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20/09/2013 1 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 20/09/2013 2 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 20/09/2013 3 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 20/09/2013 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 20/09/2013 5 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? 20/09/2013 6 = 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 20/09/2013 7 *$&@!!! E agora, $%@#???! Chapman et al Dev Dyn 2004 Mar;229(3):668-76. A linha primitiva (sítio da gastrulação) expressa FGF FG F Epidermal Neural E se FGF fosse o indutor “neural” de aves? FG F epidermal Neural Então, inibição de FGF deveria resultar em viés epidermal No epiblasto Central = neural Marginal = epidermal NeuralNeural EpidermalEpidermal NeuralNeural EpidermalEpidermal Inibiação de sinalização de FGF (SU5402) induz a expressão de genes epidermais no epiblasto neural. OU seja, sem FGF, o epiblasto neural é convertido em epidermal. SU 54 02 co n tro l 20/09/2013 8 B M P epidermal Neural @#$%!!! Então, esta estória de BMP só serve para uns S$#%!&*!! Sapos???!!! FG F ? c o n tro l FG F in hi bi to r Inibição de FGF aumenta expressão de BMP; Ou seja, FGF REDUZ expressão de BMP 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 FG F in hi bi to r (S U5 40 2) Co n 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 20/09/2013 9 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 20/09/2013 10 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? 20/09/2013 11 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 D o rs a l Ve n tra l D o rs a 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 20/09/2013 12 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 20/09/2013 13 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
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