Desenvolvimento Neural Embriológico

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20/09/2013
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Anatomical aspects of early neural development
What determines rostral-caudal 
patterning?
Nature Reviews Neuroscience 2, 99-108 (February 2001)
O que gera a diversidade neuronal? Quais as semelhanças entre
EMBRYOGÊNESE Diferenciação neural de células-tronco
EctodermaEpiblasto Neurectoderma Progenitores neurais
Aspectos anatômicos da diferenciação embrionária inicial
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Indução DiferenciaçãoPadronização
EctodermaEpiblasto Neurectoderma Progenitores neurais
Ectoderma
EpidermalEpidermal Neural
Rostral-caudal Dorso-ventral
NeuralNeural
Neural
Proliferação Diferenciação
Neural
In
du
çã
o
Pa
dr
o
n
iza
çã
o
1. A gastrulação de anfíbios começa no lábio do blastóporo dorsal
2. O lábio do blastóporo dorsal formará a NOTOCORDA 
D
V
D
V
Donor embryo Host embryo
"Über Induktion von Embryonalanlagen durch Implantation artfremder Organisatoren", Hans Spemann and Hilde
Mangold Archiv für Mikroskopische Anatomie und Entwicklungsmechanik, 100: 599-638, 1924.
Duplicação do lábio do blastóporo dorsal 
gera um segundo sistema nervoso.
Spemman and Mangold, 1924
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O que é que o lábio do 
blastóporo dorsal secreta
que pode induzir 
diferenciação neural no 
ectoderma? 
O lábio do blastóporo dorsal produz inibidores de BMP como 
Chordin, Noggin e Follistatin. 
NOGGINCHORDIN
Os inibidores de BMP se ligam a BMP no meio extracelular e 
inibem a interação ligante-receptor. 
Development October 15, 2003 vol. 130 no. 20 4975-4988 
Superexpressão de inibidores de BMP induzem um segundo eixo 
neural. 
O que é que o lábio do 
blastóporo dorsal secreta
que pode induzir 
diferenciação neural no 
ectoderma? 
Inibidores de BMP
SE inibição do BMP induz destino neural
BM
P
Epidermal
Neural
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4
B
M
P
Epidermal
Neural
ENTÃO BMP induz destino epidermal
BMP4
NEURAL
Dorsal Ectoderm
Cement Gland
Anterior ectoderm
EPIDERMAL
Ventral Ectoderm
Aumentar as concentrações de BMP
Aumentam expressão de genes EPIDERMAIS e 
diminuem expressão de genes NEURAIS.
Efeito de gradiente 
morfogenético
Wilson PA, Lagna G, Suzuki A, Hemmati-Brivanlou A 
Development. 1997 Aug;124(16):3177-84.
O potencial de cada célula é indefinido
A posição de cada célula em relação a 
fonte de morfógeno
é interpretada em programas de 
diferenciação distintos
Gradiente morfogenético
B
M
P
Epidermal
Neural
SE BMP induz epidermal
Epidermal
Neural
ENTÂO ausência de sinal deve favorecer a 
diferenciação neural
mRNA para receptor 
dominante negativo
de BMP (pg) Normal Duplicação
0 88% 0
20 52% 27%
200 7% 76%
Suzuki et al. 1994 Proc Natl Acad Sci U S A. 1994 Oct 25;91(22):10255-9.
Remoção da via de sinalização de BMP>> neural
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Ectoderma Anterior
Ectoderma Epitelial
Dispersão de células do ectoderma (reduz sinalização
autócrina e parácrina) induz genes NEURAIS
NEURAL
Dorsal Ectoderm
Cement Gland
Anterior ectoderm
EPIDERMAL
Ventral Ectoderm
Wilson PA, Lagna G, Suzuki A, Hemmati-Brivanlou A Development. 1997 Aug;124(16):3177-84.
Munoz-Sanjuan I, Brivanlou AH Nat Rev Neurosci. 2002 Apr;3(4):271-80.
Epidermal
Neural
ENTÃO ausência de qualquer sinal favorece NEURAL
Modelo de diferenciação neural por default 
Redução da densidade de células tronco aumenta a expressão 
de genes neuraisof neural markers. 
Evidence for the “default neural state”
Tropepe, V. et al., 2001. Neuron, 30(1), pp.65–78.
Ne
ur
al
m
ar
ke
rs
Pl
u
riip
o
te
n
cy
Lim et al., Neuron, Vol. 28, 713–726, December, 2000
Gobeske et al., PLoS One Vol 4 e7506 October 2009
EctodermEctoderm
Epidermal Neural
In
du
çã
o
Rostral-caudal Dorso-ventral
NeuralNeural
Neural
Proliferation Differentiation
NeuralP
ad
ro
n
iz
aç
ão
Chordin, 
Noggin, etc
Chordin, 
Noggin, etcBMPBMP
Estas conclusões de aplicam a qualquer vertebrado?
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=
O nó de Hensen tem propriedades indutivas similares ao lábio do blastóporo
dorsal de anfíbios. 
Wolpert, Biologia do Desenvolvimento
Explantes de nó de Hensen também produzem duplicação do eixo nervoso
A indução neural em aves 
também ocorre pela 
inibição de sinalização de 
BMP? 
O epiblasto de aves tem uma região precursora
neural � central
e epidermal � periférico
BM
P4
BM
P7
Ch
or
di
n
O padrão de expressão de BMP e de seus inibidores são
complementares
BMP está no domínio epidermal
Chordin está no domínio neural
MAS, a expressão ectópica de chordin não induz tecido neural.
L5 (neural)
chordin
controlchordin
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*$&@!!! E agora, $%@#???!
Chapman et al Dev Dyn 2004 Mar;229(3):668-76.
A linha primitiva (sítio da gastrulação) expressa FGF
FG
F
Epidermal
Neural
E se FGF fosse o indutor “neural” de aves? 
FG
F
epidermal
Neural
Então, inibição de FGF deveria resultar em viés 
epidermal
No epiblasto
Central = neural
Marginal = epidermal
NeuralNeural EpidermalEpidermal
NeuralNeural EpidermalEpidermal
Inibiação de sinalização de FGF (SU5402) induz a expressão de genes 
epidermais no epiblasto neural.
OU seja, sem FGF, o epiblasto neural é convertido em epidermal.
SU
54
02
co
n
tro
l
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B
M
P
epidermal
Neural
@#$%!!! Então, esta estória de 
BMP só serve para uns S$#%!&*!! 
Sapos???!!!
FG
F ? c
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n
tro
l
FG
F 
in
hi
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r
Inibição de FGF aumenta expressão de BMP;
Ou seja, FGF REDUZ expressão de BMP
Ectoderm
EpidermalEpidermal Neural
In
du
ct
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n
Rostral-caudal Dorso-ventral
NeuralNeural
Neural
Proliferation Differentiation
Neural
Pa
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rn
in
g
Chordin, 
Noggin, etc
Chordin, 
Noggin, etcBMPBMP
FGFFGF
FG
F 
in
hi
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to
r 
(S
U5
40
2)
Co
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tro
l
Tadpoles Neural genes
2005
Ectoderm
EpidermalEpidermal Neural
In
du
ct
io
n
Rostral-caudal Dorso-ventral
NeuralNeural
Neural
Proliferation Differentiation
Neural
Pa
tte
rn
in
g
Chordin, 
Noggin, etc
Chordin, 
Noggin, etcBMPBMP
FGFFGF
Indução DiferenciaçãoPadronização
EctodermaEpiblasto Neurectoderma Progenitores neurais
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Ectoderm
Epithelium Neural
Rostral-caudal Dorso-ventral
NeuralNeural
Neural Neural
In
du
ct
io
n
Pa
dr
o
n
iza
çã
o
Lumsden, A. & Graham, A., 1995. Current Biology, 5(12), pp.1347–1350.
Lumsden, A. & Graham, A., 1995. Current Biology, 5(12), pp.1347–1350.
PADRONIZAÇÃO ROSTRO-CAUDAL DO TUBO NEURAL
O que determina a padronização
rostro-caudal?
Resposta embrionária
Ectoderm
Ectoderm
Ectoderm
Explante de Mesoderma
Ectoderm
Rostral
Caudal
Midbrain
Midbrain
Nível RC do 
segundo eixo
Nível RC do 
segundo eixo
Existem sinais rostro-caudais que se sobrepõe à indução 
neural?
Otto Mangold´s experiment
Modified from Stern, C.D., 2001. Nature reviews. Neuroscience, 2(2), pp.92–8.
O mesoderma subjacente ao ectoderma provê sinais 
correspondentes a coordenada rostro-caudal.
Existem sinais rostro-caudais que se sobrepõe à indução 
neural?
Otto Mangold´s experiment
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controle Ácido Retinoico
Superexposição a ácido retinóico gera mutantes caudais. 
Lumsden, A. & Graham, A., 1995. Current Biology, 5(12), pp.1347–1350.
PADRONIZAÇÃO ROSTRO-CAUDAL DO TUBO NEURAL
Lupo, G., Harris, W. a & Lewis, K.E., 2006. Nature reviews. 
Neuroscience, 7(2), pp.103–14.
PADRONIZAÇÃO DORSO-VENTRAL DO TUBO NEURAL
Lumsden, A. & Graham, A., 1995. A forward role for Hedgehog. 
Current Biology, 5(12), pp.1347–1350.
O tubo neural é posicionado com uma assimetria anatômica
Dorsal:Epiderme
Ventral: Notocorda
Liem, K.F., Jessell, T.M. & Briscoe, J., 2000. Development 
127(22), pp.4855–66.
Gilbert Developmental Biology 8th ed.
BMPs / Shh
O tubo neural é posicionado com uma assimetria anatômica
Dorsal: Epiderme> BMPs
Ventral: Notocorda > Sonic Hedgehog > inbidores de BMP
O Shh e BMP agem como 
morfógenos no eixo D-V do 
tubo neural?
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Liem, K.F., Jessell, T.M. & Briscoe, J., 2000. Development, 127(22), pp.4855–66.
Shh
BMP
A proporção relativa de Shh vs BMP determinam os destinos neuronais do 
tubo neural ao longo do eixo DV.
Ve
n
tra
l 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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D
o
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l
A proporção relativa de Shh vs BMP determinam os destinos neuronais do 
tubo neural ao longo do eixo DV.
Lumsden, A. & Graham, A., 1995. Current Biology, 5(12), pp.1347–1350.
BM
P
BM
P
Sh
h
Indução Diferenciação Pós-
mitóticaPadronização
EctodermaEpiblasto Neurectoderma Progenitores neurais
Célula-Tronco
Divisão 
Assimétrica
Célula
Progenitora
Neurônio 
ou Glia
Divisão 
Simétrica
Célula-Tronco
A clivagem SIMÉTRICA mantém a população de células proliferantes e a 
ASSIMÉTRICA gera uma célula que irá migrar da zona de proliferação
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COMO QUE A CÉLULA 
DECIDE SE 
CONTINUA DIVIDINDO 
OU SE DIFERENCIA?
Célula-Tronco
Divisão 
Assimétrica
Célula
Progenitora
Neurônio 
ou Glia
Divisão 
Simétrica
Célula-Tronco
Na divisão assimétrica ocorre “herança” diferenciada de proteínas de membrana
Nature. 2002 Oct 31;419(6910):929-34.
Camudongos Notch-/- têm muito menos células no sistema 
nervoso
Normal Mutante
Normal Mutante
Delta
Notch
Notch
Notch
Proneural Diferenciação
Zona Ventricular (ZV) Zona do manto (ZM)Zona Intermediária
Notch
Sox3
NeuroM
NeuroD
Hu
Neurogenin1/2
Mash1
SCG10
Tuj1
Islet-1
Centro Periferia
Proliferação Diferenciação
Diferenciação neural é um processo de múltiplas etapas com expressão de 
marcadores neurais característicos. 1. MATRIX
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1. MATRIX
http://plus.maths.org/content/matrix-simulating-world-part-ii-cellular-
automata
O somátorio de todos os sinais cria uma 
matriz 3-D
Mas, não se esqueçam, células 
progenitoras se mexem...
www.trulygraphics.com