Células germinalesDefinición, de embrionarias a gametos, frente a células somáticas

Definición: ¿Qué son las células germinales?

Esencialmente, las células germinales son las precursoras embrionarias de los óvulos y espermatozoides (gametos) que intervienen en la reproducción sexual de los animales. En los vertebrados, estas células se originan fuera del embrión en el desarrollo temprano antes de migrar a los órganos reproductores del organismo.

Por ejemplo, en los ratones, se originan a partir de embriones pregastrulados, posteriores a la implantación (un embrión que aún no se ha adherido a la pared uterina). Dado que desempeñan un papel importante en la transmisión de información de una generación a otra, las células germinales se denominan células inmortales en algunos ámbitos.

* Dado que todas las células de un organismo descienden de las células germinales primordiales (CGP), las CGP suelen denominarse totipotentes.

Algunas de las características de las células germinales son:

• Forma redonda u ovalada
• Tamaño grande (que oscila entre 10 y 20 um dependiendo del organismo)
• Voluminoso, núcleo excéntrico
• Utilizan el movimiento ameboide para migrar
• Alta actividad de la fosfatasa alcalina

Desarrollo embrionario de las células germinales

Al igual que el resto de las células (en el tejido somático) el desarrollo de la línea germinal también está altamente regulado para asegurar que el organismo sea fértil y capaz de reproducirse. En los vertebrados, este proceso se conoce como especificación de la CGP (especificación de las células germinales) y se divide en dos modos, a saber; el modo inductivo y el germinal.

* La especificación de las células germinales se refiere al proceso mediante el cual se apartan las células germinales.

Germoplasma – En este mecanismo de especificación germinal, las proteínas heredadas de la madre (incluidos los ARN, algunos orgánulos, etc.) se apartan en un lugar específico del ovocito o dentro del embrión temprano con la información instructiva que dirige la diferenciación de las células en células germinales.

En D. melanogaster, por ejemplo, las proteínas y los ARN producidos por las células nodrizas son transportados al ovocito a través de los puentes citoplasmáticos y se localizan en la parte posterior del ooplasma cuando se unen al ovocito. Aquí, el ooplasma se convierte en el germoplasma y las células que lo heredan durante la embriogénesis se desarrollan para convertirse en células germinales primordiales.

En base a una serie de estudios, la pérdida de germoplasma se ha asociado con la ausencia o disminución de células germinales demostrando así que los componentes del germoplasma son cruciales para el desarrollo de las células germinales.

Inducción

En comparación con la especificación del germoplasma, la inducción ha demostrado ser un mecanismo más común de especificación de las células germinales para la mayoría de los animales. Es similar a los otros mecanismos utilizados para la especificación celular en el organismo e implica la inducción de las células germinales a través de señales procedentes del ectodermo extraembrionario.

En el embrión de ratón, al igual que en muchos otros embriones animales, el ectodermo extraembrionario envía las señales (Bmp4/8- Factor promotor de la médula ósea 4/8) al epiblasto (embrión propiamente dicho) que, a su vez, estimula las células en la interfase para que se desarrollen en células germinales primordiales.

Algunos de los organismos en los que las células germinales se diferencian epigenéticamente (el germoplasma está involucrado) incluyen:

• Salamandras
• Otros lagartos
• Mamíferos (seres humanos, babuinos, etc)
• Aves

Algunos de los organismos en los que las células germinales se producen como resultado de la inducción incluyen:

• Pez cebra
• Drosophila
• C. elegans

Desarrollo

Como células madre de la línea germinal, las células germinales primordiales se originan a partir de un pequeño grupo de células que se localizan fuera del embrión en las primeras etapas de la embriogénesis (varios días o unas pocas semanas según el tipo de organismo).

En los seres humanos, la primera población de estas células se encuentra en el endodermo de la pared dorsal situado en el saco vitelino, cerca de la alantoides, durante la tercera semana de desarrollo del embrión. Sin embargo, migran a esta región desde el ectodermo primario, lo que demuestra que se originan en un compartimento extraembrionario al principio de la embriogénesis.

Alrededor de la cuarta semana de desarrollo del embrión, las células (Células Germinales Primordiales) comienzan a migrar desde el ectodermo hacia el interior del embrión, convirtiéndose así en extraembrionarias (localizadas en compartimentos del saco vitelino conocidos como endodermo y mesodermo). A partir de aquí, (en las siguientes dos semanas de desarrollo del embrión), las células germinales inician su migración hacia las gónadas mientras proliferan.

La migración se divide en tres fases principales que incluyen:

– Fase de separación – Las células germinales primordiales pasan del epitelio del intestino posterior al mesénquima.

– Segunda fase de migración – Utilizando el movimiento ameboide, las células germinales primordiales migran desde el mesénquima (células mesenquimales del mesenterio dorsal) hacia las crestas genitales.

– Fase de colonización – Es la última fase de la migración en la que las células llegan y pueblan las gónadas (crestas genitales).

* Para que se inicie el programa de las células germinales, primero se reprime la expresión de los genes somáticos.

* Se ha demostrado que la proliferación y migración de las células germinales primordiales está influenciada por factores como el TGFbeta1 en ratones. Estos factores se liberan desde las crestas genitales e influyen en las células para que migren a esta región.

Características utilizadas en la identificación de las células germinales

Además de tener un núcleo grande y ser de gran tamaño, las células germinales también tienen un contorno irregular, una alta densidad de citoplasma y pueden parecer de forma redonda u ovalada cuando se observan al microscopio.

La elevada actividad de la fosfatasa alcalina se observa en el citoplasma periférico de las células.

El ARN específico y las proteínas como la vasa que se encuentran en el citoplasma de estas células se utilizan como marcadores moleculares para la detección de las células germinales primordiales.

Algunos de los otros componentes de las células germinales (ultraestructura) incluyen:

• Material de drenaje
• Ribosoma
• Mitocondrias – De forma redonda
• Partículas de vitelo y aceite dispersas de forma aleatoria en el citoplasma
• Citoplasma germinal/plasma germinal

Función: Gametos: El desarrollo de las células germinales a gametos

Antes de que las células germinales se desarrollen a gametos, primero sufren una serie de cambios que las preparan para desarrollarse a gametos masculinos o femeninos en hombres y mujeres respectivamente.

Basado en estudios de investigación realizados en 2002, se reveló que al llegar a las gónadas (masculinas o femeninas) se produce una desmetilación del ADN que elimina las marcas de metilación de los genes impresos que están presentes en los genomas de las células. Al hacerlo, las células germinales primordiales se resetean.

Esto es especialmente importante porque ayuda a garantizar que las nuevas marcas epigenéticas reflejarán el sexo del embrión en desarrollo. Tras la determinación del sexo del embrión, las huellas genéticas se restablecen adecuadamente como maternas o paternas. Este proceso implica la participación de unas enzimas conocidas como metiltransferasas del ADN que incluyen grupos metilo a algunos de los nucleótidos de citosina.

* En las hembras, la nueva impronta tiene lugar tras la primera etapa de la meiosis (post-embrionaria). Sin embargo, en los machos, ocurre antes de la meiosis.

En las gónadas, el número de células primordiales aumenta mediante una rápida proliferación mitótica. Esto permite que la población de células germinales aumente de unos pocos miles a varios millones. Mientras que la división de las células germinales femeninas cesa, las masculinas continúan dividiéndose después del nacimiento.

En cuanto a la producción de gametos, la línea germinal formada durante el desarrollo embrionario interviene en la oogénesis (en la mujer) y en la espermatogénesis (en el hombre). En la hembra, la oogénesis comienza con los PGC en los ovarios formando un grupo de células germinales inmaduras que se conocen como oogonias.

Estas células sufren primero un proceso de división celular conocido como mitosis hasta que el organismo alcanza su vida fetal media, Después de 20 semanas de gestación; algunas de las células se destruyen por apoptosis mientras que el resto (ovocitos primarios) permanecen latentes antes de que el organismo alcance la pubertad. En los varones, este proceso tiene lugar en los testículos para producir espermatogonias que son de naturaleza diploide.

* Las células germinales, que son diploides, pasan por mitosis para producir el espermatogonio/oogonio y, finalmente, el espermatocito/ovocito primario. Los espermatocitos y ovocitos primarios, sin embargo, tienen que pasar por el ciclo de división reductora conocido como meiosis.

Mientras que tanto el ovocito primario como el espermatocito pasan por dos fases meióticas, los procesos meióticos de los espermatocitos producen cuatro células haploides (espermatozoides) mientras que un solo óvulo haploide se produce a través de los procesos meióticos del ovocito primario.

* Mientras que las células diploides (por ejemplo, las células germinales primordiales) tienen dos juegos de cromosomas (2n) las células diploides (por ejemplo, los espermatozoides maduros), sólo tienen un juego de cromosomas (n).

* Cuando los gametos haploides (óvulo de la mujer y espermatozoide del hombre) se unen, producen un cigoto diploide que continúa desarrollándose para formar un nuevo individuo. Dado que el cigoto es el producto de la unión de los gametos, contienen un conjunto de cromosomas tanto del macho como de la hembra.

Células germinales vs. células somáticas

Al principio del desarrollo del embrión, las células germinales se separan de las células soma. Una vez que se produce esta separación, no es reversible y cada grupo de células sigue su camino respectivo.

En algunos organismos, se ha demostrado que esta separación se produce en la edad adulta. Independientemente de ello, esta separación es importante no sólo porque garantiza que el organismo adulto sea fértil y capaz de transmitir material genético a la siguiente generación, sino también porque asegura que las células de la línea germinal se desarrollen con normalidad.

Las células somáticas y germinales, por tanto, son tipos de células diferentes que se diferencian por varias características. Por ejemplo, en comparación con las células germinales, las células somáticas son, en su mayor parte, células corporales regulares que participan en la reproducción asexual.

Como tales, son tipos de células regulares distintas de las reproductivas. Se producen a través de la mitosis, que da lugar a la producción de células hijas idénticas que contienen dos juegos de cromosomas homólogos (2n) y, por tanto, son células diploides. Cada célula producida a través de la mitosis (células mitóticas), por lo tanto, se parecerá a la célula madre.

* Se ha demostrado que unas pocas especies contienen células somáticas haploides.

A diferencia de las células somáticas que construyen el cuerpo multicelular del organismo a través de la división mitótica, las células germinales se someten a la división celular para producir gametos que son haploides y participan en la reproducción sexual.

A diferencia de las células somáticas, que constituyen la mayor parte de las células; dado que están dispuestas en diferentes tipos de tejidos corporales, las células germinales son menos numerosas, ya que participan principalmente en la producción de gametos.

* Aunque los dos tipos de células tienen varias diferencias, también comparten varias similitudes: ambas son diploides en la mayoría de los animales, lo que significa que tienen dos juegos de cromosomas homólogos. Por otra parte, ambas se diferencian en tipos específicos de células que cumplen funciones concretas en el organismo.

Las células germinales en el cáncer/tumor

En el caso de que las células germinales primordiales se desvíen y acaben alojándose en regiones extragonadales (comúnmente conocidas como sitios extragonadales), suelen morir porque no pueden realizar su función en sitios distintos a las gónadas.

Sin embargo, en algunos casos, algunas de las células germinales sobreviven y se convierten en tumores. Tales defectos como las malformaciones del sistema nervioso y del tracto genitourinario, etc., pueden aumentar el riesgo de tumores a lo largo del camino de la línea media (el camino que siguen las células germinales antes de llegar a las gónadas).

Aunque los tumores de células germinales son raros (constituyen entre el 2 y el 4 por ciento de todos los cánceres en niños y adolescentes) se han identificado varios tipos de tumores de células germinales.

Estos incluyen:

Tumores de células germinales gonadales

Son el tipo de tumores que se desarrollan en el órgano reproductor (gónada) del niño como:

Células germinales de ovario – En su mayoría, se ha demostrado que los tumores de células germinales de ovario se desarrollan en un ovario entre las niñas de 10 a 14 años. En caso de que sean cancerosos, estos tumores de células germinales del ovario se denominan disgerminoma.

Aunque estos tumores se desarrollan en el ovario, también son capaces de extenderse a otras partes del cuerpo (tumores malignos). Sin embargo, en la mayoría de los casos, estos tumores no son cancerosos y se desarrollan en quistes conocidos como teratomas.

Tumores testiculares de células germinales – Se ha demostrado que la mayoría de los cánceres testiculares comienzan en las células germinales. Estos cánceres son comunes en adolescentes y hombres jóvenes.

El cáncer testicular se divide en dos categorías principales que incluyen:

Seminoma

Los tumores que son 100% seminoma son diferentes de la siguiente categoría de cánceres testiculares. Aunque afecta en gran medida a los testículos, en unos pocos casos se encuentra en algunas de las otras localizaciones extragonadales, incluido el mediastino. En comparación con algunos de los otros cánceres testiculares, el seminoma es muy curable y tiene la mayor tasa de supervivencia.

No seminama

El no seminoma se divide en varios tipos de cáncer que incluyen:

– Tumor del saco vitelino – También conocidos como tumores del seno endodérmico, los tumores del saco vitelino afectan comúnmente a los testículos y a los ovarios y tienden a extenderse rápidamente a otras partes del cuerpo (por ejemplo, a los ganglios linfáticos).

– Teratoma – Este tipo de tumor se produce cuando las células primordiales se desvían. Su desarrollo da lugar a la formación de crecimientos que contienen tejidos diferenciados como pelo, piel y cartílago entre. Este tipo de tumores se encuentra sobre todo en lugares como la región oral y sacrococcígea.

– Carcinoma embrionario – Este tipo de cáncer se produce cuando las células cancerosas del tumor se mezclan con otros tipos de tumores de células germinales haciendo que sean cancerosos. Se caracteriza por la presencia de células epiteliales primitivas con marcado pleomorfismo.

– Coriocarcinoma – Este tipo de cáncer es común en el útero y afecta a las células que forman la placenta.

Tumores germinales extragonadales extracraneales

Los tumores de células germinales que no se producen específicamente en las gónadas se conocen como tumores germinales extracraneales extragonadales. Como tales, se inician en los espermatozoides y óvulos y se extienden a otras partes del cuerpo alejadas de las gónadas.

No llegan al cerebro. Por lo tanto, son comunes a lo largo de la línea media que va desde la glándula pineal hasta el cóccix. El mediastino, la parte central del tórax, es el lugar más común de estos tumores en la primera infancia.

Algunos de los tratamientos utilizados para tratar los tumores/cánceres de células germinales incluyen:

• Cirugía para extirpar las células/tejidos cancerosos

• Quimioterapia – El uso de fármacos para eliminar las células cancerosas y evitar que se extiendan a las demás partes del cuerpo

• Radiación -. Consiste en el uso de rayos X para eliminar las células cancerosas

Lea más aquí sobre la división celular y la apoptosis

¿Cuáles son las diferencias entre la meiosis y la mitosis?

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Cassandra G. Extavour y Michael Akam (2003). Mecanismos de especificación de las células germinales en los metazoos: epigénesis y preformación.

Cynthia R. Wagner. (2010). Células germinales y epigenética. Clase magistral en la naturaleza.

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Pritesh Krishnakumar y Roland Dosch. (2018). Especificación de las células germinales: La evolución de una receta para hacer células germinales.