CÈL·LULES GERMINALS: CARACTERÍSTIQUES, FORMACIÓ, TIPUS, MIGRACIÓ - BIOLOGIA - 2025

Les cèl·lules germinals són les cèl·lules precursores dels gàmetes en aquells animals amb reproducció sexual. Es tracta de precursors embrionaris que es diferencien dels múltiples llinatges de cèl·lules somàtiques (soma = cos) molt d'hora en el desenvolupament de la major part de les espècies.

Virtualment, tots els organismes que es reprodueixen sexualment sorgeixen a partir de la fusió de dues cèl·lules gamètiques. Els gàmetes són cèl·lules especialitzades que porten la meitat de la informació genètica de l'individu que els produeix, el pare i la mare (són cèl·lules haploides).

Cèl·lules mare embrionàries humanes en cultiu cel·lular. Ryddragyn at English Wikipedia

Tots els gàmetes produïts per un animal es formen a partir d'una línia especial de cèl·lules coneguda com la línia germinal, que es desenvolupen d'acord amb un complex conjunt de senyals específiques. Aquestes cèl·lules representen la principal ruta de "transferència" de l'genoma i els components citosòlics d'una generació a una altra.

Les cèl·lules germinals són les responsables dels processos d'especiació i evolució, ja que són els canvis que es donen en aquestes els que són transmesos d'una generació a la següent. Addicionalment, aquestes cèl·lules són les que hi la transmissió de les malalties hereditàries dels pares als seus fills, especialment en l'ésser humà.

Característiques de les cèl·lules germinals

Les cèl·lules germinals són cèl·lules embrionàries "pluripotents" o "totipotents", és a dir, que es poden diferenciar en gairebé qualsevol tipus cel·lular sota les condicions i els senyals adequades. A més, són cèl·lules competents per a la seva "autorenovació", ja que són les responsables de la seva pròpia regeneració.

Aquestes cèl·lules són les úniques capaces de produir als gàmetes, que són les cèl·lules que poden formar un nou organisme, propietat que perden les altres cèl·lules d'un embrió a mesura que es diferencien.

Alguns autors les consideren, llavors, com les "cèl·lules mare" d'una espècie, ja que no formen òrgans sinó nous individus. Així mateix, aquestes cèl·lules són el principal mitjà pel qual les espècies evolucionen i són els vehicles per a la transmissió de les malalties hereditàries, especialment en l'ésser humà.

Les cèl·lules germinals produeixen als gàmetes a través de processos dels coneguts com meiosi i gametogènesi (ovogènesi i espermatogènesi en molts animals), que són característics i únics d'aquest grup de cèl·lules.

Túbuls seminífers amb espermatozoides madurs. Nephron

formació

Les cèl·lules germinals es distingeixen aviat dels altres llinatges de cèl·lules somàtiques durant el desenvolupament embrionari.

Com passa en alguns invertebrats?

Mosca de la fruita Drosophila melanogaster. Presa i editada de: Sanjay Acharya

En moltes espècies, com la mosca de la fruita Drosophila melanogaster, aquestes cèl·lules es formen a partir de cèl·lules primordials de la blàstula que han "heretat" un determinant citosòlic conegut com el "germoplasma" o el "plasma germinal", és a dir, uns blastòmers molt particulars.

Dit germoplasma conté elements estructurals i alguns ARN missatgers i durant la oogènesi i la fertilització, aquest pateix diferents moviments citosólicos, per després conformar uns cúmuls cel·lulars primordials en l'etapa de blàstula, que donaran lloc a les cèl·lules germinals primordials.

Els blastòmers que posseeixen el "plasma germinal" es divideixen asimètricament, heretant el germoplasma a una sola cèl·lula filla. Quan l'embrió arriba a l'etapa de gàstrula, llavors comença la divisió equivalent d'aquestes cèl·lules i s'expandeix la població de cèl·lules primordials de la línia germinal.

Com passa en l'ésser humà?

En els mamífers com l'home, en canvi, no s'ha reportat la implicació d'un "plasma germinal" durant el procés de formació de les cèl·lules germinals primordials, sinó que més aviat l'especificació d'aquesta línia està determinada per interaccions cèl·lula-cèl·lula.

Les cèl·lules germinals primordials, durant les primeres etapes de l'embriogènesi, es localitzen en una mena de compartiment extraembrionario i, en els éssers humans, això passa prop de la tercera setmana de el desenvolupament.

Un cop es defineix la línia de les cèl·lules primordials, aquestes migren cap a les gònades femenines o masculines, on s'activen els processos de ovogènesi o espermatogènesi, respectivament.

La interacció de les cèl·lules primordials amb les cèl·lules somàtiques de les gònades, a més de la presència dels cromosomes sexuals i d'altres factors materns, és la que defineix la determinació de l'sexe en la línia germinal, encara que aquest procés pot variar considerablement entre una espècie i una altra.

Expressió diferencial de gens

Perquè tingui lloc la "separació" inicial de les cèl·lules somàtiques i les cèl·lules germinals el primer que passa és una expressió diferencial de gens, ja que en la línia germinal dels gens característics de les línies somàtiques són reprimits amb la finalitat d'iniciar el "programa "genètic de les cèl·lules germinals.

Durant el seu procés de formació aquestes cèl·lules també migren des d'on s'originen cap al lloc específic on es formaran les gònades, que són els teixits productors de gàmetes en l'adult.

La migració cel·lular també és aconseguida a través de l'activació de tota una "maquinària" migratòria i de diferents mecanismes de "guia", que tenen a veure amb múltiples factors genètics i epigenètics (que no tenen a veure amb la modificació de la seqüència nucleotídica).

migració

Les cèl·lules germinals primordials, les que donen lloc a les "veritables" cèl·lules germinals, es formen lluny d'on es desenvolupen i, per establir-se, han de migrar cap als llocs on s'ubiquen els ovaris i els testicles, que són les gònades femenines i masculines.

Inicialment, les cèl·lules germinals primordials s'observen durant la gastrulació com un cúmul de cèl·lules a la base de l'alantoides, que és una membrana extraembrionària que es forma com una evaginació de l'tub digestiu primari de l'embrió.

Gastrulació d'un animal diblástico. 1-Blàstula. 2-Gàstrula. Pidalka44

En aquesta etapa, les cèl·lules primordials adquireixen una morfologia polaritzada i alguns experiments han demostrat que aquestes s'estenen llargs processos a mesura que es mobilitzen.

Posteriorment, aquestes es fan evidents a l'intestí posterior i després emergeixen de l'dors intestinal i migren lateralment, colonitzant les crestes genitals.

A mesura que les cèl·lules primordials es mouen des de l'intestí posterior cap al teixit connectiu que l'envolta, aquest últim s'allarga, formant el mesenteri intestinal (el teixit que recobreix a l'intestí prim i l'uneix amb la paret abdominal), procés que passa mentre les cèl·lules emergeixen a través de la paret de l'intestí.

Mecanismes de control

L'arribo de les cèl·lules precursores cap al teixit gonadal està controlat per les cèl·lules somàtiques d'aquestes estructures, que aparentment exerceixen un efecte "quimioatrayente" sobre les primeres.

S'ha demostrat experimentalment que l'expressió d'un gen conegut com fragilis té molt a veure amb el desenvolupament de la motilitat en les cèl·lules germinals primordials.

Aquest gen està implicat en els processos d'adhesió cèl·lula-cèl·lula i en el control de l'cicle cel·lular, per la qual cosa s'intueix que la regulació dels processos d'adhesió podria ser crucial per a la iniciació de l'procés migratori.

No obstant això, alguns autors consideren que la ruta de migració d'aquestes cèl·lules està controlada a nivell ambiental, en comptes de ser un procés autònom.

En el seu pas cap a les gònades i un cop en elles, aquestes cèl·lules es multipliquen per mitosi, generant múltiples clons que aconsegueixen augmentar el nombre d'individus de la població cel·lular.

Tipus de cèl·lules germinals

Una vegada que les cèl·lules germinals primordials arriben els seus teixits definitius, aquestes es desenvolupen en cèl·lules germinals femenines o en cèl·lules germinals masculines, segons sigui el cas i els senyals endògens i exògens que aquestes rebin.

Les gònades femenines són els ovaris i les gònades masculines són els testicles. Un cop en aquests teixits, les cèl·lules primordials es multipliquen a gran velocitat, però els patrons d'aquesta proliferació mitòtica difereixen entre tots dos.

Ha, llavors, dos tipus de cèl·lules germinals conegudes com les ovogonias i els espermatogonis.

Cèl·lules germinals femenines: ovogonias

Ovogonias. Font: Chassot AA, Gregoire EP, Lavery R, ​​Taketo MM, de Rooij DG, et al.

Les ovogonias són cèl·lules mitóticamente actives. Es divideixen intensament durant el desenvolupament embrionari, específicament des del segon fins al cinquè mes de l'embaràs en els humans, de manera que es formen fins a més de 7 milions d'aquestes cèl·lules, tot i que algunes es degeneren naturalment.

Aquestes cèl·lules no es divideixen per mitosi novament en les etapes postnatals, sinó que es diferencien periòdicament. Durant els últims estadis de el desenvolupament fetal, però, aquestes comencen a dividir-se per meiosi, procés que roman en "arrest" fins al començament de la pubertat.

Cèl·lules germinals masculines: espermatogonis

La proliferació de les espermatogonis és un tant diferent a la de les oogonias, ja que tot i que aquestes comencen a formar-se ia multiplicar-se en els testicles embrionaris, mantenen la seva capacitat de divisió al llarg de pràcticament tota la vida postnatal.

Els conductes seminífers dels testicles estan delimitats internament amb espermatogonis germinatives i algunes de les poblacions compostes per aquestes cèl·lules es divideixen per mitosi. A l'inici de la pubertat, grups d'espermatogonis (espermatòcits primaris) es comencen a dividir per meiosi per formar els espermatòcits secundaris que donaran lloc a les espermàtides haploides.

mutacions

Les cèl·lules germinals són les "fàbriques" on es produeixen els "vehicles" de transmissió de la informació d'una generació a la següent. Així també, aquestes cèl·lules són de gran importància per als processos evolutius, ja que gairebé qualsevol modificació que pateixin serà impresa a la descendència.

Podem dir que l'ADN de totes les cèl·lules d'un organisme és propens a patir mutacions i tot i que les mutacions en les cèl·lules somàtiques són importants en el context de moltes malalties i altres condicions, aquestes no sempre s'estenen més enllà de la vida de l' individu que les porta.

Les mutacions en la línia germinal, en canvi, contribueixen directament amb els processos genètics evolutius, ja que aquests canvis poden passar d'una generació a la següent a través dels gàmetes i dels zigots.

Per aquestes raons, les mutacions en les cèl·lules germinals només poden ser visibles a la progènie i això depèn, amb molta freqüència, de la homocigosidad o la heterozigositat dels gens afectats en cada parental.

Les causes de les mutacions en la línia germinal són moltes, ja que poden ocórrer en resposta a senyals endògenes o exògenes. Algunes d'aquestes mutacions produeixen malalties que poden ser heretades per la línia materna o per la línia paterna, depenent de el cas.

Tumors en les cèl·lules germinals

La divisió descontrolada de les cèl·lules de gairebé qualsevol teixit en el cos humà, així com en el d'altres animals, pot resultar en la formació de tumors, els quals poden ser benignes o malignes.

Aquells que sorgeixen a partir de les cèl·lules germinals usualment s'anomenen neoplasmes i poden ser:

- Germinomas

- teratomas

- Carcinomes embrionaris

- Tumors de el si endodérmico

- coriocarcinomas

Aquests tumors poden donar-se amb regularitat en les regions internes de les gònades, encara que també poden estar relacionats amb la proliferació o la migració aberrant de les cèl·lules germinals primordials, el que implica que poden aparèixer en diferents zones de el cos.

Micrografia electrònica d'una neoplàsia intratubular de cèl·lules germinals en els testicles o «seminoma» (Font: Nephron via Wikimedia Commons)

Els tumors associats amb la línia de cèl·lules germinals primordials es coneixen com germinomas, mentre que els carcinomes embrionaris són aquells que deriven de les cèl·lules "mare" embrionàries o de les cèl·lules derivades.

Usualment, les cèl·lules germinals primordials que es formen en llocs extragonadales són eliminades, però els teratomes són creixements aberrants de cèl·lules germinals extragonadales que han aconseguit sobreviure, i que es componen de mescles aleatòries de teixits diferenciats com cartílag, pell, pèl o dents.

Els tumors de el si endodérmico són aquells que es formen a partir de cèl·lules derivades de teixits extraembrionaris i que estan diferenciades, les quals formen el sac vitel·lí endodérmico. Si, per contra, el tumor es forma en la capa trofoblàstica, aquest s'anomena coriocarcinoma.

Els tumors de les línies germinals als ovaris representen prop de el 20% de tots els tumors ovàrics, són corrents en nenes i joves fins als 20 anys aproximadament i gairebé sempre es tracta de teratomes de naturalesa maligna.

Entre aquests s'han distingit els disgerminomas, que són tumors sòlids i carnosos que posseeixen una coberta suau, compostos per agregats de cèl·lules d'aspecte poligonal, amb membranes plasmàtiques prominents i gran quantitat de grànuls citosólicos.

referències

1. Carlson, BM (2018). Human Embryology and Developmental biology E-book. Elsevier Health Sciences.
2. Jennings, MT, Gelman, R., & Hochberg, F. (1985). Intracranial germ-cell Tumors: natural history and Pathogenesis. Journal of neurosurgery, 63 (2), 155-167.
3. Kurman, RJ, & Norris, HJ (1977). Malignant germ cell Tumors of the ovary. Human pathology, 8 (5), 551-564.
4. Molyneaux, K., & Wylie, C. (2004). Primordial germ cell migration. International Journal of Developmental Biology, 48 (5-6), 537-543.
5. Pelosi, I., Forabosco, A., & Schlessinger, D. (2011). Germ cell formation from Embryonic stem cells and the use of Somatic cell nuclei in oocytes. Annals of the New York Academy of Sciences, 1221 (1), 18.
6. Richardson, BE, & Lehmann, R. (2010). Mechanisms System primordial germ cell migration: strategies from different organisms. Nature reviews Molecular cell biology, 11 (1), 37-49.
7. Van Doren, M. (2010). The cell biology of the germ cell life cycle. Current opinió in cell biology, 22 (6), 707.
8. Wylie, C. (1999). Germ cells. Cell, 96 (2), 165-174.