3. Neurulação

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Neurulação
Diferentes grupos de animais compartilham aspectos comuns durante o desenvolvimento embrionário precoce e que esses aspectos se tornam mais e mais característicos da espécie à medida que progride o desenvolvimento. Embriões humanos nunca passam por estágios equivalentes a um peixe ou uma ave adultos; realmente, embriões humanos inicialmente compartilham características comuns com embriões de peixes e aves. Mais tarde, os embriões de mamíferos e outros divergem, nenhum deles passando pelos estágios dos outros.
Também existe um modelo comum para todo o desenvolvimento de vertebrados: as três camadas germinativas originam diferentes órgãos, e essa derivação dos órgãos é constante se o organismo é um peixe, uma rã ou uma galinha. O ectoderma forma a pele e os nervos; o endoderma forma os sistemas respiratórios e digestivos; e o mesoderma forma o tecido conjuntivo, as células do sangue, o coração, o sistema urogenital e partes da maioria dos órgãos internos. 
Teoria da indução neural
Em muitas espécies, incluindo a maioria dos vertebrados, as células são especificadas pelas suas interações com células vizinhas. Toda célula se inicia com um potencial similar e se desenvolve de acordo com o que encontra. Nesses embriões, em pelo menos parte da clivagem, cada célula é capaz de se desenvolver no embrião todo se ela for separada das outras, e as células remanescentes são capazes de alterar seu destino para produzir o embrião completo (como na formação de gêmeos).
Um dos papéis iniciais do organizador (lábio dorsal do blastóporo) é se “proteger” contra a ventralização. O blastóporo, como já foi dito, aparece no lado dorsal do embrião no início da gastrulação, e tem como característica a capacidade de originar o eixo embrionário. Tanto é verdade que se esta estrutura for implantada na região ventral de um embrião este apresentará duas cabeças no final do desenvolvimento.
O lábio dorsal do blastóporo sintetiza e secreta proteínas que lhe conferem uma atividade indutora, capaz de originar um novo eixo. Como essas proteínas são secretadas o efeito indutor independe de contato. Essas proteínas são a Cordina, a Noguina e a Folistatina, todas elas detectadas na região dorsal do embrião e com atividade antagonista de BMPs que são expressas na região ventral. Elas antagonizam a atividade de BMPs através da ligação com os receptores de BMP, ou seja, bloqueiam a interação de BMP com seu receptor.
Como todas elas são proteínas secretadas podem se difundir, mas como a concentração dimunui ao longo dessa difusão e encontra uma concentração bem mais elevada de antagonistas do outro lado o efeito não acontece. 
É interessante que Noguina, Cordina e Folistatina são todas inibidoras. Aqui vemos um princípio que é a base de boa parte do desenvolvimento: a ativação é frequentemente realizada inibindo um repressor. Para ativar um determinado gene, é necessário um inibidor dessa repressão. Analogamente, a inibição é frequentemente realizada pela supressão do inibidor do repressor. Nesse caso, o estado “default“ do ectoderma é se tornar neural, a não ser que sofra a ação de BMP4. As proteínas do mesoderma organizador impedem a ação de BMP4 no ectoderma.
BMPs
A BMP4 ativamente produz mesoderma ventral. Em outras palavras, a produção do mesoderma ventral não é meramente devida à ausência de sinais dorsais; ela é ativamente construída. Além do mais, a BMP4 pode bloquear os sinais dorsais. O mesoderma dorsalizado bloqueia o sinal de BMP4 secretando Cordina, Noguina e Folistatina. A proteína BMP4 induz a expressão de vários fatores de transcrição que são reguladores-chaves no desenvolvimento do mesoderma ventral. Portanto, a BMP4 ativa a expressão gênica ventral. Os fatores de transcrição induzidos por BMP4 reprimem genes dorsais, enquanto ao mesmo tempo ativam proteínas mesodérmicas ventrolaterais. Dessa maneira, a BMP4 ativa o desenvolvimento mesodérmico e suprime o desenvolvimento dorsal. 
As BMPs também parecem subdividir o tubo neural nos seus destinos celulares. Ou seja, dependendo do gradiente de BMP as células serão direcionadas a se diferenciarem em um tipo ou outro de neurônio por exemplo.
 
Cordina
Cordina é originalmente detectada na zona marginal dorsal; ao se iniciar a gastrulação, a mensagem de cordina é vista somente no lábio dorsal do blastóporo. Cordina também pode interferir com a ação de BMP4 bloquando-a como já foi mencionado.
Noguina
Um dos outros agentes do organizador é o produto do gene Noguina. O mRNA do noguina, recentemente transcrito, está localizado inicialmente na região do lábio dorsal do blastóporo e depois é expresso na notocorda. A proteína Noguina pode realizar duas funções importantes do organizador: ela induz o tecido neural do ectoderma dorsal, e dorsaliza as células mesodérmicas que, de outra maneira, contribuem para o mesoderma ventral. Como a Noguina é uma proteína secretada sintetizada pelos derivados do organizador durante a gastrulação (quando se dá a indução), e desde que ela inativa a BMP4 (a qual ventraliza o embrião), considera-se que Noguina tem um papel na dorsalização do mesoderma e na dorsalização do ectoderma dorsal.
Folistatina
A proteína Folistatina está presente no lábio dorsal do blastóporo e posteriormente se torna restrita à notocorda. Existe evidência de que a Follistatin pode inibir as atividades da BMP7. A BMP7 é necessária para a ativação da BMP4, assim pela inibição da BMP7, a Folistatina pode também prevenir a ventralização do mesoderma. A Folistatina também tem um papel na dorsalização do ectoderma. 
Drosophila
Em drosophila short gastrulation (sog) é análogo à Cordina e inibe Dpp que é análogo à BMP. Entretanto sog é expresso na região lateral (ectoderma que se transforma em sistema nervoso) e Dpp é expresso na região dorsal (ectoderma que se transforma em epiderme).
Portanto, em vertebrados a Cordina (principalmente) garante a geração do sistema nervoso e a BMP garante a geração da epiderme, analogamente em invertebrados sog garante a geração de sistema nervoso e Dpp garante a geração de epiderme. Como pode ser notado o eixo de invertebrados é invertido em relação ao eixo de vertebrados, mas a lógica é a mesma.
Neurulação aspectos gerais
O processo pelo qual o embrião forma o tubo neural, o rudimento do sistema nervoso central, é chamado neurulação, e um embrião sofrendo essas transformações é chamado de nêurula. Existem dois caminhos principais para a formação do tubo neural. Em neurulação primária, o cordomesoderma estimula o ectoderma, que o recobre, a se proliferar, invaginar e a se destacar da superfície formando um tubo oco. Na neurulação secundária, o tubo neural se origina de um sólido cordão de células que se embebe no embrião e subsequentemente se torna oco (forma uma cavidade) para formar o tubo neural. 
Neurulação primária
Em vertebrados, a gastrulação cria um embrião com uma camada endodérmica interna, uma camada mesodérmica intermediária e um ectoderma externo. A interação entre o mesoderma dorsal e o ectoderma que a ele se sobrepõem é uma das interações mais importantes em todo o desenvolvimento. Nessa interação, o cordomesoderma estimula o ectoderma acima dele a formar o tubo neural oco, que se diferenciará em cérebro e medula espinhal. Durante a neurulação primária, o ectoderma original é dividido em três conjuntos de células: (1) o tubo neural posicionado internamente, que formará o cérebro e a medula espinhal, (2) a epiderme da pele posicionada externamente, e (3) as células da crista neural, as quais migram da região de conexão entre o tubo neural e a epiderme, e irão gerar os neurônios periféricos e a glia, as células pigmentadas da pele e vários outros tipos de células. 
A primeira indicação que uma região do ectoderma está destinada a se tornar tecido neural é uma mudança na forma celular. As células ectodérmicas da linha média tornam-se alongadas, enquanto as células destinadas a formar a epiderme se tornam mais achatadas. O alongamento das células ectodérmicasdorsais causa a elevação dessas regiões neurais presuntivas acima do ectoderma circundante, criando assim, a placa neural. Logo após, as bordas da placa neural se engrossam e se movem para cima formando as pregas neurais, enquanto um sulco neural, em forma de U aparece no centro da placa, dividindo os futuros lados direito e esquerdo do embrião. As pregas neurais migram em direção à linha média do embrião, finalmente se fundindo para formar o tubo neural abaixo do ectoderma sobreposto. As células da porção mais dorsal do tubo neural se tornam as células da crista neural.
Formação da placa neural
Em geral, considera-se que o mesoderma dorsal subjacente sinaliza às células ectodérmicas acima dela para se desenvolverem em células colunares da placa neural. Como resultado dessa indução neural, as células da placa neural presuntiva se distinguem do ectoderma circundante, a qual se transformará em epiderme. As células da placa neural e as células da epiderme possuem seus próprios movimentos intrínsecos. Se a epiderme ao redor da placa neural é isolada, as células se movem em direção ao centro (ou seja, em direção à área onde estava a placa neural). Se a placa neural é isolada, suas células convergem e se estendem para formar uma placa mais delgada, mas não se fundem para formar um tubo neural. Esses movimentos da placa neural e da epiderme originam as pregas neurais. Inicialmente, o ectoderma é “torcido” e logo a epiderme presuntiva começa a recobrir a placa neural. Esses movimentos coordenados finalmente causarão a elevação e o dobramento do tubo neural.
Formação do assoalho da placa neural
Anteriormente, considerava-se que somente as células da linha média da placa neural formavam a placa do assoalho do tubo neural. Ou seja, no fechamento da placa para formar o tubo neural, suas células mais centrais se localizariam no fundo do tubo. As partes mais periféricas, as pregas neurais, se tornariam as porções mais dorsais do tubo neural. Provavelmente é assim que se forma a região da cabeça. 
As células da placa do assoalho se inserem na parte central do ectoderma dorsal e somente mais tarde é que a notocorda se separa da placa do assoalho pela formação de uma membrana basal entre elas. 
Modelagem e dobramento da placa neural
Forças intrínsecas à placa neural estão envolvidas na sua modelagem. Ao se tornarem mais colunares, as células provocam um estreitamento da placa neural, mas a modelagem mais importante da placa é produzida pelas suas células da linha mediana que se situam diretamente acima da notocorda. Ao receber sinais da notocorda (que continua expressando Cordina) as células do ectoderma se dobram para dar início ao processo de fechamento do tubo neural. 
Obs.: a notocorda é uma estruturas exclusiva de cordados que desaparece com o surgimento das vértebras.
Fechamento do tubo neural
O tubo neural se fecha ao se aproximarem os pares de dobras neurais na linha média dorsal; as dobras aderem umas às outras e as células das duas partes se reúnem. Em algumas espécies, as células nessa junção formam as células da crista neural. Mas em aves, as células da crista neural não migram da região dorsal até que o tubo neural tenha sido fechado naquele local. Em mamíferos, entretanto, as células da crista neural cranial (que formam as estruturas da face e do pescoço) migram enquanto as dobras neurais estão se elevando (ou seja, antes do fechamento do tubo), enquanto que na região da medula espinhal, as células da crista esperam até que o fechamento ocorra.
A formação do tubo neural não ocorre simultaneamente ao longo do ectoderma. Isso pode ser melhor observado naqueles vertebrados (como aves e mamíferos) cujo eixo corporal se alonga antes da neurulação. A neurulação na região cefálica (cabeça) é bastante adiantada em relação a região caudal (rabo) do embrião que nesse momento está ainda gastrulando. 
O tubo neural finalmente forma um cilindro fechado que se separa do ectoderma da superfície. Considera-se que essa separação é mediada pela expressão de diferentes moléculas de adesão celular. As células que se tornarão o tubo neural, originalmente expressam E-caderina, mas elas param de expressar essa proteína ao se formar o tubo e, em vez disso, sintetizam N-caderina e N-CAM. Como resultado, os dois tecidos não aderem mais um ao outro.
A crista neural e seus derivados
Embora derivada do ectoderma, a crista neural é algumas vezes considerada a quarta camada germinativa devido à sua importância. As células da crista neural se originam na região mais dorsal do tubo neural. Essas células expressam genes diferentes e assumem um comportamento de migração epitélio-mesenquimal, com isso elas migram extensivamente dando origem a um incrível número de tipos de células diferenciadas e ao sistema nervoso periférico. Os tipos celulares por ela gerados incluem (1) os neurônios e células gliais dos sistemas nervosos sensorial, simpático e parassimpático, (2) as células produtoras de epinefrina (medula) da glândula supra-renal, (3) as células pigmentares da epiderme, e (4) muitos dos componentes dos tecidos esqueléticos e conjuntivos da cabeça. O destino das células da crista neural depende, na sua maioria, do lugar para onde elas migram e onde se instalam.
A diferenciação final das células autonômicas da crista neural é principalmente determinada pelo ambiente no qual as células se desenvolvem. A diferenciação não envolve a morte seletiva daquelas células já determinadas a secretar outro tipo de neurotransmissor. Assim, parece que o destino de uma célula determinada da crista neural pode ser dirigido pelo ambiente tissular no qual ela se estabelece.
Organização do sistema nervoso
Na região do tubo neural responsável pela formação da medula as células apresentam diferenças morfológicas e funcionais daquelas que formarão o cérebro. Na região ventral da medula estão os corpos dos neurônios motores, enquanto a região dorsal contém os axônios dos neurônios sensitivos.
Organizar tudo o que foi formado até então é importante para que o padrão de conectividade se estabeleça de forma correta, para que isso seja possível é necessário um mínimo de polaridade, ou seja, uma diferença de posicionamento ao longo do eixo. Nesse eixo do embrião em desenvolvimento a porção dorsal está formada pelo ectoderma e a região ventral é onde se localiza a notocorda. A notocorda provém do nó primário e próximos a ela estão os neurônios motores.
Em um determinado experimento onde uma segunda notocorda foi transplantada no embrião observou-se a produção de um fator que induzia a o destino das células, ou seja, a padronização dorso-ventral.
Sonic hedgehog foi a molécula descoberta em questão capaz de induzir a formação de motoneurônios e, dependendo do gradiente, a foramação de interneurônoios. Sonic hedgehog é utilizada após a concretização da maioria dos eventos indutivos da neurulação. Ela é usada para padronizar o tubo neural recém-formado. Sonic hedgehog é expressa na notocorda e a porção aminoterminal dessa proteína é secretada. Se fragmentos da notocorda de um embrião são transplantados para as laterais de um tubo neural hospedeiro, esse formará, nas suas laterais, outro conjunto de células da placa do assoalho. Se um pedaço da notocorda é removido de um embrião, o tubo neural adjacente à região deletada não tem células da placa do assoalho. Essas células da placa do assoalho, uma vez induzidas, induzem a formação dos neurônios motores em um de seus lados. O mesmo resultado pode ser obtido se os fragmentos de notocorda são substituídos por aglomerados de células secretando Sonic hedgehog. A Sonic hedgehog das células da placa do assoalho é capaz, em seguida, de polarizar o tubo neural. Ela induz os neurônios motores nas regiões ventrolaterais, e impede a dorsalização do tubo neural ventral antagonizando os efeitos de BMP4 originada na epiderme dorsal.