Biologia do Desenvolvimento aula 4

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Biologia do Desenvolvimento 
Bibliografia basica: 
Biologia do desenvolvimento / 
Scott F. Gilbert. -- 
5. ed. -- Ribeirão Preto, SP : 
FUNPEC Editora, 2003. 
Dra. Rubiani de Cassia Pagotto 
Depto. Biologia- UNIR 
Aula 04 
• Recomenda-se ao aluno a leitura do capitulo 
22 do livro Biologia Molecular da Célula 
Alberts et al. (2010) e capitulo 5 - Gilbert 
(2003) : 
 
Processos essenciais pelos quais um organismo multicelular é formado 
 
Quando genes de C. elegans, Drosophila e humanos são sistematicamente comparados 
uns com os outros, observa-se que cerca de 50% dos genes de cada uma das especies 
possuem homologos claramente reconheciveis em uma ou nas outras duas especies. 
Apesar da variedade existente entre os organismos, podemos dizer que eles constroem 
seus corpos usando, de maneira geral, o mesmo conjunto de partes moleculares; 
 
Quais genes são necessários para produzir um organismo multicelular, alem dos 
necessários para produzir uma célula? 
 
- duas classes de proteínas importantes para organização 
multicelular: 
 
moleculas transmembrana 
• adesao e a sinalizacao 
celular. 
• ~2.000 genes C. elegans = 
receptores de superficie 
celular, proteinas de adesao 
celular e canais ionicos e 
estao ausentes / presentes 
menor numero na 
proteinas de regulacao genica 
• Proteinas de ligacao ao DNA 
• muito mais numerosas no 
genoma de C. elegans do 
que no de levedura. 
 
outras famílias de reguladores da expressão gênica também são dramaticamente 
superexpressas nos animais, quando comparadas a leveduras => proteínas centrais na 
biologia do desenvolvimento. 
um grupo de celulas inicialmente apresenta o mesmo 
potencial de desenvolvimento, e um sinal originado fora 
deste grupo de celulas faz com que um ou mais membros 
deste grupo tome uma via de desenvolvimento distinta, 
causando uma alteracao nas suas caracteristicas. 
Duas formas de tornar células-irmãs diferentes 
particularmente comuns no 
inicio do desenvolvimento, 
quando o ovo fertilizado 
divide-se para originar 
celulas-filhas com destinos 
diferentes 
retroalimentação positiva 
se a assimetria inicial for apenas sutil? 
• pela retroalimentacao positiva, um 
sistema que inicialmente era 
homogêneo e simétrico pode criar 
padrões espontaneamente, mesmo 
quando não houver um sinal externo 
organizado. 
• O rompimento da simetria, uma vez 
estabelecido, e muito dificil de ser 
revertido: a retroalimentacao positiva 
faz com que o estado assimetrico 
escolhido seja autossustentado, 
mesmo quando o sinal inicial tenha 
desaparecido. 
• Morfógeno: uma molecula-sinal que 
impoe um padrao em um amplo 
campo de celulas 
• A maioria das proteinas–sinal do desenvolvimento possui 
antagonistas extracelulares (geralmente proteinas que se 
ligam ao sinal ou seu receptor, impedindo que ocorra uma 
interação produtiva) que podem inibir a sua função. 
 
As interações do oócito com seu ambiente definem os eixos do embrião 
• etapas mais iniciais do desenvolvimento 
animal estao entre as mais variaveis: 
– Diversidade de óvulos (tamanho e estrutura 
variadas) 
– Começo do desenvolvimento com sequencias 
diferentes de divisões celulares e eventos de 
especialização celular. 
 
Padrão C.elegans 
• típico de muitas classes de animais 
• Ovo: célula extraordinariamente grande, com espaço para a 
formação de padrões internos complexos.: 
– grânulos P e outros fatores distribuídos ordenadamente ao 
longo do seu eixo antero-posterior sob o controle das 
proteínas Par. 
– Sucessivas divisões sem crescimento subdividem o ovo em 
células progressivamente menores. 
– Muitos dos fatores = proteinas de regulação gênica, que 
atuam diretamente na célula que as herda: 
• Direcionar ou bloquear a expressão de genes 
específicos, 
• Promover diferenças entre a célula e as suas vizinhas 
• Desencadear comprometimento do destino celular 
especializado 
Padrão C.elegans 
Células com nucleo 
marcado 
 
Células marcadas anti-
granulo P: pequenos 
distribuidos 
aleatoriamente por 
todo o citoplasma em 
um ovo 
nao-fertilizado (nao-
mostrado). Apos a 
fertilizacao e sucessivas 
divisões assimetricas 
(ate o estagio de 16 
celulas) estao 
segregados em uma 
unica celula-filha que 
origirnará a linhagem 
germinativa. 
• Inicio com poucas diferenças eixo 
antero-posterior, causadas por 
divisões assimétricas; 
• formação de novos padrões, 
incluindo o padrão dos tipos celulares 
ao longo de outros eixos, depende de 
interações entre células. 
• As linhagens celulares no embrião são 
tão reproduzíveis que as células 
individuais podem ser designadas 
com nomes e identificadas em cada 
animal 
Padrão C.elegans 
Desenvolvimento inicial de Drosophila: variacao extrema 
• Os eixos principais do futuro corpo do inseto sao 
definidos antes da fertilização por uma complexa troca de 
sinais entre oocito, e as celulas foliculares que o circundam 
no ovario. 
• O ovo mede ~ 0,5 mm de comprimento e 0,15 mm de 
diametro e tem polaridade definida. 
Desenvolvimento inicial de Drosophila: variacao extrema 
Inicio desenvolvimento: 
serie de divisões nucleares, sem divisão celular, cria 
um sincício. 
regioes vizinhas do embriao inicial de Drosophila 
podem comunicar-se por meio de proteinas de 
regulacao e de moleculas de mRNA que se difundem 
ou que sao ativamente transportadas atraves do 
citoplasma da celula gigante multinucleada. 
Desenvolvimento inicial de Drosophila: variação extrema 
• Primeiras 9 divisões geram uma nuvem de núcleos, 
– maioria dos núcleos migra do meio do ovo em direção a 
superficie ( monocamada = blastoderma sincicial) 
• Após outras 4 rodadas de divisões nucleares,: 
• as membranas plasmáticas crescem em direção ao 
interior a partir da superficie do ovo para incluir cada 
núcleo 
• o blastoderma sincicial transforma-se em um 
blastoderma celular (~6000 células). 
• ~15 nucleos da extremidade posterior final do ovo são 
segregados em células alguns ciclos antes, dando origem a 
células polares precursoras da linhagem germinativa (células 
germinativas primordiais) 
 
Desenvolvimento inicial de Drosophila: variação extrema 
Ate blastoderma celular: desenvolvimento dependente estoques de 
mRNA e de proteina maternos que foram acumulados no ovo, antes 
da fertilização 
Após a formação das células, as divisões celulares continuam em uma 
maneira mais convencional, sem sincronia e em uma taxa mais lenta, e 
a taxa de transcrição aumenta bastante. 
 A gastrulacao começa antes de a formacao das celulas estar 
completa 
partes da camada de células que forma o exterior do embrião 
comecam a dobrar-se para o interior => intestino, a musculatura e 
os tecidos internos associados. 
mais tarde, em outra regiao do embriao: 
 um conjunto separado de celulas move-se da superficie do epitelio 
para o interior => sistema nervoso central. 
grupos de genes necessários aos aspectos específicos 
da formação dos padrões iniciais 
• sondagem genetica (desenvolvimento inicial da 
Drosophila) revelou que os genes-chave formam 
um conjunto pequeno de classes funcionais 
definidas por seus fenótipos mutantes. 
• os genes de polaridade do ovo– definir os eixos 
antero-posterior e dorso-ventral do embriao e 
marcar as duas extremidades para destinos 
especiais por meio de mecanismos envolvendo 
interações entre o oócito e as celulas vizinhas no 
ovario. 
• genes gap: necessários em regiões amplas e 
especificas ao longo do eixo antero-posterior 
de um embriao inicial para permitir o seu 
desenvolvimento apropriado. 
• genes pair-rule: o desenvolvimento desegmentos alternados do corpo. 
• genes de polaridade dos segmentos: 
organização do padrão antero-posterior de 
cada segmento individual. 
grupos de genes necessários aos aspectos específicos 
da formação dos padrões iniciais 
genes de efeito materno 
Todos os genes de polaridade do ovo, nessas quatro classes, são genes 
de efeito materno: 
É o genoma da mãe, não o genoma do zigoto, que e critico! 
• Exemplo: 
• Mãe possui uma copia normal de Bicoid: 
• Mosca-filha homozigota p/cromossomos mutantes gene Bicoid: 
– desenvolve-se de maneira perfeitamente normal 
 
• mosca-filha, fêmea, fenótipo normal : 
– nenhum mRNA funcional de Bicoid pode ser depositado na porção 
anterior dos seus próprios ovos; 
– todos irão desenvolver-se em embriões sem cabeça, 
– independentemente do genotipo do pai. 
Algumas considerações... 
• somente a Drosophila e os insetos intimamente relacionados possuem um gene 
Bicoid; 
• Toll foi aqui cooptado para a formação do padrao dorso-ventral; a sua funcao mais 
antiga e universal e a resposta imune inata; 
• sistema de polaridade do ovo apresenta algumas caracteristicas altamente 
• Conservadas: 
– a localizacao do mRNA de Nanos em uma extremidade do ovo esta ligada e é dependente da 
localizacao dos determinantes da celula germinativa naquele local, assim como em C. elegans. 
– Mais adiante durante o desenvolvimento, enquanto o genoma do zigoto comeca a atuar sob a 
influencia do sistema de polaridade do ovo, mais semelhancas com outras especies animais 
tornam-se aparentes. 
• A ativacao localizada do receptor Toll no lado ventral do ovo controla a distribuição 
da Dorsal: 
– uma proteina de regulacao genica que se encontra dentro do ovo. 
– pertence a mesma familia da proteina de regulacao genica NFB de vertebrados 
• sua atividade regulada por Toll, assim como a de NFB, depende da sua 
translocacao a partir do citoplasma, onde ela e mantida em uma forma inativa, 
para o nucleo, onde regula a expressão gênica. 
Desenvolvimento eixo dorso-ventral dos insetos 
Correspondencia entre padrões dorso-
ventral de Drosophila e vertebrados 
• Dpp = membro da superfamilia TGF das moleculas de sinalizacao que 
tambem é importante nos vertebrados; 
• BMP4 = homologo da Dpp 
• Sog = homologo da proteina chordin dos vertebrados. 
• BMP4 (homologo da Dpp) + chordin = atuam vertebrados ~ Dpp + Sog 
em Drosophila, controlando o padrão dorso-ventral da ectoderme. 
– altos niveis de chordin definindo a região neurogenica, 
– altos niveis de atividade de BMP4 definindo a regiao que nao 
neurogênica. 
• Este padrão + outros paralelos moleculares, sugere que esta parte da 
estrutura corporal foi conservada entre os insetos e os vertebrados, porem 
com eixo invertido. 
genes de efeito zigótico, 
• sao expressos por subconjuntos de células no 
embrião, de maneira que seus produtos são 
os primeiros componentes do genoma 
próprio do embrião, que não os do genoma 
materno, a contribuir para o desenvovimento 
embrionário. 
• São Genes de segmentação - distribuem-se 
em tres grupos, de acordo com seus fenótipos 
mutantes 
Genes de segmentação 
• - mínimo seis genes gap- 
produtos definem subdivisões 
não refinadas do embriao. 
• -mutacoes gene gap: 
 eliminam um ou mais grupos de 
segmentos adjacentes, 
• - mutacoes em genes gap 
distintos: 
 causam defeitos diferentes, porem 
par cialmente sobrepostos. 
 
• oito genes pair- rule 
• As mutacoes causam uma serie 
de deleções afetando segmentos 
alternados, deixando o embrião 
com somente a metade dos 
segmentos normais. 
• 10 genes de polaridade 
segmentar: 
• Mutacoes produzem 
larvas com um numero 
normal de segmentos, 
mas com uma parte de 
cada segmento deletada 
e substituida por uma 
duplicacao especular de 
todo ou de parte do 
segmento restante. 
Genes de segmentação 
Indução sequencial 
uma estrategia solida que produz embrioes 
de moscas que apresentem todos o mesmo 
padrão, apesar da imprecisão essencial dos 
sistemas de controle biológicos e da 
variação de condições, como a 
temperatura, em que a mosca se 
desenvolve. 
Fecundação – Estudo dirigido 
1. O encontro dos gametas não é ao acaso. Fale 
sobre as estratégias desenvolvidas pelos 
animais para solucionar este problema. 
• atração espécie-específica do espermatozoide 
• ativação espécie-específica do espermatozoide 
– ativação do espermatozóide pela geléia do óvulo 
(reação acrossomica) 
 
 
Fecundação – Estudo dirigido 
1. . 
2. O que é e como se dá a reação acrossômica? 
• fusão da vesícula acrossômica com a membrana 
plasmática do espermatozóide 
• extensão do processo acrossômico 
 
Fecundação – Estudo dirigido 
3-Fale sobre o reconhecimento espécie-específica 
de gametas. 
• Espermatozóide penetra na geléia do óvulo 
– o processo acrossômico do espermatozóide faz 
contato com o envoltório vitelínico do óvulo 
– proteína acrossômica (bindina) 
– Receptor transmenbrana para bindina 
• reconhecimento espécie –específico dos gametas 
do ouriço-do-mar ocorrem ao nível da atração, 
ativação e adesão do espermatozóide à superficie 
do óvulo 
Em mamiferos 
• ZP3 é a proteína específica na zona pelúcida à qual se liga o 
espermatozóide do camundongo einicia a reação acrossômica. 
• O mecanismo molecular pelo qual a zona pelúcida e o 
espermatozóide do mamífero se reconhecem mutuamente está 
sendo estudado. A hipótese corrente postula um conjunto de 
proteínas do espermatozóide capazes de reconhecer regiões 
específicas de carboidratos na zona ZP3 do óvulo A remoção desses 
grupos de carboidratos ligados por treonina ou serina suprime a 
habilidade de ligar o espermatozóide. 
• O espermatozóide do camundongo não “fura” para chegar ao 
interior da zona mas sim seaproximam paralelamente ao plano da 
superfície da zona e aí são ativamente fixados, por proteínas 
adesivas na membrana do espermatozóide (galactose, a galactosil-
transferase e a quinase do receptor da zona) a ZP3 do óvulo. 
 
Fecundação – Estudo dirigido 
• 4-Como o organismo soluciona a possibilidade de 
polispermia durante a fertilização? 
• reconhecimento do espermatozóide + envoltório 
vitelínico/zona => lise da porção do envoltório/zona na 
região da cabeça do espermatozóide => fusão da 
membrana espermática + membrana do óvulo. 
• superfície do óvulo (microvilosidades): fusão 
• espermatozóide-óvulo => polimerização da actina e a 
extensão de várias microvilosidades => cone de fertilização 
• fertilinas (memb. espermatozóide dos mamíferos) fusão 
espermatozóide-óvulo . 
• Quando as membranas se fundem, o núcleo, mitocôndrias, 
centríolo e flagelo podem penetrar no ovo. 
• óvulo do ouriço-do-mar: 
– uma reação rápida, efetivada por uma mudança 
elétrica na membrana plasmática do óvulo 
– uma reação mais lenta, causada pela exocitose 
dos grânulos (reação dos grânulos corticais) 
• Vertebrados – varias estratégias diferentes 
(redução nr espermatozoides que alcançam o 
ovulo a degradação de pronucleos masculinos 
extras) 
1. O que acontece na fusão dos pró-núcleos? 
• As respostas do óvulo ao espermatozóide: 
– “precoces”-poucos segundos após a 
reação cortical 
– “tardias” - vários minutos após inicio da 
fertilização 
• ativação dos óvulos dependente ↑ [Ca++] 
dentro do óvulo 
 
 
Fecundação – Estudo dirigido 
Fusão do material genético -Ouriços : 
• fusão das membranas, o núcleo do espermatozóide e seu centríolo 
se separam das mitocôndrias e do flagelo, estes ultimos se 
desintegram. 
• em quase todos os animais estudados o centrossomo necessário 
para a produção do fuso mitótico das divisões subseqüentes é 
derivado do centríolo espermático 
• No citoplasma do ovulo,núcleo do espermatozóide descondensa 
=pronúcleo masculino. 
• envoltório pronuclear masculino forma vesículas com pequenos 
• pacotes, expondo, a compacta cromatina do espermatozóide ao 
citoplasma do óvulo 
• As proteínas que mantem cromatina condensado, são trocadas por 
proteínas derivadas do citoplasma do óvulo => descondensação da 
cromatina do espermatozóide 
• Formação nucleo diploide 
 
2-O que controla a permanência ou o reinicio de 
uma fase meiotica? 
Nos mamiferos e nos anfibios, o ovo estaciona na 
metafase II. Com a chegada do espermatozoide 
conclui a divisão meiotica. 
• O MPF (matuartion promoter factor) : fator 
responsavel pela celula retomar a meiose. Este 
fatór é regulado por meio da fosforilação e 
desforilação da proteina quinase Cdc2. 
• Fator citoplasmatico do ovócito (fator citostatico 
– csf) 
 
 
 
Fecundação – Estudo dirigido 
Pg 93 
 
Fale sobre o rearranjo do citoplasma do ovo. 
1. A primeira clivagem do ovo é aleatória? 
Comente. 
A expressão do padrão de clivagem está 
diretamente relacionada a quantidade e a 
distribuição do vitelo no ovo e os fatores 
citoplasmaticos que influenciam no ângulo e 
velocidade de formação do fuso mitótico. 
Polo animal: nucleo e citoplasma 
Polo vegetal: concentração de vitelo (dificulta a 
formação do sulco de clivagem) 
 
Fecundação – Estudo dirigido