Biologia do Desenvolvimento: História e Objetivos

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Biologia  do  Desenvolvimento	
História  e  Conceitos  Básicos	
Prof.  Pedro  Vale  de  Azevedo  Brito	
Desenvolvimento:  	
	
Processo  lento  e  progressivo  de  mudanças  que  levam  a  uma  única  célula  se  
transformar  em  um  organismo  multicelular	
Biologia  do  
Desenvolvimento	
Embriologia	
 x	
As  duas  ciências  lidam  com  um  dos  fenômenos  mais  complexos  da  natureza	
A  Biologia  do  Desenvolvimento  possui  dois  objetivos  principais:	
1)  Entender  como  se  origina  a  diversidade  celular	
2)  Entender  como  uma  geração  consegue  dar  continuidade  a  outra	
Isso  pode  ser  desmembrado  em  6  outras  questões:	
1)  Diferenciação:  Como  uma  célula  dá  origem  a  centenas  de  tipos  celulares  diferentes,  
todos  com  o  mesmo  genoma?	
2)  Morfogênese:  Como  as  células  se  organizam  em  órgãos  que  se  posicionam  sempre  
da  mesma  maneira?	
3)  Crescimento:  Como  nossas  células  sabem  o  momento  exato  para  pararem  de  se  dividir?	
4)  Reprodução:  Como  são  transmitidas  as  informações  nos  núcleos  e  citoplasma  dos  
gametas?	
5)  Evolução:  Como  as  mudanças  no  desenvolvimento  originam  diferentes  formas  
corporais?	
6)  Ambiente:  Como  o  ambiente  influencia  o  desenvolvimento  de  um  organismo?	
Existem  três  abordagens  para  
se  estudar  a  Biologia  do  
Desenvolvimento:	
1)  Morfológica	
2)  Molecular	
3)  Evolutiva	
Origens  da  Biologia  do  Desenvolvimento	
-­‐‑Hipócrates,  Grécia,  séc.  V  a.C.:  tentou  explicar  o  desenvolvimento  
em  termos  de  princípio  de  calor,  umidade  e  solidificação.	
Aristóteles,  	
Grécia,  séc.  IV  a.C.	
Pré-­‐‑formismo:  tudo  estaria  pronto  desde  o  
início  e  apenas  torna-­‐‑se  maior  com  o  
desenvolvimento.	
Epigênese:  novas  estruturas  surgiriam  
progressivamente	
Origens  da  Biologia  do  Desenvolvimento	
-­‐‑  Até  o  séc.  XVII  a  epigênese  foi  a  corrente  mais  aceita	
-­‐‑  A  partir  do  séc.  XVII  o  preformismo  ganhou  força  novamente	
Nos  estágios  iniciais  as  partes  são  tão  pequenas  que  não  
podem  ser  observadas  nem  com  o  melhor  microscópio	
O  Espermatozoide  continha  o  embrião,  alguns  
chegavam  a  afirmar  que  era  possível  ver  o  homúnculo	
Marcelo  Malpighi	
Teoria  Celular	
Entre  1820  e  1880  pelo  botânico  Mathias  Schleiden  e  pelo  fisiologista  Theoder  Schwann	
Organismos  vivos  são  constituídos  por  células,  que  são  a  unidade  básica  da  vida  e  
surgem  somente  por  divisão  de  outras  células	
O  Desenvolvimento  não  pode  ser  baseado  na  pre-­‐‑formação,  
devendo  assim,  ser  epigenético	
Teoria  Celular	
No  séc.  XIX,  Weismann  distinguiu  células  germinativas  de  células  somáticas	
Os  decendentes  não  herdam  características  provenientes  do  corpo,  apenas  
das  células  germinativas	
“Uma  galinha  é  apenas  um  modo  de  um  ovo  fazer  outro  ovo”	
Como  as  células  originadas  do  zigoto  tornam-­‐‑se  diferentes  umas  das  outras?	
Weismann	
 Determinantes  Nucleares	
Modelo  em  Mosaico	
Como  as  células  originadas  do  zigoto  tornam-­‐‑se  diferentes  umas  das  outras?	
Em  1880,  Wilhelm  fez  um  experimento  que  “confirmava”  a  teoria  de  Weismann	
Como  as  células  originadas  do  zigoto  tornam-­‐‑se  diferentes  umas  das  outras?	
Hans  Driesch  repetiu  o  experimento  com  ouriço  do  mar,  mas…	
Regulação:   Capacidade   do   embrião   de   desenvolver-­‐‑se   normalmente,  
mesmo  que  algumas  partes  sejam  removidas	
Organizador	
1924  –  Hans  Spemann  e  Hilde  Mangold  faziam  experimentos  de  transplante  entre  
	
        embriões  de  anfíbios	
Spemann e Mangold, 1924 
Teste:  Transplante  do  lábio  dorsal  do  blastóporo	
Resultado:  Desenvolvimento  de  dois  eixos  embrionários	
Organizador	
Lábio  dorsal  do  blastóporo  =  Organizador  de  Spemann	
Possui  capacidade  indutiva	
Indução:  Uma  célula  ou  tecido  influencia  o  desenvolvimento  de  outra  
célula  ou  tecido  vizinho	
Genética	
-­‐‑  Durante  grande  parte  do  séc.  XX  havia  pouca  conexão  entre  genética  e  Biologia  
do  Desenvolvimento	
-­‐‑  1900  –  Redescoberta  das  leis  de  Mendel  –  grande  interesse  pelos  mecanismos  de  
herança	
-­‐‑  1909  –  Wilhelm  fez  a  primeira  distinção  entre  genótipo  e  fenótipo	
Processo  de  Desenvolvimento  =  como  a  informação  genética  é  expressa  
	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
durante  o  desenvolvimento	
-­‐‑1940  –  Os  genes  codificam  proteínas	
-­‐‑1960  –  Os  genes  codificam  proteínas  que  regulam  outros  genes	
Xenopus Laevis Mus musculus 
Gallus gallus 
Danio rerio 
ORGANISMOS	
  MODELO	
  -­‐	
  vertebrados	
  
ORGANISMOS	
  MODELO	
  -­‐	
  invertebrados	
  
Drosophila melanogaster 
Caenorhabditis elegans 
Como  identificar  genes  que  afetam  o  desenvolvimento?	
Inicialmente  estudaram-­‐‑se  mutações  naturais  	
Mutações   dominantes:   Mais   fáceis   de   se   identificar,   desde   que   não   sejam  
incompatíveis  com  a  vida  nos  estágios  iniciais  do  desenvolvimento	
Mutações  recessivas:  São  necessários  cruzamentos  cuidadosos  para  a  obtenção  de  
homozigotos	
Como  identificar  genes  que  afetam  o  desenvolvimento?	
Conceitos  Importantes:	
-­‐‑São  5  processos  que  muitas  vezes  se  sobrepõe  e  se  complementam  	
1)  Clivagem:  Divisão  do  ovo  fecundado  em  uma  grande  quantidade  de  células  sem  
ocorrer  o  crescimento  celular	
Conceitos  Importantes:	
2)  Formação  de  Padrão:  Diferentes  estratégias,  em  diferentes  organismos,  que  levam  
ao  desenvolvimento  de  uma  estrutura	
Estabelecimento  do  plano  corporal	
Eixo  antero-­‐‑posterior	
Eixo  dorso-­‐‑ventral	
Formação  dos  folhetos  germinativos	
Conceitos  Importantes:	
3)  Morfogênese:  Mudança  na  forma  tridimensional  do  embrião	
Conceitos  Importantes:	
4)  Diferenciação  Celular:  Em  humanos  o  ovo  fecundado  origina  pelo  menos  250  tipos  
celulares  distinguíveis	
Conceitos  Importantes:	
5)  Crescimento:  Multiplicação  celular,  produção  de  matriz  extracelular.	
No  desenvolvimento  o  padrão  é  estabelecido  muito  cedo,  nos  estágios  iniciais	
Genes  controlam  o  comportamento  Celular	
Muito  do  que  uma  célula  é  capaz  de  fazer  depende  das  
proteínas  que  ela  possui	
-­‐‑  Proteínas  contráteis	
-­‐‑  Proteínas  transportadoras	
Muitos  
pontos  de  
Regulação	
-­‐‑  Processamento  pós  traducional	
-­‐‑  Splicing  alternativo	
-­‐‑  Micro  RNAs	
Genes  envolvidos  exclusivamente  no  desenvolvimento	
Drosophila  –  60	
C.  elegans  -­‐‑  50	
Ao  menos  1722  genes  estão  envolvidos  no  desenvolvimento  de  C.  elegans	
Determinação  x  Especificação	
Indução	
Sinais  provenientes  de  um  grupo  de  células  pode  influenciar  um  grupo  de  
células  adjacentes	
Existem  3  modos  principais  
como  um  sinal  pode  passar  
de  célula  a  célula	
Indução	
Indução  Permissiva:  A  célula  responde  apenas  quando  um  determinado  nível  de  
	
 	
 	
 	
 	
    sinal  é  alcançado	
Indução  Instrutiva:  A  célula  responde  de  forma  diferenciada  a  diferentes  
	
 	
 	
 	
 	
níveis  de  sinal	
Células  Competentes:  Células  capazes  de  responder  a  um  estímulo	
Morfógenos	
Inibição  Lateral	
Biologia  do  Desenvolvimento	
Gametogênese	
Prof.  Pedro  Vale  de  Azevedo  Brito	
Meiose	
Importância...	
Resumo	
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Complexo  Sinaptonêmico	
Meiose	
Presença  de  Coesina  na  Meiose	
Quiasma	
Meiose	
Modificações	
Espécies  partenogenéticas  –  Apenas  fêmeas	
-­‐‑  Fusão  do  corpúsculo  polar  com  o  ovo;	
-­‐‑  Duplicação  do  DNA  antes  da  meiose;	
-­‐‑  Duas  mitoses  no  lugar  de  uma  meiose	
Machos  haplóides  -­‐‑  Hymenoptera	
Primeira  divisão  meiótica  sem  separação  de  cromossomos	
Gametogênese	
A  gametogênese  é  mais  do  que  simplesmente  a  realização  de  uma  meiose	
-­‐‑  Diferenciação  entre  espermatozoide  e  ovo;	
-­‐‑  Estoque  de  nutrientes;	
-­‐‑  Desenvolvimento  de  estruturas  especializadas	
Espermatozoides	
Diferentes  configurações  de  espermatozoides	
Roedor	
Miroculis  sp.	
Drosophila	
Espermatozoides	
Plano  Básico  de  um  Espermatozoide	
Espermatogênese	
Em  humanos  a  espermatogênese  dura  65  dias	
Em  ratos  dura  34,5  dias	
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Espermiogênese	
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A  ovogênese  pode  variar  muito  de  espécie  para  espécie	
	
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