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Universidade Federal de Sergipe Centro de Ciências Biológicas e da Saúde Departamento de Morfologia Disciplina: Embriologia e Desenvolvimento Módulo: Desenvolvimento Profa. Shirlei Octacílio da Silva 1 O R G A N I S M O S M O D E L O 2 Porque estudar organismos-modelo? Facilidade de obtenção de embriões Possibilidade de se criar mutantes e transgênicos Tempo curto de desenvolvimento Grande resistência à manipulação experimental 3 Porque estudar organismos-modelo? Cada organismo tem vantagens e desvantagens: Galinha: Ovo desenvolve-se fora da mãe e embrião pode ser cultivado fora do ovo X Não há como produzir mutantes, conhecendo-se pouco da genética Camundongo: Grande conhecimento da genética X Dificuldade de manipulação devido ao desenvolvimento no interior da mãe 4 Porque estudar organismos-modelo? Vertebrados: Zebrafish: Embriões transparentes, permitem visualização dos eventos da embriogênese. Invertebrados: Drosophila: Grande conhecimento genético disponível + diversas possibilidades de manipulação molecular. C. elegans: Possibilidade de se conhecer o destino celular de todas as células, já que é formado por relativamente poucas células. Pode ser modificado geneticamente. 5 6 O estudo comparativo de vários organismos permite conhecer os mecanismos básicos do desenvolvimento, que são conservados evolutivamente, resultando em uma somatória de conhecimentos!!!! Estágio filotípico: estágio em que embriões de vertebrados tem morfologia semelhante. Características básicas: notocorda, somitos, tubo neural 7 Conhecendo os ciclos de vida dos organismos- modelo... Obs.: Os ciclos de vida são divididos em estágios, pois o tempo de desenvolvimento pode variar. Os estágios são estabelecidos de acordo com a morfologia em que organismo em desenvolvimento se encontra. 8 9 X e n o p u s l e a v i s Anfíbios: Xenopus leavis 10 11 Anfíbios: Xenopus leavis Girino 12 Galinha 13 Aves: galinha O desenvolvimento da galinha inicia-se no oviduto, quando ocorre as clivagens. A passagem pelo oviduto leva cerca de 20 horas e no momento da postura o embrião encontra-se no estágio de blastoderme (a blástula dos anfíbios). Como o ovo é composto de muito vitelo, o desenvolvimento se dá em um disco no pólo animal. O desenvolvimento até a eclosão se dá em aproximadamente 21 dias. O embrião pode ser observado através da abertura de uma “janela” na casca do ovo e, atendendo a condições ideais de temperatura e umidade, pode ser mantido em desenvolvimento por vários dias, permitindo a realização de experimentos mais longos. 14 Aves: galinha 15 13 somitos 20 somitos 40 somitos Aves: galinha 16 Camundongo 17 Pode-se gerar mutantes genética amplamente conhecida. Ciclo de vida de nove semanas curto para mamíferos. Como todo mamífero nutrição via placenta. Nonagouti (black, left), brown (center above), Slaty (right) Mamíferos: camundongo 18 8 dias 14 dias Mamíferos: camundongo 19 Zebrafish 20 Peixes: Zebrafish 21 Drosophila 22 Invertebrados: Drosophila 23 Clivagens e blastoderme: após a fusão dos núcleos do espermatozóide e óvulo, inicia-se uma série de divisões mitóticas do núcleo, sem divisão celular correspondente, formando um sincício – muitos núcleos em um citoplasma comum. Núcleos migram para a periferia – blastoderme sincicial (correspondente à blástula) Membranas crescem a partir da periferia, envolvendo os núcleos e formando células verdadeiras – blastoderme celular. Invertebrados: Drosophila 24 C. elegans 25 Invertebrados: C. elegans 26 Invertebrados: C. elegans 27 - Células extras do nematódeo sofrem morte celular programada. - A larva eclodida é sexualmente imatura, não possuindo gônadas e estruturas associadas. - A larva sofre 4 mudas. - Os órgãos dos adultos são originados de células blásticas precursoras (células P), que formam linhagens celulares invariantes. Em uma série de 1 a 8 divisões celulares, estas células definem o grupo de células que dará origem a um órgão específico. - Esta característica permite que o mapeamento do destino celular de todas as células do nematódeo seja realizado. Invertebrados: C. elegans Estabelecimento dos eixos corporais 28 Estágio filotípico: semelhança básica entre vertebrados Diferenças As diferenças residem no estabelecimento dos eixos e na padronização inicial: a forma da nutrição do embrião – anfíbios, aves e peixes possuem vitelo como fonte de nutrientes; mamíferos apresentam pouco vitelo, sendo a nutrição realizada pela placenta – exige o desenvolvimento de estruturas extra-embrionárias especializadas. Estas diferenças reprodutivas afetam os mecanismos de especificação de eixos, seu momento de estabelecimento e a proporção do embrião que formará o embrião propriamente dito e as estruturas extra-embrionárias. 29 Estabelecendo os eixos corporais 30 Como ocorre a definição dos eixos dos embriões? O eixo vegetal-animal de Xenopus é determinado pela mãe Polaridade no ovócito não fecundado Plano da primeira clivagem paralelo ao eixo animal-vegetal: define um plano longitudinal de simetria na linha média Plano da terceira clivagem perpendicular Divide embrião em metades animal e vegetal RNAm maternos especificamente localizados determinam os processos do desenvolvimento. RNAm Vg-1 (figura) e Xwnt-11 são exemplos destas moléculas sinalizadoras maternas. Localizam-se no pólo vegetal e influenciam padronização inicial. 31 O que define o eixo dorsoventral dos embriões? O eixo dorsoventral de embriões de anfíbios é determinado pelo sítio de entrada do espermatozóide Lado dorsal oposto ao ponto de entrada do espermatozóide A partir da região oposta à entrada do espermatozóide modificações na membrana plasmática e região cortical do ovo rotação do córtex 30º em relação ao citoplasma, em direção ao pólo vegetal rotação cortical formação de um centro sinalizador na região vegetal centro de Nieuwkoop estabelece polaridade dorsoventral na blástula inicial. 32 Crescente cinzento: forma-se como resultado da rotação cortical Como os eixos influenciam o desenvolvimento? O centro de Nieuwkoop é especificado pela rotação cortical Rotação cortical: região do lado oposto ao da entrada do espermatozóide fica em contato com mais citoplasma do pólo animal especificação do centro de Nieuwkoop 34 O que define o eixo dorsoventral dos embriões? O eixo dorsoventral de embriões de anfíbios é determinado pelo sítio de entrada do espermatozóide Sem centro de Nieuwkoop: embrião defeituoso Com centro de Nieuwkoop: embrião praticamente normal 35 O que define o eixo dorsoventral dos embriões? O eixo dorsoventral de embriões de anfíbios é determinado pelo sítio de entrada do espermatozóide Centro de Nieuwkoop transplantado para região ventral de um embrião normal: duas regiões dorsais Conclusão: sinais indutores vindos do centro de Nieuwkoop são necessários para o desenvolvimento de estruturas dorsais e anteriores!!!! 36 Quais são as formas de um embrião entender seus eixos? O eixo dorsoventral da blastoderme de galinha é especificado em relação ao viteloe o eixo ântero-posterior é estabelecido pela gravidade 37 Lado dorsal da blastoderme oposto ao vitelo. Lado ventral sobre o vitelo. Durante a fase de clivagem, ovo gira em torno de seu eixo longitudinal blastoderme fica sempre na parte superior, tornando-se apenas um pouco inclinada. A parte mais superior da blastoderme será a extremidade posterior zona marginal posterior (semelhante ao centro de Nieuwkoop dos anfíbios porque induz novo eixo) Quais são as formas de um embrião entender seus eixos? Os eixos do embrião de camundongo são especificados por interação célula-célula 38 Massa celular interna ou embrioblasto células mais internas. Trofoblasto células mais externas. O epiblasto forma uma camada em U mistura de células não dá para saber quais células serão dorsais e ventrais. Quais são as formas de um embrião entender seus eixos? Especificação da orientação esquerda-direita de órgãos internos requer mecanismos especiais: A simetria lateral está sob controle genético 39 Genes influenciam o deslocamento dos órgãos assimétricos para um lado do embrião. Mutações nestes genes resultam em 50% de camundongos normais e 50% com situs inversus os genes promovem o deslocamento, mas a direção é determinada por outro fator. Semelhante à síndrome de Kartagener. 40 Até agora, temos um ovo fertilizado que sabe onde ficará sua cabeça e sua cauda, apesar de ainda não ter nem um, nem outro. Além disso, o embrião possui muitas células aguardando a próxima etapa de determinação de seu destino. Próximo passo: gerar as 3 camadas que darão origem a todas as partes do embrião e definir quais células serão de cada camada: Especificação e origem das camadas germinativas!