estabelecimento dos eixos embrionários e gastrulação

Estabelecimento dos eixos embrionários e Gastrulação

"It is not birth, marriage, or death, but gastrulation, which is truly the most important time in your life." Lewis Wolpert (1986)

Tópicos a tratar na aula de hoje:

1. Estabelecimento dos eixos embrionários em anfibios 2. Estabelecimento dos eixos embrionários na mosca

EIXOS EMBRIONÁRIOS:

MOVIMENTOS MORFOGENÉTICOS DA GASTRULAÇÃO:

1. Mosca 2. Ouriço 3. Rã 4. Galinha (e humanos)

Reorganização do citoplasma no ovo recem fertilizado da rã Xenopus laevis

Apósafertilizaçãodoovoocortexcelular(camadadefilamentosdeactinasobamembranacelular)sofreumarotaçãode30˚gerandoumaregiãocinza(greycrescent)dooutroladodaentradadoespermatozoide.

Oovoéfertilizadopelopoloanimaldoovo(regiãopigmentada).

Asimetría no ovo de anfibio

Separaçãodosprimeirosblastómerossugerempresençadeum‘centrodesinalização’e‘organizador’(comfatores‘dorsalisantes’)doladodacrescentecinza.

Sinalização dorsal e o Organizador

Apósafertilizaçãoeformaçãodacrescentecinza,fatoresdorsalisantesdopolovegetaldoovorotameinduzemofuturoladodorsaleoOrganizadorcomaativaçãodacascataregulatoriaWnt.

/earlygastr.

A

V

D

V

Cascata regulatoria Wnt na especificação do eixo dorsoventral

Bcatenina(vistadorsal) Bcatenina(vistaventral)

Wnt

Wnt

Ruta de señalización de Wnt:

FatoresdarotaWntseexpressamdoladodorsaldoembrião

Estabelecimento do eixo dorsoventral no ovo da rã

Dsh=dishevelledGBP=GSK3bindingprotein

proteina Dishevelled estabiliza β-catenina no lado dorsal

proteinaDishevelledeGBPevitamadegradaçãodeβ-cateninanoladodorsaldoembrião,oquepermiteatranslocaçãonucleardeβ-cateninanascélulasdorsaisdablastula

Estabelecimento do eixo dorsoventral no ovo da rã

Inativação dominante de GSK3 evita a degradação de β-catenina no lado ventral gerando dois eixos

ExperimentodeinativaçãodeGSK3induzumsegundoeixodorsalpelaativaçãoectópicadeWntnoladoventraldoembrião.

Fatores de transcrição importantes no estabelecimento do lado dorsal do embrião

Atranslocaçãodeβ-cateninaaonúcleoativaatranscriçãodasproteinasSiamoiseGoosecoid(doisfatoresdetranscriçãoimportantesparaainduçãodoladodorsal).

Injecção de goosecoid mRNA no lado ventral induz um segundo eixo dorsal

Fatores indutores da mesoderma se expressam nas células vegetais da blastula.

ExperimentosdeNieuwkoop,NakamuraeTakasakidemostrandoainducçãodamesodérmedascélulasdoladovegetaldablastula.

Indução da mesoderma e formação do Organizador pela interacção da rota Wnt (β-catenina) e a rota TGF-β (Nodal related, BMP)

[XenopusNodalrelated]

BMP4 es un fuerte inductor ventral

–> inibem a acção de BMP4 na região do mesodermo dorsal (inclui células precursoras da notocorda).

blastoporo

Segundo eixo pode ser inducido pelo lábio dorsal do blastóporo

Otransplantedolábiodorsaldoblastóporoduranteoiníciodagastrulaaoladoopostodoembriãogeraumsegundoeixoembrionário.

Milestone1(1924):OrganizingPrinciples

Indução regional e temporal do lábio dorsal do blastóporo

Afuncão‘organizadora’dolábiodorsaldoblastóporoacontecebemnocomeçodagastrula.

Estabelecimento do eixo anteroposterior e indução da identidade dos segmentos em Drosophila

As proteinas PAR e o estabelecimento da polaridade celular em vários sistemas

Goldstein & Macará, 2007Milestone18(1988):Anunequaldivide

O eixo anteroposterior é especificado durante a oogênese (Parte 1)

GurkenmRNAssãotranscritospelas‘célulasdeenfermagem’naregiãoanteriordacámaradoovocitoemdesenvolvimento,esãotransportadosparaoovócito.OovócitoépolarizadopelainteraçãodasproteínasPar(Par-1ePar-6)localizandoaostranscritosdegurkennaregiãoposteriordoovócito,pertodonúcleo.AquíagurkenmRNAetraducidoeaproteinasinalizaascélulasfolicularesmaispróximas(peloreceptorTorpedo)paraqueelasviremas‘célulasfolicularesposteriores’.

–>expressamProtkinaseA

–>bicoidmRNAédepositadonaregiãoanteriordoovocitopelotransportemediadopordineinaseguindoaopolo-dosmicrotúbulos


–>polarizamaosmicrotúbulos

–>oscarmRNAédepositadonaregiãoposteriordoovocitoemasociaçãoakinesinaIseguindoaopolo+dosmicrotúbulos

–>onúcleomigraparaaregiãoanterioredorsaldoovócitojuntocomgurkenmRNA


–>gurkenmRNAsãotraducidoseinduzemascélulasfolicularespróximas

atomarumdestino‘dorsalizante’.

–>bicoidmRNAsãodepositadosnaregiãoanteriordoovócito.

Expressão de gurken mRNA e proteina entre a membrana da região anterior dorsal e o núcleo do ovócito.

O eixo dorso-ventral de Drosophila é estabelecido pelo gradiente da proteina Dorsal

Dorsal(Dl)Gradient

–>MaiorconcentraçãodeDlactivaaexpressãodetwistesnailnamesodermeventral.

–>MenorconcentraçãodeDlactivarhomboidnaectodermeneurogênica.

–>Dorsalreprimetolloidedppnaectodermedorsal,ezennaamnioserosa.

Modelo do estabelecimento da identidade dos segmentos no eixo antero-posterior de Drosophila

Estudeosseguinteslinksparaentendercomoestasclassesdegenesfuncionam,ecomoelesforamdescobertos:

http://www.dnaftb.org/37/animation.html

http://www.dnaftb.org/37/av.html

Milestone13(1980):Howthefruitflygetsitsstripes

http://www.dnaftb.org/37/animation.html

http://www.dnaftb.org/37/av.html





1. Mosca 2. Ouriço 3. Rã 4. Galinha

Movimentos morfogenéticos da gastrulação:

Movimentos morfogenéticos da gastrulação:

Combasenosmodelosanterioresquemostramosdiferentesmovimentosmorfogenéticosdagastrulação,identifiqueosmovimentosabaixo:

A-E:______________________

F-H:______________________

A:______________________B:______________________C:______________________D:______________________E:______________________F:______________________

Estágios iniciais do desenvolvimento do embrião de Drosophila: formação da blastoderme sincicial (st. 1-12) e blastoderme celularizada (st. 13-14).

https://www.nature.com/news/fruitfly-development-cell-by-cell-1.10769Observeovideonolink:

Proliferaçãonuclear

Proliferaçãonuclear Migraçãonuclearparaaperiferia Celularização

https://www.nature.com/news/fruitfly-development-cell-by-cell-1.10769

Formação da blastoderme celular em Drosophila (proceso de celularização)

Gastrulação em Drosophila

–>Formaçãodosulcoventral(mesodermeeintestinomediano).

Observeovideonolink:

Expressãodetwist(marcadordamesoderme):

Gastrulação:

Blastoderme:

Cortetransverso: Vistalateral:

Expressãodetwist(marcadordamesoderme):

https://www.youtube.com/watch?v=MefTPoeVQ3w

https://www.youtube.com/watch?v=MefTPoeVQ3w

A constrição apical, um processo típico de células epiteliais durante a invaginação.

Formaçãodosucoventraleinvaginaçãodecélulasepiteliaisdamesoderme:

Constriçãoapical:

Gastrulação e mapas de destino celular do ouriço de mar

Final da gastrulação e formação dos braços da larva pluteus do ouriço de mar

Convergenciaeextensãodascélulasdoarquenterão

Orudimentoimaginaldoladoesquerdodalarva

Gastrulação no ouriço Lytechinus variegatus


Convergenciaeextensãodascélulasdoarquenterão


VideocourtesyofD.McClay


Transiçãoepitelio-mesénquima(EMT)


VideocourtesyofD.McClay


Modelosdeinvaginação:

Gastrulação e mapas de destino celular da rã Xenopus laevis

Movimentos inicias da gastrulação de Xenopus: involução

Formaçãodolábiodorsaldoblastoporo:

IMZ=zonamarginaldeinvolução

Célulasdegarrafa(bottlecells)seformamnoiniciodaIMZ

epíbole

Intercalação (convergência extensão)

Movimentos inicias da gastrulação de Xenopus: epíbole e intercalação

Movimentos inicias da gastrulação de Xenopus: epíboleEpíboledaectodermerecobrindoàscélulasvegetais(endoderme)doembriãoduranteaformaçãodotampãodegema:

Epíbole da ectoderme se dá por divisões celulares (pontos pretos em A e B) e intercalação (em C):

Movimentos inicias da gastrulação de Xenopus: epíbole

epíbole

Intercalação (convergência extensão)

Movimentos inicias da gastrulação de Xenopus: epíbole e intercalação

The expression of paraxial protocadherin for convergence and extension

A gastrulação de Xenopus

EugeniadelPino,PUCE,Ecuador

Gastrulaçãoemanfíbioscomdiferentesmodosreprodutivos:

A gastrulação de anfibios (anuros) com distintos modos de vida

http://www.youtube.com/watch?v=hKhMRtfoWUESeseinteresanotópicoacompanheoapalestra:

http://www.youtube.com/watch?v=hKhMRtfoWUE

A gastrulação da galinha

A clivagem meroblástica discoidal no embrião de galinha

Estagios inicias do desenvolvimento da galinha

Estágios iniciais do desenvolvimento da galinha: formação do epiblasto e hipoblasto

A gastrulação da galinha: formação das três camadas da blastoderme e o sulco primitivo

Naregiãoposteriordoeixoantero-posteriordoepiblastocomeçaseformarosulcoprimitivo.Aolongodosulco,célulasdoepiblastopassamporEMT(transiçãoepiteliomesenquimal)eingressamnoblastocoeleparasediferenciaremmesodermeeendoderme.

A gastrulação da galinha: formação do nódulo de Hensen

Naregiãoanteriordosulcoprimitivoseformaumespessamentodecélulasconhecidotambémcomo‘dobradiçacordoneural’quesemovedesdearegiãoanterioratéaregiãoposterior.


OnódulodeHensenéanálogoao‘Organizador’darã.Duranteamigraçãocaudalonódulodirigeodesenvolvimentodamesodermeprecordal(chordamesoderm)parasediferenciaremnotocordaeoutrosderivativosdamesoderme(somitos,rins,mesodermedaplacalateral,mesodermeextraembrionário).


Duranteofechamentoemigraçãodadobradiçacordoneural(nódulodeHensen)sesediferenciaeextendeanotocordaabaixodaectoderme,aomesmotempoqueosulcoprimitivoregride.Naectodermesobanotocordacomeçamosprocesosdediferenciaçãodosistemanervosocentral(neurolaçãoeformaçnaodadobradacabeça).

A gastrulação da galinha (24-28h)

A gastrulação no embrião humano

Apósaimplanataçãodoblastocistonaparededoútero,agastrulaçãocomeçacomaformaçãodosulcoprimitivonoepiblastododiscogerminativobilaminar.

A gastrulação no embrião humano

Compoucasdiferencias,agastrulaçãoapartirdodiscogerminativobilaminaremhumanoscontinuaprocessosdegastrulaçãoparecidosaosdescritosnagastrulaçãodegalinha.

Destino celular no desenvolvimento dos tecidos do blastocisto em humanos

http://www.youtube.com/watch?v=x-p_ZkhqZ0M

Acompanheaanimaçãodagastrulaçãoedesenvolvimentoemhumanosem:



Conclusões

• Oestabelecimentodoseixosembrionáriospodemacontecerjadesdeaoogénese(ex.Drosophilacomovoscomoseixospre-estabelecidos)oupodemserdeterminadoscomaentradadoespermatozoide(ex.Xenopuscomladodorsaldeladoopostoáentradadoespermatozoide).

• Duranteagastrulaçãováriasespeciesapresentamregiões‘organizadoras’quedirigem(induzem)aformaçãodosderivativosdastrêscamadasgerminativas,epodemgerareixesduplicadosquandotransplantadosoucomaexpressãoectópicadegenesdeterminativos.

• Osprocessosmorfogenéticodagastrulaçãoincluem:invaginação,involução,ingressão,epibolia,intercalação,econvergenciaeextensão.

• AgastrulaçãonamoscaDrosophilaacontecedoladoventraldoembriãomedianteinvaginaçãoeingressãodoepiteliomesodérmico;processosdeconstriçãoapicalcelularpodemserevidenciadonascélulaseminvaginação.

• AgastrulaçãodoouriçoLytechinusservedeótimoexemploparaentenderoprocessodeingressão,eoprocessodeinvaginaçãoduranteoiníciodaformaçãodoaquentarão(intestino).

• AgastrulaçãodarãXenopusrepresentaoestudomaiscompletodosmovimentosmorfogenéticoscelularesdagastrulaçãoeservecomoótimoexemploparaentenderoprocessodeinvoluçãoduranteaformaçãodolábiodorsaldoblastóporo,oprocessodeepiboliaduranteorecubrimentodaectodermeaoredordoembrião,econvergênciaeextensãoduranteaformaçãodanotocorda.

• Agastrulaçãoemgalinhaehumanoscomeçacomumdiscoformadopordosepitelios(epiblastoehipoblasto)comeixospreestablecidos;aingressãodecélulasdoepiblastoduranteaformaçãodosulcoprimitivoeaformaçãodonódulo(análogoaoorganizador)quedirigeodesenvolvimentodanotocordaederivativosdamesoderme,assimcomoaneurulaçãoedesenvolvimentodosistemanervoscentral.

estabelecimento dos eixos embrionários e gastrulação

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