Células-troncoDiferenciação neural

13/10 – ES e iPS cells20/10 - Diferenciação de ES em neurônios27/10 - Regeneração

O cérebro humano contém bilhões de neurônios e células da glia formando uma elaborada circuitaria

Essa complexa rede começa a ser formda durante o desenvolvimento embrionário = NEURULAÇÃO

Neurulação é o estágio da

organogênese em que o tubo neural se

transforma em estruturas que irão se

desenvolver no Sistema Nervoso

Central

Neurulação primária:

Placa neural, tubo neural, epiderme e

crista neural

Langman-Embriologia Médica, Sadler, Thomas W.

Nó Primitovo, Nó de Hensen, Organizador

Expressão de genes indutores

epiblasto

hipoblasto

nó

Endoderma visceral anterior

Regiões Sinalizadoras (mamíferos)

Lefty1

Cerberus

Lefty1 e Cerberus são antagonistas de Nodal

Nodal ativa a expressão de genes posteriores

Otx2Dkk

Dkk inibe a via de Wnt

FGF e BMPRA

epiblasto

hipoblasto

nó

Regiões Sinalizadoras (mamíferos)

Chordin

Noggin

Chordin e Noggin são inibidores de BMP

Chordin

notocorda

epiblasto

hipoblasto

Regiões Sinalizadoras (mamíferos)

Chordin

Noggin

Inibição de Nodal e BMP e Wnt

Chordin

notocorda

Indutores anteriores (cabeça)

Lefty1Cerberus

Otx2

Dkk

Malformações craniais e neurais (sem alterações abaixo do pescoço)

Chdn -/- e Nog -/-

Anderson et al., Development 2002 129: 4975-4987;

epiblasto

hipoblasto

Regiões Sinalizadoras (mamíferos)

notocorda

BMP WntBMP

Wnt

RAFGF

ECTODERMA

NEUROECTODERMA ECTODERMA SUPERFICIAL

Tubo Neural Crista Neural

Epiderme, pelos, unhas, esmalte

dentário, glândulas cutâneas e mamárias,

lobo anterior da hipófise, orelha interna,

cristalino

Cérebro, medula,

retina, neuro-

hipófise

Gânglios e nervos cranianos e

sensitivos, células pigmentares,

cartilagem dos arcos branquiais,

mesênquima da cabeça

Neurulação

Formação da placa neural (indução neural

pelo nó primitivo – ausência de BMP e pela

notocorda)

Células espessas-neuroepitélio

Dobramento da placa neural – pregas neurais

Encontro das pregas neurais e adesão

formando o tubo neural

Desprendimento das células da crista neural

Gammill & Bronner-Fraser Nature Reviews Neuroscience, 2003

+BMP +BMP

-BMP

Pregas neurais

Sulco neural

Formação da placa neural

(delimitação da futura cabeça)

Espessamento da placa neural

(cúbicas-cilíndricas-pseudoestratificadas)

Smith and Schoenwolf, TINS Vol. 20, No. 11, 1997

Ectoderme de superfície (epiderme)

Tubo neural (cérebro e medula)

Crista neural (neurônios periféricos,

células pigmentadas e cartilagem

facial)

As regiões periféricas

da placa neural se

elevam formando

pregas

A região central

começa a formar uma

estrutura em forma de

“U” (sulco neural)

As pregas se movem na

direção central

A união das pregas forma o

tubo neural e induz o

desprendimento das células

da crista neural

Dobradiça mediana

Dobradiças laterais

Constrição apical e alongamento basal

Shroon – rearranjo dos citoesqueleto

(actina e microtúbulos)

Lee et al., Development 2007 134: 1431-1441;

doi: 10.1242/dev.02828

https://www.youtube.com/watch?v=ZzLaUZm1QzM

https://youtu.be/00xr4kzYZn4

EctodermaEpiblasto Neurectoderma Progenitores neurais

Aspectos anatômicos do desenvolvimento neural inicial

Nosso Sistema Nervoso tem o mesmo tamanho de

quando éramos embriões?

Prosencéfalo

Mesencéfalo

Rombencéfalo

Diferenciação do Encéfalo

A pressão ventricular + proliferação celular +

DOBRAMENTO DO TUBO contribuem para a forma

final do Sistema Nervoso Central

Neurogênese = nascimento dos neurônios

As células do tubo neural proliferam na

região CENTRAL

(próximas ao canal do tubo neural)

CANAL VENTRICULAR ou ZONA

VENTRICULAR

Mitose

Células neuroepiteliais

Neurônio

Jovem

Camada Ventricular (basal)

Camada Marginal (apical)

Célula

ependimária

Paridaen and Huttner; EMBO Rep. 2014; 15(4): 351–364. doi: 10.1002/embr.201438447

Ventrículo

Superfície pial

Os precursores de neurônios migram do ventrículo em direção

a superfície.

OU SEJA, os neurônios mais novos são mais superficiais

Cada estrutura do SNC têm número diferente de camadas

Pluripotentes

Progenitores

Totipotentes

Cels diferenciadas

zigoto

Neurogênese

Genes progenitores/proliferação

Genes de Indução Neural

Crescimento Especialização

Crescimento = proliferação e inibição da neurogênese (genes específicos)

Especialização = diferenciação e inibição da proliferação (genes específicos)

Diferentes gradientes de Wnt, Fgf, BMP, Shh

notocorda

BMP WntBMP

Wnt

RAFGF

Diferentes gradientes de Wnt, Fgf, BMP, Shh

notocorda

BMP WntBMP

Wnt

Diferentes fatores de transcrição de indução neural

NeuroD, Neurogenin, Mash, Olig

Diferentes fatores de transcrição de inibição da indução neural

Hes e Hey

Genes progenitores/proliferação

Genes de Indução Neural

Crescimento Especialização

Hes e Hey

NeuroD, Neurogenin, Mash, Olig

Neurogênese(Pró-neurais)

Neurogenina (Ngn)Mash (Asc11)

Diferenciaçãoneural

Marcadoresneurais

NeuroDNeuroD2

Nex

Diferenciação Glial

β-tubulin neurofilament-M

Proliferação dosProgenitores

neurais

Pax6Lhx2Arx

Foxg1

Ondas de fatores e expressão gênica

Favor et al., GENETICS 2009 DOI: 10.1534/genetics.109.104562

The extent of eye development in mutant Pax6 genotype constructs with varying levels of

predicted Pax6 activity.

Jack Favor et al. Genetics 2008;179:1345-1355

Copyright © 2008 by the Genetics Society of America

Neurogênese(Pró-neurais)

Neurogenina (Ngn)Mash (Asc11)

Brn2, Sox4

Diferenciaçãoneural

Marcadoresneurais

NeuroDNeuroD2

Nex

Diferenciação Glial

β-tubulin neurofilament-M

Proliferação dosProgenitores

neurais

Pax6Lhx2Arx

Foxg1

Na ausência de Ngn e Mash, acontece a diminuição dos números de células neurais e o aumento do número de astrócitos (glia)

Nieto et al., Neuron. 2001; 29(2):401-13.

O que acontece se eu forçar a expressão de um gene neural em uma célula da glia adulta?

Células gliais transfectadas com Ngn2 se transformam em neurônios capazes de disparar potenciais de ação

Heinrich et a., PLoS Biol. 2010; 8(5): e1000373. doi: 10.1371/journal.pbio.1000373

Neurogênese(Pró-neurais)

Neurogenina (Ngn)Mash (Asc11)

Diferenciaçãoneural

Marcadoresneurais

NeuroDNeuroD2

Nex

Diferenciação Glial

β-tubulin neurofilament-M

Proliferação dosProgenitores

neurais

Pax6Lhx2Arx

Foxg1

Como diferenciar células-tronco embrionárias e iPS em

neurônios?

Embriologia

Trofoblasto (placenta)

Embrioblasto (embrião)

Embriologia

Degeneração MacularParkinson

ELA (esclerose lateral amiotrófica

Cardiopatias, Anemia, Leucemia, Artrite,

Fratura óssea

DPOC (doença pulmonar obstrutiva crônica)

DiabetesCirrose

Infertilidade

Células-tronco Embrionárias (ES)

Célula-tronco embrionária

EctodermaProgenitores

NeuraisNeurônios

C-MycLin28SSEA3SSEA4

Smad2/3Oct3/4FoxD3NanogCriptoSox2

Sox17

Notch1NestinTP63

Β3-TubulinaNestinaMAP2ABCG2MashAtoh7

NestinaJagged

SinapsinaTau

GluR2GluR4

SinaptotosinaRodopsinaCalbindina

Pluripotente Progenitor DiferenciadaZigoto

Determinação do Destino = Diferenciação

Isolamento das células-tronco embrionárias

Cultura de ES

Célula-tronco embrionária

EctodermaProgenitores

NeuraisNeurônios

C-MycLin28SSEA3SSEA4

Smad2/3Oct3/4FoxD3NanogCriptoSox2Klf4

Notch1NestinTP63

Β3-TubulinaNestinaMAP2ABCG2MashAtoh7

NestinaJagged

SinapsinaTau

GluR2GluR4

SinaptotosinaRodopsinaCalbindina

Multipotente/Pluripotente

Progenitor Diferenciada

Diferenciação

Desdiferenciação

2006 - Pluripotentes Induzidas

Células de indivíduos adultos

Sox2, Klf4,C-Myc, Oct3/4

C-myc

Indiferenciação

LifROCK

inhibitorFGF

Neurogênese Progenitores neurais Diferenciação neural

+ bone morphogenetic protein (BMP) + leukemia inhibitory factor (LIF)+ mitogen-activated protein kinase (MEK) + glycogen synthase kinase 3 (GSK3)+ FGF+ ActivinFeeder Layer

Inibem a diferenciação celularAlgumas culturas de primatas

A espécie animal e as condições de cultivo influenciamno estado de pluripotência

Mini-brain ou cultura organóide de cérebro

Rosetas = estruturas esféricas onde ascélulas da região central proliferam e asda periferia se diferenciam emneurônios

Lancaster et al., Nature. 2013, 19; 501(7467): 10.1038/nature12517.

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