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Cap 9 Mesoderma Endoderma

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CAPÍTULO 9 Mesoderma e Endoderma 341
N
341
Início do desenvolvimento vertebrado:
Mesoderma e endoderma 9
Da fisiologia de alto a baixo, eu canto,
Nem fisionomia somente nem cérebro somen-
te são dignos da Musa,
Eu digo a forma completa é de longe mais
valorosa,
A Fêmea igualmente com o Macho eu canto.
WALT WHITMAN (1867)
Teorias vêm e teorias vão. A rã permanece.
JEAN ROSTAND (1960)
OS CAPÍTULOS 7 e 8 acompanhamos os vários tecidos formados pelo ecto-
derma em desenvolvimento. Neste capítulo acompanharemos o desenvolvi-
mento precoce das camadas germinativas mesodérmica e endodérmica. Ve-
remos que o endoderma forma o revestimento dos tubos digestivo e respiratório, com
seus órgãos associados; o mesoderma será observado gerando todos os órgãos entre
a parede ectodérmica e os tecidos endodérmicos.
Q��MESODERMA
O mesoderma de um embrião em estágio de nêurula pode ser dividido em cinco regiões
(Figura 9.1). A primeira região é o cordomesoderma. Esse tecido forma a notocorda, um
órgão transitório cuja principal função inclui a indução da formação do tubo neural e
estabelece o eixo corporal ântero-posterior. Como observamos no Capítulo 6, o
cordomesoderma se forma no centro do embrião no futuro lado dorsal. A segunda
região é o mesoderma dorsal somítico. O termo dorsal se refere à observação de que
os tecidos em desenvolvimento originários dessa região estarão na parte de trás do
embrião, ao longo da espinha. As células nessa região formam somitos, blocos de
células mesodérmicas em ambos os lados do tubo neural que irão produzir muitos dos
tecidos conjuntivos das costas (osso, músculo, cartilagem e derme). O mesoderma
intermediário forma o sistema urinário e os dutos genitais; discutiremos essa região
em detalhe em capítulos posteriores. Mais distante da notocorda, o mesoderma da
placa lateral dá origem ao coração, vasos sangüíneos e células sangüíneas do siste-
ma circulatório, como também ao revestimento da cavidade do corpo e de todos os
componentes mesodérmicos dos membros exceto os músculos. Ele também irá formar
uma série de membranas extra-embrionárias que são importantes para o transporte de
nutrientes para o embrião. Por último, o mesênquima da cabeça irá contribuir para os
tecidos conjuntivos e a musculatura da face.
Mesoderma dorsal: A notocorda e a diferenciação dos somitos
Mesoderma ParaxialMesoderma ParaxialMesoderma ParaxialMesoderma ParaxialMesoderma Paraxial
Uma das principais tarefas da gastrulação é criar uma camada mesodérmica entre o
endoderma e o ectoderma. Como mostra a Figura 9.2, a formação de órgãos mesodérmicos
342 PARTE II Padrões de Desenvolvimento
Zigoto
Gametas
Células
germinativas
primordiais Clivagem
Glândulas
sudoríparas*
Ectoderma embr. ext.
do âmnio e cório
Gastrulação
Bexiga urinária
Unhas
Alantóide*
Fígado
Pâncreas*
Glândulas mamárias*
CabeloENDODERMA
Traquéia*
brônquios*
Pulmões
INTESTINO
PRIMITIVO ECTODERMA EPITÉLIO EXTERNO
DO CORPO
Tubo digestivo*
NOTOCORDA
(CORDOME-
SODERMA) Cristalino do olho
Glândulas
sebáceas*
Tireóide FARINGE MESODERMA
Vesícula
auditiva* Epitélio
estomodeal
Bolsas faríngeas*
Mecanismo do
ouvido interno
Ouvido médio*
tubo de eustáquio
Recessos
tonsilares*
MESODERMA
PARAXIAL
DORSAL
Epitélio nasal e olfativo
e nervo olfativo
Esmalte dentário
Lóbulo anterior da hipófise
Epitélio oral
Timo primitivo*,
paratireóides*
Paratireóides* Epitélio
proctodealCorpos
pós-branquiais* Pars neuralis
da hipófiseEsqueleto
axial Esclerótomos
Raízes dos nervos
motores espinhais
Medula espinhal
Canal
anal*Esqueleto
apendicular
Brotos dos
apêndices Miótomos
TUBO NEURAL
Músculos dos
apêndices
Músculos
esqueléticos do tronco Retina* e
nervo óptico Cérebro
Vesículas ópticas
Camadas de tecido
conjuntivo da pele
Dermátomos
CRISTA NEURAL
Nervos motores cranianos
Epidídimo
vasos deferentes Nervos e gânglios
cranianos sensoriais
Divertículo metanéfrico,
ureteres pelve renal,
túbulos coletores
Dutos mesonéfricos
Gânglios da raiz
dorsal espinhal
Medula da
supra-renal
Raízes dos nervos
sensoriais espinhais
MESODERMA
INTERMEDIÁRIO
Mesonefro, dutos
eferentes
Dentina
dentária
Pronefro Gânglios
simpáticosCrânio e
cartilagens
branquiais
Metanefro,
túbulos renais*
Dutos mulerianos
Vagina* Ovidutos* Útero*
MESODERMA
LATERAL
MESÊNQUIMA
DA CABEÇA
Camadas externas
da cabeçaMes. embr. ext. do
âmnio e cório
Tecido conectivo
cefálico
Mês.emb. ext.
do saco vitelínico
e alantóideMesoderma somático
Músculos
Pleura,
pericárdio,
peritônio
Mesoderma
esplâncnico
Córtex da
supra-renal
Mesentérios Peritônio visceral
Estroma
das gônadas
Mesênquima
Epimiocárdio
epicárdio
miocárdio
Coração
Pleura visceral
Tecido hemangioblástico
Tecido conjuntivo e
músculo liso das vísceras e
vasos sangüíneos
Corpúsculos
sangüíneos
Endotélio dos
vasos sangüíneos
Endocárdio
* O esquema indica somente a origem
da parte epitelial do órgão. Todos esses
órgãos têm investimentos de sustenta-
ção secundária de origem mesodérmica.
CAPÍTULO 9 Mesoderma e Endoderma 343
e ectodérmicos não é subseqüente à formação do tubo neural, mas ocorre sincronica-
mente. A formação da notocorda foi discutida no Capítulo 6. Essa haste epitelial se
estende desde a base da cabeça até a cauda. Em cada lado da notocorda existem faixas
grossas de células mesodérmicas. Essas faixas de mesoderma paraxial são referidas
como as placas segmentares (nas aves) e mesoderma não segmentado (nos mamífe-
ros). Com a regressão dos sulcos primitivos, as dobras neurais começam a se aglome-
rar no centro do embrião, o mesoderma paraxial se separa em blocos de células chama-
das somitos. Embora os somitos sejam estruturas transitórias, elas são muito impor-
tantes na organização do padrão segmentar de embriões de vertebrados. Como vimos
no capítulo anterior, os somitos determinam os caminhos da migração das células da
crista neural e axônios do nervo espinhal. Os somitos geram células que formam (1) as
vértebras e costelas, (2) a derme e a pele dorsal, (3) os músculos esqueléticos das
costas e (4) os músculos esqueléticos da parede do corpo e membros.
Somitômeros e a Iniciação da Formação do SomitoSomitômeros e a Iniciação da Formação do SomitoSomitômeros e a Iniciação da Formação do SomitoSomitômeros e a Iniciação da Formação do SomitoSomitômeros e a Iniciação da Formação do Somito
Os primeiros somitos aparecem na parte anterior do embrião, e os novos somitos
“brotam” da extremidade rostral do mesoderma paraxial em intervalos regulares (Figu-
ras 9.2C,D e 9.3). Devido aos embriões poderem se desenvolver em taxas um pouco
diferentes (da mesma maneira que acontece com embriões de galinha quando são
incubados em temperaturas um pouco diferentes), o número de somitos presentes
Figura 9.1Figura 9.1Figura 9.1Figura 9.1Figura 9.1
O esquema ilustra a linhagem das partes especializadas do corpo, derivadas das três camadas
germinativas embrionárias. As células germinativas estão representadas como uma linhagem
de células separada das três camadas germinativas somáticas pois, apesar dos precursores das
células germinativas se localizarem no endoderma ou mesoderrma presuntivos, elas são pro-
vavelmente um único tipo celular. (Segundo Carlson, 1981.)
¶
(A)
(B)
(C)
(D)
Figura 9.2Figura 9.2Figura 9.2Figura 9.2Figura 9.2
O desenvolvimento progressivo do embrião
do pinto, enfocando o componente mesodér-
mico. (A) Região do sulco primitivo mostran-
do precursores migratórios mesodérmicos e
endodérmicos. (B) Formação da notocorda e
do mesoderma paraxial. (C,D) Diferenciação
dos somitos, celoma e das duas aortas (as quais
finalmente irão se fundir). A-C, embrião de
24 horas; D, embrião de 48 horas.
Endoderma Células mesodérmicas migratóriasSulco primitivo Epiblasto
Mesoderma
Esplâncnico
Epiderme Placa neural
Endoderma Mesoderma paraxial Notocorda Mesoderma lateral
Epiderme
Tubo neural Mesoderma somático
Mesoderma intermediário Somito Celoma
Esclerótomo do somito
Dermátomo do somito
Notocorda
Celoma intra-embrionário
Celoma
extra-embrionário
Aortas dorsais
Miótomo
do somito
344 PARTE II Padrões de Desenvolvimento
geralmente é o melhor indicador para definir o progresso do desenvolvimento. A
quantidade final de somitos formados é uma característica de cada espécie.
O mecanismo para a formação do somito não foi ainda bem estabelecido, mas
diversos estudos em pintos mostraram que as células da placa segmentar estão orga-
nizadas em espirais de células chamadas somitômeros (Meier, 1979; Packard e Meier,
1983). A conversão de somitômero para somito é observada quando as células mais
anteriores do somitômero se tornam compactas. Essa transição de um somitômero
frouxamente compactado para um somito epitelial está correlacionada com a síntese
de duas proteínas da matriz extracelular, fibronectina e N-caderina (Figura 9.4A;
Ostrosky et al., 1984; Lash e Yamada, 1986; Hatta et al., 1987). Essas proteínas, por sua
vez, podem ser reguladas pela expressão de Notch1 e Paraxis. O gene Notch1 codifi-
ca o fator transcrição que está ativo na região mais anterior do mesoderma dorsal não
segmentado, e camundongos com falta desse fator desenvolvem somitos desalinha-
dos de vários tamanhos (Figura 9.4B,C; Conlon et al., 1995). Paraxis, um gene codifi-
cando um outro fator de transcrição, é expressado na extremidade rostral (anterior) do
mesoderma não segmentado de embriões de camundongos e pintos. A injeção de
oligonucleotídeos antisenso complementares ao Paraxis produz defeitos de
segmentação somítica (Burgess et al., 1995; Barnes et al., 1997). Células de somitos
normais recém-formados são organizadas aleatoriamente, mas logo se tornam organi-
zadas em uma bola de células epiteliais colunares que circundam uma pequena cavida-
de repleta de células frouxamente conectadas. As células epiteliais se fixam umas às
outras através de junções apertadas. A Paraxis é uma parte essencial dessa conversão
de mesênquima em epitélio (Burgess et al.,1996).
Geração de Tipos de Células SomíticasGeração de Tipos de Células SomíticasGeração de Tipos de Células SomíticasGeração de Tipos de Células SomíticasGeração de Tipos de Células Somíticas
Quando o somito é primeiro formado, qualquer uma de suas células pode se tornar
qualquer das estruturas derivadas de somitos. No entanto, com a maturação do
somito, as várias regiões do somito se tornam comprometidas em formar somente
certos tipos de células. A células mediano-ventrais do somito (aquelas células loca-
lizadas o mais distante das costas, mas próximas ao tubo neural) sofrem mitose,
perdem sua característica epitelial redonda, se tornando células mesenquimatosas
Figura 9.3Figura 9.3Figura 9.3Figura 9.3Figura 9.3
Tubo neural e somitos. Micrografia ao micros-
cópio eletrônico de varredura, mostrando
somitos bem-formados e mesoderma paraxial
(embaixo à direita) que ainda não se separou
em somitos distintos. Um arredondamento do
mesoderma paraxial em um somitômero pode
ser visto na parte inferior esquerda, e as células
da crista neural podem ser vistas em migração
ventral, a partir do teto do tubo neural. (Corte-
sia de K. W. Tosney.)
Figura 9.4Figura 9.4Figura 9.4Figura 9.4Figura 9.4
Transição de um somitômero para um somito. (A) A expres-
são da N-caderina se correlaciona com a conversão de células
mesenquimatosas soltas em um somito epitelial. (B) Nos em-
briões de tipo selvagem, expressão de Notch1 é vista na re-
gião mais anterior do mesoderma paraxial não segmentado
(i.e., a porção que está sendo organizada em um somito). (C)
Em embriões deficientes em Notch1, a organização dos
somitos é perturbada. (A de Hatta et al., 1987; cortesia de M.
Takeichi; B e C segundo Conlon et al., 1995.) PosteriorAnterior
(A)
(B) Notch1
presente Somitos
Mesoderma
paraxial (pré-somítico)
Concentração de
proteína Notch
( C ) Notch1
ausente
Somitos Transição Mesoderma paraxial
CAPÍTULO 9 Mesoderma e Endoderma 345
novamente. A porção do somito que dá origem a essas células é chamada de escleró-
tomo, e essas células mesenquimatosas no final se tornam condrócitos vertebrais
(Figuras 9.2 e 9.5). Os condrócitos são responsáveis pela secreção de um tipo especial
de colágeno e GAGs (tais como o sulfato de condroitina) característicos da cartilagem.
Esses condrócitos em particular serão responsáveis pela construção do esqueleto
axial (vértebras, costelas, cartilagem e ligamentos). As células da porção lateral do
somito (a região mais distante do tubo neural) também se dispersam. Essas células
formam os precursores dos músculos, dos membros e da parede do corpo. Ordahl e Le
Douarin (1992) seguiram essas células transplantando porções de somitos de codorna
em somitos de embriões de galinha. As células dos pintos e das codornas podem ser
distinguidas pela sua morfologia nucleolar. Os pesquisadores notaram que aquelas
células que estavam mais distantes do tubo neural migram para formar a parede do
corpo e a musculatura dos membros, mesmo se essas células doadoras forem original-
mente da porção medial do somito.
Uma vez que o esclerótomo e os precursores das células musculares dos mem-
bros e da parede do corpo migraram para longe dos somitos, as células somíticas
próximas ao tubo neural migram ventralmente em direção à porção epitelial remanes-
cente do somito para formar uma sólida camada epitelial dupla chamada
dermamiótomo (veja Figuras 9.2 e 9.5 ). A camada dorsal dessa estrutura é chamada
de dermátomo, sendo a responsável pela geração do tecido conectivo
mesenquimatoso da pele dorsal: a derme. (A derme de outras áreas do corpo se forma
de outras células mesenquimatosas e não de somitos.) A camada interna de células
é chamada de miótomo, e essas células dão origem aos músculos vertebrais que
Figura 9.5Figura 9.5Figura 9.5Figura 9.5Figura 9.5
Diagrama de uma seção transversal através
do tronco de (A) um embrião humano preco-
ce de 4 semanas e (B) um embrião tardio de 4
semanas, mostrando a formação das estrutu-
ras do somito. (A) As células do esclerótomo
começam a migrar afastando-se do dermáto-
mo e miótomo. (B) Ao fim da quarta semana,
as células do esclerótomo estão se conden-
sando para formar vértebras cartilaginosas, o
dermátomo começa a formar a derme, e as
células do miótomo estendem-se ventralmen-
te ao longo das paredes do embrião. (C-E) A
estrutura do somito do pinto em mudança
enquanto ocorrema migrações celulares. (A e
B segundo Langman, 1981; C-E segundo
Ordahl, 1993).
(A) (B)
Esclerótomo
Células do
esclerótomo
em migração Dermátomo
Condensação
de condrócitos
das células do
esclerótomo
Miótomo
 Aorta dorsal
Nefrótomo do rim
em desenvolvimento
Intestino
Celoma
intra-embrionário Camada
mesodérmica
somática
Camada
mesodérmica
somática
Camada
mesodérmica
esplâncnica
( C ) (D) (E)
Tubo neural Dermamiótomo Dermátomo
Células migratórias
(Musculatura dos membros
e ventrolateral)
Notocorda
Medial Lateral Esclerótomo Miótomo
346 PARTE II Padrões de Desenvolvimento
circundam as vértebras permitindo que as costas se curvem (Chevallier et al., 1977;
Christ et al., 1977). Dessa maneira, os somitos são essenciais para a formação das
costas de nosso corpo: as vértebras que circundam a espinha dorsal, os músculos e
o tecido conectivo que seguram as junções vertebrais, a subcamada dérmica da pele
das costas, e a musculatura das costas. E o que acontece com a notocorda, aquela
estrutura mesodérmica central? Após ter fornecido a integridade axial do embrião
precoce, e induzido a formação do tubo neural dorsal, a maior parte degenera. Em
qualquer lugar onde as célulasdo esclerótomo formaram o corpo vertebral, as célu-
las da notocorda morrem. No entanto, entre as vértebras, as células da notocorda
formam o tecido dos discos intervertebrais, chamados núcleos pulposos. Esses são
os discos que se “deslocam” em certos tipos de lesões nas costas.
A especificação do somito é completada pela interação de diversos tecidos que
formam o seu ambiente. A porção mediana-ventral do somito é induzida a se tornar
esclerótomo por fatores, especialmente pela proteína Sonic hedgehog, secretada
pela notocorda e pela placa do assoalho do tubo neural (Fan e Tessier-Lavigne,
1994; Johnson et al., 1994). Se porções da notocorda (ou outra fonte de Sonic
hedgehog) forem transplantadas próximas a outras regiões do somito, essas regi-
ões, também, se tornarão células do esclerótomo. Essas células expressam um novo
fator de transcrição, Pax1, que ativa genes específicos da cartilagem e cuja presença
é necessária para a formação das vértebras (Figura 9.6; Smith e Tuan, 1996). Elas
também expressam I-mf, um inibidor da família de fatores de transcrição MyoD que
dá início à formação muscular (Chen et al., 1996). Por caminhos similares, o miótomo
é induzido por dois sinais distintos. As células musculares epaxiais (que circundam
o eixo do corpo) vêm da porção medial do somito e são induzidas por fatores do tubo
neural dorsal, provavelmente membros da família Wnt (Münsterberg et al., 1995;
Stern et al., 1995). Os músculos hipaxiais (que são formados pela porção medial do
somito e formam a musculatura dos membros e parede do corpo) são provavelmente
induzidos através da combinação de proteínas Wnt procedentes da epiderme e da
proteína-4 morfogenética do osso, (BMP4) da placa lateral do mesoderma (Cossu et
al., 1996a; Pourquié et al., 1996). Esses fatores levam as células do miótomo a expres-
sarem fatores de transcrição particulares (MyoD e Myf5) que ativam os genes espe-
cíficos do músculo. O dermátomo se diferencia em resposta a outro fator secretado
pelo tubo neural, neurotrofina 3 (NT-3). Anticorpos que bloqueiam as atividades da
Figura 9.6Figura 9.6Figura 9.6Figura 9.6Figura 9.6
Modelo das principais interações postuladas
para a modelagem do somito. (A) Sonic hed-
gehog da notocorda e placa do assoalho induz
formação do esclerótomo; Wnt do tubo neural
induz a região do miótomo que forma muscu-
latura apaxial, e a combinação da proteína Wnt
da epiderme e BMP4 (e talvez FGF5) do me-
soderma da placa lateral induz a porção do
miótomo que dá origem aos músculos da pare-
de corporal. Neurotrofina 3 do tubo neural pode
causar a diferenciação das células do derma-
miótomo. (B) diferentes fatores de transcrição
nas diferentes regiões do somito anunciam o
destino celular. As células do esclerótomo ex-
pressam Pax1, enquanto as células medianas
do dermamiótomo expressam a proteína
miogênica Myf5. As células laterais do derma-
miótomo expressam o fator de transcrição
miogênico o MyoD assim como o receptor c-
met para o fator de espalhamento. A porção
central do dermamiótomo torna-se a derme e
expressa Pax3. (Segundo Cossu et al., 1996b.)
Pax1
(A)
Ectoderma dorsal Ectoderma dorsalMusculatura apaxial
Derme Medial Dermamiótomo
Músculos da
parede corporalNT-3
Derme
Wnt
Células
musculares apaxiais
?Wnt
Lateral
Tubo
neural Myf5
BMP4
?FGF5
Tubo
neural
Shh
Aorta dorsal Esclerótomo
Notocorda Mesoderma lateral Notocorda Mesoderma lateral
Músculos
dos
membros
Myf5 c-met, MyoD
Pax3
CAPÍTULO 9 Mesoderma e Endoderma 347
NT-3 previnem a conversão do dermátomo epitelial em mesênquima dérmico solto
que migra por baixo da epiderme (Brill et al., 1995). Além desses sinais positivos,
existem pelo menos dois outros conjuntos de proteínas necessárias para a padroni-
zação do somito em suas regiões particulares. Um desses fatores previne a ativação
de um grupo de células pelas proteínas inapropriadas. Por exemplo, o sinal BMP4 do
mesoderma da placa lateral é neutralizado por um fator do tubo neural que previne
níveis reduzidos de BMP4 de agir em mais células mediais. O outro conjunto de
proteínas é necessário para a manutenção do padrão da expressão do gene iniciada
pelo sinal original (Pownall et al., 1996). [mesend1.html]
Miogênese: Diferenciação do Músculo EsqueléticoMiogênese: Diferenciação do Músculo EsqueléticoMiogênese: Diferenciação do Músculo EsqueléticoMiogênese: Diferenciação do Músculo EsqueléticoMiogênese: Diferenciação do Músculo Esquelético
A célula do músculo esquelético é extremamente grande, célula alongada que con-
tém muitos núcleos. Em meados da década de 1960, biologistas do desenvolvimento
debateram se cada um dessas células (freqüentemente chamadas de miotubos) era
derivada de uma fusão de diversas células precursoras musculares mononucleadas
(mioblastos) ou de um único mioblasto que sofre divisão nuclear sem citocinese.
Evidência da fusão de mioblastos esqueléticos para a formação de miotubos
multinucleados vem de duas fontes independentes. A evidência crucial para a fusão
do mioblasto esquelético veio de camundongos quiméricos. Esses camundongos
podem ser formados pela fusão de dois embriões precoces, que se ajustam para
produzir um único camundongo contendo duas populações de células distintas
(veja Figura 5.28). Mintz e Baker (1967) fundiram embriões de camundongos que
produziam diferentes tipos da enzima isocitrato desidrogenase. Essa enzima, encon-
trada em todas as células, é composta de duas subunidades idênticas. Dessa manei-
ra, se miotubos são formados de uma célula cujo núcleo se divide sem citocinese,
esperava-se encontrar duas formas distintas de enzimas, isto é, as duas formas
parentais no camundongo alofênico (Figura 9.7). Mas se os miotubos são formados
pela fusão entre as células, a expectativa seria de se encontrar células musculares
expressando não somente os dois tipos parentais de enzimas (AA e BB), mas tam-
bém uma terceira classe composta de uma subunidade procedente de cada tipo
parental (AB). As formas diferentes de isocitrato desidrogenase podem ser separa-
das e identificadas pela sua mobilidade eletroforética. Os resultados demonstraram
claramente que apesar dos dois tipos parentais estarem presentes em todos os
outros tecidos do camundongo alofênico, a enzima híbrida (AB) estava presente em
extratos de tecido muscular esquelético. Dessa maneira, os miotubos devem ter se
formado pela fusão de inúmeros mioblastos.
Essa evidência foi importante para mostrar que a fusão do mioblasto realmente
ocorreu dentro do embrião. A análise de como essa fusão acontece foi baseada em
eventos de fusão ocorridos em cultura. Konigsberg (1963) descobriu que mioblastos
isolados de embriões de pinto proliferariam em placas de Petri revestidas com colá-
geno. Após aproximadamente dois dias, no entanto, esses mioblastos pararam de se
dividir e começaram a se fundir com seus vizinhos para produzir extensos miotubos
sintetizantes de proteínas específicas do músculo. A síntese de DNA e a divisão
nuclear não foram encontradas em miotubos multinucleados. Esse processo de fu-
são é uma complexa orquestração de eventos bioquímicos na superfície da célula
mioblasto. A primeira etapa parece ser a retirada das células do ciclo da primeira
divisão. Enquanto existir fatores de crescimento no meio (particularmente fatores de
crescimento do fibroblasto), o mioblasto vai proliferar sem se diferenciar. Quando
esses fatores são exauridos, o mioblasto cessa de se dividir, secreta fibronectina
para sua matriz extracelular, fixando-se a essa através da sua integrina α5β1 , o
principal receptor de fibronectina (Menko e Boettiger, 1987; Boettiger et al., 1995).
Se essa adesão é bloqueada, não resulta desenvolvimento muscular adicional al-
gum, e parece que o sinal da ligação integrina-fibronectina é decisivo para iniciar a
diferenciação do mioblasto em célula muscular (Figura 9.8). A segunda etapa é o
348 PARTE II Padrõesde Desenvolvimento
alinhamento dos mioblastos em cadeias. Essa etapa é mediada por glicoproteínas
das membranas celulares, incluindo diversas caderinas e CAMs (Knudsen,1985:
Knudsen et al., 1990). O reconhecimento e alinhamento entre células acontece
somente se as duas células forem mioblastos. A fusão pode acontecer mesmo
entre os mioblastos de rato e galinha (Yaffe e Feldman,1965); as identidades das
espécies não são cruciais em cultura.
A terceira etapa consiste no próprio evento da fusão celular. Como na maioria
das fusões de membranas, íons de cálcio são cruciais, e a fusão pode ser ativada
pelos ionóforos de cálcio tais como A23187, que transporta íons de cálcio através
das membranas celulares (Shainberg et al., 1969; David et al., 1981). A fusão parece
ser mediada por um conjunto de metaloproteinases chamadas meltrinas. Essas pro-
teínas foram descobertas durante uma pesquisa para se encontrar proteínas de
mioblastos que poderiam ser homólogas à fertilina, uma proteína envolvida na fusão
óvulo-espermatozóide. Yagami-Hiromasa e colegas (1995) descobriram que uma des-
sas meltrinas (meltrina-α) é expressa em mioblastos aproximadamente ao mesmo
tempo em que começa a fusão, e que o RNA antisenso para a mensagem meltrina-α
inibiu a fusão quando adicionado aos mioblastos.
Figura 9.7Figura 9.7Figura 9.7Figura 9.7Figura 9.7
Os dois mecanismos possíveis da formação do músculo esquelético, e como distinguí-los. Ca-
mundongos quiméricos são produzidos da fusão de embriões de duas raças diferentes de camun-
dongos, cada uma produzindo uma forma diferente da enzima isocitrato desidrogenase. Essa
enzima é composta de duas subunidades; uma raça produz isocitrato desidrogenase AA (indicada
em negro) e a outra produz BB (colorida). (A) Se as enzimas forem produzidas em uma única
célula ou em células multinucleadas surgindo de divisões nucleares dentro de uma única célula, a
enzima será puramente AA ou BB. (B) Se houver dois diferentes núcleos em uma mesma célula,
porém, um poderá codificar para subunidades B enquanto o outro poderá codificar para A, com
o resultado de que algumas moléculas da enzima serão híbridas (AB). Por eletroforese pode-se
separar esses três tipos de moléculas. A presença de moléculas AB no músculo esquelético (mas
não em outro tipos de células) confirma o modelo de fusão. (Segundo Mintz e Bakerr, 1967.)
Figura 9.8Figura 9.8Figura 9.8Figura 9.8Figura 9.8
Auto-radiografia mostrando síntese de DNA
em mioblastos e saída de células em fusão do
ciclo celular. Fosfolipase C pode “congelar”
os mioblastos após eles terem se alinhado com
outros mioblastos, mas antes da fusão das
membranas. Esses mioblastos cultivados fo-
ram tratados com fosfolipase C e expostos à
timidina radioativa. Mioblastos não fixados
ainda se dividem e incorporam a timidina ra-
dioativa em seu DNA. Células alinhadas (mas
ainda não fundidas) (setas) não incorporam o
marcador. (de Nameroff e Munar, 1976, cor-
tesia de M. Nameroff.)
Genótipo AA Polipeptídeo A Enzima AA
Genótipo BB Polipeptídeo B Enzima BB
Enzima AB
(A) Modelo de divisão (B) Modelo de fusão
Mioblastos
Músculo
Músculo
Miotubos
Homogenize e coloque
na origem de uma
placa de eletroforese
Enzima híbrida
formada
Origem
AA
AB
BB
Enzimas de isocitrato
desidrogenase vistas
por eletroforese
Origem
AA
BB
CAPÍTULO 9 Mesoderma e Endoderma 349
Informações adicionais Especulações&
omo uma célula mesenquimatosa
embrionária é instruída a formar
uma célula muscular em lugar de
uma célula da cartilagem, um fibroblasto
ou uma célula adiposa? Quais moléculas
comprometem seu destino para uma linha-
gem e não para outra? Em 1986, Lassar e
colaboradores tomaram DNA de células
mioblastos e o transfectaram em um certo
tipo de célula embrionária de camundon-
go, a célula C3H10T 1
2
. Essa célula tem um
aspecto semelhante ao do fibroblasto, mas
parece mesênquima primitivo, pois pode
se tornar célula adiposa, uma célula mus-
cular ou cartilagem. Quando DNA do mús-
culo foi adicionado a essas células, as célu-
las C3H10T 1
2
 foram transformadas em cé-
lulas musculares. DNA isolado de fibro-
blastos ou de outros tipos celulares não
pode efetuar essa conversão. Através de
clonagem de subtração (veja Capítulo 2),
foi encontrado um mRNA específico do
mioblasto que também podia efetuar essa
mudança em um fenótipo diferenciado. O
mRNA mioblasto codificava uma proteína
chamada proteína 1 de determinação do
mioblasto ou, mais comumente, MyoD
(Davis et al., 1987). O gene MyoD somente é
expresso em células das linhagens muscu-
lares. Parece ser um gene “comutador-mor”
pois pode converter outros tipos celulares
em músculo se esse gene nelas for ativo.
Essa hipótese foi testada clonando o gene
MyoD em um vetor viral de modo a mantê-
lo sob o controle de um promotor viral
constitutivamente ativo (estava sempre “li-
gado”). Quando esse gene de fusão MyoD
foi transfectado em várias células, células
pigmentadas, células nervosas, células
adiposas, fibroblastos e células do fígado,
foram convertidas em células semelhantes
às musculares (Figura 9.9; Weintraub et al.,
1989). Assim, MyoD parece ser suficiente
para ativar os genes específicos do múscu-
lo que compõem o fenótipo muscular.
MyoD codifica uma proteína nuclear
ligante de DNA que pode se ligar a regi-
ões do DNA adjacentes aos genes especí-
ficos do músculo, e ativá-los. Por exemplo,
Construção Muscular e a Família MyoD
de Reguladores Transcricionais
a proteína MyoD parece ativar diretamente
o gene da fosfoquinase da creatina espe-
cífica do músculo, ligando-se ao DNA
imediatamente superior aquele (Lassar et
al., 1989). De maneira semelhante, há dois
sítios ligantes de MyoD no DNA adja-
cente à uma subunidade do gene do re-
ceptor da acetilcolina do músculo da gali-
nha (Piette et al., 1990). Ele também ativa a
si próprio diretamente. Uma vez que o gene
MyoD está ligado, seu produto protéico
liga-se ao DNA imediatamente a montan-
te do gene MyoD e o impede de ser desli-
gado (Thayer et al., 1989). Em outros ca-
sos, os efeitos de MyoD podem ser indi-
retos. Nem todos os genes envolvidos na
produção do fenótipo muscular podem ser
ativados diretamente pela proteína MyoD.
MyoD provavelmente atua indiretamente
ativando outros genes reguladores, que
em seguida ativam os genes estruturais
específicos do músculo.
MyoD não é o único gene comutador
de músculo. Há uma família de proteínas
semelhantes à MyoD que tem estruturas
muito semelhantes e parecem ser capazes
de substituir extensamente uma a outra. Essa
família (algumas vezes chamada a “família
MyoD” ou “proteínas miogênicas bHLH”)
inclui miogenina, Myf5 e MRF4; essas pro-
teínas parecem ligar-se a sítios semelhan-
tes no DNA (a ser discutido no Capítulo
10). A transfecção de qualquer desses ge-
nes miogênicos para um extenso espectro
de células em cultura também as converte
em músculo. A expressão de MyoD leva à
expressão da miogenina, e a transfecção dos
genes da miogenina ativa a expressão de
MyoD. Assim, há um enlace de retroalimen-
tação recíproca positiva que faz com que
quando miogenina ou MyoD é ativado, tam-
bém o é o outro gene (Thayer et al., 1989).
No pinto, MyoD é ativado em células
somíticas que geram a musculatura abdo-
minal e dos membros, enquanto myf5 é ati-
vado em células produzindo os músculos
do dorso. Em ambos os casos, essa ativa-
ção compromete as células somíticas à li-
nhagem miogênica. Ambos grupos celula-
res expressam miogenina e MRF4 para
produzir seus miotubos e miofibras (Figu-
ra 9.10; Lyons e Buckingham, 1992; Pownall
e Emerson, 1992a,b; Braun e Arnold, 1996;
Cossu et al., 1996a).
Em alguns casos, esses fatores de
transcrição miogênica podem compensar
para a perda de um ou de outro. Usando
uma técnica de alvejar genes (veja Capí-
tulo 2), Rudnicki e colegas (1992) mostra-
ram que Myf5 e MyoD podemrealizar as
mesmas funções. Quando camundongos
carecem de ambos genes MyoD, a expres-
são do gene myf5 assume o controle. Os
camundongos resultantes têm desenvol-
C
Figura 9.9Figura 9.9Figura 9.9Figura 9.9Figura 9.9
Sumário de vários experimentos em que o gene MyoD foi ativado por um promotor viral e
transfectado para células não musculares. A proteína MyoD parece não levar em conta os
reguladores originais do fenótipo celular, convertendo as células em músculos.
Proteínas específicas do músculo
(desmina, cadeias pesadas de miosina)
Gene MyoD
Neuroblastos,
células
gordurosas,
fibroblastos
Promotor viral ativo
Núcleo
Receptores específicos do músculo
e moléculas de membrana
Miotubo
350 PARTE II Padrões de Desenvolvimento
vimento muscular normal. Quando os ca-
mundongos carecem de seus genes myf5,
eles também têm desenvolvimento mus-
cular normal. Porém, a ausência da proteí-
na Myf5 atrasa em vários dias a formação
do miótomo, causando falha no desen-
volvimento adequado da porção lateral do
esclerótomo. Embora esses camundongos
tenham músculos normais, suas caixas
torácicas estão distorcidas e eles são in-
capazes de respirar (Braun et al., 1992).
Experimentos recentes no laboratório de
Rudolf Jaenisch (Rudnicki et al., 1993)
mostram que quando os genes myf5 e
MyoD estão ambos ausentes do embrião,
não se formam músculos e costelas.* En-
quanto MyoD e Myf5 podem substituir
uma a outra, não parece haver redundân-
cia nas funções da miogenina. Camun-
dongos homozigotos para uma mutação
alvejada no gene myogenina morrem logo
após o nascimento por causa dos defei-
tos na formação de suas células muscula-
res (Hasty et al., 1993; Nabeshima et al.,
1993). Os somitos se formaram normal-
mente e foram compartimentalizados em
miótomo, esclerótomo e dermátomo, mas
os mioblastos deixaram de se diferenciar
em miofibras (Venuti et al, 1995).
MyoD e seus parentes parecem ser crí-
ticos para a remoção de mioblastos do ci-
clo celular. Conforme já mencionado,
mioblastos em divisão não se diferenciam.
Essa distinção entre divisão e diferencia-
ção é característica de vários tipos celula-
res derivados de populações de células
germinativas (Bischoff e Holtzer, 1969;
Holtzer et al., 1975). Parece haver duas
maneiras pelas quais o mioblasto se retira
do ciclo celular. O primeiro mecanismo é
inibir o caminho da divisão celular. Para
isso, a proteína MyoD induz a expressão
de p21, um inibidor de quinases depen-
dentes de ciclina (Figura 9.11; Halevy et
al., 1995). O segundo mecanismo envolve
a sub-regulação de seus receptores para
o fator de crescimento. Um dos principais
fatores de crescimento que promove a di-
visão das células mioblastos é o fator de
crescimento fibroblástico básico. O FGF2
promove divisão da célula mioblasto, ao
mesmo tempo que inibe a diferenciação
do mioblasto suprimindo a transcrição de
MyoD e myogenina (Vaidya et al., 1989;
Brunetti e Goldfine, 1990). Os receptores
FGF são perdidos quando o mioblasto se
diferencia em uma célula muscular (Olwin
e Hauschka, 1988; Moore et al., 1990).
Como são ativadas as proteínas da fa-
mília MyoD? Novos experimentos forne-
ceram as bases para algumas fascinantes
especulações. George-Weinstein e seus
colegas (1996) demonstraram que quan-
do epiblastos de galinha são isolados do
resto da gástrula e separados em células
individuais, essas células epiblastos se
tornam músculo. Além disso, os pesqui-
sadores acharam que o mRNA de MyoD
(e talvez a proteína) está presente nessas
células. Parece que células epiblastos têm
a capacidade “preferencial” de ficarem
comprometidas com os mioblastos, e que
*Isso significa que existe alguma redundância no desenvolvimento dos músculos esqueléticos.
Tal redundância já é do conhecimento dos embriologistas há longa data (Spemann, 1938), mas os
geneticistas a estão redescobrindo (para sua consternação, já que confunde a interpretação de tais
experimentos). Gould (1990) considera a redundância desenvolvimental essencial para evolução
ocorrer, já que um dos sócios redundantes fica livre para conseguir uma nova função enquanto o
outro sócio mantém a função original.
Figura 9.10Figura 9.10Figura 9.10Figura 9.10Figura 9.10
Comprometimento e diferenciação muscular mediada pela família MyoD de fatores de transcrição. (A) Papéis
postulados para proteínas miogênicas durante a formação do músculo esquelético no camundongo. (B)
Hibridização in situ indicando a ausência do mRNA myf5 no mesoderma paraxial não segmentado do
embrião. O lado esquerdo mostra fotografia sob o microscópio óptico da área. (C) Hibridização in situ
mostrando a presença do mRNA myf5 no miótomo do somito embrionário do camundongo. (A segundo
Rudnicki et al., 1993; fotografias cortesia de G. Lyons.)
(A)
Myf5
ou
MyoD Miogenina MRF4
Célula no somito Mioblasto Miotubo Miofibra
Mesoderma Paraxial Tubo neural Dermátomo Miótomo
(B) Células do sangue Notocorda (C)
CAPÍTULO 9 Mesoderma e Endoderma 351
é somente suas interações com outros
tipos de células que as previnem de se
tornarem músculos. Nesse caso, os fato-
res que promovem a miogênese (como as
proteínas Wnt) podem fazê-lo através da
repressão dos inibidores. Um desses ini-
bidores pode ser a proteína Twist. Essa
proteína é um ligante de DNA muito pare-
cido com MyoD. Porém, ela parece inibir
MyoD e outras proteínas ligadas aos pro-
motores de seus genes-alvo específicos
do músculo. O gene twist está original-
mente presente em todo o somito preco-
ce, mas em seguida se torna especifica-
mente ausente no miótomo (Spicer et al.,
1996). É possível que MyoD e outras pro-
teínas bHLH miogênicas já estejam pre-
sentes nas células epioblastos mas que
estejam proibidas de funcionar até que a
proteína twist fique sub-regulada. Essa
sub-regulação pode possivelmente vir
como um resultado da secreção da proteí-
na Wnt (pela epiderme ou tubo neural), que
poderia anular um efeito inibitório media-
do por Notch1.
Além das proteínas bHLH, outro fator
de transcrição, MEF2A, parece ser de im-
portância para o desenvolvimento muscu-
lar esquelético. MEF2A também induz fibro-
blastos a se tornarem músculos, e parece
cooperar com MyoD nos intensificadores
de genes específicos do músculo. Kaushal
e colegas (1994) especulam que MEF2A for-
nece especificidade adicional para a adesão
do MyoD de tal forma que MyoD não ative
inadvertidamente genes não musculares
que possuam seqüências de regulação ca-
pazes de ligar proteínas bHLH.
Osteogênese: O Desenvolvimento dos OssosOsteogênese: O Desenvolvimento dos OssosOsteogênese: O Desenvolvimento dos OssosOsteogênese: O Desenvolvimento dos OssosOsteogênese: O Desenvolvimento dos Ossos
Algumas das estruturas mais óbvias que derivam do mesoderma somítico são os
ossos. Neste capítulo descreveremos em linhas gerais os mecanismos da formação
dos ossos, e estudantes que gostariam de obter maiores detalhes podem fazê-lo ao
consultar livros de histologia os quais dedicam capítulos inteiros a esse tema. Existem
três linhagens que geram o esqueleto. O esclerótomo gera o esqueleto axial, o mesoderma
da placa lateral gera o esqueleto dos membros, e a crista neural craniana dá origem ao
arco branquial e os ossos craniofaciais e a cartilagem.* Existem dois modos principais
de formação dos ossos, ou osteogênese, e ambos envolvem a transformação de um
tecido mesenquimatoso préexistente no tecido ósseo. A conversão direta do tecido
mesenquimatoso em osso é chamada de ossificação intramembranosa. Isso ocorre
primeiramente nos ossos do crânio. Em outros casos, as células mesenquimatosas se
diferenciam em cartilagem, e essa cartilagem posteriormente é reposta pelo osso. Esse
processo pelo qual uma cartilagem intermediária é resposta por células ósseas é cha-
mada de ossificação endocondral.
OSSIFICAÇÃO INTRAMEMBRANOSA. Ossificação intramembranosa é o meio ca-
racterístico peloqual são formados os ossos chatos do crânio. Células mesenquima-
tosas derivadas da crista neural interagem com a matriz extracelular das células epiteliais
da cabeça para formar o osso. Se as células mesenquimatosas não contatam essa
matriz, não será formado osso algum (Tyler e Hall, 1977; Hall, 1988). Isso foi demons-
trado in vitro por Hall e colegas (1983), que isolaram células mesenquimatosas da
* O desenvolvimento da cartilagem craniofacial foi discutido no Capítulo 7 e será revisado no
Capítulo 23; o desenvolvimento dos membros será detalhado no Capítulo 18.
Figura 9.11Figura 9.11Figura 9.11Figura 9.11Figura 9.11
 Comutação entre proliferação e diferenciação.
(A) Condições favorecendo proliferação (como
quando há abundância de fatores de crescimen-
to de fibroblastos no meio) favorecem a conti-
nuada expressão da quinase 4 dependente de
ciclina. Essa quinase é capaz de reprimir a
expressão de MyoD. (B) Reciprocamente, uma
vez formada, o MyoD pode suprimir cdk4
através das ativação da proteína p21. Dessa
maneira, as células em divisão não se diferen-
ciarão e as células diferenciadas não se dividi-
rão. (Segundo Halevy et al., 1995.)
(A)
Proliferação Diferenciação
Ciclina D1 MyoD
Cdk4
p21
Ativação
Inibição
(B)
Proliferação Diferenciação
Ciclina D1 MyoD
Cdk4
p21
352 PARTE II Padrões de Desenvolvimento
cabeça e as colocaram em placas de cultura. Se nenhuma matriz extracelular estiver
presente na superfície dessas placas, as células permanecem mesenquimatosas. No
entanto, se células epiteliais da cabeça tivessem secretado primeiro uma matriz extra-
celular na superfície, as células se diferenciariam em células ósseas.
Os mecanismos responsáveis pela conversão de células mesenquimatosas em
células ósseas ainda é desconhecido, mas evidências recentes apontam para um gru-
po de moléculas em particular na junção epitélio-mesênquima. Proteínas
morfogenéticas do osso podem ser isoladas do osso adulto e injetadas em músculo
embrionário ou tecidos conjuntivos. Quando isso é realizado, a cartilagem se desen-
volve das células dentro desses tecidos e é posteriormente substituída pelas células
ósseas (Syftestad and Caplan, 1984; Urist et al., 1984; veja Capítulo 17).
Durante a osssificação intramembranosa, as células mesenquimatosas se prolife-
ram e se condensam em nodos compactos. Algumas dessas células se desenvolvem
em capilares, outras mudam sua forma para se tornar osteoblastos, células capazes de
secretar a matriz óssea. A matriz colágeno-proteoglicana secretada é capaz de aglome-
rar sais de cálcio, levados para essa região através dos capilares. Desse modo, a matriz
se torna calcificada. Na maioria dos casos, os osteoblastos são separados da região
de calcificação por uma camada de matriz pré-óssea (osteóide) secretada por eles.
Ocasionalmente, esses osteoblastos ficam presos na matriz calcificada e se tornam
osteócitos - células ósseas. Com a continuidade da calcificação, as espículas ósseas
se irradiam para fora do centro, que é onde começou a ossificação (Figura 9.12).
Ademais, a região inteira de espículas calcificadas fica rodeada por células mesenqui-
matosas compactas que formam o periósteo. As células da parte interna do periósteo
também se tornam osteoblastos e depositam matriz óssea em paralelo com àquela das
espículas já existentes. Dessa maneira, muitas camadas de osso são formadas.
OSSIFICAÇÃO ENDOCONDRAL. Ossificação endocondral envolve a formação de
tecido cartilaginoso de células mesenquimatosas agregadas e a subseqüente reposi-
ção desse tecido por osso (Horton, 1990). O tecido cartilaginoso é um modelo para o
osso que o sucede. Os componentes esqueléticos da coluna vertebral, a pélvis, e as
extremidades são primeiramente formados de cartilagem e posteriormente mudados
para osso. Esse processo notável coordena a condrogênese (produção de cartilagem)
com a osteogênese (crescimento do osso); os elementos esqueléticos estão simulta-
neamente suportando uma carga, crescendo em largura e respondendo a estresses
locais. As células que formam tecidos cartilaginosos expressam Scleraxis, um fator de
transcrição ao qual é atribuída a ativação de genes específicos da cartilagem (veja
Figura 9.13; Página de rosto; Cserjesi et al., 1995). Dessa maneira, a Scleraxis é expres-
sa nos esclerótomos, no mesênquima facial que forma os precursores cartilaginosos
Figura 9.12Figura 9.12Figura 9.12Figura 9.12Figura 9.12
Diagrama esquemático da ossificação mem-
branosa. (A) Células mesenquimatosas, pro-
vavelmente derivadas da crista neural, se con-
densam para produzir osteoblastos, que de-
positam matriz osteóide. Esses osteoblastos
ficam enfileirados ao longo da região
calcificada da matriz. Osteoblastos aprisiona-
dos dentro da matriz óssea tornam-se
osteócitos. (B) Espalhamento de espículas
ósseas do local da ossificação primária nos
ossos chatos do crânio de um embrião huma-
no de três meses. Os ossos mostrados em
negro são formados por ossificação endocon-
dral. (Segundo Langman, 1981.)
Osteoblastos
Matriz
osteóide
Osso
calcificado
Célula óssea
(osteócito)
Espículas do
osso parietal
Espículas do
osso frontal
(A) Mesênquima frouxo Osteoblastos (B)
CAPÍTULO 9 Mesoderma e Endoderma 353
do osso e no mesênquima do membro. Essa proteína se mantém ativa até a cartilagem
começar a ser substituída por tecido ósseo. [mesend2.html]
A formação da cartilagem pode ser dividida em três fases: proliferação do
mesênquima, condensação do mesênquima pré-cartilaginoso e diferenciação do
condrócito. A condrogênese é iniciada quando as células mesenquimatosas dividi-
das da pré-cartilagem começam a expressar proteínas da matriz extracelular causan-
do-as a se condensarem em nódulos. A N-caderina parece ser importante na inicia-
ção dessas condensações, e N-CAM também aparenta ser essencial para mantê-las
nessa situação (Oberlender e Tuan, 1994; Hall e Miyake, 1995). Uma vez condensadas,
as células se tornam condrócitos e começam a secretar proteoglicanos e colágenos
específicos do condrócito.*
Em humanos, os “ossos longos” dos brotos dos membros embrionários se formam
de células mesenquimatosas que formam nódulos nessa região que irão se transfor-
mar em ossos. Essas células se tornam condrócitos, e secretam a matriz extracelular da
cartilagem. As células mesenquimatosas em sua volta se tornam o periósteo (Figura
* Mutações que afetam a formação de nódulos freqüentemente causam anomalias nos membros.
Nas galinhas, as mutações talpid são caracterizadas pela duplicação e fusão dos membros. Isso, por
sua vez, descobriu-se, ter sido causado por condensações pré-condrogênicas anormalmente grandes.
Esses grandes nódulos são causados pelo excesso de adesividade das células mesenquimatosas nessas
condensações, e foi diretamente ligado a uma super expressão de N-CAM (Ede 1983; Chuong et al.,
1993). Em humanos, o gene SOX9 é expresso por condensações pré-cartilaginosas, e isso codifica
uma proteína ligante de DNA. As mutações do gene SOX9 causa displasia camptomelica, uma
doença rara do desenvolvimento esquelético, causando uma série de deformidades nos ossos do
corpo. A maioria dos bebês afetados morrem de parada respiratória devido a má-formação das
cartilagens traqueobronquiais e das costelas. (Wright et al., 1995).
(A) (B)
Figura 9.13Figura 9.13Figura 9.13Figura 9.13Figura 9.13
Localização da mensagem da scleraxis nos
locais de formação dos condrócitos. (A) Ex-
pressão de scleraxis em somitos de um em-
brião de camundongo de 12,5 dias. Essa seção
foi cortada tangencialmente, e o tubo neural
corre ao longo do eixo ântero-posterior. (B)
Seção através de um embrião de camundongo
de 11,5 dias onde transcrições de scleraxis são
vistas na cartilagem condensada do nariz e face
e nos precursores dos membros e costelas. (Se-
gundo Cserjesi et al., 1995; fotografias corte-
sia do Dr. E. Olson.)
354PARTE II Padrões de Desenvolvimento
9.14). Logo após o “modelo” cartilaginoso ser formado, as células na parte central do
modelo se tornam dramaticamente maiores e começam a secretar um tipo diferente de
matriz, que contém tipos diferentes de colágeno, mais fibronectina e menos inibidor de
protease. Essas células são os condrócitos hipertróficos. A sua matriz é mais suscep-
tível à invasão pelas células de vasos sangüíneos do periósteo. Um capilar do periósteo
invade, em seguida, o centro da haste da cartilagem previamente avascular. Com a
degradação da matriz da cartilagem, as células da cartilagem hipertrófica morrem, e
osteoblastos (células formadoras de ossos), transportados pelos vasos sangüíneos,
começam a secretar matriz óssea sobre a cartilagem parcialmente degradada (Hattori et
al.,1995). Finalmente toda a cartilagem é substituída por osso.
Como o centro do modelo da cartilagem é convertido em osso, é formada uma
frente de ossificação entre o osso recém-sintetizado e o restante da cartilagem. O lado
da cartilagem dessa frente contém a cartilagem hipertrófica que prepara a haste para a
invasão pelos vasos sangüíneos, e o lado do osso contém as células osteoblásticas
depositando a matriz óssea. Essa frente se espalha de dentro para fora em ambas as
direções a partir do centro, enquanto mais cartilagem se transforma em osso. Se isso
fosse tudo, no entanto, não existiria crescimento, e nossos ossos seriam somente do
tamanho do modelo cartilaginoso original. Porém, com a frente de ossificação se apro-
ximando dos finais do modelo cartilaginoso, os condrócitos próximos à frente de
ossificação se proliferam antes de sofrer hipertrofia. Isso estica a parte final cartilaginosa
do osso, fornecendo uma fonte para nova cartilagem. Essas regiões cartilaginosas no
final dos ossos longos são chamadas placas de crescimento epifisário. Essas placas
contêm três regiões: uma região de proliferação de condrócitos, uma região de
condrócitos maduros, e uma região de condrócitos hipertrofiados (Figura 9.15; Chen
et al.,1995). Como essa cartilagem se hipertrofia e a frente de ossificação se estende
mais adiante, a cartilagem remanescente na placa epifisária se prolifera. Essa cartila-
gem forma a área de crescimento do osso. Dessa maneira, o osso se mantém em
crescimento pela produção de novas células cartilaginosas que sofrem hipertrofia,
permitindo aos vasos sangüíneos entrarem, e morrem à medida que a matriz óssea é
Figura 9.14Figura 9.14Figura 9.14Figura 9.14Figura 9.14
Diagrama esquemático da ossificação endocon-
dral. (A,B) Células mesenquimatosas se con-
densam em nódulos cartilaginosos que formam
o modelo do osso. (C) Condrócitos no centro
da haste sofrem hipertrofia e alteram sua matriz
extracelular, permitindo a entrada de vasos
sangüíneos. (D,E) Vasos sangüíneos trazem
osteoblastos que se ligam à matriz cartilaginosa
em degeneração e deposita matriz óssea. (F-H)
Formação das placas de crescimento epipifisário
pelos condrócitos, que se proliferam antes de
hipertrofiar. Centros secundários de ossificação
também se formam quando vasos sangüíneos
penetram perto das extremidades do osso. (Se-
gundo Horton, 1990.)
Medula
óssea
Cartilagem epifisária
Mesênquima Cartilagem Condrócitos
hipertróficos
Osteoblastos
(osso) Vasos
sangüíneos
Condrócitos
proliferando
Placa de
cresci-
mento
Placa de
cresci-
mento
Osso
Centro de
ossificação
secundária
(F)(E)(D)(C)(B)(A)
(G)
(H)
CAPÍTULO 9 Mesoderma e Endoderma 355
depositada. Enquanto as placas de crescimento epifisário forem capazes de produzir
condrócitos o osso continua a crescer.
As placas de células de crescimento epifisário são muito sensíveis a hormônios, e
sua proliferação é estimulada pelo hormônio de crescimento e fatores de crescimento
semelhantes à insulina. Nilsson e colegas (1986) mostraram recentemente que
hormônios de crescimento estimulam a produção do fator I de crescimento semelhan-
te à insulina (IGF-I) nesses condrócitos e que esses condrócitos respondem a isso
proliferando-se. Quando eles adicionaram hormônio de crescimento à placa de cresci-
mento da tíbia de um camundongo jovem (que não conseguia fabricar o seu próprio
hormônio de crescimento porque suas hipófises haviam sido removidas), os hormônios
de crescimento estimularam a formação de IGF-I dos condrócitos na zona proliferativa
(veja Figura 9.15). A combinação de hormônios de crescimento e IGF-I parece fornecer
um sinal mitótico extremamente forte. Os pigmeus da floresta Ituri, no Zaire, têm níveis
normais de hormônios de crescimento e IGF-I até a puberdade. No entanto, na puber-
dade, os níveis de IGF-I nos pigmeus caem para aproximadamente um terço em compa-
ração com os de outros adolescentes. Parece que IGF-I é essencial para uma arrancada
normal no crescimento durante a puberdade (Merimee et al., 1987). Hormônios também
são responsáveis pela interrupção no crescimento. No final da puberdade, níveis eleva-
dos de estrógeno e testosterona fazem com que a cartilagem remanescente da placa
epifisária sofra hipertrofia. Essas células cartilaginosas crescem, morrem e são substitu-
ídas por ossos. Sem alguma cartilagem adicional, o crescimento desses ossos cessa.
A reposição de condrócitos por osteoblastos parece depender da mineralização
da matriz extracelular. Em embriões de galinha, a fonte de cálcio é o carbonato de
cálcio da casca do ovo, e durante o seu desenvolvimento, o sistema circulatório da
galinha transloca aproximadamente 120 mg de cálcio da casca do ovo para o esque-
leto (Tuan, 1987). Quando embriões de galinha são removidos de suas cascas no
terceiro dia e crescem em cultura sem a casca (em envelopes plásticos) durante o
restante do seu desenvolvimento, muito do esqueleto cartilaginoso deficiente em
cálcio não se desenvolve em tecido ósseo (Figura 9.16; Tuan e Lynch, 1983). Nos
mamíferos, o cálcio é transferido através da placenta e depositado na matriz pelos
Figura 9.15Figura 9.15Figura 9.15Figura 9.15Figura 9.15
Proliferação de células na placa epifisária em
resposta ao hormônio de crescimento. (A) Re-
gião cartilaginosa em um rato jovem tornado
deficiente em hormônio de crescimento pela
remoção de sua hipófise. (B) A mesma região
no rato após injeção de hormônio de cresci-
mento. (C) Cartilagem corada em regiões parti-
culares da placa de crescimento. (Fotografias
de I. Gersh, de Bloom e Fawcett, 1975: C de
Chen et al., 1995; cortesia de P. Goetinck.)
(A)
(B) (C)
Cartilagem
de reserva
Células
cartilaginosas
em proliferação
Zona de
condrócitos
maduros
Zona de
degeneração
e ossificação de
cartilagem
Osso calcificado
Hipertrofia e
calcificação das
células
cartilaginosas
356 PARTE II Padrões de Desenvolvimento
condrócitos. Já foi demonstrado que condrócitos hipertróficos mudam a respiração
de aeróbica para anaeróbica (Brighton e Hunt, 1974; Brighton, 1984), causando uma
diminuição no ATP celular e no emprego de uma via para energia mediada pela
fosfocreatina, tal como a usada em músculos esgotados de oxigênio (Shapiro et al.,
1992). Por algum mecanismo ainda desconhecido, imagina-se que essas mudanças
metabólicas resultem em depósito de cálcio na matriz extracelular, dentro de peque-
nas estruturas limitadas por membranas, conhecidas como vesículas da matriz
(Wuthier, 1982). Isso inicia o processo da calcificação e permite os osteoblastos
aderir e iniciar a formação do osso (Figura 9.17).
À medida que novo material ósseo é adicionado perifericamente da superfície
interna do periósteo, ocorre uma cavitação na região interna para formação da cavida-
de da medula óssea. Essa destruição de tecido ósseo é devida aos osteoclastos,
células multinucleadas que adentram o osso através dos vasos sangüíneos (Kahn e
Simmons, 1975; Manolagas e Jilka, 1995). Osteoclastos são provavelmente derivados
dos mesmos precursores que as células sangüíneas, e são responsáveispela dissolu-
ção de ambas porções da matriz do osso, a inorgânica e a proteína (Ash et al., 1980;
Blair et al., 1986). Os osteoclastos estendem numerosos processos celulares na matriz,
bombeando íons de hidrogênio oriundos do osteoclasto para o material em seu redor,
acidificando-o e solubilizando-o (Figura 9.18; Baron et al., 1985, 1986). Os vasos
sangüíneos também importam as células formadoras de sangue, que irão residir na
medula pelo resto da vida do organismo.
(A) (B)
Figura 9.16Figura 9.16Figura 9.16Figura 9.16Figura 9.16
Mineralização esquelética em um embrião de
pinto de 17 dias que se desenvolve (A) em
uma cultura sem casca e (B) dentro da casca
durante a incubação normal. Os embriões fo-
ram fixados e corados com vermelho de
Alizarina par mostrar a matriz calcificada. (de
Tuan e Lynch, 1983, cortesia de R. Tuan.)
Figura 9.17Figura 9.17Figura 9.17Figura 9.17Figura 9.17
Deposição de cálcio pelos condrócitos na região distal da zona hipertrófica. Cálcio (corado em
escuro nesta montagem de micrografia eletrônica) é colocado na matriz pelas células em cresci-
mento. (de Brighton e Hunt, 1974; cortesia de C. T. Brighton.)
Condrócitos
Cálcio na matriz
extracelular
CAPÍTULO 9 Mesoderma e Endoderma 357
ESCOBERTAS RECENTES de mu-
tações do desenvolvimento es-
quelético de seres humanos e murinos for-
neceram notáveis visões sobre como a di-
ferenciação, proliferação e padronização de
condrócitos são reguladas.
Receptores do Fator de Crescimento
Fibroblástico
A proliferação das células epifisárias das
células da placa de crescimento e da carti-
lagem facial pode ser interrompida pela
presença de fatores de crescimento fibro-
blástico (Deng et al., 1996; Webster e
Donoghue, 1996). Esses fatores parecem
instruir os precursores da cartilagem de
se diferenciarem em vez de se dividirem.
Em humanos, mutações nos receptores
para fatores de crescimento de fibroblas-
tos podem fazer com que esses recepto-
res se tornem prematuramente ativados.
Isso dá origem aos principais tipos de na-
nismo humano. A acondroplasia é uma
mutação dominante causada por muta-
ções na região transmembrana do recep-
tor 3 do fator de crescimento fibroblásti-
co (FGFR3). Aproximadamente 95% dos
anões acondroplásicos têm a mesma mu-
tação de FGFR3, uma substituição do par
de bases que converte glicina em arginina
na posição 380 na região transmembrana
da proteína. Além disso, mutações na por-
ção extracelular da proteína FGFR3 ou no
domínio da tirosina quinase intracelular
resultaram na displasia tanatofórica, uma
forma letal de nanismo que se parece com
a acondroplasia homozigota (Figura 9.19;
Bellus et al., 1995; Tavormina et al., 1995).
Mutações em FGFR1 podem causar a sín-
drome de Pfeiffer, caracterizada por de-
feitos nos membros e fusão prematura
das suturas cranianas (craniosinostose),
resultando em formas anormais do crâ-
nio e da face. Mutações diferentes em
FGFR2 podem originar várias anomalias
nos membros e/ou face (Park et al., 1995;
Wilkie et al., 1995). [cell7.html]
A matriz extracelular da cartilagem
também é crítica para a diferenciação e
organização apropriadas de condrócitos
da placa de crescimento. Mutações que
afetam o colágeno do tipo IV ou a
sulfatação de proteoglicanos da cartila-
gem podem causar severas anomalias
esqueléticas. Camundongos com defici-
ência de colágeno de tipo XI morrem ao
nascer com anormalidades nas cartila-
gens dos membros, mandíbula, costelas
e traquéia (Li et al., 1995). Falência em
adicionar grupos sulfato a glicoproteo-
glicanos da cartilagem causa displasia
distrófica, um nanismo humano caracte-
rizado por uma severa curvatura da espi-
nha, pé torto e lóbulos da orelha defor-
mados (Hästbacka et al., 1994).[cell6.html]
Receptores de Estrógeno
Hormônios também são conhecidos por ter
um efeito marcado sobre a epífise humana.
O surto de crescimento puberal e amadu-
recimento subseqüente da placa epifisária
Controle da Condrogênese na Placa de Crescimento
Informações adicionais Especulações&
D
(A) (B) (C)
Figura 9.18Figura 9.18Figura 9.18Figura 9.18Figura 9.18
Atividade osteoclástica na matriz óssea. (A) Micrografia eletrônica da membrana franzida de um
osteoclasto de pinto cultivado em uma matriz óssea reconstituída. (B) Seção da membrana
franzida corada para detectar presença de uma ATPase capaz de transportar íons de hidrogênio da
célula. A ATPase está restrita à membrana do processo celular. (C) Solubilização de componentes
inorgânicos e colagenosos da matriz (conforme medido pela liberação de [45Ca] e prolina [3H],
respectivamente) pelos 10.000 osteoclastos incubados sobre fragmentos ósseos marcados. (A e
C de Blair et al., 1986; B de Baron et al., 1986, cortesia dos autores.)
P
or
ce
nt
ag
em
 d
o 
os
so
 s
ol
ub
il
iz
ad
o
Tempo (horas)
[3H] Prolina
45Ca
358 PARTE II Padrões de Desenvolvimento
ainda possuía proliferação de condrócitos
aos 28 anos de idade. Sua “idade óssea” - a
quantidade de cartilagem epifisária que ha-
via retido - era aproximadamente a metade
de sua idade cronológica. Descobriu-se que
nessa pessoa não estava presente qualquer
receptor de estrógeno funcional. Portanto,
o estrógeno cumpre um papel na maturação
epifisária no sexo masculino tanto quanto
no feminino. Hormônios da tireóide e
hormônios relacionados à paratireóide tam-
bém são importantes na regulação da matu-
ração e no programa de hipertrofia da placa
de crescimento epifisário (Ballock e Reddi,
1994). Dessa forma, crianças com hipotireoi-
dismo são susceptíveis a desenvolver do-
enças da placa de crescimento.[limb3.html]
(i.e., a conversão de células em prolifera-
ção para cartilagem madura e osso) são
induzidas por hormônios sexuais (Kaplan
e Grumbach, 1990). Em condições de pu-
berdade precoce, existe uma arrancada no
crescimento inicial (tornando o indivíduo
mais alto do que o seu par), seguido pela
interrupção da divisão celular epifisária
(permitindo que seu par alcance e ultra-
passe o seu peso). Não se pensava que,
no sexo masculino, o estrógeno tivesse al-
guma participação nesses eventos. No en-
tanto, em 1994 Smith e colegas relataram o
caso verídico de um homem cujo cresci-
mento ainda era linear apesar de ter passa-
do por uma puberdade normal. Suas pla-
cas epifisárias não haviam maturado, e ele
Mesoderma da Placa Lateral
Nem todos os mantos mesodérmicos são organizados em somitos. Adjacente ao
mesoderma somítico está a região mesodérmica intermediária. Essa corda de célu-
las mesodérmicas se desenvolve no túbulo pronéfrico, que é precursor do rim e dos
dutos genitais. O desenvolvimento desses sistemas de órgãos será discutido em
detalhe nos Capítulos 17 e 19, respectivamente. Mais adiante lateralmente em cada
lado chegamos à placa mesodérmica lateral. Essas placas se dividiem horizontal-
mente em mesoderma (parietal) somático dorsal, abaixo do ectoderma e o mesoderma
(visceral) esplâncnico ventral, que se superpõe ao endoderma (veja Figura 9.2C).
Entre essas camadas está a cavidade corporal - o celoma - que se estende da futura
região do pescoço até a parte posterior do corpo. Mais tarde no desenvolvimento,
os celomas do lado direito e esquerdo se fundem e se dobram alongando-se do
Figura 9.19Figura 9.19Figura 9.19Figura 9.19Figura 9.19
Displasia óssea humana causada por mutações
dominantes ativadoras do receptor 3 do fator
de crescimento fibroblástico. (A) Displasia
tanatofórica, uma condição fatal caracterizada
por severo encurtamento das costelas e mem-
bros devido à cobertura das epífises por tecido
ósseo. A morte é devido a problemas respira-
tórios. (B) Fotografia por raios-X de um infan-
te nascido com displasia tanatofórica. (C) Se-
ção microscópica mostrando a desorganização
de uma epífise na displasia tanatofórica. Notar
a ausência de condrócitos em divisão. (de
Gilbert-Barness eOpitz, 1996.)
(A) (B) (C)
CAPÍTULO 9 Mesoderma e Endoderma 359
mesoderma somático, dividem o celoma em cavidades separadas. Nos mamíferos, o
celoma é subdividido em espaços pleural, pericardíaco e peritoneal, envolvendo o
tórax, coração e abdome, respectivamente. O mecanismo para a criação de somitos
mesodérmicos e revestimento corporais mudou pouco através da evolução dos
vertebrados, e o desenvolvimento do mesoderma da galinha pode ser comparado
com estágios similares nos embriões da rã (Figura 9.20).
Formação das Membranas Extra-EmbrionáriasFormação das Membranas Extra-EmbrionáriasFormação das Membranas Extra-EmbrionáriasFormação das Membranas Extra-EmbrionáriasFormação das Membranas Extra-Embrionárias
O desenvolvimento embrionário nos répteis, aves e mamíferos tomou uma nova dire-
ção. Os répteis desenvolveram um mecanismo para depositar ovos na terra seca,
dessa forma liberando-os para explorar nichos que não estavam tão perto das águas.
Para conseguir isso, o embrião produziu quatro conjuntos de membranas extra-em-
brionárias para mediá-lo com o ambiente, e mesmo que a maior parte dos mamíferos
tenha desenvolvido placentas ao invés de cascas, o padrão básico das membranas
extra-embrionárias permaneceu o mesmo. Em répteis, aves e mamíferos em desenvolvi-
mento, inicialmente não existe distinção entre domínios embrionários e extra-embrio-
nários. No entanto, como o corpo do embrião toma forma, o epitélio lateral se divide
desigualmente para criar dobras corporais, isolando o embrião do vitelo e delineando
quais áreas deverão ser embrionárias e quais extra-embrionárias (Miller et al., 1994).
Figura 9.20Figura 9.20Figura 9.20Figura 9.20Figura 9.20
Comparação entre o desenvolvimento meso-
dérmico em embriões de rã e pinto. (A) Em-
briões de rã em estágio de nêurula mostrando
desenvolvimento progressivo do mesoderma
e celoma. (B) Seção transversa de um em-
brião de pinto. (C) Quando o embrião de pin-
to é separado da sua enorme massa de vitelo,
parece uma nêurula anfíbia em estágio seme-
lhante. (A segundo Rugh, 1951; B e C segun-
do Patten, 1951.)
(A) EMBRIÃO DE RÃ
Placa neural Crista neural
Somito Tubo neural
Notocorda Mesoderma
somático
Celoma
Endoderma
Mesoderma
Esplâncnico
Intestino
médio
Mesoderma
da placa
lateral
(B) EMBRIÃO DO PINTO
Cortes para remoção do embrião
Intestino primitivo
Vitelo Rasgo Rasgo
( C ) PINTO “TRANSFORMADO” EM RÃ
Tubo neural
Somito
Celoma
Intestino
primitivo
Vitelo
EMBRIÂO DE PINTO
(removido do vitelo;
margens rejuntadas)
EMBRIÃO DE RÃ
360 PARTE II Padrões de Desenvolvimento
As dobras membranosas são formadas pela extensão do epitélio ectodérmico e
endodérmico escorado pelo mesoderma. A combinação de ectoderma e mesoderma,
freqüentemente referida como somatopleura, forma as membranas do âmnio e cório e
a combinação de endoderma e mesoderma - a esplancnopleura - forma o saco vitelínico
e a alantóide. Os tecidos endodérmicos e ectodérmicos agem como células epiteliais
funcionais; e o mesoderma gera o suprimento de sangue essencial para lá e para cá do
epitélio. A formação dessas dobras pode ser observada na Figura 9.21.
Figura 9.21Figura 9.21Figura 9.21Figura 9.21Figura 9.21
Desenho esquemático das membranas extra-
embrionárias do pinto. O embrião está corta-
do longitudinalmente e os revestimentos de
albumina e da casca não são mostrados. (A)
embrião de 2 dias. (B) Embrião de 3 dias. (C)
Diagrama esquemático detalhado da região
caudal (posterior) do embrião do pinto, mos-
trando a formação da alantóide. (D) Embrião
de 5 dias. (E) Um embrião de 9 dias. (Segun-
do Carlson, 1981.)
Membrana
alantóica
(A) (B)
Cabeça do embrião Celoma
extra-embrionário
Celoma
extra-embrionário
Dobra da
cabeça do âmnio EmbriãoDobra da cabeça do âmnio
Ectoderma Ectoderma Dobra caudal
do âmnio
Mesoderma somático Mesoderma somático
Mesoderma esplâncnicoMesoderma esplâncnico
Endoderma
Envoltório vitelínico Envoltório vitelínico
ViteloVitelo
Endoderma
(C)
Cório Cavidade amniótica
Ectoderma
Âmnio
Cavidade cório-amnióticaTubo neural
Notocorda
Aorta
Intestino médio
Mesênquima Intestino posterior
Endoderma
Mesoderma
Proctódeo
Esplâncnopleura
do saco vitelínico
Alantóide adentrando o
celoma extra-embrionárioInvaginação Alantóica
(D) (E)
Embrião Embrião
Membrana
alantóica
Âmnio
Intestino
Cavidade
amniótica
Cório
Vitelo
Alantóide
Intestino
Âmnio
Cavidade
amniótica
Cório
Vitelo
Saco vitelínico
CAPÍTULO 9 Mesoderma e Endoderma 361
O primeiro problema de um ovo vivendo na terra é a dessecação. Células embri-
onárias secariam rapidamente se não estivessem em um ambiente aquoso. Esse
ambiente é suprido pelo âmnio. As células dessa membrana secretam fluido amniótico;
assim, a embriogênese ainda acontece na água. Esse avanço evolucionário é tão
significativo e característico que répteis, aves e mamíferos estão agrupados como
vertebrados amnióticos.
O segundo problema desses ovos é a troca de gases. Essa troca é realizada pelo
cório, a membrana extra-embrionária mais externa. Nas aves e répteis, essa membrana
se adere à casca, permitindo a troca de gases entre o ovo e o ambiente. Nos mamíferos,
como havíamos dito, o cório evoluiu tornando-se placenta, que tem muitas funções
além da respiração.
A alantóide armazena resíduos urinários e media a troca de gases. Nos répteis e
aves, a alantóide se torna um grande saco, já que não existe outro modo para manter os
subprodutos do metabolismo do embrião em desenvolvimento. A camada mesodérmica
da membrana da alantóide freqüentemente alcança e se funde com a camada
mesodérmica do cório para criar a membrana corioalantóica. Esse envelope extrema-
mente vascularizado é crucial para o desenvolvimento da ave, e é o responsável pelo
transporte de cálcio da casca do ovo para o embrião para produção de ossos (Tuan,
1987). Nos mamíferos, o tamanho da alantóide depende do sucesso da remoção dos
resíduos de nitrogênio pela placenta coriônica. Em humanos a alantóide é um saco
vestigial; enquanto nos porcos é um órgão grande e importante.
O saco vitelínico é a primeira membrana extra-embrionária a ser formada, visto que
ele medeia a nutrição em aves e répteis em desenvolvimento. Ele é derivado de células
endodérmicas que crescem sobre o vitelo para englobá-lo. O saco vitelínico é conectado
ao intestino médio por um tubo aberto, o duto vitelínico, para que as paredes do saco
vitelínico e do intestino sejam contínuas. Os vasos sangüíneos dentro do mesoderma
da esplancnopleura transportam nutrientes do vitelo para o corpo, pois o vitelo não é
levado diretamente para o corpo através do duto vitelínico. Ao contrário, células
endodérmicais digerem a proteína em aminoácidos solúveis, que podem então ser
passados aos vasos sangüíneos envolvendo o saco vitelínico. Outros nutrientes,
incluindo vitaminas, íons e ácidos graxos são armazenados no saco vitelínico e trans-
portados pela circulação embrionária. Por esses caminhos, as quatro membranas ex-
tra-embrionárias permitem que o embrião se desenvolva em terra.
O CoraçãoO CoraçãoO CoraçãoO CoraçãoO Coração
O sistema circulatório é uma das grandes conquistas do mesoderma da placa lateral.
Consistindo de um coração, células sangüíneas e um intricado sistema de vasos san-
güíneos, o sistema circulatório fornece a nutrição para o embrião vertebrado em de-
senvolvimento. O sistema circulatório é a primeira unidade funcional no embrião em
desenvolvimento, e o coração é o primeiro órgão funcional. O coração vertebrado
surge de duas regiões do mesoderma esplâncnico que interagiu com tecido adjacente
para se tornar específico para o desenvolvimento do coração. Essas células
cardiogênicas migram para uma posição mediana ventral e se fundem para se tornar
um tubo simples de células musculares que se contraem. Esse coraçãotubular se
contorce formando uma estrutura em forma de S, com um único átrio e um único
ventrículo. Com a continuação do desenvolvimento, o ventrículo forma suas camadas
e se prolifera mais rapidamente que o átrio, os septos separam as câmaras do coração
e as válvulas se desenvolvem.
FUSÃO DOS RUDIMENTOS DO CORAÇÃO. Nos anfíbios, as duas prováveis
regiões formadoras do coração são inicialmente encontradas na posição mais an-
terior da manta mesodérmica. Enquanto o embrião está sofrendo neurulação, es-
sas duas regiões se juntam na região ventral do embrião para formar uma cavidade
pericardial comum. Nas aves e mamíferos, o coração também se desenvolve pela
362 PARTE II Padrões de Desenvolvimento
fusão de primórdios pareados, mas a fusão desses dois rudimentos ocorre muito
mais tardiamente no desenvolvimento. Nesses vertebrados amnióticos, o embrião
é um disco achatado, e o mesoderma da placa lateral não circunda completamente
o saco vitelínico. As prováveis células do coração se originam no sulco primitivo
precoce, um pouco posterior ao nódulo de Hensen e se estendem até cerca da
metade do seu comprimento (Figura 9.22A). Essas células migram através do sulco
e formam dois grupos de células mesodérmicas laterais ao (e no mesmo nível do)
nódulo de Hensen (Figura 9.22B; Garcia-Martinez e Schoenwolf, 1993). Quando o
embrião do pinto tiver somente 18 a 20 horas de idade, essas prováveis células do
coração se movem anteriormente entre o ectoderma e o endoderma em direção ao
meio do embrião, permanecendo em estreito contato com a superfície endodérmica
(Figura 9.22C; Linask e Lash, 1986). Quando as células alcançam a área onde o
intestino se estendeu até a região anterior do embrião, a migração cessa. O
direcionamento para essa migração parece ser fornecido pelo endoderma. Se o
endoderma da região cardíaca é girado com respeito ao resto do embrião, a migra-
ção das células mesodérmicas pré-cardíacas é invertida. Pensa-se que o compo-
nente endodérmico responsável por esse movimento é um gradiente ântero-pos-
terior de concentração da fibronectina. Anticorpos contra a fibronectina interrom-
pem a migração, enquanto anticorpos contra outros componentes da matriz extra-
celular não o fazem (Linask e Lash, 1988a,b).
Figura 9.22Figura 9.22Figura 9.22Figura 9.22Figura 9.22
Células formadoras do coração no embrião do pinto. (A) Origem de células cardíacas no embrião
precoce do pinto (estágio 3b). O padrão ântero-posterior geral do sulco primitivo é visto no
endocárdio e miocárdio do coração. (B) Modelo para a especificacão do mesoderma cardíaco.
Os caminhos da migração mesodérmica nas várias regiões do sulco primitivo estão representados
por setas. Sinais que induzem miogênese cardíaca estão representados por + , e inibidores da
indução cardíaca estão representados como - . O mesoderma migratório na região 1 não encontra
indutores ou repressores. Células migrando da região 3 encontram ambos. Somente células
migrando da região 2 encontram o indutor sem o inibidor. (C) Micrografia eletrônica de varredura
do mesoderma formador do coração no embrião de pinto de 24 horas. O mesoderma é facilmente
separado do ectoderma, mas permanece em íntima associação com o endoderma. (A segundo
Garcia-Martinez e Schoenwolf, 1993; B segundo Schultheiss et al., 1995; C de Linask e Lash,
1986, cortesia de K. Linask.)
(C)
Células se
tornam
notocordaAnterior (rostral)
Células se
tornam
coração
Tronco
arterioso
Nódulo de Hensen
Ventrículo
Bulbus cordis
Seio venoso
(A) Posterior (caudal)
µm
 d
is
ta
nt
e 
do
 n
ód
ul
o 
de
 H
en
se
n
(B)
+ = promotor de determinantes cardíacos
- = repressor de determinantes cardíacos
Ectoderma
Mesoderma
Endoderma
CAPÍTULO 9 Mesoderma e Endoderma 363
O endoderma também faz com que as células pré-cardíacas comecem seu desen-
volvimento como músculos do coração. O endoderma anterior pode fazer com que as
células mesodérmicas não cardíacas expressem proteínas específicas do coração tan-
to em aves como em anfíbios (Jacobson, 1961; Sugi e Lough, 1994; Nascone e Mercola,
1995; Schultheiss et al., 1995). Essa diferenciação ocorre independentemente nos dois
primórdios formadores do coração, um migrando ao encontro do outro. As presuntivas
células do coração de aves e mamíferos formam um tubo de parede dupla consistindo
de um endocárdio interior e um epimiocárdio exterior. O endocárdio formará o revesti-
mento interno do coração, e o revestimento externo formará a camada dos músculos
do coração que irão bombear por toda a vida do organismo.
Com a continuação da neurulação, o intestino anterior é fechado pelo dobramento
interno do mesoderma esplâncnico (Figura 9.23). Esse movimento junta os dois tubos,
finalmente unindo o epimiocárdio em um tubo único. Os dois endocárdios ficam em
uma câmara comum por um curto período, mas também irão se fundir. Nessa altura, a
dupla câmara celômica original se une para formar a cavidade do corpo que aloja o
coração. A origem bilateral do coração pode ser demonstrada através de intervenção
cirúrgica, prevenindo a fusão do mesoderma da placa lateral (Gräper, 1907; DeHaan,
1959). Isso resulta em uma condição chamada cárdia bífida, na qual um coração em
separado se forma em cada lado do corpo (Figura 9.24). A próxima etapa na formação
do coração é a fusão dos tubos endocárdicos para formação de uma única câmara de
bombeamento (veja Figura 9.23C,D). Essa fusão ocorre aproximadamente às 29 horas
do desenvolvimento das aves e na terceira semana da gestação humana. As partes
posteriores não fundidas do endocárdio se tornam as aberturas das veias vitelínicas
para o coração (Figura 9.25). Essas veias vão carregar nutrientes do saco vitelínico
para o seio venoso. O sangue então passa através de uma lâmina semelhante à válvula
de forma achatada, para a região atrial do coração. Contrações do tronco arterioso
aceleram o sangue para a aorta.
As pulsações do coração começam enquanto os primórdios pareados ainda estão
se fundindo. O marcapasso dessa contração é o seio venoso. Contrações começam
aqui e uma onda de contração muscular é então propagada até o coração tubular.
Desse modo, o coração pode bombear sangue mesmo antes do seu intricado sistema
de válvulas ter sido completado. As células musculares do coração têm na sua própria
herança a habilidade de contrair, e células do coração isoladas de um rato com 7 dias
ou de embriões de pintos, vão continuar a bater em placas de Petri (Harary e Farley,
1963; DeHaan, 1967). No embrião, essas contrações se tornam reguladas por estímu-
los elétricos procedentes da medula oblongata via nervo vago, e em 4 dias, o
eletrocardiograma de um embrião de pinto se aproxima daquele de um animal adulto.
FORMAÇÃO DAS CÂMARAS DO CORAÇÃO. Em um embrião de pinto de 3 dias ou
um embrião humano de 5 semanas, o coração é um tubo de duas câmaras, com um átrio
e um ventrículo. Em um embrião de pinto podemos observar a olho nu, o extraordinário
ciclo do sangue entrando na câmara de baixo e sendo bombeado para fora através da
aorta. A separação desse tubo em um átrio e um ventrículo distintos é completada
quando células do miocárdio produzem um fator (provavelmente o fator transforma-
dor de crescimento β3) que faz com que as células do endocárdio adjacente se des-
prendam e entrem na “gelatina cardíaca” rica em hialuronato situada entre as duas
camadas (Markwald et al., 1977; Potts et al., 1991). Nos seres humanos, essas células
causam a formação do colchão endocárdico que divide o tubo nos canais átrio-
ventriculares direito e esquerdo (Figura 9.26). Enquanto isso, o átrio primitivo é dividi-
do pelo crescimento de dois septos que crescem ventralmente em direção aos col-
chões endocárdicos. Os septos, no entanto, possuem orifícios para que o sangue
ainda possa atravessá-los. Esse atravessar do sangue é necessário para a sobrevivên-
cia do feto antes

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