09.054 Purves, D., Augustine, G. J., Fitzpatrick, D., Hall, W. C., LaMantia, A. S., & White, L. E. (2014). Neurociencia (5.a ed.). Editorial Médica Panamericana (p 63-64). Willsey, H.R., Exner, C.R.T., Xu, Y., Everitt, A., Dea, J., Schmunk, G., Sun, N., Zaltsman, Y., Teerikorpi, N., Kim, A., Anderson, A.S., Shin, D., Seyler, M., Nowakowski, T.J., Harland, R.M., Willsey, A.J., State, M.W. (2021). Parallelized in vivo analysis pinpoints neurogenesis as a convergent vulnerability in autism spectrum disorders and suggests estrogen as a potential resilience factor. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2021.01.002

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Imagenes:

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