sinalização do desenvolvimento de membros · 2019-09-21 · dedinho dedão o tempo de exposição...

Sinalização do desenvolvimento de membros

Nathalie Cella ncella@usp.br

Nessa aula entenderemos:

Por que o braço/perna parte do ombro/quadril e não de outra parte do corpo?

• Por que o braço/perna se desenvolve na ordem ombro/quadril→cotovelo/joelho→mãos/ pés e não em outra ordem?

• Por que os dígitos não são todos iguais e seguem sempre a mesma sequência?

• Por que não temos unhas na palma das mãos nem sola no peito dos pés?

• Etc...

Placa lateral → esqueleto somitos → músculo

Os membros se desenvolvem a partir do mesoderma

Mini-revisão de anatomia

Eixo dos membros

braço coxa

antebraço canela

mão pé

O que são genes

HOX/Homeobox/Homeóticos?

Propriedades das Proteínas Homeóticas

1. São fatores de

transcrição com um

domínio ligante a

DNA (domínio

homeobox ou

homeótico)

2. O domínio

homeobox tem cerca

de 60 aminoácidos

3. A ordem dos genes

homeóticos no cromossomo

corresponde à ordem

temporal e espacial em

que são expressos ->

colinearidade

Hox existe em mamíferos e suas propriedades e importância

no desenvolvimento são conservadas

Normal

Deleção

para Ubx

Ubx Ubx Ubx

Anterior Posterior

Ubx

RESULTADO:

A mutação/ inativação de Ultrabithorax (ubx) extende o

limite posterior do segmento torácico, OU

regride o limite anterior do segmento abdominal

O LIMITE ANTERIOR DO

DOMÍNIO DE EXPRESSÃO DO

Ultrabithorax DETERMINA O FIM

DOS SEGMENTOS ANTERIORES

HIPÓTESE: Os genes homeobox/homeóticos definem os

segmentos corporais

Hox especifica o mesênquima que se tornará estilopódio, zeugopódio e autopódio

Mutação em Hox 13

O que determina onde o broto do membro se formará?

Genes Hox determinam o eixo antero-posterior, a segmentação do corpo e a região onde os apêndices (por exemplo, membros) se formarão

extremamente conservados

Campo do membro

Qualquer pedaço do campo do membro pode dar origem a um membro completo

Placa lateral → esqueleto somitos → músculo

Os membros se desenvolvem a partir do mesoderma, COMO SABEMOS ?

O membro se desenvolve a partir do mesoderma.

Como sabemos disso?

• Remoção de grupo de células

• Transplante

• Marcação de células com corantes ou isótopos radioativos

Centros sinalizadores do broto do membro

apical ectodermal ridge = crista ectodérmica apical

PZ = progress zone = zona de progresso

ZPA = zone of polarizing activity = zona de polarização

AER de embrião de galinha

Indução da crista ectodérmica apical (AER)

Apical ectodermal ridge

Perguntas sobre o desenvolvimento dos membros

• Como eles surgem no “lugar certo” ?

• O que determina que seja membro anterior/superior e membro

posterior/inferior?

• O que determina os eixos P-D, A-P e D-V ?

• O que determina o número de dígitos e sua identidade ?

Exemplo:

3 etapas importantes:

• Tornar mesoderme permissiva à formação do broto do membro

• Especificar membro anterior e posterior

• Indução de transição epitélio-mesênquima

• Estabelecimento de dois centros de sinalização que se retroalimentam

Evidências Experimentais

Expressão de FGF8 na AER

FGF10

Células expressando FGF10 foram transplantadas no flanco de um embrião de galinha:

membro ectópico

Interação recíproca entre a cristal ectodérmica apical e o mesênquima subjacente

Estruturas DISTAIS de PATA, mas estruturas proximais continuam de asa

Tbx5

Tbx4

PORQUÊ AS COBRAS NÃO TÊM PERNAS?

Hoxc6

Hoxc8

Em resumo..

• O mesênquima induz e sustenta a formação do AER (através de FGF10)

• O mesênquima determina que tipo de membro se formará (anterior ou posterior)

• AER (através de FGF8) mantém o mesênquima da zona de progressão (PZ) proliferando, promovendo o crescimento do membro no eixo proximal-distal

remoção da crista ectodérmica apical em diferentes momentos do desenvolvimento do membro do embrião de galinha

Especificação do eixo proximal-distal

Se a AER for removida no início, só o húmero se desenvolve

Se a AER for removido mais tarde no desenvolvimento, húmero, radio e ulma se desenvolvem

Mecanismo desconhecido

PZ+AER de embrião mais velho transplantado em embrião mais jovem

Mecanismo ainda MUITO discutido Há 3 modelos – tempo, espaço e periodicidade parecem controlar esse processo

PZ+ AER jovem sobre um broto de membro em desenvolvimento

Duplicação das estruturas do membro

Especificação do eixo proximal-distal

Determinação dos eixos

dígitos duplicados como um espelho dos dígitos normais

Sonic hedgehog (Shh) é o responsável pela especificação do eixo antero-posterior

substituição de 1 base no enhancer de shh

Mutação semelhante causa polidactilia em humanos

apical ectodermal ridge = crista ectodérmica apical

PZ = progress zone = zona de progresso

ZPA = zone of polarizing activity = zona de polarização

Michael JF Barresi https://www.youtube.com/watch?v=xL6eDJZKU7Q

Garante que Shh só será expresso na região posterior

FGF8 inibe o inibidor, portanto ele indiretamente mantém a expressão de Shh

Célula progenitor do dígito 4

Célula progenitora do dígito 5

Especificando a identidade dos dígitos – shh e BMP

shh knockout têm dígitos todos iguais

dedinho

dedão

O tempo de exposição a Shh é MAIS importante do que a sua concentração

A membrana interdigital especifica a identidade do dígito anterior a ela

Quando a membrana entre o digito 2 e 3 foi retirada, o digito 2 se transformou em 1. O mesmo ocorreu qdo foi retirado a membrana entre o 3 e 4.

Bead contendo noggin, inibidor de BMP

BMP expresso nas membranas interdigitais especifica os dígitos

Deleção de shh e Gli3 gera membro com vários dígitos sem especificação

Determinação dos eixos

Fator de transcrição essencial para especificar padrão dorsal

Fator de transcrição essencial para especificar padrão ventral

FGF8

FGF10 AER

Gremlin

BMP

ZPA

FGF8

FGF10 AER

Gremlin

BMP

ZPA

FGF8

FGF10

AER

↓FGF8 = colapso do AER SEM AER = colapso do ZPA

TÉRMINO DA EXTENSÃO DO MEMBRO

1) Depois de se formar em Biologia, você é contratado por uma empresa de biotecnologia que acha que existe um mercado para frangos de 3 pares de membros. Qual das moléculas você manipularia para os seguintes “produtos”? Como você induziria 1 par de membros a mais? Existe uma possibilidade de que a Sadia compre mais destes frangos se os membros adicionais fossem coxas. Que molécula você manipularia para que os membros extras fossem inferiores?

a)Tbx4 / FGF b)FGF/Tbx4 c) Wnt/Hox d)Tbx4/Tbx5

1) Depois de se formar em Biologia, você é contratado por uma empresa de biotecnologia que acha que existe um mercado para frangos de 3 pares de membros. Qual das moléculas você manipularia para os seguintes “produtos”? Como você induziria 1 par de membros a mais? Existe uma possibilidade de que a Sadia compre mais destes frangos se os membros adicionais fossem coxas. Que molécula você manipularia para que os membros extras fossem inferiores?

a)Tbx4 / FGF b)FGF/Tbx4 c) Wnt/Hox d)Tbx4/Tbx5

A esposa de um milionário pediu para que produzisse um gatinho persa que tivesse pelos inclusive na região ventral das patas. Explique para a madame porque esta manipulação pode levar a problemas adicionais.

a) Gatinho não conseguirão andar sobre pelos b) Por que sem os coxins o gato não conseguirá saltar c) Por que outras estruturas do membro ficariam comprometidas d) Por que essa manipulação seria letal na embriogênese

A esposa de um milionário pediu para que produzisse um gatinho persa que tivesse pelos inclusive na região ventral das patas. Explique para a madame porque esta manipulação pode levar a problemas adicionais.

a) Gatinho não conseguirão andar sobre pelos b) Por que sem os coxins o gato não conseguirá saltar c) Por que outras estruturas do membro ficariam comprometidas d) Por que essa manipulação seria letal na embriogênese

Cheryl Tickle e colaboradores realizaram transplantes exógenos de ZPA em posições variadas ao longo do eixo antero-posterior do broto de membro (Nature, v.254, 199-202, 1975). Estas posições foram marcadas de acordo com a altura do somito (somite number). Números menores correspondem a posições mais anteriores. Cada coluna na tabela corresponde a um embrião. Os números correspondem aos dígitos formados (2= mais anterior; 4= mais posterior). A letra Z em maiúsculo é a posição do ZPA exógeno e o z em minúsculo é a posição do ZPA endógeno. O que pode ser concluído sobre os resultados? Como estes resultados podem ser explicados?