aula 15 _organogenese

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Biologia do desenvolvimento
Biomedicina - ICB/UFG
2013/1
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Órgãos e estruturas
Fase em que o embrião se torna um organismo completamente funcional, capaz de sobreviver independentemente.
Mecanismos celulares são essencialmente similares àqueles dos estágios iniciais do desenvolvimento.
Tempo e espaço diferentes.
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Modelos
Formação de padrão
Especificação informação posicional
Indução 
Mudança de forma
Diferenciação celular
Membros de galinha
Rins - padronização epitelial e morfogênese
Apêndice de insetos (pernas e asas)‏
Olhos compostos (Drosophila)‏
Vulva nematódeos
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Membros de galinhas
Modelo: interações celulares no interior de uma estrutura e elucidação do papel da sinalização intercelular.
3º dia após postura: rudimentos dos membros, eixo corporal estabelecido.
10º dia: principais características dos membros (elementos cartilaginosos, músculos, tendões estruturas superficiais derivadas da epiderme).
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Membros de galinhas
Rudimento com células mesodérmicas mesenquimais e ectodérmicas epiteliais = zona de progresso (células indiferenciadas) e prega ectodérmica apical.
Zona de progresso: extremidade do rudimento do membro com células indiferenciadas que dividem e proliferam.
Crescimento do rudimento = células diferenciam e estruturas cartilaginosas aparecem no mesênquima.
Região mais próxima do corpo: mais diferenciada. Segue diferenciação distalmente.
Cartilagem (1ª diferenciação) = compactação de grupos de células (condensação) seqüência próximo-distal = úmero, rádio, ulna, pulso e dígitos.
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Membros de galinhas
Diferenciação da cartilagem:
Compactação crescente de células (condensação).
Elementos em seqüência: próximo-distal = úmero, rádio, ulna, pulso e dígitos.
Fase mais tardia do crescimento: elementos cartilaginosos substituídos por ossos. Nervos aparecem depois da formação da cartilagem.
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Padronização em um membro depende de interações célula-célula e envolve informação posicional.
Rudimento de membro inicial: 
 - capacidade de regulação (remoção não altera o padrão final), 
 - exceto regiões organizadoras: 
 a) prega ectodérmica apical na extremidade do membro (espessamento da ectoderme) e 
 b) região da margem posterior do mesênquima ou zona polarizadora ou de atividade polarizadora (ZPA).
Distinção e interpretação do valor posicional.
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O futuro desenvolvimento das células dos membros é determinado pelas posições em relação aos eixos principais, enquanto elas estão na zona de progresso.
Zona de progresso: extremidade do rudimento do membro com células indiferenciadas que dividem e proliferam.
Mecanismo temporal influencia a posição das células ao longo do eixo próximo-distal.
Padronização ao longo do eixo ântero-posterior especificada por sinais que originam na região polarizadora. 
Padronização do eixo dorso-ventral: sinal da ectoderme. 
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Informação posicional envolve distinção entre especificação, seguida de interpretação posicional:
 1º adquire informação posicional
 
 2º interpreta valores posicionais, de acordo com genética e história de desenvolvimento 
 faz com que asas e pernas sejam diferentes. 
(?) Único campo posicional tridimensional controlando desenvolvimento das células que darão origem aos elementos cartilagem, músculo e tendões.
Especificação dos três eixos: integração através de sinais moleculares.
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Padronização em um membro depende de interações célula-célula.
Distinção e interpretação do valor posicional.
Prega ectodérmica induz a zona de progresso (adquire informação posicional) e, que induz o crescimento inicial.
* Prega ectodérmica: células colunares compactadas com junções gap.
* Genes envolvidos radical fringe. 
* Essencial para crescimento e padronização próximo-distal do membro. 
* Compactação: resistência mecânica.
* Estabelecimento da zona de progresso: diminui a proliferação celular.
* Remoção da prega: quanto mais cedo, maior o efeito na formação do membro.
A padronização ao longo do eixo ântero-posterior é especificada por sinais da ectoderme sobrejacente.
Sinal da prega: Fator de crescimento de fibroblastos (FGF-4 e FGF-8).
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Prega ectodérmica apical essencial:
crescimento;
Padronização próximo-distal 
# remoção da prega: falta partes distais e redução no crescimento.
 - estágio mais inicial: maior efeito.
 - estágio mais tardio: perda de partes distais dos dígitos.
* Sinal na prega: proteínas da família do fator de crescimento de fibroblastos (FGF).
Devido influencia na zona de progresso subjacente.
Quando todos elementos do membro estão formados a prega desaparece: (?) zona de progresso não envia mais sinais de manutenção.
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A região polarizadora especifica posição ao longo do eixo ântero-posterior.
Especificação pela região polarizadora: produção de morfógeno difusível.
Gene Sonic hedgehog é expresso na região polarizadora do membro. Também nos somitos e tubo neural.
Experimentos: 
 * região polarizada enxertada: altera destino: 
 a) fibroblastos de galinha transfectados com retrovírus contendo gene Sonic hedgehog adquirem propriedades de uma região polarizadora. 
 b) partículas embebidas na proteína Sonic hedgehog por 24h, ocorre a especificação de dígitos adicionais.
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Experimentos: 
 * região polarizada enxertada: altera destino de desenvolvimento de células na região anterior do receptor:
Ocorre o alagarmento em resposta ao enxerto polarizador;
Aumento da extensão da prega ectodérmica apical;
Velocidade de divisão celular aumentada:
 - produção de morfógeno disfusível,
 - [ ] morfógeno especificando posição celular.
Moléculas envolvidas: fatores de crescimento BMP-2, BMP-4, ácido retinóico e FGF-4.
Humanos: polidactilia = Sonic hedgehog humanos ou mutações nos genes Hox.
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Mecanismo temporal especifica a posição ao longo do eixo próximo-distal: a medida que o membro cresce, as células deixam continuamente a zona de progresso (células que deixam em primeiro lugar desenvolvem-se no úmero, e as últimas nos dígitos).
Experimentos: irradiação X bloqueia a proliferação na zona de progresso: estruturas proximais ausentes ou estruturas distais presentes e quase normais.
Eixo dorso-ventral: controlado pela ectoderme. Grandes penas, músculos, tendões, dígitos, palmas (sem pêlo ao contrário das superfícies dorsais).
Genes Wnt-7a e engrailed expressos na ectoderme.
Mutantes Wnt-7a: ausência de dígitos posteriores.
Wnt-7a induz expressão de Lmx-1: codifica um fator de transcrição que especifica o padrão dorsal na mesoderme. 
Interação entre os sinais Wnt-7a, FGF-4 e Sonic hedgehog: desenvolvimento ao longo dos três eixos.
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Diferentes interpretações dos mesmos sinais originam diferentes membros:
Sinais de diferentes regiões polarizadoras são os mesmos, assim como os sinais de diferentes pregas apicais. 
A diferença nas estruturas formadas pelos membros é conseqüência de como os sinais são interpretados e dependem da constituição genética e da história de desenvolvimento das células respondedoras.
Diferença membros homólogos de diferentes vertebrados refletem as diferenças na ativação dos genes que controlam a interpretação da informação posicional. 
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Genes Hox envolvidos no registro da informação posicional.
Processo dinâmico de ativação gênica: padrão espacial e temporal.
Genes Hox de vertebrados: eixo ântero-posterior e confere valores posicionais nos membros. 
 - Hoxa e Hoxd (membros anteriores). 
 - Hoxb e Hoxc (membros posteriores).
Humanos:
Mutação no gene Hoxd13 : polidactilia e fusão dos dígitos.
Mutação no Hoxa 13 resulta redução dos dígitos anteriores e posteriores.
Experimentos:
Deleção: Hoxa 11 e Hoxd
11: ausência de rádio e ulna,
Superexpressão Hoxa 13: rádio e ulna reduzidos.
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Outros mecanismos envolvidos no desenvolvimento do padrão de elementos cartilaginosos ao longo do eixo ântero-posterior:
Mecanismo de auto-organização, mesmo na ausência de uma região polarizadora os elementos são formados. 
Mecanismo que gera um pré-padrão de elementos cartilaginosos equivalentes (mecanismo de reação-difusão: haveria picos de algum morfógeno).
Polidactilia em humanos: reação-difusão (???)‏
Padrões de pigmentação (listras e manchas: peixes, zebras, leopardos): reação-difusão
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Mecanismo de auto-organização, mesmo na ausência de uma região polarizadora os elementos são formados. 
Mecanismo de reação-difusão: haveria picos de algum morfógeno.
Ativação de molécula estimularia a sua própria síntese e a síntese de molécula inibidora, que inibirá a síntese do ativador. Ocorre um tipo de inibição lateral, confinando a síntese do ativador a única região.
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Tecido conjuntivo padroniza a musculatura dos membros:
Células que originam músculos migram para rudimento de membro a partir dos somitos num estágio muito inicial.
Após migração, as futuras células musculares multiplicam-se e formam blocos dorsal e ventral de músculo presuntivo. Eles se dividirão, formando massas musculares finais.
Células musculares presumíveis, inicialmente, não adquirem valores posicionais e são todas equivalentes. 
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Tecido conjuntivo padroniza a musculatura dos membros:
Células musculares presumíveis, inicialmente, não adquirem valores posicionais e são todas equivalentes. 
Mecanismo padronização do músculo: baseado em propriedades de superfície ou adesão do tecido conjuntivo prospectivo.
O padrão muscular: determinado pelo padrão do tecido conjuntivo associado aos músculos. Variando com o tempo, no padrão de tecido conjuntivo as células musculares presumíveis migrariam para novos sítios, resultando na separação das massas musculares. 
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O desenvolvimento inicial de cartilagens, músculos e tendões é autônomo: cada em desses elementos desenvolve-se na sua posição definitiva com pouca interação entre eles.
Apoptose: separação dos dígitos.
BMP-4: bloqueio dos receptores: a apoptose não ocorre e dígitos ficam unidos por membranas interdigitais.
Apoptose: outras regiões do membro em desenvolvimento: rádio e ulna.
Anfíbios: separação dos dígitos não resulta da apoptose, e sim de um crescimento maior dos dígitos do que da região interdigital.
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Rins, pulmões, pele, vasos sangüíneos, glândulas mamárias: organização tecidual em epitélios.
Células nos epitélios aderem-se umas as outras formando uma lâmina com única camada (endotélio em capilares e túbulos renais) ou múltiplas camadas (pele).
Característica comum dos epitélios: separação do tecido subjacente por uma lâmina basal de matriz extracelular. 
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Indução (interações indutivas mútuas): envolvida no desenvolvimento do rudimento uretérico e dos túbulos mesenquimais.
Indução e transição de mesênquima para epitélio: mecanismos para a formação de túbulos renais.
Fator de transcrição WT 1: torna o mesênquima capaz de responder a indução. Mutações no gene WT 1: associadas com câncer renal infantil (tumor de Wilm). 
Desenvolvimento do rudimento uretérico e do mesênquima depende de interações indutivas mútuas. Na ausência de um ou outro rudimento, esses órgãos não se desenvolvem.
Prováveis indutores renais: Fator neurotrófico derivado da glia (GDNF) e fator de crescimento de hepatócitos. 
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Prováveis indutores renais: Fator neurotrófico derivado da glia (GDNF) e fator de crescimento de hepatócitos. 
Experimentos:
 * Mutações ativam GDNF ou Ret (receptor do GDNF): resulta na ausência de crescimento do rudimento uretérico.
Sinais indutores do mesênquima: fator de crescimento de fibroblastos-2, BMP-7 , Wnt-4, Pax-2, WT1.
 
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Sinais indutores do mesênquima: fator de crescimento de fibroblastos-2, BMP-7 , Wnt-4, Pax-2, WT1.
Expressão de WT1 condensa células mesênquimais, que sintetizam uma glicoproteína de matriz (sindecana) nas superfícies.
Forma-se agregados celulares distintos, e as células tornam-se polarizadas e adquirem um caráter epitelial.
Cada agregado forma um tubo em S, que se alonga e diferencia-se formando uma unidade funcional de um túbulo renal e um glomérulo.
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Sinais indutores do mesênquima: fator de crescimento de fibroblastos-2, BMP-7 , Wnt-4, Pax-2, WT1.
Cada agregado forma um tubo em S, que se alonga e diferencia-se formando uma unidade funcional de um túbulo renal e um glomérulo.
Durante a transição, a composição da matriz extracelular secretada pelas células muda: 
 a) o colágeno I mesenquimal é substituído por proteínas da lâmina basal (colágeno IV e laminina, geralmente secretadas por células epiteliais),
 b) Alteram-se as moléculas de adesão: N-CAM (expressa por células mesênquimais ) é substituída pela E-caderina (expressa por células epiteliais).
 c) Integrinas são envolvidas nas interações epitélio-mesênquima.
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 "A humildade de coração não exige que te humilhes. Mas que te abras. É o segredo das permutas. Somente então poderás dar e receber."
S. Exupéry