Gastrulação

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• Durante a 2º semana de desenvolvimento, a massa celular
interna é diferenciada em epiblasto, que se relaciona ao âmnio e à
cavidade amniótica e hipoblasto, que se relaciona ao mesoderma
extra-embrionário e à cavidade exocelômica.
• Na 3º semana, momento em que o embrião é chamado de
gástrula, o disco embrionário bilaminar é convertido em um disco
embrionário trilaminar.
• A gastrulação é, portanto, o processo em que as 3 camadas
germinativas e os eixos corporais serão formados. É início da
morfogênese, caracterizado por grandes mudanças na forma
celular, reorganização, movimento e alterações nas propriedades
de adesão celulares.
• O primeiro sinal morfológico da gastrulação é a formação da
linha primitiva, por volta do 15º dia de desenvolvimento. Ao longo
dos próximos dias, essa linha se alonga e o sulco, denominado
sulco primitivo, torna-se mais profundo e definido. A extremidade
cranial da linha primitiva se expande em uma estrutura denominada
nó primitivo, que contém uma depressão, a fosseta primitiva, que é
contínua caudalmente com o sulco primitivo.
• O sulco primitivo e a fosseta primitiva resultam da invaginação
das células epiblásticas. As células do epiblasto movem-se em
direção à linha primitiva, entram nela e então migram para fora
dela como células individuais. O movimento das células através da
linha primitiva e para o interior do embrião é denominado
ingressão.
→ Experimento realizado por Hans Spemann e Hild Mangold
Os eixos corporais iniciam sua formação quando o
espermatozoide entra no óvulo, estabelecendo o eixo
dorso-ventral e uma região chamada crescente cinzento, que se
torna o organizador de Spemann, um centro sinalizador que
conduz o desenvolvimento de outros tecidos. Esse organizador é
o único grupo celular capaz de iniciar um embrião completo.
→ Possui capacidade indutiva
→ Capaz de alterar propriedades celulares e seus destinos
→ Induz a diferenciação das células
Na gástrula, as células do crescente cinzento migram para o
interior do embrião, fazendo com que o tecido se dobre para
dentro. O local onde as células realizam a migração para o interior
do embrião é chamado de blastóporo, e as células do crescente
cinzento compõem seu lábio dorsal.
Essa complexa migração celular é fundamental para formar
múltiplas camadas de tecido no embrião, além de permitir que
células de diferentes tecidos "conversarem" umas com as outras
e, em alguns casos, mudem seus os destinos. Por exemplo, as
células que migram para o interior instruem as células
acima, ectoderme, a se desenvolverem em tecido neural.
Spemann e Mangold retiraram o lábio dorsal do blastóporo de um
embrião de tritão de cor clara e o transplantaram no abdômen de
um embrião de tritão de cor escura. Normalmente, o tecido
transplantado se transformaria em pele no abdômen do tritão.
Entretanto, quando o pedaço do lábio dorsal do blastóporo foi
transplantado, suas células migraram para dentro, criando um
segundo local de gastrulação funcional, oposto ao normal.
Uma nova placa neural — precursora da medula espinhal e do
cérebro — apareceu nesse segundo local de gastrulação. Ao
final, um segundo tritão inteiro foi formado a partir do abdômen do
original.
Haviam duas possibilidades básicas de como o tecido transplantado
poderia ter levado à formação do segundo tritão:
→ O tecido transplantado poderia ter desenvolvido o segundo
tritão por si só, construindo suas estruturas a partir de um
pequeno grupo de células transplantadas.
→ O tecido transplantado poderia ter "conversado" com as
camadas de tecido receptor ao seu redor, organizando seu
comportamento de modo que elas, juntamente com as células
transplantadas, se coordenassem para formar um segundo
tritão.
Mangold e Spemann foram capazes de identificar que as
estruturas encontradas no corpo do segundo tritão consistiam em
algumas células do doador － tritão claro － mas,
principalmente, de células do receptor － tritão escuro,
significando que as células no tecido transplantado devem ter
induzido as células do receptor a mudar seu comportamento.
Hoje, as células do lábio dorsal do blastóporo e suas descendentes
são chamadas de organizador de Spemann-Mangold. O
organizador por si só não guia diretamente o desenvolvimento do
tritão inteiro, ele apenas inicia uma reação em cadeia de eventos
de indução molecular que levam à formação de muitas estruturas
complexas do corpo do tritão－ ou, no caso do transplante, ao
corpo de um segundo tritão. O organizador atua, em grande parte,
liberando proteínas secretadas que se difundem nos tecidos
adjacentes e afetam seu comportamento.
• A base celular para formação da linha primitiva envolve 4
processos:
→ Migração celular;
→ Divisão celular orientada;
→ Delaminação progressiva;
→ Extensão convergente.
• Células do epiblasto são induzidas pela região extraembrionária
caudal para a formação da linha primitiva.
• Quando ocorre a indução, as células do epiblasto sofrem
delaminação (transição de epitélio para mesênquima) e migram
cranial e medialmente. As células são deslocadas principalmente na
direção cranial na medida em que se dividem, sugerindo que seu
plano de divisão seja preferencialmente orientado no plano
mediolateral.
• Quando o endoderma extraembrionário migra cefalicamente,
mais células epiblásticas cefálicas são progressivamente induzidas
a sofrer delaminação ao longo da linha média, estendendo a
terminação cranial da linha primitiva mais cranialmente. Ao fim, as
células na região da linha em formação se alinham na linha média,
causando a extensão da linha craniocaudalmente para acomodar
as células que se alinham. Assim, a extensão convergente
contribui para os últimos aspectos da formação e alongamento da
linha primitiva.
• A formação da linha primitiva define todos os principais eixos
corporais. A linha primitiva se forma na linha mediana caudal do
disco embrionário, definindo, assim, o eixo craniocaudal e o eixo
mediolateral, além do eixo esquerdo-direito. No momento da
formação da linha primitiva, o futuro eixo dorsoventral do disco
embrionário é grosseiramente equivalente ao seu eixo
ectoderma-endoderma. Mais tarde, com o dobramento do corpo e
a formação do plano corporal do tipo tubo dentro de tubo, o eixo
dorsoventral torna-se mais bem definido.
• A assimetria esquerda-direita é estabelecida durante a
gastrulação, através de interações celulares centradas no nó
primitivo.
• Experimentos em camundongos revelaram que, além do nodal,
que é expresso tanto no lado esquerdo do nó quanto no
mesoderma da placa lateral esquerda, outras proteínas
relacionadas têm sua expressão na lateral esquerda e exercem
papéis essenciais no estabelecimento da assimetria
esquerda-direita. Elas são apropriadamente denominados lefty1 e
lefty2. Essa proteína lefty atua como uma barreira impedindo que
a nodal migre para a direita.
• Cada uma das células do nó contém um único cílio, denominado
monocílio. Os monocílios das células nodais centrais são móveis,
ao contrário dos das células nodais periféricas. Os cílios centrais
giram em rodopio e geram um fluxo de líquido para a esquerda
através do nó.
• Estruturas ciliares são formados por microtúbulos. Para sua
movimentação, é necessária a presença de proteínas motoras
(dineína e cinesina). Nos dímeros de tubulina, através da hidrólise
de ATP, as dineínas movimentam carga em direção à
“extremidade menos” dos microtúbulos e causam o batimento dos
cílios e flagelos promovendo o deslizamento entre microtúbulos.
Essa conexão entre a dineína e a lateralidade em camundongos foi
similar a uma conexão prévia entre a dineína e a lateralidade em
humanos.
• Modelo do fluxo nodal: O movimento do líquido para a esquerda
pelo nó gera uma distribuição assimétrica de uma proteína difusível
que afeta o desenvolvimento do tecido com base na sua
concentração.
• A proteína nodal é um fator responsável por sinalizar, através
da expressão de genes, o lado esquerdo do corpo. Embora essa
proteína não se apresente do lado direito do corpo, ela apresenta
receptores, que se interagirem com a nodal acarreta problemasde má formação.
• Devido ao fluxo nodal, o fluido nodal é reconhecido por um
receptor, que, por sua vez, ativa mecanicamente um fluxo de
cálcio no lado esquerdo do nó, com os cílios imóveis das células
em coroa atuando como antena sensorial.
• Sustentando esse modelo, tanto os cílios móveis localizados
centralmente quanto os cílios imóveis localizados perifericamente
contêm uma proteína que atua como canal catiônico. Entretanto,
somente os cílios móveis expressam essa proteína. Imagens dos
níveis de cálcio revelaram que a sinalização assimétrica de cálcio
aparece na margem esquerda do nó, coincidentemente com o
início do fluxo nodal. Assim, os cílios imóveis atuam como
mecanossensores para detectar o fluxo do fluido.
Falhas nesse mecanismo devido à ausência de lefty, defeitos
no receptor ou falta de movimentação ciliar pela ausência de
dineína podem provocas:
Situs inversus é uma variação congênita, autossômica
recessiva, na qual os principais órgão do tórax e do abdômen
situam-se em uma posição reversa ou espelhada em relação à
topografia habitual, que é denominada situs solitus. O situs
inversus ocorre em cerca de 1 em cada mil indivíduos, sendo a
maior parte dos acometidos assintomática. Entretanto até 5% dos
indivíduos com diagnóstico de situs inversus apresentam alguma
malformação cardíaca, das quais a transposição dos grandes
vasos é a mais comum.
→ Situs inversus totalis: Todos os órgãos localizados no tórax e
no abdômen estão invertidos;
→ Situs inversus parcial: Apenas alguns órgãos estão invertidos;
→ Situs inversus abdominal: Todos os órgãos situados na região
abdominal estão invertidos;
→ Situs ambiguous: Fígado está localizado na linha média do
corpo, o baço está ausente ou duplicado, ou quando há sinais de
má rotação intestinal;
→ Dextrocardia: O coração se encontra do lado direito, em vez
de estar do lado esquerdo do corpo.
A sirenomelia é uma condição rara que ocorre em 1 entre cada
70.000 nascimentos. A maioria dos bebês nascidos com
sirenomelia morre após poucos dias do nascimento com graves
defeitos em órgãos vitais. O defeito mais característico da
sirenomelia é a fusão dos dois membros inferiores na linha média.
No caso de Milagros, seus membros inferiores foram fusionados
das coxas aos tornozelos, com seus pés se desviando um do
outro em um padrão em forma de V, lembrando a cauda de uma
sereia.
Além dos membros inferiores fundidos, ela nasceu com uma
deformidade no rim esquerdo, um pequeno rim direito que não
ascendeu e anomalias em seus tratos digestório terminal, urinário
e genital. Essas anomalias causam infecções recorrentes no trato
urinário.
Indivíduos com essa síndrome apresentam lateralidade invertida e
também imobilidade dos cílios do aparelho respiratório e dos
flagelos dos espermatozoides. Frequentemente eles exibem
infertilidade e infecções no aparelho respiratório.
Pacientes com síndrome de Kartagener têm mutações nos genes
da dineína, como também deficiências em seus braços de dineínas
ciliares (dineínas formam projeções semelhantes a braços que se
interconectam com as duplas de microtúbulos externos).
• O processo de ingressão promove uma transformação
epitélio-mesenquimal (EMT), que consiste na mudança das
propriedades celulares epiteliais para mesenquimais. A EMT
envolve modificações tanto na adesão célula-célula quanto no
formato celular, mediado por mudanças no citoesqueleto.
• Durante a EMT, as células do epiblasto no interior da linha
primitiva substituem suas atividades adesivas predominantes de
célula-célula para célula-substrato (membranas basais e matriz
extracelular). Um gene responsável pela repressão das
características epiteliais nas células mesenquimais da linha é o
Snail, um fator de transcrição que cessa a expressão de
determinadas moléculas de adesão célula-célula, como a
E-caderina, enquanto é induzida a expressão de proteínas do
citoesqueleto, como a vimentina.
• Um epitélio consiste em células de formato regular e
frequentemente cuboide, intimamente interconectadas entre si por
suas superfícies laterais. Um mesênquima, por outro lado, consiste
em células com formatos muito mais irregulares e frouxamente
conectadas. Com frequência, durante a EMT, as células do
epiblasto alongam-se e assumem uma forma de garrafa.
Acredita-se que isso ocorra devido uma redução da quantidade de
E-caderinas, que são aos poucos substituídas por N-caderinas. À
medida que as células vão se desprendendo entre si, há uma
degradação da matriz extracelular devido à presença de
metaloproteases.
• Além disso, há ocorrem também alterações no citoesqueleto que
irão permitir que as células se movimentem. As células do
epiblasto se alongam e desprendem de suas vizinhas à medida que
estendem processos denominados pseudopódios (como também
processos mais finos, denominados filopódios, e mais achatados,
denominados lamelipódios), os quais permitem a sua migração
através da linha primitiva no espaço entre o epiblasto e o
hipoblasto.
• O processo de gastrulação ocorre em 2 ondas:
→ 1º onda: as primeiras células ingressantes do epiblasto
invadem o hipoblasto e deslocam suas células, substituindo
completamente os hipoblastos por uma nova camada de células,
o endoderma definitivo, que dará origem ao revestimento do
tubo digestivo e de seus derivados.
→ 2º onda: Algumas células do epiblasto migram pela linha
primitiva e se estendem entre o epiblasto e o endoderma
definitivo, formando o mesoderma intraembrionário. Essas
células formam uma camada de células frouxas que,
posteriormente, se reorganizam para formar as 4 subdivisões
do mesoderma, além de atuarem na formação do processo
notocordal.
• Uma vez completada a formação do endoderma definitivo e do
mesoderma intraembrionário, as células do epiblasto não mais se
movem nem ingressam pela linha primitiva. Agora, o epiblasto
remanescente constitui o ectoderma, que rapidamente se
diferencia em placa neural na região central do disco embrionário
e em ectoderma cutâneo na região periférica.
• Duas depressões se formam no ectoderma, uma na
extremidade cranial do embrião, e outra na extremidade caudal,
atrás da linha primitiva. As células mesenquimais da linha primitiva
e do processo notocordal migram lateral e cranialmente, se
misturando com outras células mesodérmicas, entre o ectoderma
e o endoderma, até alcançarem as margens do disco embrionário.
• Algumas células mesenquimais da linha primitiva que têm
destinos mesodérmicos, migram cranialmente em cada lado do
processo notocordal e ao redor da placa pré-cordal, onde se
encontram para formar o mesoderma cardiogênico. O primórdio
do coração começa a se desenvolver no final da terceira semana.
• Na região caudal à linha primitiva existe uma área circular, a
membrana cloacal, que indica o futuro local do ânus. O disco
embrionário permanece bilaminar nessa região e na membrana
bucofaríngea devido à fusão do ectoderma e do endoderma
embrionários nesses locais, impedindo, assim, a migração de
células mesenquimais entre Por volta da metade da terceira
semana, o mesoderma intraembrionário separa o ectoderma e o
endoderma em todos os lugares, exceto:
→ Cranialmente, na membrana bucofaríngea;
→ No plano mediano da região cranial até o nó primitivo, onde
o processo notocordal está localizado;
→ Caudalmente, na membrana cloacal.
• Finalmente, o processo de gastrulação se completa. Nesse
momento, a formação das três camadas germinativas definitivas
do disco embrionário trilaminar － ectoderma, mesoderma e
endoderma definitivo － estará completa em todo o disco.