Mecanismo moleculares de desarrollo y desintegración del catílago de Meckel, revisión sistemática de literatura
Autor: Urrea Franco, Mónica
Asesor: Yezioro Rubinsky, Salomon (Thesis advisor)
Fecha: 2016-05-10
Programa: Bogotá - Medicina - Especialidad en Anestesiología y Reanimación
Facultad: Facultad de Medicina

Resumen: El cartílago de Meckel tiene su origen en células de cresta neural, que migran y originan el cartílago en el estadío 12.5 (E12.5) del desarrollo de ratas; es un cartílago hialino típico, con los condrocitos embebidos en una matriz rica en colágeno tipo II; corresponde a una estructura transitoria que inicia su degradación hacía E16; la porción proximal del cartílago da origen al yunque y martillo por osificación endocondral, la porción distal se incorpora a la sínfisis mandibular y en su porción media, se da origen al ligamento esfenomandibular por la parte más posterior, la anterior sufre un proceso de degradación. La presente revisión de literatura identificó 57 artículos en relación a los mecanismos moleculares del desarrollo y desintegración del MC. En relación al desarrollo se identifican en la literatura los genes Prx1, Msx1, Sox9, las vías de señalización End1, Shh y las moléculas FGF8, TGFβ, BMP, Hsp25, HGF, EGF, PTP, PTHrP y CTGF, que participan en el proceso modulando bien sea la migración de células de cresta neural hasta el primer arco faríngeo, la diferenciación de células mesenquimales a condroblastos, la maduración de éstos y su proliferación, hasta llegar al estadío final de su desarrollo, la hipertrofia; y que tiene un papel específico en determinado sitio y momento, que al ser modificado  conduce  a alteraciones en el tamaño y forma del cartílago de Meckel. Para la desintegración del cartílago de Meckel se identificó el papel de RANKL – OPG, marcadores de autofagia Beclin1 y LC3; factores pro apoptóticos Caspasas, p53 y anti apoptóticos Hsp70, Bcl2; MMP con actividad gelatinolítica (MMP 2 y MMP9); y la activación de macrófagos.  Cada uno de los mecanismo de señalización identificados tiene un papel espacial y temporal establecido, que puede llegar a ser alterado por factores externos o internos (otras moléculas que actúen concomitantemente) y modificar el desarrollo normal del cartílago de Meckel. En el proceso de degradación se establece que el cartílago de Meckel no participa en la formación mandibular sino que, la parte anterior de la porción media, la única que no tiene una función establecida, se degrada y desaparece sin sufrir osificación endocondral.

MECANISMOS MOLECULARES DEL
DESARROLLO Y DESINTEGRACIÓN DEL
CARTÍLAGO DE MECKEL.
REVISIÓN SISTEMÁTICA DE
LITERATURA
MONICA URREA FRANCO
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Odontología, Departamento de Salud Oral
Ciudad, Colombia
Mayo de 2016MECANISMOS MOLECULARES DEL
DESARROLLO Y DESINTEGRACIÓN DEL
CARTÍLAGO DE MECKEL.
REVISIÓN SISTEMÁTICA DE LITERATURA
MONICA URREA FRANCO
Trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar al título de:
Especialista en Ortodoncia y Ortopedia
Directora:
Clementina Infante Contreras DD
Profesora Titular Universidad Nacional de Colombia
Línea de Investigación:
Línea de Investigación en Genética del Crecimiento y Malformaciones
Grupo de Investigación:
Crecimiento y Desarrollo Craneofacial
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Odontología, Departamento de Salud Oral
Ciudad, Colombia
Mayo de 2016Resumen
El cartílago de Meckel tiene su origen en células de cresta neural, que
migran y originan el cartílago en el estadío 12.5 (E12.5) del desarrollo de ratas; es
un cartílago hialino típico, con los condrocitos embebidos en una matriz rica en
colágeno tipo II; corresponde a una estructura transitoria que inicia su
degradación hacía E16; la porción proximal del cartílago da origen al yunque y
martillo por osificación endocondral, la porción distal se incorpora a la sínfisis
mandibular y en su porción media, se da origen al ligamento esfenomandibular
por la parte más posterior, la anterior sufre un proceso de degradación. La
presente revisión de literatura identificó 57 artículos en relación a los mecanismos
moleculares del desarrollo y desintegración del MC. En relación al desarrollo se
identifican en la literatura los genes Prx1, Msx1, Sox9, las vías de señalización
End1, Shh y las moléculas FGF8, TGFβ, BMP, Hsp25, HGF, EGF, PTP, PTHrP y
CTGF, que participan en el proceso modulando bien sea la migración de células
de cresta neural hasta el primer arco faríngeo, la diferenciación de células
mesenquimales a condroblastos, la maduración de éstos y su proliferación, hasta
llegar al estadío final de su desarrollo, la hipertrofia; y que tiene un papel
específico en determinado sitio y momento, que al ser modificado conduce a
alteraciones en el tamaño y forma del cartílago de Meckel. Para la desintegración
del cartílago de Meckel se identificó el papel de RANKL – OPG, marcadores de
autofagia Beclin1 y LC3; factores pro apoptóticos Caspasas, p53 y anti
apoptóticos Hsp70, Bcl2; MMP con actividad gelatinolítica (MMP 2 y MMP9); y la
activación de macrófagos.
Cada uno de los mecanismo de señalización identificados tiene un papel espacial
y temporal establecido, que puede llegar a ser alterado por factores externos o
internos (otras moléculas que actúen concomitantemente) y modificar el
desarrollo normal del cartílago de Meckel. En el proceso de degradación se
establece que el cartílago de Meckel no participa en la formación mandibular sino
que, la parte anterior de la porción media, la única que no tiene una función
establecida, se degrada y desaparece sin sufrir osificación endocondral.
Palabras clave: Cartílago de Meckel, Crecimiento y Desarrollo, Desintegración,
Mandíbula, Mecanismos moleculares.
Key Word: Meckel´s Cartilage, Growth & Development, Disintegration, Mandible,
Molecular Mechanisms.Abstract
Meckel's cartilage originates in neural crest cells that migrate and cause the
cartilage in stage 12.5 (E12.5) of rat development, it’s a typical hyaline cartilage,
with chondrocytes embedded in a matrix rich in type II collagen; corresponds to a
transient structure which initiates its degradation E16; the proximal portion of
cartilage gives rise to the malleus and incus by endochondral ossification, the
distal portion joins the mandibular symphysis and at its midportion, origin is given
to the ligament sphenomandibular by the rear, the above undergoes a degradation
process. This literature review identified 57 articles regarding the molecular
mechanisms of development and disintegration of the MC. Regarding the
development are identified in the literature the genes Prx1, Msx1, Sox9, signaling
pathways End1, Shh and FGF8 molecules, TGF, BMP, Hsp25, HGF, EGF, PTP,
PTHrP and CTGF, involved in the process modulating either the migration of
neural crest cells to the first pharyngeal arch, the differentiation of mesenchymal
cells to chondroblasts, maturation and proliferation of these, to the final stage of its
development, hypertrophy; and it has a specific role in a certain place and time,
which leads to be modified to alter the size and shape of Meckel's cartilage. For
the disintegration of Meckel's cartilage role was identified RANKL - OPG,
autophagy markers Beclin1 and LC3; Caspases pro apoptotic factors, p53 and
anti-apoptotic Hsp70, Bcl-2; MMPs gelatinolytic activity (MMP 2 and MMP 9); and
macrophage activation.
Each of the identified signaling mechanism has an established role in space and
time that can be altered by external or internal factors (other molecules that act
concomitantly) and modify the normal development of Meckel's cartilage. In the
degradation process it states that Meckel's cartilage does not participate in the
mandibular training but the front part of the middle portion, the one that does not
have an established function degrades and disappears without undergoing
endochondral ossification.
Key Word: Meckel´s Cartilage, Growth & Development, Disintegration, Mandible,
Molecular Mechanisms.
VIContenido
Pag.
Resumen ………………………………………………………………………………...….…. V
Lista de imágenes………………………………….…………………………………...….…. 9
Lista de Símbolos y abreviaturas……..………………………………………………...…. 9
Glosario…………………………………………………………………………………….......10
Introducción…………………………………………………………………………………...13
1. Objetivos de la revisión ………,………………………………………………...……….17
1.1 Objetivo general
1.2 Objetivos específicos
2. Metodología ………………………………………………………………………………..18
Protocolo para la selección de artículos
3. Resultados
Capítulo 1. Generalidades del cartílago de Meckel…………………………...24
Capítulo 2. Mecanismos moleculares del desarrollo del cartílago
de Meckel……………………………………………………………..…29
2.1 Factor de crecimiento transformante Beta (TGFβ).…………...29
2.1.1 Proteína Morfogenética ósea (BMP)……….…………….…….30
2.2 Vía de señalización Endotelina 1 (End1)…….…………….…….33
2.3 Vía de Señalización Sonic Hedgehog……….……………….…..33
2.4 Factor de Crecimiento Fibroblastico (FGF)………….……….... 34
2.4.1 Factor de crecimiento fibroblastico- 3 (FGF-3)….………….. 35
2.4.2 Factor de crecimiento fibroblastico-8 (FGF-8)…….………... 36
2.4.3 Factor de crecimiento fibroblastico- 10 (FGF-10).………….. 36
2.5 Proteína de Shock térmico (Hsp)………………………………... 37
2.6 Proteína relacionada con la hormona paratiroidea (PTHrP)....38
2.7 Proteínas de Señalización CCN………………………………….. 38
2.7.1 CCN2 ó Factor de Crecimiento de Tejido Conectivo
(CTGF)………………………………………………………………...39
2.8 Proteína tipo Dipeptidil – peptidasa 6 (DPP 6)….……………...39
2.9 Expresión del gen Hoxa2…………………………………………..40
2.10 Factor de crecimiento de hepatocitos (HGF)……….…………40
2.11 Proteína Tirosin Fosfatasa (PTP)………………………………..41
2.12 Factor de crecimiento epidermal (EGF)…….…………………..41
2.13 CTRP3/cartducin…………………………………………………....42
2.14 Expresión del gen CD47…….………………………………….….42
2.15 Expresión del gen Fuz…….……………………………………….43
2.16 Matriz de Metaloproteinasas (MMP)……………….…………….43
2.17 Expresión de genes Prx1 y Prx2…………………………………44
2.18 Expresión de Proteoglicanos (PG)…….……….………………..45
2.19 Expresión de colágeno………………………….………………....46
Capítulo 3. Mecanismos moleculares de desintegración del cartílago de
Meckel…………………………………………………………………………………...47
3.1 Factores apoptóticos y antiapoptóticos…………………………..47
3.2 Autofagia y sus reguladores en el MC…………………………….49
73.3 Matriz de Metaloproteinasas (MMP) y actividad gelatinolítica…..50
3.4 RANKL y Osteoprotegerina (OPG)……….…………………………..52
3.5 Papel de los macrófagos………………….……………………...……52
Capítulo 4. Cartílago de Meckel y su relación con el desarrollo
mandibular……………………………………………………………………………53
4. Análisis de resultado……..…………………………………………………………….....56
5. Conclusiones……………………………………………………………………………….60
Referencias bibliográficas….………………………………………………………………61
Anexo 1 Homología entre estadíos de desarrollo de humanos, ratas y pollos…....68
8Lista de Imágenes
Imagen 1. Esquema de las porciones que conforma el MC.
Imagen 2. Imagen microscópica de MC en embrión humano en estadío 13 de desarrollo.
Imagen 3. Imagen microscópica de MC en embrión humano en estadío 17 de desarrollo.
Imagen 4. Imagen microscópica de MC en embrión humano en estadío 22 de desarrollo.
Imagen 5. Efecto de la sobreexpresión de Shh en mandíbulas de pollo.
Imagen 6. Efectos de la inhibición de expresión de Shh en mandíbulas de rata en E13.5.
Imagen 7. Esquema del proceso de activación de MMP a partir de condrocitos.
Imagen 8. Esquema de la porción intramandibular del MC.
Lista de símbolos y abreviaturas
Cartílago de Meckel: MC
Células de cresta neural: NCC
Endotelina: End
Factor de crecimiento de hepatocitos: HGF
Factor de crecimiento epidermal: EGF
Factor de crecimiento fibroblastico: FGF
Factor de crecimiento transformante: TGF
Hedgehog: Hh
Matriz de metaloproteinasas: MMP
Proteína de Shock térmico: Hsp
Proteína morfogenética ósea: BMP
Proteína relacionada con la hormona paratiroidea: PTHrP
Proteína tipo Dipeptidil-peptidasa 6: DPP6
Proteína tirosin fosfatasa: PTP
Sonic Hedgehog: Shh
9Glosario
Cartílago/Cartilage/ cartilagem. Forma de tejido conectivo no vascular
compuesto de condrocitos embebidos en una matriz que incluye condroitin sulfato
y varios tipos de fibras colágenas. Los tres tipos principales son: cartílago hialino,
fibrocartílago y cartílago elástico.
(Término MeSH: A non-vascular form of connective tissue composed of
chondrocytes embedded in a matrix that includes chondroitin sulfate and various
types of fibrillar collagen. there are three major types: hyaline cartilage;
fibrocartilage; and elastic cartilage).
Cartílago de Meckel/ Meckel´s cartilage/ cartilagem de Meckel. Es un cartílago
hialino, formado en el proceso mandibular del primer arco branquial de los
embriones de mamíferos, aparece antes de la formación de la mandíbula y sufre
una completa degeneración antes del nacimiento. Descubierto por el anatomista
alemán J.F. Meckel. Se considera que la porción intermedia del cartílago de
Meckel es reabsorbida por células multinucleadas y desaparece durante el
desarrollo embrionario, la porción más posterior del cartílago se transforma, por
osificación endocondral, en huesecillos del oído, específicamente yunque y
martillo; y su porción más anterior pasa a formar la sínfisis mandibular; el cartílago
de Meckel no se considera un rudimento de mandíbula, ya que el tejido óseo
mandibular es independientemente formado por osificación intramembranosa.
Crecimiento y desarrollo/ Growth and Development/ crescimento e
desenvolvimento. Serie de cambios en forma, tamaño, componentes y función de
un organismo que ocurren a través del tiempo a medida que el organismo pasa de
su forma inicial a su tamaño complete y madurez.
(Término MeSH: The series of changes to the shape, size, components, and
functions of an individual organism that occur over time as the organism
progresses from its initial form to full size and maturity)
Chondrogenesis/ Condrogenesis/ condrogênese. Proceso de formación del
tejido cartilaginoso.
(Término MeSH: The formation of cartilage. This process is directed by
chondrocytes which continually divide and lay down matrix during development. It
is sometimes a precursor to osteogenesis.)
10Desintegración/ Disintegration/ Desintegração. Disociación, división,
separación, perdida de unión entre los elementos que conforman un todo, de
modo tal que éste deja de existir.
Diferenciacion celular/ Cell differentiation/ Diferenciação Celular: Proceso por
el cual, a pesar de tener la misma información genética, cada célula de un mismo
organismo, adquiere características especiales en cuanto a morfología y función,
convirtiéndose en una célula especializada.
(Término MeSH: Progressive restriction of the developmental potential and
increasing specialization of function that leads to the formation of specialized cells,
tissues, and organs.)
Humano/ Human/ Humano: Especie de primate perteneciente a la familia de los
homínidos.
(Término MeSH: Members of the species Homo sapiens.)
Molecular/ molecular/ molecular. De las moléculas o relativo a ellas. (Procesos
que se desarrollan en los seres vivos desde un punto de vista molecular, partiendo
del estudio de las proteínas, macromoléculas activas en ellos).
Ontogénesis/ Ontogenesis/ Ontogênese. Comprende los procesos de desarrollo
de un individuo desde el momento de su fecundación hasta su senescencia,
pasando por su edad adulta; es la historia del cambio estructural de una unidad
Pollo/ Chicken/ Frango: Distintas especies de aves entre ellas el Gallus gallus en
sus estadios de desarrollo inicial han sido utilizadas como modelos en estudios
tanto del desarrollo, como en ciertas patologías o estudios quirúrgicos. Además, el
hecho de ser las aves susceptibles a diversos virus se han convertido en objeto de
interés para el consiguiente desarrollo de vacunas. El huevo de ave ofrece un
mecanismo para el estudio del desarrollo embrionario y la patología de forma muy
accesible y detallada, sirviendo como modelo para el estudio de múltiples
aspectos ontogénicos y teratogénicos.
(Término MeSH: common name for the species Gallus gallus, the domestic fowl, in
the family phasianidae, order galliformes. it is descended from the red jungle fowl
of southeast Asia.)
Proliferación celular/ Cell proliferation/ Proliferação celular: La proliferación
celular es el aumento del número de células por división celular. La proliferación
celular es más activa durante la embriogénesis y el desarrollo de un organismo y es
fundamental para la regeneración de tejidos dañados o viejos. Es característica de
11cada tipo celular por lo que está controlada de forma muy específica. El proceso de
diferenciación hace que cada tipo celular exprese un perfil de genes característico.
Este perfil de expresión marca la capacidad proliferativa de cada tipo celular y su
forma de responder a diferentes estímulos.
(Término MeSH: All of the processes involved in increasing cell number including
cell division.)
Rata/ Mice/ Rato: Es el roedor más comúnmente utilizado como modelo biológico
y biomédico para la investigación científica, debido a su fácil manejo, tamaño
apropiado para la crianza, periodos gestacionales cortos, alto número de crías,
sistema inmune y genoma similar al humano, se ha hecho popular en los últimos
años el uso de ratones transgénicos (aquellos que poseen un fragmento de ADN
ajeno a su genoma) y ratones knock- out (aquellos que carecen de la expresión de
un gen en particular).
(Término Mesh: The common name for the genus Mus. (Family of the order
Rodentia containing 250 genera including the two genera Mus (MICE) and Rattus
(RATS), from which the laboratory inbred strains are developed.
Señalización/ Signaling/ Signage. Se refiere a los sistemas de comunicación y
celular que son determinantes fundamentales de la coordinación y las funciones
de los distintos tipos celulares a través del control de la expresión génica y de la
función de las proteínas.
12Introducción
La morfogénesis de los elementos craneofaciales en los vertebrados depende de
una población de células de la cresta neural (NCC) (1). Varias vías de señalización
extracelular regulan la migración, supervivencia, proliferación y diferenciación de
las NCC (2) . En mamíferos la morfogénesis mandibular comienza con la migración
de las NCC hacia el 1er. arco faríngeo (PA1) y luego estas células ocupan parte
del primer arco como ectomesénquima. El desarrollo posterior de este
ectomesénquima depende de varias señales diferentes a los componentes de la
NCC, tales como las provenientes del epitelio y el mesénquima mesodermal (3). La
expresión de Shh en el ectodermo oral y el endodermo faríngeo es esencial para
la diferenciación temprana de la condensación cartilaginosa mandibular y por
consiguiente el desarrollo del cartílago de Meckel (4). El proceso mandibular del
PA1, desarrolla algunos componentes óticos, el hueso mandibular, cartílagos de
soporte y músculos (5). El cartílago de Meckel (MC) es una estructura de soporte
para la osificación del hueso mandibular (6), el desarrollo del MC comienza como
una condensación mesenquimal precartilaginosa (7). Esta condensación se elonga
para formar una barra de cartílago de Meckel compuesto tanto de NCC y otras
células (8). Mientras el cartílago se elonga, el hueso mandibular se comienza a
osificar y rodea el MC. El MC se forma alrededor del estadio E12.5 en ratones,
alrededor del E16 se inicia la desintegración en la región distal cerca al agujero
mentoniano, en la zona proximal al proceso rostral (9). Los mecanismos por los
cuales esto ocurre permanecen aún sin esclarecer (10), mientras otras partes
pueden experimentar apoptosis (11).
El cartílago de Meckel (MC) se ha considerado clásicamente una estructura
transitoria, que desaparece durante el periodo fetal (12); tiene su origen a partir de
las células ectomesenquimales de la cresta neural, que migran al primer arco
faríngeo para originar huesos craneales, dentina, pulpa y cemento dental, tejidos
periodontales, ganglios sensoriales y el pigmento epidérmico (13).
Las células ectomesenquimales se diferencian a condrocitos y se organizan en
cartílago con forma de bastón bilateral, rodeado por pericondrio que lo separa de
las células osteogénicas vecinas (14).
Se considera que el MC tiene un importante papel como guía para la formación
mandibular, gracias a estudios en ratas transgénicas, con alteraciones en la
13expresión de Tgfbr2, Ctgf, Sox9, Egfr y Shh, que muestran malformaciones o
subdesarrollo del cartílago de Meckel y la mandíbula. (13)
Anatómicamente el MC tiene tres porciones, la porción distal que contribuirá al
desarrollo de la sínfisis mandibular, la porción media se degradará y
desaparecerá antes del nacimiento, por medio de procesos diferentes para su
parte anterior y la parte posterior; la parte anterior de la porción media
desaparece; mientras que en la parte posterior los condrocitos se diferenciarán en
fibroblastos para dar origen al ligamento esfenomandibular y la porción proximal
desarrolla por medio de osificación endocondral dos huesecillos del oído medio,
martillo y yunque (13) (14). Imagen 1.
Histológicamente corresponde a un cartílago hialino típico, en el que los
condrocitos se encuentran embebidos en una matriz extracelular enriquecida con
colágeno tipo II y proliferan en las lagunas de cartílago, y experimenta un
crecimiento adicional resultante de la actividad de los condrocitos localizados en el
pericondrio (13) (14).
Se han desarrollado múltiples estudios en el intento de identificar los mecanismos
moleculares responsables de la formación y degeneración del MC, donde se han
identificado, gracias a modificaciones genéticas, genes y moléculas que tiene un
papel importante en la formación y degradación del cartílago, entre ellos:
Sox 9 (gen maestro de la condrogénesis), se ha identificado la necesidad de su
expresión para la iniciación y desarrollo del MC, cuando su expresión es inhibida
en las células de cresta neural, hay una ausencia completa del MC, así como de
otros cartílagos como el cartílago nasal y precordal y presentan mandíbulas más
pequeñas en comparación con los controles (14) (15).
Factor de crecimiento de tejido conectivo (CTGF), el análisis de su expresión
en el MC en desarrollo muestra una alta expresión en la condensación
mesenquimal del MC que apenas inicia el desarrollo, desde el extremo más
anterior hasta el más posterior, la cual se reduce en el momento de la
diferenciación de células mesenquimales a condrocitos, durante la maduración e
hipertrofia de los condrocitos, hay una alta re-expresión del factor en la zona
anterior y media (16), en ausencia de expresión de CTGF se identifican alteraciones
severas de la morfología del MC, incluyendo plegamiento del extremo proximal,
que se asocia a su vez con micrognatismo (14).
Factor de crecimiento fibroblástico (FGF). Estudios en pollos muestran que el
bloqueo de la señalización del FGFR3, no afecta la formación inicial del MC pero
si afecta la futura morfogénesis y elongación del mismo, por el truncamiento del
extremo rostral del MC, estos efectos son mediados por la disminución en la
proliferación de condroblastos y el daño en la diferenciación de las células
condrogénicas que expresan Sox 9, de ahí la similitud de los resultados obtenidos
14en experimentos para bloquear la expresión Fgfr3 y la expresión del Sox9 (17); por
otro lado, la sobreexpresión del Fgf 10 también induce malformaciones en el MC,
asociadas a un incremento en el tamaño (14).
La vía de señalización WNT, tiene un alto nivel de expresión en el MC en los
estadios iniciales de desarrollo, lo que indica su relación con la promoción de la
condrogénesis, pero la expresión desaparece en el MC maduro, e inyecciones de
WNT en estadios en los cuales no tiene expresión fisiológica, originan reducción o
completa desaparición de la mandíbula y el MC (18).
Las proteínas morfogenéticas óseas (BMP) 2, 4 y 7 han mostrado también
jugar un papel importante en el desarrollo primario del MC, después de lo cual su
expresión disminuye, en casos de persistencia de la expresión de BMP, se han
identificado alteraciones en la morfología del MC que va desde el engrosamiento
del MC hasta su bifurcación, dependiendo de la zona y la población de células
afectadas; todo esto en relación a la activación de Msx1 y Msx2 (19).
Durante el proceso de desaparición del MC se han identificado moléculas
indicadoras de autofagia, entre ellas, Beclin1 que se expresa de manera
incrementada en la zona de los condrocitos hipertróficos de la porción central, el
LC3 es identificada principalmente en condrocitos pre e hipertróficos de la porción
central del MC, también se reporta la expresión de caspasa 3 en la población
lateral de los condrocitos hipertróficos a lo largo del área de degeneración del MC,
lo cual indica que el proceso de autofagia ocurre en el MC y se da en el proceso
de degradación, previo a la muerte de los condrocitos (20).
Porción distal Proción media Porción proximal
Parte anterior Parte posterior
Imagen1. Es quema de las tres porciones que componen el MC. Naranja; porción distal
del MC, Azul porción media que a su vez se subdivide en otras dos partes parte anterior
azul oscuro, p arte posterior azul claro; verde: porción proximal. Tomado y modificado de
Shimo et al. (16).
15Está claro el origen del cartílago de Meckel a partir de células mesenquimales
ectodérmicas derivadas de la cresta neural, pero es aún controversial el papel que
desempeña el cartílago en el desarrollo mandibular en mamíferos; en los demás
vertebrados ya se ha identificado que todo el MC tiene un proceso de osificación
endocondral para formar el hueso mandibular, y no participa en la formación del
oído en estas especies (13). En cuanto al papel del MC en el desarrollo mandibular
de mamíferos existen corrientes opuestas de pensamiento, una de ellas plantea
que éste parece ser una estructura innecesaria para la formación mandibular en
los mamíferos, ya que los estadios de formación mandibular iniciales son
independientes del MC, contrario al proceso experimentado por vertebrados no
mamíferos; pero en contraparte existe la corriente que basándose en que la
osificación y el desarrollo de la inervación mandibular se produce a lo largo del
borde lateral del cartílago, lo postulan como una guía para la formación
mandibular, teoría reforzada por estudios en ratones transgénicos que presentan
malformaciones o poco desarrollo del MC simultáneamente con la mandíbula (13).
Un tema más controversial aún está dado por el proceso de degradación del MC
una vez se han formado las estructuras mandibular y ótica de los mamíferos, pues
si bien existe consenso en cuanto a que su porción proximal contribuye al
desarrollo de los huesillos del oído medio (yunque y martillo) y que su porción
distal se osifica haciendo parte de la sínfisis mandibular, aún hay resultados
controversiales en torno a, si en su porción media, simplemente se da un proceso
de apoptosis y desaparece (existen estudios a favor y en contra de esta teoría de
acuerdo a la evidencia de cuerpos apoptóticos encontrados en cartílago de Meckel
en proceso de degradación en estudios sobre embriones animales y humanos) o
se da otro tipo de modificación que contribuya a completar el desarrollo
mandibular (20) (21).
Es importante finalmente conocer el papel funcional que puede tener el MC en el
desarrollo mandibular, debido a que alteraciones en esta estructura (como
micrognatismos severos o malformaciones) podrían llegar a tener su origen en los
mecanismos moleculares de desarrollo y degradación del cartílago.
Pregunta de investigación
¿Cuáles son los mecanismos moleculares en el proceso de desarrollo y
desintegración del Cartílago de Meckel y su relación con la formación mandibular?
161. Objetivos
1.1 Objetivo General
Revisar los mecanismos moleculares en el proceso de desarrollo y
desintegración del Cartílago de Meckel y su relación con la formación
mandibular, en la literatura científica actualizada de forma sistemática.
1.2 Objetivos específicos.
1. Describir los mecanismos moleculares asociados al proceso de
desarrollo del Cartílago de Meckel en vertebrados mamíferos.
2. Describir los mecanismos moleculares asociados al proceso de
desintegración del Cartílago de Meckel en vertebrados mamíferos.
3. Describir la relación de los mecanismos moleculares del desarrollo y
desintegración del cartílago de Meckel con la formación mandibular en
vertebrados mamíferos.
172. Metodología
PASO 1.
Para iniciar la identificación de estudios útiles para la revisión se hicieron dos grandes
consultas así:
La primera realizada en el mes de septiembre de 2015 (8 de Septiembre, 10 de
Septiembre y 28 de Septiembre)
Bases de datos usadas:
1. MedLine
2. Science Direct
3. PubMed
4. J Store
5. Academic Search Complete
Revistas electrónicas (Relevantes en el tema):
1. Development biology
2. Developmental dynamics
3. Journal of Oral Biosciences
4. Journal of dental research
5. Journal of anatomy
6. Early human development
7. Journal of anatomy and embriology
8. Journal of oral biosciences
Haciendo Uso de 10 ecuaciones:
1. Meckel’s cartilage AND growth and development
2. Meckel’s cartilage AND development
3. Meckel’s cartilage AND disintegration
4. Meckel’s cartilage AND Molecular
5. Meckel´s cartilage AND molecular mechanism
6. Molecular mechanisms AND development AND Meckel's cartilage
7. Molecular mechanisms AND disintegration AND Meckel's cartilage
8. Development AND disintegration AND Meckel's cartilage
9. Disintegration AND Meckel's cartilage AND relationship mandibular development
10. Meckel’s Cartilage AND development AND Temporomandibular Joint
Resultados: Obteniendo 57 resultados tras excluir los artículos repetidosLa segunda en los meses de Diciembre y Enero de 2015 (30 de Diciembre, 31 de
Diciembre 2015, 01 de Enero y 02 de Enero de 2016)
Bases de datos usadas:
1. MedLine
2. Science Direct
3. PubMed
4. J Store
5. Academic Search Complete
Haciendo uso de 22 ecuaciones:
1. Meckel´s Cartilage AND mice
2. Meckel´s Cartilage AND chicken
3. Meckel´s Cartilage AND human
4. Meckel´s Cartilage AND signaling
5. Meckel´s Cartilage AND cell proliferation
6. Meckel´s Cartilage AND cell diferentiation
7. Meckel´s Cartilage AND mandible development
8. Meckel´s Cartilage AND ontogenesis
9. Meckel´s Cartilage AND chondrogenesis
10. Meckel´s Cartilage AND mandibular chondrogenesis
11. Meckel´s Cartilage AND mandibular ontogenesis
12. Meckel´s Cartilage AND disappearance
13. Meckel’s cartilage AND growth and development
14. Meckel’s cartilage AND development
15. Meckel’s cartilage AND disintegration
16. Meckel’s cartilage AND Molecular
17. Meckel´s cartilage AND molecular mechanism
18. Molecular mechanisms AND development AND Meckel's cartilage
19. Molecular mechanisms AND disintegration AND Meckel's cartilage
20. Development AND disintegration AND Meckel's cartilage
21. Disintegration AND Meckel's cartilage AND relationship mandibular development
22. Meckel’s Cartilage AND development AND Temporomandibular Joint
Resultados: Obteniendo 104 resultados tras excluir los artículos repetidos
En total en bases de datos y revistas electrónicas se obtuvieron 161 artículos, de los
cuales se recuperó el resumen, usado como primer filtro: título y resumen
Usando la lista de bibliografía de artículos y capítulos de libros relevantes en el tema y
realizando búsqueda por autores que fueron identificados como importantes en esta
área se obtuvieron 22 artículos.
Teniendo como elegibles 183 artículos
20PASO 2.
De 183 artículos elegibles, debieron ser excluidos 38 artículos por la imposibilidad para
ser conseguidos en formato de texto completo.
En las bases de datos de la universidad y por solicitud a la hemeroteca nacional se
rescataron 145 artículos en texto completo, que se sometieron a un nuevo filtro
teniendo en cuenta el formato ―valoración de estudios, cumplimiento de inclusión y
exclusión‖.
Artículo/autores/r Artículos de Base de Periodo ¿En Revista Ecuaci Fecha de Revisor No. O
evista/año/idioma investigación: datos de de qué arbitrada de ón de búsqueda 1 (Mónica t
-básica experimental. donde se búsqued idioma donde se búsque Urrea) r
–aplicada, extrajeron los a/ 1980 - s extrajeron da Revisor No. o
-revisiones de artículos/ 2016 fueron los artículos 2
literatura otras fuentes buscad (Clementina
os? Infante)
145 artículos fueron sometidos a la evaluación por medio del formato ―valoración de
estudios, cumplimiento de inclusión y exclusión‖ ** a la luz de las condiciones
planteadas inicialmente:
Criterios de inclusión:
 Artículos publicados desde 1980 a la actualidad
 Artículos publicados en inglés, español o portugués
 Estudios realizados en humanos, pollos, ratas y ratones.
Criterios de exclusión:
 Estudios realizados en peces, anfibios y moscas
 Artículos no específicos para cartílago de Meckel
Ante este filtro fueron excluidos 34 artículos debido a:
 No abordar el tema de la presente revisión: 23 artículos
 Usar modelos diferentes a los aceptados en los criterios de inclusión: 7 artículos
 Tratarse de evolución del cartílago de Meckel y no abordar el tema de su
desarrollo o desintegración en el ámbito molecular: 3 artículos
 No corresponder a un artículo sino una publicación como comentario de editor: 1
artículo
 Corresponder a una publicación en un idioma diferente a los aceptados para
inclusión: I artículos en francés
PASO 3.
Teniendo entonces 111 artículos como elegibles, fueron leídos en su totalidad, con el
fin de identificar su utilidad teniendo en cuenta la descripción detallada de la
metodología del artículo y su contribución a los objetivos del estudio (mecanismo
21moleculares de desarrollo y desintegración del cartílago de Meckel y su relación con
el desarrollo mandibular); para esto se realizó una descripción del contenido de cada
referencia, construyendo un resumen de cada artículo teniendo en cuenta:
 Introducción
 Propósito principal del artículo
 Metodología utilizada
 Resultados principales
 Conclusiones
En esta etapa se excluyeron 50 artículos debido a:
 No contribuir a los objetivos del trabajo por no abordar específicamente el tema
del cartílago de Meckel: 46 artículos
 Usar modelos diferentes a los aceptados en los criterios de inclusión: 4 artículos.
Teniendo 61 artículos elegidos, en texto completo y cumpliendo con los criterios de
inclusión
PASO 4.
A los 57 artículos en texto completo elegidos finalmente para la revisión se les somete a
un análisis de calidad y se les agrupa por temas (teniendo en cuenta los tres objetivos
del trabajo) y por subtemas de acuerdo al tema específico abordado.
Formato de evaluación de calidad**:
Título Tipo de Diseño de Información sobre Calidad metodológica/ grado de
estudio estudio resultados de acuerdo a recomendación
los objetivos
Ante el cuál resultaron:
 38 artículos útiles para describir el desarrollo del cartílago de Meckel. 33 con
recomendación fuerte y 4 con recomendación débil.
 17 artículos que son útiles para describir la desintegración del cartílago de
Meckel. 14 con recomendación fuerte y 2 con recomendación débil.
 4 artículos que son útiles para describir la relación del cartílago de Meckel con la
mandíbula. Con recomendación Fuerte.
 2 artículos que son útiles para la introducción.
** Los formatos utilizados para la elección de los estudios fueron definidos de común
acuerdo por las dos investigadoras, una vez el investigador #1 (Mónica Urrea Franco)
realizó el diligenciamiento de los mismos para cada uno de los artículos de acuerdo a la
etapa del proceso, el investigador #2 (Clementina Infante) realizó la revisión de los
mismos como par revisor.
22Búsqueda inicial
MEDLINE, SCIENCE DIRECT,
PUBMED, JSTORE, ACADEMIC Resultados 161 artículos (tras excluir duplicados)
RESEARCH COMPLETE
Búsqueda manual por autores y referencian
bibliográficas de artículos relevantes Resultados: 22
artículos
183 Elegibles
Excluidos 38 por no estar disponibles en texto completo
145 Elegibles
Revisión de títulos y resúmenes, aplicación de formato
―valoración de estudios, cumplimiento de inclusión y
exclusión‖: 34 estudios no elegibles
 Artículos que usaron modelos diferentes a humanos,
ratones o pollos (moscas, peces, anfibios): 7 artículos
 No abordar el tema de la presente revisión: 23 artículos
 Tratarse de evolución del cartílago de Meckel: 3
artículos
 No corresponder a un artículo sino una publicación
como comentario de editor: 1 artículo
111 Elegibles
Construcción de resúmenes permite excluir 50 artículos:
 No contribuir a los objetivos del trabajo por no
abordar específicamente el tema del cartílago de
Meckel: 46 artículos
 Usar modelos diferentes a los aceptados en los
criterios de inclusión: 4 artículos.
61 artículos incluidos
233. Resultados
Capítulo 1.
Generalidades del Cartílago de Meckel.
El cartílago de Meckel fue descubierto por el anatomista alemán Johann Friedrich
Meckel II, en el volumen IV de su trabajo denominado ―Manual de anatomía humana
(Handbuch der menschlichen Anatomie), publicada entre 1815 y 1820, realiza la
primera descripción del cartílago de la mandíbula embrionaria, denominado
posteriormente MC (13).
Tiene su origen a partir de células ectomesenquimales de la cresta neural; las células
de la cresta neural son una población de células pluripotentes, que dan origen a una
gran cantidad de células. La cresta neural es inducida en la región dorsal de los
pliegues neurales, entre el ectodermo superficial y la placa neural, proceso en el que
están involucradas proteínas como BMP, FGF y WNT, en este proceso de inducción,
las células de la cresta neural sufren un proceso de transformación epitelial a
mesenquimal, que las conduce a la delaminación y consecuente migración a los sitios
específicos; la células de la cresta se dividen en cuatro poblaciones axiales distintas
que se denominan células de la cresta neural craneales, cardiacas, vagales y del
tronco; a su vez, las células de cresta neural craneales se subdividen en CCN
prosencéfalicas, CCN mesencéfalicas y CCN romboencefalicas, lo que se logra gracias
a la acción de los centros de organización neuroepitelial y FGF, ácido retinoico y WNT,
los cuales especifican el carácter de las células localizadas en estos tres centros;
posteriormente, se establecen dos dominios, definidos por la expresión de genes Hox
así, una zona Hox positiva a lo largo del eje craneal caudal que define el neuroepitelio
del romboencéfalo posterior, y una Hox negativa en prosencéfalo, mesencéfalo y
romboencéfalo anterior, estableciéndose los dominios específicos de la cresta neural,
un dominio rostral Hox negativo (que origina el esqueleto facial) y uno caudal (14) .
24A la llegada de las células de cresta neural craneales, su actividad proliferativa origina
los arcos branquiales y la prominencia frontonasal, el primer arco branquial y la
prominencia dan origen la mayoría de las estructuras de la cara (14).
La condensación de células mesenquimales craneales se da a nivel de primer molar (lo
que constituye el primer paso para la formación del MC), las células mesenquimales se
diferencian en condroblastos y se organizan en un cartílago en forma de vara bilateral,
antes de cualquier señal de osificación mandibular (14) (22).
Wyganowska et al., llevaron a cabo un estudio en embriones y fetos humanos, a cerca
de los cambios morfológicos experimentados por el MC durante el desarrollo
embrionario, identificaron la aparición del MC como una condensación oval de células
pequeñas que están rodeadas por una capa de células fusiformes, en embriones en
estadío de desarrollo 13 (que corresponde a 32 días de vida intrauterina, con una
longitud de 4 a 6 mm) (22). Imagen 2
Imagen 2. Tinción con hematoxilina-eosina de un corte mandibular de embrión humano de 32 días de
VIU, en el que se aprecia la primera aparición del MC como una condensación de células pequeñas
(a) rodeadas por una capa de células fusiformes(b), Tomado de Wyganowska et al. (22).
Para el estadío 14 (33 días de VIU, 5 a 7 mm) se observa que el primordio del MC se
ha desplazado medialmente en el proceso mandibular; en el primordio se observan
espacios intercelulares que rodean un centro claramente definido (22).
Durante el estadíos 15 (36 días de VIU ) las células ovoides que forman el MC están
densamente agrupadas y son evidentemente más pequeñas que la capa de células que
las rodean, la condensación de células centrales representan el centro del cartílago en
desarrollo, mientras que la zona libre de células en la periferia corresponde al
pericondrio en desarrollo (22).
En el estadío 16 (39 días de VIU), en cartílago se extiende a lo largo del esbozo del
hueso mandibular (22).
25En el estadío 17 (correspondiente a 41 días de VIU) en MC se extiende desde la
vesícula ótica hacia la sínfisis mandibular, en el margen inferior del MC y en proximidad
al nervio mentoniano es evidente el centro de osificación de la mandíbula; los cartílagos
contralaterales se separan en la línea media por una delgada capa de mesénquima;
cerca a la vesícula ótica la condensación mesenquimal asemeja la forma del yunque y
el martillo (22). Imagen 3.
Para el estadio de desarrollo 18 (44 días de VIU), el MC se observa agrandado y se
flexiona hacia arriba en la región de la sínfisis, el espacio entre los cartílagos se amplía
en el borde inferior; las fibras de los músculos geniogloso, genihioideo y milohioideo
están unidos en el borde inferior del MC. El yunque y martillo son cartílagos visibles (22).
Imagen 3. Estadío de desarrollo 17, se observa ya el inicio de la calcificación mandibular (c),
entre el MC (a) y el nervio mentoniano (b). Tomado de Wyganowska et al. (22).
Durante los estadíos de desarrollo 19 y 20 (46 a 49 días de VIU) los cartílagos
opuestos se amplían en la zona de la sínfisis y continúan separados por una capa de
mesénquima, en el extremo posterior, el MC se flexiona hacia abajo y se continúa con
el martillo, la osificación mandibular se observa a lo largo del borde lateral del MC; a los
49 días, se observa osificación hacia la región mental, zona en la cual, el cartílago
empieza a ser rodeado por hueso a lo largo de la superficie anterior y posterior (22).
En el estadío 21 (51 días de VIU), en la región de la sínfisis, dónde el MC está
agrandado, proyecciones del hueso mandibular en desarrollo entran en el cartílago, el
cual pierde su contorno regular y suave, aunque cartílago y hueso en desarrollo están
separados por una capa de mesénquima (22).
Estadío 22 (correspondiente a 53 días de VIU) los extremos de los cartílagos
contralaterales en la parte posterior se separan aún más, mientras que en la zona de la
sínfisis se mantienen en estrecho contacto, las células pericondrales contralaterales
casi se tocan, solo algunas células fusiformes están visiblemente separadas (es el
contacto más estrecho de ambos lados durante todo el desarrollo); en el sitio del centro
26de osificación primario, el MC está envuelto por hueso caudal, lateral y ventralmente (12),
la mandíbula en proceso de osificación permanece en estrecho contacto con el
cartílago en el borde inferior. Las células del MC se tornan vacuoladas y acarioticas (22).
Imagen 4.
En el estadío 23 (56 días de VIU), el MC se alarga, se observan condrocitos
hipertróficos, principalmente en proximidad al centro de osificación primario, hay vasos
sanguíneos dentro del MC, las células se redondean y se tornan altamente vacuoladas
y acarioticas. Empieza la aparición de células policarioticas (indicando en inicio de la
formación de las cavidades medulares típicas de la osificación endocondral); el
periostio mandibular se mantiene en estrecho contacto con el cartílago. Los cartílagos
contralaterales entran en contacto; en el sitio del centro de osificación primaria los
cartílagos están rodeados por hueso completamente (22), en la superficie caudal y lateral
del MC se evidencian condrocitos hipertróficos y aumento de la densidad de la matriz
del cartílago, en su base inicia la osificación pericondral (12).
Imagen 4. Estadío 22. Se observan las células acarioticas (a), prolongaciones óseas
penetrando en el cartílago (b). (c) corresponde a la lámina ósea. Tomado de Wyganowska
et al. (22).
Durante el periodo fetal se inicia el proceso de degradación del MC, éste inicia en la
semana 9ª de VIU, en este momento el MC es maduro, transversalmente tiene forma
redondeada, rodeado de periostio; para el final de la 10ª semana, los músculos se
mueven desde el cartílago hasta la mandíbula (los músculos pierden su inserción al
MC), el MC pierde su contacto con la mandíbula y su sección transversal disminuye, en
la sínfisis el MC entra en contacto con el proceso de osificación de la sínfisis
mandibular, así, el segmento distal se incorpora a la mandíbula (12). Avanza la
vacuolización de los condrocitos en el borde interno, el pericondrio se adelgaza
27progresivamente y gran cantidad de células policarioticas aparecen en el centro del MC
y los condrocitos pierden su forma (todo corresponde al proceso de osificación
pericondral, que se da alrededor de caninos e incisivos laterales; en el sitio de
osificación primaria el MC se aplana. Durante la semana 11 el hueso es visible en el
lado anterior y posterior del MC; en la semana 12 la osificación del cartílago es visible
principalmente en su extremo inferior (22), se da la degeneración de un gran número de
condrocitos hipertróficos cuyas áreas se ocupan por estructuras vasculares (12); solo
unas pequeñas áreas del MC permanecen sin osificar cerca de la línea media
mandibular (12).
El proceso de degradación del MC comprende además la reabsorción de la matriz de
cartílago calcificada por parte de los condroclastos (células fagocíticas multinucleadas),
regulada por el sistema inmune (13).
En cuanto a los cambios histológicos que involucra la degeneración del MC, se ha
observado la transición del colágeno tipo II a colágeno tipo I y el inicio de la expresión
de colágeno tipo X y fosfatasa alcalina
28Capítulo 2.
Mecanismos moleculares del desarrollo del
cartílago de Meckel.
Los mecanismos moleculares de desarrollo y desintegración del MC, comprenden
un amplio campo de investigación que se ha venido desarrollando en las últimas
décadas, consiguiendo hallazgos importantes gracias a la manipulación genética
de ratas y pollos, que han permitido esclarecer algunos aspectos del desarrollo
embrionario y en específico del desarrollo mandibular y del cartílago de Meckel, en
relación a moléculas y genes implicados en el proceso, así como las
consecuencias de la supresión o sobre expresión de los mismos.
Como producto de la revisión de 38 artículos relacionados con el objetivo de
identificar los mecanismos moleculares de desarrollo del MC, se obtiene
información acerca de genes como Prx1, Prx2, Hand2, Msx1, Msx2, Col2a1,
Hoxa2, Fuz; vías de señalización claves como SHH y End1, y moléculas en
general TGF β y específicamente BMP2, BMP4, FGF8, FGF10, CTGF (CCN),
Hsp, PTHrP, DPP6, HGF, PTP, EGF, CTPR3, CD47, MMP, proteoglicanos y
colágeno, relacionadas con el proceso de desarrollo del MC incluyendo eventos
ocurridos desde la migración de las células de la cresta neural hasta que los
condrocitos llegan a su estadío maduro e inicia su proceso de degradación.
2.1 Factor de crecimiento transformante Beta (TGFβ)
Los miembros de la superfamilia del factor de crecimiento transformante β median
una gran cantidad de actividades biológicas que incluyen la diferenciación yproliferación celular, la formación de matriz extracelular, lo que indica su
importante papel en el desarrollo embrionario; durante la condrogénesis se
estimula la proliferación e inhibe la diferenciación terminal de condrocitos, lo que
se demuestra con la ablación del gen Tgfb2 (de las tres isoformas del TGFβ 1,2 ó
3 en mamíferos, únicamente la ablación de Tgfb2 causa defectos mandibulares)
que ocasiona anomalías en el desarrollo mandibular, que incluyen mandíbulas
pequeñas, procesos coronoides y condilares disminuidos y un proceso angular
desaparecido (23).
Experimentos llevados a cabo por medio de ratas mutantes con supresión de la
expresión de Tgfbr2 en todas las células de cresta neural, estudio realizado por
Oka et al., muestra en las observaciones histológicas, en E13.5 el pericondrio del
MC presenta disrupciones; en E14.5 la forma del MC está alterada presentando
áreas curvas, de espesor y formas no uniformes; los defectos en el MC y el hueso
mandibular en ratas modificadas genéticamente puede deberse a que (23):
 La expresión de Msx1 está reducida; los genes Msx son conocidos por su
papel en la regulación del destino de las células de cresta neural y
ontogénesis durante el desarrollo craneofacial (23).
 La pérdida de la expresión de TGF-β en el pericondrio resulta en un
subdesarrollo del mismo y consiguientes malformaciones en el MC (23).
 La expresión del Ctgf, que fisiológicamente existe en el pericondrio del
cartílago de Meckel, se ve reducida en ratas mutantes para Tfgb2;
induciendo una disminución en la proliferación celular; en este aspecto se
observó además que el CTGF exógeno puede rescatar los defectos de
proliferación celular en el MC en estas ratas (23).
 La expresión Ihh (marcador de la maduración de condrocitos) estuvo
expandida en las ratas mutantes, indicando también una alteración en el
proceso de diferenciación de los condrocitos del MC (23).
2.1.1 Proteína Morfogenética ósea (BMP)
Las Proteínas morfogenéticas óseas, son factores de crecimiento multifuncionales,
pertenecientes a la superfamilia del factor de crecimiento transformante beta (24)
(19), a excepción de la BMP1; son proteínas altamente inductoras de formación de
hueso endocondral y cartílago, controlan la diferenciación de condrocitos y
promueven su hipertrofia (25); tanto en desarrollo embriológico como posnatal;
además funcionan mediando la morfogénesis y diferenciación gracias a la
transmisión de señales inductivas en la interacción epitelio mesénquima (19) (26), en
vertebrados e invertebrados; son expresados en múltiples tipos de células como
monocitos, células epiteliales y células mesenquimales; en procesos como el
30desarrollo de extremidades, osificación endocondral, odontogénesis entre otros
(24).
Algunas BMP como la BMP-2, BMP-4 y BMP-7 inducen la diferenciación de
células mesenquimales multipotentes hacia un linaje celular condrogénico o hacia
un linaje de célula precursora de osteoblastos, gracias a la inducción de la
expresión de Sox9 (27).
BMP actúa mediante la unión a receptores tipo I y II (receptores de membrana
serina/ treonina, kinasa) conduciendo a la activación de la vía de señalización
Smad y MAPK (25)..
Noggin y el factor de crecimiento epidermal (EGF) se cuentan entre los
antagonistas de las BMP; Noggin se une a BMP-2 BMP-4, BMP-7 y previene su
señalización. En ratas mutantes en las que se restringe la expresión Noggin, el
desarrollo del MC se altera, observándose muy agrandado con respecto a los
controles con expresión Noggin normal, en la porción media del MC, el proceso de
diferenciación condrogénica continúa y se da osificación endocondral en lugar de
ocurrir la degeneración (25); el EGF actúa como un inhibidor de la diferenciación de
condrocitos tanto endógena como ectópicamente por su competencia para la vía
de señalización Smad1 (26), experimentación en cultivos de micromasa mandibular
con aplicación de EGF exógeno, demuestran que con el incremento de sus
concentraciones el MC es progresivamente (dosis dependiente) más pequeño y
menos maduro, sus componente se evidencian acortados, más delgados y menos
maduros (constatado por la reducción de la cantidad de condroitin sulfato en
presencia de EGF), en comparación con el MC en ausencia de EGF exógeno el
cuál exhibe una morfología normal (26).
Las proteínas morfogenéticas óseas representan un factor de crecimiento crucial
en el desarrollo del MC gracias a su actividad condrogénica, pero bajo estrictos
parámetros de expresión espacial y temporal definidos, cuyas alteraciones
conllevan a malformaciones o ausencia del cartílago (26).
Wang y colaboradores examinaron la expresión de BMP-2, BMP-4 y BMP-7 en el
MC, en ratas, por medio de hibridación in situ, lograron identificar la expresión
fisiológica de los genes Bmp (25) que codifican para los factores mencionados:
Bmp 2.: Es expresada en el MC en el estadío E11.5, expresión que aumenta en
E12.5, ya para E13.5 la expresión en el cartílago de Meckel ha desaparecido y
solo se observa un bajo nivel de expresión en los alrededores del mesénquima
mandibular y el hueso mandibular (25).
Bmp 4: No se observó expresión de Bmp4 en ningún estadío en el MC, si hubo
expresión en los alrededores del mesénquima mandibular y el hueso mandibular
en estadíos 11.5, 12.5 y 16.5 (25).
31Barlow y Francis identificaron la expresión de Bmp4 en pollos; para el HH 20, su
expresión es restringida al epitelio de la región media del primordio mandibular y la
parte anterior del primordio maxilar, observando una correlación entre la expresión
epitelial del Bmp4 y la expresión mesenquimal de Bmp-2, Msx1 y Msx2; para el
estadío HH24 (antes de la diferenciación del cartílago) la expresión epitelial de
Bmp-4 esta confinada aún a la parte media del primordio mandibular y el extremo
distal del primordio maxilar; durante el estadío HH 28, tanto epitelio como
mesénquima expresan Bmp-4, la cual es asociada con la expresión de Bmp2,
Msx1 y Msx2 (19).
Bmp7: es hallada en el MC y los alrededores del mesénquima mandibular en
niveles bajos durante E11.5 y E12.5; para E13.5 su expresión desaparece del MC
y se detecta únicamente en el hueso mandibular adyacente, tampoco se evidencia
su expresión en etapas posteriores E14.5 y E16.5 tanto para MC como para
estructuras adyacentes (25).
Ensayos en ratas mutantes, con supresión de la actividad de Noggin, demuestran
una actividad BMP, en el MC, extendida en periodos de desarrollo donde
normalmente no son expresadas, básicamente después del estadío E13.5,
conllevando a alteraciones en el desarrollo y morfología del cartílago de MC; así
como el papel de la BMP en el desarrollo del MC es crucial para la diferenciación
de células mesenquimales a condrocitos y estimulación de la proliferación
condrocítica, gracias a su expresión en estadíos tempranos, también es
indispensable su supresión para permitir un desarrollo normal del MC, y el destino
final de los condrocitos, principalmente en la porción media del cartílago (25).
Además de una especificidad en la expresión temporal de los factores de
crecimiento, también existe una expresión espacial específica, cuya alteración
conlleva a pérdida o malformaciones de las estructuras relacionadas, en este caso
el MC específicamente, Barlow y Francis realizaron experimentación en pollo, con
aplicación ectópica de BMP-2 y BMP-4 en el primordio mandibular; cuando se
realizó la aplicación de BMP-2 en el estadío HH 20, se evidencia una pérdida total
del cartílago de Meckel si el factor es localizado lateral al primordio, de manera
que la activación de Msx1 es débil a lo largo del mismo; cuando la localización del
factor se realiza muy medial en el primordio, el MC está presente pero con
alteraciones de forma, se observan en él excrecencias, debido a que el dominio
Msx1 se extiende lateral y posteriormente; la manipulación de la expresión en el
primordio maxilar tiene también repercusiones sobre el MC, cuando el factor es
aplicado en él, se observa la bifurcación del cartílago de Meckel (donde la rama
bifurcada se orienta hacia el primordio maxilar) debido a la expresión de Msx1 en
el extremo distal del primordio mandibular (19).
Wang et al., sostienen que si bien la señalización BMP es esencial para un
desarrollo normal del MC (principalmente su porción media), ya que la supresión
de la expresión BMP conlleva a la detención de la diferenciación condrogénica,
también es indispensable el cese de su expresión en el periodo establecido, ya
32que una elevación en su expresión o mantenimiento de su actividad altera el
desarrollo del cartílago, manteniendo la diferenciación condrogénica e induciendo
la osificación endocondral de la porción media del MC (25).
2.2 Vía de señalización Endotelina 1 (End1)
End 1 es un iniciador clave del patronaje dorsal-ventral de las células de la cresta
neural, la alteración en su expresión conduce a una transformación homeótica de
estructuras mandibulares en maxilares; estudios experimentales con deleción de
la expresión End1 resultan en una hipoplasia severa del MC (28).
2.3 Vía de Señalización Sonic Hedgehog
La familia de moléculas de señalización Hedgehog se ha conservado a través de
la evolución con tres proteínas: Sonic Hedgehog (Shh), Indian Hedgehog (Ihh) y el
Desert Hedgehog (Dhh); es una vía esencial para el desarrollo facial y craneal, ya
que la pérdida de su función ocasiona una gran variedad de defectos
craneofaciales, como holoprosencefalia, ciclopía entre muchas otras (24) (29);
además tiene un importante papel morforegulatorio en el desarrollo embrionario,
participando en la proliferación, supervivencia y diferenciación celular y en el
patrón de formación de numerosos tejidos embrionarios (sistema nervioso,
extremidades, pulmón) (29).
El importante papel de la señalización Hh en el desarrollo embrionario craneofacial
es corroborado por estudios experimentales con ratas nulas para Shh que
presentan una ausencia completa de estructuras esqueléticas craneofaciales; la
aplicación de anticuerpos anti Shh en pollos exhibe de manera similar, una
significativa reducción del desarrollo mandibular (30).
La remoción de la señalización Hh tiene un papel crucial en el desarrollo
posmigratorio craneofacial, es decir en la proliferación y supervivencia de las
células mesenquimales, lo que indica que las alteraciones sobre el MC en rata
nulas para Shh son debidas a un insuficiente número de células derivadas de la
cresta hacia el arco mandibular, por otro lado, teniendo en cuenta que el Shh
apoya la supervivencia celular en las primeras etapas de desarrollo y promueve su
proliferación en etapas posteriores, su ausencia repercute en un incremento de la
apoptosis que ocasiona una aplasia en el MC (30), mientras que su sobreexpresión,
estudiada en embriones de pollo conduce a la bifurcación del cartílago de Meckel,
el cartílago ectópico se localiza en una angulación de 45 grados con respecto al
principal (29).Imagen 5.
Melnick et al., experimentaron con ratas nulas para Shh, haciendo observaciones
comparativas con ratas normales, con respecto al desarrollo craneofacial, en
donde encontraron anormalidades craneofaciales en todos los estadios analizados
33para las ratas Shh nulas, que soportan el papel indispensable de Shh en el
desarrollo del MC, las estructuras mandibulares en general (30).
Imagen 5. Muestra la formación de
cartílago ectópico (Flecha) adyacente al
cartílago de Meckel, en casos de
sobreexpresión de Shh. Tomada de
Haworth et al. (29).
Para el estadio 13.5 en ratas normales se evidencia la presencia del MC,
primordio de lengua y brotes dentales, mientras que en las ratas Shh nulas
solamente es visible una pequeña condensación mesenquimal en la zona del arco
mandibular (30). Imagen 6.
Imagen 6. Comparación de las estructuras presentes en la región mandibular durante
E13.5, en ratas normales (izquierda) donde se evidencia el Cartílago de Meckel (Mc), el
primordio de la lengua (To) y los brotes dentales (T); y ratas Shh nulas que en la misma
zona presentan solamente una pequeña condensación celular (C). Tomado de Melnick et
al. (30).
34Durante E15.5 en ratas normales ya se evidencia el hueso mandibular alrededor
del MC, mientras en las ratas experimentales todas las estructuras mandibulares
están ausentes (30); para E18.5 las ratas normales exhiben todas las estructuras
mandibulares bien diferenciadas pero las ratas Shh nulas solo presentan un
remanente de arco mandibular no diferenciado (30).
Con el fin de identificar el papel del Shh en la condrogénesis del MC, por medio de
experimentación sobre mandíbulas embrionarias tratadas con ciclopamina,
Bringas et al., encontraron resultados que permiten sugerir que la señalización Hh
es esencial para la transición de condroblastos a condrocitos en la región anterior
del MC, pero no en la posterior, en E15; mientras que el ensayo con mandíbulas
en E12, no arroja diferencias en el desarrollo de las estructuras ni en el promedio
de proliferación celular también medido en este momento (30); lo que permite
concluir que la diferenciación Hh es esencial principalmente en las primeras
etapas del desarrollo del MC (La señalización Hh regula la condrogénesis del MC
de una manera ―etapa- dependiente‖, debido al efecto de su ausencia,
evidentemente menor, en las etapas de desarrollo más avanzadas) (29).
2.4 Factor de Crecimiento Fibroblastico (FGF)
Los factores de crecimiento fibroblastico representan una familia de moléculas de
señalización implicadas en varios aspectos del desarrollo craneofacial de los
vertebrados; se ha identificado su esencial papel en la morfogénesis mandibular
(media en las interacciones epitelio-mesénquima que promueven el crecimiento,
participa en la formación de las bolsas faríngeas y en la supervivencia del
mesénquima mandibular) (17) .
2.4.1 Factor de crecimiento fibroblastico- 3 (FGF-3)
Experimentos en embriones de pollos llevados a cabo por Havens et al., que
incluyeron la alteración en la expresión de FGF-3, muestran, en estadíos de
desarrollo HH17 a 20, defectos en el crecimiento y extensión del MC, incluyendo
truncamiento del extremo rostral y acortamiento del cartílago y en algunos casos,
ausencia completa de los hueso mandibulares, en sí, no hay un afectación de la
formación inicial del MC, pero si hay una alteración en la promoción de su
morfogénesis y elongación; para estadíos más tempranos, HH15, se presenta una
baja tasa de supervivencia, aquellos embriones que sobreviven tienen las
características antes mencionadas para estadíos posteriores de desarrollo; debido
a que no se identificaron cambios en los patrones de expresión de los genes
reguladores, se considera que las alteraciones del desarrollo mandibular se deben
a alteraciones en el MC que a la vez controla el desarrollo mandibular, lo cual se
corrobora con la disminución de la expresión de Sox-9 que origina la formación de
una condensación condrogénica más pequeña de lo normal para el MC (debido a
35la disminución en el número de células proliferativas), sumado a un aumento en el
número de células apoptóticas en el mesénquima (17).
2.4.2 Factor de crecimiento fibroblastico-8 (FGF-8)
El Factor de crecimiento fibroblastico 8 (FGF-8) juega un importante papel en el
desarrollo de hueso intramembranoso y endocondral (debido a que promueve la
diferenciación de condrocitos hipertróficos terminales, paso clave en la formación
de hueso endocondral) (30).
Durante la embriogénesis, el Fgf8 induce la expresión de los genes homeobox
Lhx6, 7, Dlx1, -2 y Barx1, en ausencia de su expresión, el primer arco faríngeo es
gravemente reducido en tamaño y la expresión de los genes homeobox se pierde
(29).
La pérdida de la expresión del Fgf8 a partir del ectodermo oral, resulta en un
truncamiento del desarrollo mandibular, debido a que éste es indispensable para
la supervivencia y proliferación de las células mesenquimales del primer arco
faríngeo (29).
FGF8 juega un papel importante en el desarrollo del arco mandibular, lo que se
evidencia por la ausencia o hipoplasia severa del MC en ratas con Fgf hipomorfo o
por una ablación de éste en el primer arco faríngeo (30), resultando en la formación
de mandíbulas pequeñas, extensa apoptosis del mesénquima mandibular y
pérdida de elementos esqueletales en la región caudal de la mandíbula
(incluyendo la ATM) (17); Melnick et al., lo identificaron como una molécula de
rescate para los fenotipos alterados de MC en mandíbulas cultivadas con
ciclopamina, ya que observaron que en aquellas muestras tratadas con FGF 8
exógeno se observa tinción con rojo alizarin de los dos tercios anteriores del MC,
lo que indica mineralización, y en la porción posterior, que no se altera por la
ciclopamina; con la aplicación del FGF exógeno se observa un aumento del
tamaño de la zona, además, la zona del pericondrio, intacta en el MC de ratas
normales, se ve interrumpido por la penetración del hueso mandibular osificando
hacia el MC (30).
El FGF-8 actúa sinérgicamente con el Shh en el desarrollo del esqueleto facial,
FGF-8 regula positivamente la expresión del Hh y Shh regula la expresión de Fgf8
(ya sea induciendo su expresión o manteniendo el dominio de su expresión) (30).
2.4.3 Factor de crecimiento fibroblastico- 10 (FGF-10)
El factor de crecimiento fibroblastico 10 es expresado en el mesénquima
mandibular, jugando un importante papel en el desarrollo dental y del hueso
36mandibular; Terao et al., experimentaron con la sobre expresión del Fgf10, en
cultivos de micromasa mandibular de ratas, identificando la asociación espacial de
éste con la sobre- expresión de los genes que regulan el desarrollo del MC (entre
ellos Sox 9, Col2a1), el experimento les permitió observar que la alteración en la
expresión del FGF10 conlleva a una alteración de tamaño (elongación) y forma
del MC cuando la sobre- expresión de FGF 10 se realiza en la porción lateral de la
mandibular, mientras que cuando el área afectada es la porción media mandibular
no se observan alteraciones morfológicas del MC, indicando el papel del FGF-10
durante la morfogénesis temprana, gracias al control de diferenciación celular en
la parte lateral del proceso mandibular en desarrollo (31).
2.5 Proteína de Shock térmico (Hsp)
Su expresión ha sido hallada en el cartílago de las placas de crecimiento (en
roedores), éstas son expresadas por células (en mamíferos) en respuesta al
estrés biológico incluyendo altas temperaturas, infecciones virales, químicos
tóxicos, inflamación, tumores malignos, alcohol (32), exposición a metales, fuerzas
mecánicas y hormonas (11); aunque éstas proteínas están también presentes en
células no sometidas al estrés, indicando su papel fisiológico en la función celular
normal, que incluye plegamiento de proteínas y transporte de proteínas entre
organelos (11); se ha identificado la Hsp 70 en condrocitos del MC a través del
desarrollo del mismo, indicando que ésta no solo se relaciona con el fenómeno de
degradación de condrocitos (32).
Durante E12, estando presente la condensación mesenquimal que formará el MC,
donde se evidencia una débil inmunoreactividad para Hsp25; para E13 con la
porción intermedia del MC desarrollada y los condrocitos bien diferenciados, hay
una inmunoreactividad moderada en el citoplasma de los condrocitos; en E14, hay
una intensa inmunoreactividad para Hsp 25 en los condrocitos de la porción
anterior e intermedia del cartílago mas no en la porción posterior, donde no hay
inmunoreactividad; para E15 la inmunoreactividad disminuye sustancialmente, en
E16 ya la inmunoreactividad ha desaparecido (32).
Shimada et al., experimentaron con la inhibición de la expresión de Hsp 25, los
defectos en el MC fueron evidentes, incluyendo ausencia completa de la porción
anterior y media del MC, lo que no ocurrió con la parte posterior; estos hallazgos
indican el papel de la Hsp 25 en el desarrollo del MC, consistente en
diferenciación de condroblastos desde la condensación mesenquimal
condrogénica y la proliferación de condrocitos y síntesis de su matriz, sin tener
ningún papel biológico en la conversión de condrocitos (32).
372.6 Proteína relacionada con la hormona paratiroidea
(PTHrP)
Fue identificada inicialmente como un factor patógeno en hipercalcemia humoral,
pero su producción ya ha sido detectada en el desarrollo de células endoteliales,
músculos, glándulas adrenales, queratinocitos, sistema nervioso central y
páncreas; tiene un importante papel como factor de crecimiento y diferenciación
de cartílago, ya que ante la alteración de su expresión, se presentan anomalías
generalizadas en la osificación endocondral y disminución de la proliferación de
condrocitos (33), un fenotipo condrodisplásico caracterizado por un cráneo en forma
de cúpula, mandíbula corta y extremidades desproporcionadamente cortas (34).
Análisis inmunohistoquímicos llevados a cabo por Yamazaki et al., en 1997, con
modelo de ratas, muestran la relación espacial y temporal de la expresión de la
PTHrP con las etapas de desarrollo del MC, durante su estudio identificaron que la
porción rostral del cartílago no presenta expresión de PTHrP en ningún momento
del desarrollo embrionario, pero si es expresada en la zona de condrocitos
hipertróficos (maduros) con un fenotipo proliferativo, en E13 se observa una débil
expresión de PTHrP en condrocitos del MC; en E16, correspondiente al estadío
de elongación e iniciación de la osificación endocondral del MC, la PTHrP es
localizada en los condrocitos del área que muestra crecimiento intersticial y en y
alrededor de los núcleos de condrocitos hipertróficos sometidos a osificación
endocondral y para E18 PTHrP se localiza en los osteoblastos adyacentes a la
matriz calcificada y ha desaparecido de los condrocitos del MC, estos hallazgos le
permiten a los autores considerar que la PTHrP funciona como una señal de
direccionamiento para la prolongación de la supervivencia de células condrocíticas
(33), lo que se corrobora con los hallazgos de Ishii.-Suzuki et al., quienes
experimentando con ratas nulas para PTHrP, hallaron cambios dramáticos en el
destino de la porción media del MC, la cual en condiciones fisiológica origina el
ligamento esfenomandibular, en ratas mutantes se evidencia como se degenera y
rodea por una capa de matriz ósea, debido a que la deficiencia de PTHrP altera la
dirección de la diferenciación celular en condiciones normales (34).
2.7 Proteínas de Señalización CCN
Son un grupo de moléculas encargadas de promover el crecimiento y desarrollo
de los tejidos mesenquimales, incluyendo hueso y cartílago (35); se asocian a
procesos de diferenciación celular, morfogénesis y migración y proliferación celular
(16). Esta familia de moléculas de señalización está compuesta por 6 miembros
CCN1 ó Cyr61, CCN2 ó factor de crecimiento de tejido conectivo (CTGF), Nov,
WISP-1, WISP-2 y WISP-3.
382.7.1 CCN2 ó Factor de Crecimiento de Tejido Conectivo (CTGF)
Es una molécula asociada a eventos fisiológicos durante el desarrollo y
crecimiento de varios órganos y tejidos, tiene el potencial de acelerar la
regeneración de tejidos dañados, incluyendo hueso y cartílago, por otro lado se
considera un mediador de trastornos fibróticos y determinante del fenotipo en
ciertos tumores malignos (35).
Durante el desarrollo de tejidos orofaciales tiene actuación en procesos de
osificación intramembranosa, formación y mantenimiento del cartílago auricular y
articular, participa en la formación dental y del MC y en la osificación endocondral,
donde promueve la capacidad de proliferación y deposición de matriz extracelular
de los condrocitos, se acumula en condrocitos hipertróficos para acelerar su
hipertrofia y apoptosis, su actividad angiogénica promueve la invasión vascular al
cartílago (35).
Durante el desarrollo del MC, la CCN2 es fuertemente expresada en su primordio,
antes de que la estructura cartilaginosa sea evidente, indicando su contribución a
la formación del cartílago, se ha identificado como una molécula de señalización
corriente abajo del TGF β, apoyando la proliferación de condrocitos que forman el
MC (23); posteriormente funciona como una molécula de señalización liberada por
el MC para el reclutamiento de osteoblastos, durante su osificación (35).
Observaciones en embriones de ratas demuestran que en E12 hay una muy alta
expresión de CTGF en las tres porciones del MC, la cual disminuye
significativamente en E15 en los condrocitos neodiferenciados, para E18 la
expresión aumenta de nuevo en los condrocitos de la región anterior y el
segmento rostral de la región central; estos hallazgos sugieren la expresión
dinámica del CTGF en el desarrollo del MC, influye en la diferenciación de células
condrogénicas y la maduración de condrocitos, ayuda a la condrogénesis
actuando corriente abajo del TGF y en la estimulación de las interacciones célula a
célula (16).
2.8 Proteína tipo Dipeptidil – peptidasa 6 (DPP 6)
Es una proteína miembro de la familia dipeptidil aminopeptidasa, tiene diferentes
funciones en el desarrollo embrionario y en tejidos adultos, determinadas por la
expresión de tres diferentes isoformas; durante el desarrollo embrionario, está
implicado en el desarrollo del sistema nervioso central y se ha detectado en los
procesos maxilofacial y mandibular durante el desarrollo facial en ratones (36).
Du et al., analizaron la expresión de DPP6 en el MC durante los estadíos de
desarrollo 11.5 a 13,5, identificando que para E11.5, la expresión de DPP6 es más
fuerte para el MC en sí, que para los tejidos que lo rodean, en E13.5 la expresión
39de DPP6 en el MC aumenta y aún se presenta con mayor intensidad que para los
tejidos circundantes, finalmente en E15.5 se detecta la expresión de DPP6 en el
proceso mandibular, los hallazgos permiten a los autores establecer que DPP6
está involucrada en el desarrollo mandibular, gracias a su regulación en el
desarrollo del MC (36), en dónde su papel específico no ha sido esclarecido.
2.9 Expresión del gen Hoxa2
Los genes Hox, en combinación con los Dlx son los encargados de la identidad
anteroposterior y dorsoventral de las células derivadas de cresta neural craneal,
así, la expresión ectópica del Hoxa2 en células de cresta neural craneal Hox
negativas resulta en distintos fenotipos en diferentes subpoblaciones de células,
por ejemplo, mientras la expresión ectópica de Hoxa2 tiene la capacidad de
transformar morfológica y molecularmente las estructuras derivadas del primer
arco faríngeo a estructuras del tipo del segundo arco faríngeo, no provoca
transformación de otras subpoblaciones de células derivadas de cresta neural
craneal, pero si perjudica gravemente su desarrollo (37).
En ratas experimentales con expresión ectópica de Hoxa2 hay una transformación
del extremo proximal del cartílago de Meckel y del martillo hacia un proceso
estiloides supernumerario (37).
2.10 Factor de crecimiento de hepatocitos (HGF)
El factor de crecimiento de hepatocitos es un potente mitógeno para hepatocitos
maduros en cultivos, puede actuar como un desencadenante de la regeneración
del hígado, tiene también efecto mitógeno en varios tipos de células epiteliales,
mejora la motilidad de varios tipos de células, actuando como un factor de
dispersión (molécula capaz de causar disociación y migración de células
epiteliales), es un mediador de la interacción epitelio – mesénquima (38).
Estudios llevados a cabo por Amano et al., con la aplicación de HGF en cultivos de
mandíbulas de ratón, se observa que el MC se encuentra ligeramente agrandado,
es decir, se presenta un incremento en el volumen del MC ante la presencia de
HGF exógeno; estos resultados y similares hallazgos en cartílago de huesos
largos permiten afirmar que el HGF es un importante factor autocrino – paracrino
en la morfogénesis de cartílago (incluyendo el MC) y hueso durante el desarrollo
embrionario mandibular (38).
402.11 Proteína Tirosin Fosfatasa (PTP)
Augustine et al., evaluaron los efectos de la pérdida de función de PTP durante el
desarrollo embrionario de mandíbulas de ratas, observando, específicamente para
el MC, un patrón anormal de desarrollo del cartílago, con un aumento en el
tamaño de la región condrogénica; se identifica un segmento dorsal bilateral del
cartílago agrandado, en muchos casos se observa también ausencia de la porción
media del cartílago y disrupción del segmento ventral; en general el tamaño de los
segmentos presentes está aumentado; lo que permite a los autores establecer que
la PTP tiene la capacidad e regular la tasa de proliferación condroblástica en el
esqueleto cartilaginoso, durante el desarrollo esqueletal temprano (39).
2.12 Factor de crecimiento epidermal (EGF)
Se definió inicialmente como un estimulante de la proliferación de células
epiteliales, aunque ya se tiene clara su potente capacidad mitogénica para varios
tipos celulares como fibroblastos, osteoblastos y mioblastos; tiene además
participación en el proceso de morfogénesis y erupción dental, formación del
paladar y maduración pulmonar, además se ha reportado que mejora la síntesis y
la actividad mitótica en condrocitos, facilitando la proliferación celular (40).
Su papel en el desarrollo del MC está enfocado en la capacidad que pueda tener
para inducir las células del MC a cambios fenotípicos en fibroblastos que originen
el ligamento esfenomandibular a partir de células del tejido no calcificado
localizado en la parte posterior de la porción media del MC (40).
Ishizeki et al., analizaron la actividad del EGF sobre cultivos de condrocitos de
Meckel, identificando que el número de células fibroblásticas es mayor para los
cultivos con EGF que para los controles, la tasa de proliferación celular es mayor
para los cultivos tratados con EGF y dependiente de la dosis manejada para cada
muestra; la densidad de células sintetizando ADN fue mayor para los cultivos
tratados que para los controles, confirmando su papel en la síntesis de ADN y
proliferación del MC; se identificó que el EGF inhibe cualitativa y cuantitativamente
la síntesis de colágeno tipo I, aunque no hay evidencia de que éste inhiba
completamente la polimerización de las fibras de colágeno tipo I; el efecto de la
inhibición de la calcificación de la matriz del MC por parte del EGF, no es esencial,
es este aspecto, el EGF actúa inhibiendo la actividad de la fosfatasa alcalina
(enzima asociada a la calcificación de la matriz de tejidos duros). En sí, el EGF en
el MC, estimula la proliferación celular y cambios morfológicos en los condrocitos,
suprime la diferenciación condrocítica, y la expresión de la fosfatasa alcalina (41),
por lo que se establece que el EGF puede ser uno de los factores que induce la
41transformación fenotípica de condrocitos para la formación de células
fibroblásticas del ligamento (40) (41).
2.13 CTRP3/cartducin
CTPR3/Cartducin es un miembro de la familia C1q/proteína relacionada con factor
de necrosis tumoral (TNF), es expresada en el linaje de células condrogénicas en
el esclerotoma y en condrocitos proliferando en la placa de crecimiento; tiene un
papel importante en la regulación de precursores condrogénicos y condrociticos
(42).
Yokohama-Tamaki et al., analizaron la expresión del CTRP3/Cartducin durante el
desarrollo del MC, identificaron que en E11.5 no hay expresión de la proteína en la
condensación de células mesenquimales del futuro MC; en E14, cuando el
cartílago de Meckel ya está bien formado, se detectó la expresión de
CTPR3/Cartducin en los condrocitos del cartílago, mas no en el pericondrio; para
E16, no hay detección de la proteína en los condrocitos hipertróficos o en el
pericondrio, en modelos de experimentación con cultivos de órganos manipulados
para inhibir la expresión de CTPR3/Cartducin, se observa una alteración en la
forma del MC (curvatura), hay una pérdida del pericondrio que es reemplazado por
una matriz metacromatica, que según los autores corresponde a una matriz
metacromatica que se formó alrededor del MC, los condrocitos del MC se
observan muy separados en comparación con controles, además se da la
inhibición de la formación de tejido muscular y osteoide alrededor del MC
(observada en los controles); lo que confirma la importancia del CTRP3/cartducin
en el mantenimiento del pericondrio del MC, que ante la ausencia de la proteína
no puede mantener su estructura y se convierte en cartílago; debido a que la
principal función del pericondrio radica en soportar físicamente el MC, formando
una envoltura alrededor de este, ante la ausencia de éste, el cartílago no puede
soportar solo las fuerzas fisiológicas y se curva como lo muestran las
observaciones histológicas, además de que tampoco se da la formación fisiológica
de hueso y musculo a su alrededor (42); en sí, el papel de la CTRP3/Cartducin
radica en el mantenimiento del pericondrio y los inconvenientes para el desarrollo
del MC que puede acarrear su ausencia (42).
2.14 Expresión del gen CD47
CD47 está involucrado en el incremento de las concentraciones de calcio
intracelular, después de que las células se han adherido a la matriz extracelular
(43).
Durante el desarrollo del MC se observa una expresión de CD47 que incrementa
significativamente de manera tiempo dependiente, en estadíos E13 a E15 las
42células CD47 positivas son células tipo condrocito que se localizan debajo de la
lengua, que se consideran son el MC (43).
Análisis del silenciamiento de la expresión de CD47, muestra un incremento en la
masa ósea y disminuye la función de osteoclastos; incremento en los factores de
transcripción para Runx2, Dlx5, Msx2 y Sp7 relacionados con metabolismo óseo y
maduración, sugiriendo que el CD47 regula a la baja estos factores de
transcripción (43).
CD47 regula a la baja la vía de señalización TGFβ (43).
2.15 Expresión del gen Fuz
El gen Fuz puede coordinar la ciliogenesis y secreción, dos procesos que pueden
afectar una variedad de vías de señalización. Juega un rol esencial en las vías de
señalización Wnt y Hh, la pérdida de su expresión conlleva a importantes defectos
en el desarrollo craneofacial, es requerido para la formación de ojos, hueso,
lengua e incisivos (44).
Zhang et al., llevaron a cabo estudios en ratas nulas para Fuz con el fin de aclarar
su papel en el desarrollo craneofacial.
Se identificó una disminución de la expresión Hh en las ratas mutantes, lo que
conlleva a una pérdida la proliferación celular y formación de brotes dentales (hay
ausencia de la formación dental), aparecen defectos en la formación del cerebro y
paladar fisurado, aunque los efectos craneofaciales de estas ratas no se parecen
a los de ratas nulas para la señalización Hh; particularmente, Fuz parece no
regular el crecimiento del cartílago de Meckel pero si afecta su colocación en la
mandíbula; presentan un incremento en la señalización Wnt5a, lo que implica a su
vez un incremento en el crecimiento del cartílago de Meckel; el incremento de la
expresión de Sox 9 se relaciona con un incremento en el crecimiento del cartílago
de Meckel, este agrandamiento del cartílago causa a su vez un aumento de la
osificación endocondral (44).
2.16 Matriz de Metaloproteinasas (MMP)
El análisis de los efectos de la inhibición de la MMP permite establecer que estas
cuentan con un papel importante en el desarrollo mandibular, debido al
compromiso del desarrollo del MC dado en cultivos con inhibidor de
metaloproteinasas, en los que el segmento anterior del MC está ausente ó exhibe
una reducción en el contenido de proteoglicanos; la reducida tinción de las varas
laterales del MC indican una inhibición o reducción del desarrollo en este
segmento (45).
43Con base en estos datos, Chin sugiere que las MMP tiene un papel esencial en la
morfogénesis del MC (45).
2.17 Expresión de genes Prx1 y Prx2
Son miembros de la familia de los Homeobox, que están estrechamente
relacionados entre sí y que se co expresan en varios sitios durante el desarrollo
embrionario.
En el proceso mandibular, los genes Prx son co-expresados en altos niveles en el
mesénquima de la región medial (46), en el proceso maxilar y frontonasal (47); ratas
nulas para Prx2 no muestran anormalidades craneales o esqueletales obvias,
mientras que las ratas nulas para Prx1 muestran defectos en los elementos
esqueléticos derivados del proceso maxilar y de la parte caudal del proceso
mandibular; las ratas nulas para ambos, Prx1 y Prx2 mueren algunas horas
después del nacimiento debido a anomalías muy penetrantes entre ellas graves
malformaciones de la mandíbula en desarrollo; dando evidencia del rol esencial de
Prx en la morfogénesis mandibular; estas ratas doble mutantes son asociadas con
un cambio en la expresión Fgf 8, Bmp4 y Shh en el epitelio mandibular medial (46).
Balic et al., analizaron los efectos de la supresión selectiva de Prx1 y Prx2 sobre el
desarrollo de las estructuras mandibulares encontrando que:
El proceso mandibular en ratas normales ó nulas para Prx 1 ó Prx2 contenía
hueso, dos gérmenes molares, dos gérmenes incisivos y cartílago sinfisial entre el
proceso mandibular, por el contrario, las ratas doblemente mutantes tienen
mandíbulas con tamaño muy reducido, 56 a 65 % más pequeñas con respecto al
control, que fueron fusionadas en la línea media (fusión del segmento rostral (47)),
con un cartílago sinfisial ausente, exhiben gérmenes molares pero no gérmenes
incisivos o eventualmente solo uno (debido a que los Prx funcionan manteniendo
la expresión de Pax 9 y patches, esenciales en el desarrollo de los incisivos y cuya
expresión disminuye en ratas doblemente mutantes) y el MC está deficiente (46)
(47), al parecer estos efectos se deben a que Prx tiene una función de
mantenimiento y supervivencia en las células del mesénquima mandibular; aún en
estas condiciones, las células de cresta neural tienen la capacidad de migrar hacia
el proceso mandibular (ya que Prx no es expresado en células premigratorias)
pero posteriormente desaparecen (46).
Los defectos del desarrollo mandibular asociados a la supresión de Pax1 y Pax 2,
se pueden soportar en la alteración de la expresión de varios genes adicionales
que participan en el desarrollo mandibular y se ven afectados por la mutación
genética, entre estos genes se cuentan:
44 Hand1 (eHand) y Hand2 (dHand). Cuya expresión normal, durante el
desarrollo mandibular, se observa en solapamiento en la región media del
proceso mandibular para Hand2 y en la misma zona pero específicamente
hacia a línea media para Had1. Ante la mutación Prx1 y Prx2, la expresión
de Had1 no se altera significativamente, mientras que la de Hand2 se
redujo, indicando que la expresión de Hand2 es regulada por Prx (46).
 Msx1, Msx2, Bmp4 han demostrado su papel esencial en la morfogénesis
de la región medial mandibular; las observaciones en ratas mutantes
indican que existe una alteración en la expresión de Msx1 y Bmp4 (aunque
Wang Et al., no reportan expresión de Bmp4 directamente en el MC, ésta si
se evidencia en los alrededores del mesénquima mandibular y hueso
mandibular (25)), mas no de Msx2, lo que significa que los genes Prx regulan
de alguna manera la expresión Msx1 y Bmp4 (46).
 La expresión de Fgf8 se ve afectada ante la mutación de los genes Prx, lo
que se asocia, junto con la alteración de la expresión de Pax9, a la
ausencia de los gérmenes de los incisivos (46).
Específicamente para MC, su desarrollo se encuentra ampliamente afectado en
ratas mutantes para genes Prx, estas alteraciones se han relacionado con
defectos en la expresión de Sox9 y Col2a1, que fisiológicamente se expresan en
las regiones caudal, medial y rostral del primordio precartilaginoso, pero que ante
la mutación pierden expresión en la región medial, que corresponde al cuerpo
principal del MC, de esta manera, la pérdida de la mayor porción del MC está
relacionada con defectos en el mantenimiento y/o crecimiento aposicional del
mesénquima condrogénico (46).
2.18 Expresión de Proteoglicanos (PG).
Los proteoglicanos son moléculas que desempeñan un papel esencial en el
desarrollo, mantenimiento de la función e integridad en todos los tejidos; son
fundamentales en las interacciones célula - célula y célula-matriz extracelular y
actúan como receptores en la superficie celular; se considera que gobiernan el
proceso de movimiento celular en numerosas condiciones fisiológicas y
patológicas (48).
Los PG de cartílago hialino son proteoglicano condroitin sulfatado (el principal),
decorin, biglican, fibromodulina y epifican (48).
Los PG participan en el desarrollo embrionario regulando la formación e integridad
de los tejidos, específicamente para MC para ser esencial para el mantenimiento
del cartílago en un estado no calcificado durante periodos de tiempo determinados
(48).
Ababneh y Al-Khateeb, estudiaron la expresión de varios PG, previamente
reportados como expresados en MC:
45 Versican tiene un papel importante en adhesión, migración, proliferación y
diferenciación celular; ha sido localizada tanto en tejidos fetales como
adultos. Es expresado en el mesénquima precondrogénico y cuando la
transición a cartílago ocurre su expresión se limita a la periferia del cartílago
recién formado; se ha identificado que participa en la regulación positiva de
la matriz mesenquimal y la diferenciación de condrocitos, además participa
en la agregación precartilaginosa y posterior diferenciación del cartílago (48).
Tradicionalmente, no se ha reportado expresión de versican en condrocitos
maduros, a excepción de los del MC, que lo expresan en estadíos tardíos de
desarrollo entre E18 y E20 (48), aunque Shibata et al., reportan su expresión desde
E10 en fetos humanos (49).
 Decorin y Biglican: se han detectado en cartílago fetal y hueso; el decorin
está implicado en la organización de fibras de colágeno, modulación del
metabolismo de colágeno y en interacción con varias glicoproteínas y
factores de crecimiento como el TGF; por otro lado las funciones de biglican
no están bien definidas; en el MC el Decorín es expresado por condrocitos
y matriz extracelular circundante durante E18 a E20 sin cambios en su
intensidad; la expresión de Biglican fue menos intensa pero aumenta
gradualmente con el estadío de desarrollo; de esta manera, Decorin y
Biglican parecen relacionarse con la inhibición de la mineralización del MC
(48).
 La expresión de Lumican incrementa gradualmente a través del desarrollo
desde E18 a E20 (48).
 CD44 tiene una débil expresión en los condrocitos del cartílago de Meckel
(48).
2.19 Expresión de colágeno
El colágeno tipo II es secretado por condrocitos maduros, lo que lo hace el
colágeno específico de cartílago en la matriz extracelular. El colágeno tipo X es
sintetizado por condrocitos hipertróficos (50) como el principal componente de la
matriz extracelular en estadíos tardíos del desarrollo del cartílago (51), aunque
Ekanayake y Hall y otros autores, establecieron que la condición de hipertrofia no
es un pre-requisito para la expresión de colágeno tipo X por parte de los
condrocitos del MC (52) (53) (54) (55). El colágeno tipo I es el principal colágeno hallado
en hueso, aunque también es hallado en pericondrio (51).
Durante el desarrollo del MC, en sus estadíos iniciales se identifica la expresión de
colágeno tipo II; pero, sus células se convierten gradualmente en sintetizadoras de
colágeno tipo I (51), Ishizeki et al., identificaron en cultivos de condrocito del MC la
capacidad que tienen éstos para transformarse en células osteocíticas productoras
de gruesas bandas de colágeno tipo I, ya que al parecer gracias a su origen en
cresta neural, estas células retienen un potencial osteogénico (56) (57).
46Capítulo 3.
Mecanismos moleculares de desintegración
del cartílago de Meckel.
Como producto de la revisión de 16 artículos relacionados con el objetivo de
identificar los mecanismos moleculares que participan en el proceso de
degradación del MC, se obtiene información acerca de factores pro y
antiapoptóticos como P53, Caspasas, Bcl2, indicadores de autofagia como Beclin1
y LC3, OPG, RANKL y del papel de los macrófagos; relacionadas con el proceso
de desintegración del MC.
3.1 Factores apoptóticos y antiapoptóticos.
Apoptosis o muerte celular programada, es un proceso fisiológico que en contraste
con la necrosis, no es combinado con repuesta inflamatoria; es un poderoso
mecanismo de regulación de varios aspectos normales del crecimiento y función
de los tejidos (11); además de regular la homeostasis entre proliferación y muerte
celular (21) actúa ante el daño celular ocasionado por radiación ionizante ó
infecciones virales (11).
Morfológicamente consiste en la fragmentación del ADN cromosómico y el
citoplasma, en cuerpos, unidos a la membrana, llamados cuerpos apoptóticos que
son fagocitados rápidamente (21) (11) .
En el proceso hay múltiples moléculas implicadas, entre ellas:
47 Caspasas. Son proteasas que median la muerte celular, existen 14 tipos
que se agrupan en pro-apoptóticas (caspasa 2, 3, 6, 7, 8, 9 y 10) y pro-
inflamatorias (caspasa 1, 4 y 5) (21) .
 Bcl-2. Es una familia de proteínas que contiene miembros activadores de
apoptosis como bax, bik, bad y bclxs; e inhibidores de apoptosis bcl-2, bcl-
xL, bcl-w, y mcl-1. La experimentación muestra que ratas nulas para Bcl2
presentan un aumento en el número de osteoblastos, osteoblastos con
forma alterada y un depósito del colágeno desorganizado; mientras que, su
sobreexpresión promueve la adhesión y diferenciación de osteoblastos,
pero la mineralización ósea está retrasada (21).
 P53. Es una proteína activada por el gen supresor de tumores P53, detiene
el ciclo celular para realizar la reparación de ADN ó inducir la muerte
celular su el daño es irreparable (21) .
Proteína de Shock térmico, ya descritas en este trabajo y específicamente Hsp 70
que actúa como inhibidor de apoptosis (21).
Factores pro apoptóticos y antiapoptóticos tiene un papel importante en el
desarrollo mandibular y su imbalance está relacionado con alteraciones en la
deposición de hueso y anormalidades craneofaciales (21) .
Brakus et al., identificaron la expresión de factores pro-apoptóticos y
antiapoptóticos en la mandíbula en desarrollo y específicamente en el MC en
estadíos iniciales y describen:
Durante el desarrollo temprano, semana 5 y 6 no hay expresión de factores pro o
anti – apoptóticos en el MC a excepción de Hsp 70 que muestra una moderada
inmunoreactividad; en la semana 7 bcl-2 muestra una expresión moderada en
algunas células del MC, mientras no hay aún reactividad de factores pro-
apoptóticos; lo que sugiere que bcl-2 tiene un papel protector en poblaciones de
células jóvenes y metabólicamente activas frente a la apoptosis, además de que
mejora la proliferación de condroblastos (21).
Trichilis & Wroblewski estudiaron la expresión de P53 y Hsp 70 en estadíos
posteriores del desarrollo identificando que la expresión de P53 se hace evidente
a partir de E15 para condrocitos y pericondrio del MC, la cual incrementa en E18;
estos mismos patrones de tinción persisten en animales de 3 días de nacidos,
debido a que la expresión de P53 tiene relación temporal y espacial con la
identificación de la actividad apoptótica, es posible asociar la expresión de P53
con apoptosis. De acuerdo con los resultados de Brakus et al., (21) y Trichilis &
Wroblewski (11) también identificaron de manera temprana la expresión de Hsp70
48en el MC, que incrementa con la edad, persistiendo incluso en la etapa posnatal
(11).
En referencia al análisis de células apoptóticas, su presencia para MC es
detectada a partir de E14, de manera esporádica en el pericondrio, la cual
incrementa para E15 en la parte distal del MC; en la parte proximal aún está
confinada al pericondrio, en estadíos E15 a E18 la actividad apoptótica es más
alta en proximal y distal, en comparación con la parte media (11).
Gracias a la identificación de la actividad apoptótica y el incremento de la misma
en el proceso de desarrollo del MC, se da sustento a la hipótesis de que la
desaparición del MC se debe, al menos en parte, a un proceso de muerte celular,
Trichilis & Wroblewski identificaron el inicio de la muerte celular en el pericondrio
del MC a la vez que se da la formación del hueso mandibular; está aún sin
esclarecer si las enzimas expresadas durante el proceso de mineralización
mandibular como la fosfatasa alcalina inducen un programa de muerte celular en
el pericondrio cercano, teniendo en cuenta que la formación de hueso se observa
previamente a la identificación de la actividad apoptótica en el pericondrio; aunque
tampoco se puede descartar que el proceso sea al contrario y que sea la
apoptosis en el cartílago la que induce la osteogénesis (11).
En contraste a estos hallazgos, Yang et al., (20) y Amano et al., (38) refieren que, de
acuerdo a los resultados de sus estudios, la apoptosis no está involucrada en la
muerte celular de condrocitos en la desaparición el MC; Amano et al., plantean
que la actividad apoptótica detectada en la zona tiene un papel en la
diferenciación de condroblastos en el pericondrio del MC y la remoción de células
que bloquean el crecimiento lateral del MC (38), Yang et al., (20) identificaron
actividad apoptótica solamente en la parte lateral de condrocitos hipertróficos
terminales por lo que al igual que Amano et al., consideran que el papel de ésta
está involucrado en la diferenciación condroblástica en el pericondrio (38).
3.2 Autofagia y sus reguladores en el MC.
La autofagia es un mecanismo fisiológico que marca organelos intracelulares
alterados y disfuncionales, con el fin de liberar sobre ellos lisosomas, para
degradarlos y reciclarlos. Beclin 1 y LC3 son los principales reguladores de la vía
de señalización de la autofagia (20).
Beclin 1 es un componente importante del completo fosfatidil-inositol 3 kinasa de
clase III que inicia la formación de autofagosomas (20).
La prenilación de LC3 (LC3b) está localizado en autofagosomas, haciendo de ésta
una proteína marcadora de autofagia (20).
49Análisis inmunohistoquímicos llevados a cabo por Yang et al., revelan la expresión
de marcadores de autofagia durante en proceso de degradación del MC,
principalmente en condrocitos hipertróficos. El proceso de activación del
mecanismo de la autofagia, al parecer inicia con un proceso de hipoxia en los
condrocitos por medio de la expresión de HIF1 (factor inductor de hipoxia, el cual
ha mostrado tener un papel importante en la estabilización de los niveles de
oxígeno durante el desarrollo y desintegración del MC (58)), que ocasiona
alteración en los procesos celulares normales y finalmente inicia la autofagia (20).
3.3 Matriz de Metaloproteinasas (MMP) y actividad
gelatinolítica
Las MMP son una familia de metaloendopeptidasas, capaces de degradar todos
los componentes de la matriz extracelular; la gran familia está compuesta por 25
miembros (59) (60), agrupados en subfamilias de colagenasas, de acuerdo a la
estructura primaria y sustrato específico de cada enzima; degradan diferentes
tipos de colágeno intersticial, durante el desarrollo embrionario y remodelación
fisiológica así como en invasión de tumores e inflamación (61).
MMP-2 y MMP-9 son las principales MMP con actividad gelatinolítica en el
organismo (60).
Ishizeki & Nawa evaluaron el papel de la MMP-1 en la degradación de la matriz
extracelular que acompaña la desaparición del MC, mediante microscopía
inmunoelectrónica e identificaron la presencia de MMP-1 en estadíos tempranos
del desarrollo del MC de manera intracelular, asociada al citoplasma de los
condrocitos; en las observaciones para estadíos tardíos del desarrollo del MC, se
localiza MMP-1 al interior de los condrocitos hipertróficos y en mayor proporción
en la zona de espacios pericelulares, alrededor de condrocitos hipertróficos, al
analizar la expresión del inhibidor de metaloproteinasas de tejido 1 (TIMP-1), se
identifican niveles de expresión similares que los de MMP-1 en estadíos de
desarrollo inicial, los cuales disminuyen significativamente en el cartílago
hipertrófico en degradación, sumado a estos cambios de expresión de TIMP-1, se
observa un aumento del tamaño de los espacios pericelulares; lo que indica que la
actividad de las MMP-1 está presente digiriendo las fibras de colágeno solo
cuando la función de TIMP-1 se ha perdido (61).
Con base en la localización de MMP-1 en el citoplasma de los condrocitos en
estadíos tempranos, donde no tiene ningún papel resortivo, se ha planteado que
los condrocitos producen las MMP y posteriormente las liberan hacia la matriz,
donde son activadas por la acción de otras enzimas provenientes de células
endoteliales y osteoclastos cercanos, o en ausencia de éste tipo de células, como
50es el caso del MC, parecen ser activadas por factores intrínsecos del mismo
cartílago (61).
Sakakura et al., también investigaron el papel de las MMP en el proceso de
desintegración del MC, específicamente se analizó la expresión de MMP-2, MMP-
13, MMP-9 y MMP-14, Identificaron inmunoreactividad de MMP-2 en el pericondrio
alrededor del MC (59), Sakakura en otro estudio, reporta, para la misma zona
expresión también de MMP 9 y MMP13 (62); MMP-13 es localizada en depósitos
de matriz ósea, bajo osteoblastos periostales, lo que indica que su expresión se da
solo en la fase de cambios morfológicos; MMP-9 y MMP-14 muestran una intensa
reactividad en los condrocitos periféricos del cartílago de Meckel; los hallazgos
permiten identificar que las MMPs contribuyen a la reabsorción y muerte celular en
el MC por una cascada en la que MMP-2 originada en lagunas condrociticas y
desde tejido conectivo está asociada a la activación de otras MMPs, lo que a su
vez está regulado por la MMP-14 de los condroclastos, además la MMP-2 activa,
actúa hacia la activación de MMP-9, secretada por condroclastos y MMP 13 de
los condrocitos hipertróficos vacuolados (Imagen 7). De esta manera, se concluye
que, la degradación del MC involucra una cascada de activación de MMP diferente
a la que ocurre en la formación de hueso endocondral y por otro lado se puede
afirmar que son los mismos condrocitos del MC los responsables de su
reabsorción a través de la degradación de la matriz extracelular por medio de la
acción de MMP y actividad gelatinolítica (59) (62) (63) (64).
Imagen 7. Proceso de activación de MMP a partir de condrocitos. Tomado de
Sakakura (63).
513.4 RANKL y Osteoprotegerina (OPG)
El RANK es un miembro de la familia del receptor del factor de necrosis tumoral
asociado a membrana, que es expresado por células precursoras de osteoclastos
y osteoclastos maduros; el RANKL es un miembro de la familia del ligando del
factor de necrosis tumoral que se ubica en la membrana celular de osteoblastos y
células estromales de médula ósea, tiene el papel de mejorar la diferenciación,
activación y supervivencia de los osteoclastos a través del contacto osteoblasto-
células estromal (65).
La OPG es un miembro del receptor del factor de necrosis tumoral, producido por
osteoblastos y células estromales de médula ósea, tiene la capacidad de unirse al
RANKL, incluso con mayor afinidad que el RANK, limitando la acción del RANKL
(65).
Por medio de estudios de inmunolocalización de RANKL y OPG, Sakakura et al.,
detectaron que la interacción de estas dos moléculas contribuye a la reabsorción
de la porción media del MC, lo que ocurre en conjunto con la aparición y
diferenciación de células TRAP positivas, inducida por el crecimiento y desarrollo
del incisivo; dando origen a un proceso de reabsorción del MC sin que éste sufra
un proceso de osificación (65).
3.5 Papel de los macrófagos
Tsuzurahara et al., identificaron inmunohistoquÍmicamente una masiva presencia
de macrófagos en el MC, en E14 a E16, en E14 los macrófagos rodean el
cartílago pero no lo penetran, para E16 gran cantidad de macrófagos penetran el
pericondrio del MC y extienden sus procesos celulares hacia los condrocitos (66)
(40),esta infiltración es al parecer una respuesta de los macrófagos a la molécula
quimioatrayente IL 1 β, secretada por los condrocitos, a la vez que la secreción de
la IL 1 β por parte de los macrófagos mejora la secreción de la misma molécula
por condrocitos, lo que a la vez mejora la expresión de MMP-9 y MMP-13; esta
cadena de procesos conduce a la desaparición final del MC (64).
52Capítulo 4.
Relación del Cartílago de Meckel con el
desarrollo mandibular
Se ha considerado que el MC tiene un papel importante en el desarrollo
mandibular, debido a que alteraciones en la formación y desarrollo del MC
conllevan a alteraciones en la morfología mandibular, experimentos en ratas
mutantes, con inhibición de la expresión Cgtf (que en condiciones fisiológicas tiene
expresión en el MC desde estadíos tempranos, E12.5 a13.5 (67)) presentan
alteraciones en la formación del MC (debido a una disminución de sus
propiedades mecánicas, que lo llevan a deformarse) lo que repercute en un
importante acortamiento mandibular (68).
En el proceso de desarrollo mandibular, una vez su osificación ha iniciado, dentro
de la mandíbula en desarrollo, permanece un segmento del MC, que es dividido
en dos segmentos anterior (azul en la imagen 8) y posterior (verde en la imagen 8)
teniendo como referencia el centro de osificación mandibular (rojo en la imagen);
se considera que el segmento posterior tiene un cambio fenotípico hacia
fibroblastos y forma el ligamento esfenomandibular y que el segmento anterior
desaparece; Ishizeki et al., (10) plantean que sufre un proceso de osificación y se
incorpora a la mandíbula, contribuyendo de esta forma al desarrollo del hueso
mandibular; otros autores consideran que la porción anterior desaparece por un
proceso de degradación que involucra apoptosis, autofagia, activación de MMP y
macrófagos (20) (60) (61) (64) (65).
Aunque Ishizeki et al., establecieron que también la porción posterior
intramandibular sufre un proceso de osificación endocondral; lo que les permite
concluir que toda la porción intramandibular del MC contribuye a la formación del
hueso mandibular, gracias a un proceso de osificación endocondral (10).
Por otra parte, Yang et al., consideran que, si bien durante la desaparición del MC,
están presentes una serie de eventos que participan también en el proceso de
osificación endocondral, no es éste el destino final de la porción media del MC, ya
que identificaron ciertas diferencias entre el proceso de osificación endocondral y
la desaparición del MC; durante el proceso de osificación endocondral RANKL es
53expresado por los condrocitos hipertróficos, mientras que la OPG es casi negativa
en estas células, mientras que en los condrocitos hipertróficos del MC la expresión
es alta para ambas moléculas, además en el MC, RANKL no solo es expresado
por condrocitos hipertróficos, como ocurre en osificación endocondral, sino que
también es expresado por condrocitos maduros e inmaduros (13); además se
identificó que la cascada de activación de las MMP para ambos procesos ocurre
de manera diferente, por lo que concluyen que el proceso de desaparición del MC
es diferente al proceso de osificación endocondral (20).
Imagen 8. Porción intramandibular del MC. Tomado de Ishizeki et al. (10)
El mediador de señalización gp130, implicado en el recambio y tamaño óseo,
juega un papel importante en el destino del MC intramandibular, lo cual repercute
en la morfología mandibular final; en condiciones normales la porción
intramandibular del MC, según las observaciones de Choi et al., (69)es parcialmente
reabsorbida por la acción osteoclásticas y finalmente por medio de un proceso de
osificación endocondral se integra a la mandíbula; en condiciones de ablación del
gp130, hay un retraso en la maduración de la zona de condrocitos hipertróficos,
que origina el plegamiento del MC intramandibular y conlleva a la vez a una flexión
de la mandíbula (69).
Frommer & Margolies (70), por medio de observaciones histológicas de embriones
de ratas en E12 y hasta el periodo pos-natal, identificaron que el MC no influencia
54apreciablemente la longitud o el ancho de la mandíbula por su osificación
endocondral, sino que tiene un papel esencial en la inducción y regulación del
crecimiento del centro de osificación primario intramembranoso de la mandíbula
(70), en esta relación se basan los defectos mandibulares que acompañan las
alteraciones de desarrollo del MC (70).
Lorentowicz-Zagalak et al., (71)por las observaciones en su estudio realizado en
fetos humanos postulan al MC como una guía de desarrollo de la mandíbula, que
forma una plantilla morfogenética y ejerce tensión en los centros de osificación (71).
Lee et al., (72)en observaciones de fetos humanos, detectaron que el proceso de
osificación intramembranosa mandibular está estrechamente asociado con una
porción del tejido fibroso pericondral del MC; además se observa que el centro de
osificación primario mandibular se ubica lateral, en cercanía al MC, el hueso
trabecular inicia su desarrollo en el centro de osificación pero posteriormente se
aleja del cartílago en dirección facial; de acuerdo a estos hallazgos, los autores
consideran que el MC tiene una función importante en la osificación inicial de la
mandíbula. De manera particular, Lee et al., (72) en observaciones en humanos no
identificaron un proceso de osificación endocondral en el MC, a diferencia de los
hallazgos en animales observados por Ishizeki et al., (10) y de Yamazaki et al., (33).
Otra hipótesis de la relación del MC con el desarrollo mandibular fue planteada por
Ramaesh & Bard (9), con base en sus observaciones del patrón de osificación
mandibular (el cuál se extiende medialmente y hacia el MC), consideran que el
papel del MC radica en la expresión de una señal (un factor de crecimiento) que
dirige la osificación mandibular medialmente y luego hacia sí mismo; aunque ante
la ausencia de evidencia de secreción de factores de crecimiento por parte del
MC, se podía considerar que se trata mejor de la expresión de factores de
transcripción del tipo Msx1 y osterix (factor de diferenciación de osteoblastos);
aunque estas afirmaciones son solo una hipótesis y los autores proponen la
necesidad de futuros estudios para corroborar la expresión de moléculas de
señalización por parte del MC, la presente revisión no encontró un artículo que
haya abordado el tema (9).
554. Análisis de resultados
El proceso de desarrollo del MC, incluye una serie de acontecimientos que inician
con la migración de células de cresta neural hacia el primer arco faríngeo en
donde forman la condensación de células ectomesenquimales que se
diferenciaran hacia condroblastos, los cuales maduran a condrocitos, proliferan y
forman el MC, hasta llegar a un estadío de maduración donde son sometidos a un
proceso de hipertrofia y finalmente desaparecen ; en cada uno de estos sucesos
hay una serie de factores moleculares implicados en las vías de señalización
claves para que el normal desarrollo del proceso se lleve a cabo.
Durante el primer paso del desarrollo del MC que implica la señalización a células
de cresta neural para que migren hacia su destino final, el arco mandibular,
se ha identificado como indispensable para el primer paso del desarrollo del MC,
la expresión de los genes End1 (28) y Hox (37) , ya que son ellos los encargados de
determinar el destino de las células hacia el desarrollo de estructuras maxilares o
mandibulares.
Implicados en la migración de las células de cresta neural también se han
identificado a la señalización Msx1 (46), Shh (Shh actúa sinérgicamente con FGF
(30), cuya expresión a la vez, está modulada por los genes Prx1 y Prx2 (46)).
La alteración en alguno de los componentes de la vía de señalización que regula
la migración de células de cresta neural, que ocurre en estadíos muy tempranos
en el desarrollo, origina además de otras alteraciones en el desarrollo de las
estructuras craneofaciales, una ausencia o hipoplasia severa en el MC, ya que el
número de células que logran migrar y dar origen a las estructuras está restringido
o es insuficiente (30); de acuerdo al nivel de afectación y a la molécula o gen
implicado en sí, es decir, una alteración en la base de la señalización siempre
implicará efectos más devastadores en comparación con los arrojados por la
alteración de las moléculas que participan ―corriente abajo‖ en las vías de
señalización; como ejemplo, si la alteración está implicando la expresión de genes
Hox o End1, es decir, si se da una expresión ectópica de Hox (es de recordar,
como se aclaró al inicio de este trabajo que las estructuras del esqueleto facial son
Hox negativas) o una supresión en la expresión de End1, es probable identificar
alteraciones severas en el desarrollo como transformaciones homeóticas, casos
en los que las estructuras mandibulares son reemplazadas por estructuras
maxilares o viceversa (28), contrario a lo ocurrido cuando la alteración de expresión
está limitada a Msx1, presentándose disrupciones del pericondrio y alteraciones
en la forma del MC (23).
56Adicionalmente, los efectos adversos asociados a la alteración de la
normoexpresión de genes y proteínas dependerán del estadío de desarrollo en el
que aparezca la alteración, ya que varias moléculas participan en diferentes
momentos del desarrollo regulando diferentes procesos; de esta manera no es
igual la restricción de la expresión de la señalización Shh durante el proceso de
migración de las células de cresta neural que puede conducir a una hipoplasia
severa del MC y en sí de todas las estructuras craneofaciales (30) o incluso una
ausencia completa de ellas (14) (15); a la restricción de la misma proteína en el
estadío de proliferación de condrocitos, que de manera menos grave conduce a
una disminución del tamaño del MC.
Una vez las células de cresta neural craneal han alcanzado su destino en el primer
arco faríngeo, forman la condensación de células estomesenquimales, que por
acción de múltiples moléculas se diferencian a condroblastos, en este periodo
de desarrollo aparecen los genes Msx1 y Sox 9, cuya expresión está regulada por
Prx1, el TGF β, la BMP y el FGF8; participa también el CTGF o CCN, Hsp 25 y
Versican (48). En esta etapa, se pueden observar alteraciones en la formación del
MC bien sea por la supresión de la expresión o por una sobreexpresión de las
moléculas.
La inhibición de la expresión de Hsp25 ocasiona incluso perdida completa de
alguno de los segmentos del MC, debido a que ésta tiene un papel importante en
la diferenciación de condroblastos; por otra parte, una sobreexpresión de Sox9,
inducida por la sobreexpresión de FGF10 conduce a un incremento del tamaño del
MC cuando se afecta la porción lateral de la mandíbula en desarrollo, o presenta
alteraciones de forma cuando la sobreexpresión afecta la parte central (31).
Cuando los condrocitos están maduros inician la proliferación y formación de
la matriz cartilaginosa, este proceso, al igual que los anteriores, tiene una serie
de moléculas implicadas en él; que son en sí muchas de las que se expresan en
otros estadíos de desarrollo, de ahí que la alteración de la expresión de alguna de
ellas tendrá diferentes repercusiones en el desarrollo del MC, básicamente porque
cada una de ellas tiene diferentes funciones, asociada al estadío de desarrollo que
se esté dando.
Asociadas a la proliferación de condrocitos para la formación del MC se ha
identificado la acción de Shh, regulado por la expresión de FGF8 (30), también es
afectado por el gen Fuz, el cuál puede inducir su sobreexpresión provocando el
agrandamiento del MC (44), se ha observado también la expresión de Hsp25 (32),
PTP (39), CTGF ó CCN (que actúa como un mediador ―corriente abajo‖ del TGF β,
por lo que tiene la capacidad de rescatar de los defectos por alteración en la
proliferación a ratas nulas para Tgfb (35)), HGF (que actúa en la regulación de la
morfogénesis del MC, su sobreexpresión incrementa el volumen del mismo (38)),
EGF (ante su aplicación exógena se incrementa la proliferación celular (40)).
57En general, en este estadío una inhibición de las moléculas participantes ocasiona
aplasia del MC o acortamiento del mismo dependiendo de la molécula afectada y
el grado de limitación que se presente; mientras que la sobreexpresión de los
factores conlleva a una duplicación o aumento del volumen del MC.
Al final del periodo de desarrollo, se da la hipertrofia de los condrocitos que
representa el estadío terminal de ellos para sufrir finalmente un proceso de
osificación endocondral o simple desaparición; entre los factores identificados para
regular este proceso están PTHrP (33), CCN ó CTGF (23), como inhibidor del
proceso se identificó el EGF (26).
En los últimos años, gracias a la innovación en las técnicas de laboratorio, ha sido
posible ampliar el conocimiento del área que involucra el desarrollo del MC, pero
aún hay varios aspectos por aclarar con respectos a los eventos que conducen a
que el proceso se dé, está aún pendiente por definir el papel de moléculas como el
DPP6 (36), que han mostrado expresión en el proceso pero cuyo papel aún no está
esclarecido.
Una vez el cartílago ha madurado, el destino de cada porción del MC toma lugar,
de manera que la porción proximal origina, por osificación endocondral el martillo
y yunque; la porción distal se incorpora a la sínfisis en desarrollo; la parte posterior
de la porción media contribuye a la formación del ligamento esfenomandibular,
pero la parte anterior sufre un proceso de desaparición, cuyos mecanismos aún
permanecen en estudio, en la presente revisión se identificaron algunas moléculas
participantes en el proceso.
Se ha planteado la posibilidad de que se dé un proceso de apoptosis, el Bcl2, un
factor antiapoptótico se ha identificado con un papel protector en células jóvenes
(21), Hsp70 se identifica con marcada expresión en estadíos tardíos de desarrollo e
incluso etapas posnatales indicando la presencia de apoptosis (11), aunque se ha
planteado la hipótesis de que el fenómeno de apoptosis no está relacionado con la
degradación del MC, sino con la diferenciación de condroblastos a partir del
pericondrio y con la remoción de células que bloquean su crecimiento (38) (20);
marcadores de autofagia, entre ellos Beclin1 y LC3 también se han identificado
en condrocitos hipertróficos, sugiriendo el papel de este fenómeno en la
desaparición del cartílago (20); la acción de las MMP con potencial gelatinolítico se
ha planteado también como mecanismo de reabsorción, cuya producción inicia
en los condrocitos, que libera las MMP en el momento indicado, lo que a su vez
desencadena la activación de otros tipos de MMP que contribuirán a la
desintegración del MC, mediante la degradación de la matriz extracelular (59) (62)
(63) (64), OPG y RANKL han demostrado también participar en el proceso por medio
de la activación de osteoclastos (65); finalmente también se ha asignado un papel
a los macrófagos en el proceso de degradación, los cuales son atraídos al MC
gracias a la IL1β, sustancia quimioatrayente secretada por los condrocitos (64).
58El proceso de desaparición del MC, específicamente de la parte anterior de la
porción media, ha sido controversial, hay autores como Ishizeki et al., (1999) que
consideran que el MC sufre, en esta zona, un proceso de osificación endocondral;
en contraparte, Yang et al., en 2012 concluyen que el proceso de osificación
endocondral y de desaparición del MC son diferentes, y que el MC no sufre
osificación endocondral, sino que desaparece por mecanismos que involucran
autofagia, apoptosis y actividad de macrófagos (64). Es necesario tener en cuenta
que las conclusiones obtenidas por Isizeki et al., corresponden a un estudio
realizado en 1999 (10)y que posterior a este momento, en 2005 y 2007, Sakakura et
al., identifican las diferencias entre los dos procesos, en la expresión de RANKL y
OPG (65) y en la activación de MMP (59), respectivamente; por lo que es posible,
considerar que la evidencia es más fuerte para concluir que el MC, en su porción
media no sufre un proceso de osificación endocondral, si no de degradación.
El conocimiento referente a los mecanismo moleculares que regulan el proceso de
desarrollo y desaparición del MC se han ampliado considerablemente, pero
permanecen aún vacíos que impiden esclarecer completamente el proceso y
establecer una vía de señalización que logre involucrar todas las moléculas
implicadas, en gran parte debido a la carencia de estudios con respecto a las
moléculas en específico o la diferencia de resultados obtenidos por diferentes
autores.
595. Conclusiones
- Los mecanismos moleculares que participan en el proceso de desarrollo del cartílago de
Meckel tiene una expresión temporal y espacialmente definida, y la alteración de su
expresión, sea por factores externos o internos, conlleva a malformaciones del cartílago.
- Son múltiples los factores moleculares que está implicados en el desarrollo del MC,
haciendo parte de una compleja red de señalización que permite que se dé cada uno de
los pasos necesarios para la formación del MC; la alteración en la expresión de alguno de
los factores conlleva a alteraciones en el desarrollo del cartílago, de manera más o menos
grave, de acuerdo al nivel en el que el factor afectado esté implicado (migración de
células mesenquimales, diferenciación a condroblastos, etc.)
- El MC puede considerarse una plantilla para el desarrollo mandibular, dado que éste
ocurre a lo largo del cartílago, además de que la atrofia o ausencia del MC se relacionan
con alteraciones en la formación mandibular; además de que tiene un papel inductor para
el proceso de osificación intramembranoso, pero no contribuye a la formación mandibular,
ya que no sufre un proceso de osificación endocondral.
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67ANEXO 1
HOMOLOGÍA ENTRE ESTADÍOS DE DESARROLLO EMBRIONARIO DE HUMANOS, RATAS Y POLLOS
68