HOJE:

Células-troncoEmbrião – meio ambienteTeratogêneseAnálise dos embriões da aula prática da semana passada

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As células-tronco de alguns tecidos se dividem raramente

Como podemos identificá-las in vivo?

Como podemos rastrear o destino das células descendentes das células-tronco?

label-retaining cells (LRCs)

injeção de BrdU

coleta e análise da pele

Ensaio de retenção de marcação de BrdU

Essas células se dividem com pouca frequência, o que explicaria a retenção de BrdU

Ensaio de incorporação de BrdU(bromodeoxyuridine)

bromodeoxyuridine

thymidine

OUTRA INTERPRETAÇÃO: as células-tronco poderiam segregar uma das fitas de DNA assimetricamente

Hipótese da fitaimortal de DNA

Shinin et al 2006. Nat Cell Biol, 8, 677

Célula-tronco de músculo

Como podemos rastrear o destino de uma célula no organismo?

X. Lim et al., Science 342, 1226–1230 (2013).

pelo

cutícula do pelo

Renovação das estruturas da epiderme:

o folículo piloso

saliência capilar

Células que retiveram a marcação foram identificadas com anti-BrdU

IFE – interfollicular epidermisHF – hair follicleSG – sebaceous gland

Células da saliência capilar dão origem a todasas estruturas da epiderme

animal normal

animal trangênico

Oshima et al, 2001. Cell, 104: 233-245

H. Clevers et al., Science 346, 1248012 (2014). DOI: 10.1126/science.1248012

H. Clevers et al., 2014 Science 346, 1248012

S. J. Habib et al., Science 339, 1445–1448 (2013)

Co-cultura de células-tronco embrionárias com beads recobertos com Wnt

H. Clevers et al., 2014 Science 346, 1248012

A segregação da “fita imortal” de DNA é regulada por Wnt?Aparentemente NÃO

Embrião e meio ambiente

Conceitos

• 2 tipos de plasticidade fenotípica

– Norma de reação: um gradiente contínuo de potenciais fenótipos

– Polifenismo: fenótipos descontínuos, isto é, o ambiente determina um OU outro fenótipo

• Morph ou ecomorph – diferentes fenótipos resultantes de alterações ambientais

Vasosmúsculo

Chinsomboon et al, 2009, . Proc Natl Acad Sci 106: 21401-21406

PGC1- knockout

selvagem

Exercício físico aumenta a densidade de vasos nomúsculo através do fator de transcrição PGC1-

NORMA DEREAÇÃO

POLIFENISMODensidade

Solitário – asas curtas e verdesMuitos indivíduos – pernas longas e pigmentadas adaptadas à migração

Dieta

Primavera verão

Nemoria arozinariaPheidologeton

Schistocerca gregaria

Polifenismo em indivíduos machos de Onthophagus acuminatus

dung beetle

O desenvolvimento de chifres só ocorre quando a larva atinge um dado limiar

Larva grande o suficiente = desenvolvimento de chifres

Embora o tamanho do indivíduo tenha uma distribuição normal, o desenvolvimento de chifres é bimodal

existe uma compensação – indivíduos com chifres

maiores têm olhos menores

O tamanho dos chifres e dos olhos respondem de forma

inversa a aplicação exógena de JH (hormônio juvenil)

JH +

JH -

JH foi aplicado topicamente nas região dos chifres

Besouro Ontophagus acuminatus POLIFENISMO

Dieta (quantidade e qualidade)↓

tamanho da larva↓

desenvolvimento ou NÃO desenvolvimento de chifres

macho sem chifres macho com chifres

Seleção divergente !

Machos sem chifres têm OUTRA estratégia evolutiva:

período crítico

A produção de ecdisona é regulada por um neurohormônio sensível ao fotoperíodo

Masaki, T., Endo, K., & Kumagai, K. (1988), Zool. Sci., 5, 1051–1057.

Apis mellifera

http://www.michiganbees.org/2010/the-abdomen-2/

POLIFENISMO

Geléiareal

mel

Kucharski R et al, 2008. Science, 319:1827-1830

Kucharski R et al, 2008. Science, 319:1827-1830

Inibição de metiltransferase mimetiza o efeito de geléia real

O que a geléia real tem ??

Maleszka R, 2008. Epigenetics,3: 188-192

fat body – fígado de insetos

agouti

pelagem amarela

metabolismo lipídico

MÃES geneticamente

idênticas

+ suplementosSEM suplementos

FILHOS

Waterland & Jirtle, 2003 Mol Cel Biol, 23: 5293–5300

Polifenismo induzido por dieta em mamíferos

Polifenismo induzido por predadores

predador presente

predador ausente

Daphnia (pulga d’água)

“capacete” protetor é induzidoppor cairomônio liberado na água pela larva de Chaeoborus(uma mosca)

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O efeito do cairormônio no desenvolvimento de carapaçasé induzível/reversível em geraçõesposteriores

Agalychnis callidryas

Embriões são capazes de distinguir entre a vibração causada pelo predador ou por uma tempestade

Caldwell et al. (2010). Animal Behaviour 79:255-260.

POLIFENISMO

Sexo de muitos répteis é determinado pela temperatura

Nascem machos OU fêmeas ou diferentes proporções desses dois fenótipos. Não há indivíduos intersexuados

Vantagens?

O fenótipo crossveinless surgiu em pupas expostas a um choque térmico de mais de 40oC Seleção artificial em laboratório

inbreeding de indivíduos crossveinless

Na 14ª geração surgiram indivíduos crossveinless sem a exposição ao choque térmico

Assimilação genética na natureza

Aglais urticae

fenocópiasda Europa central

Surge quando faz calor

Uma raça ou subespéciefoi encontrda na Siciilia!

O ambiente modula o comportamento

Nr3c1 – receptor de glucocorticóide

• Principal causa de mortalidade infantil

• Estruturais, funcionais, metabólicas, comportamentais etc

• Pequenas anomalias – 14% dos recém-nascidos

ANOMALIAS DO DESENVOLVIMENTO

Causas

• Genéticas (intrínsicas)

– Malformações resultantes de mutações, aneuploidias, translocações

• Ambientais (extrínsicas)

– Agentes externos = teratógenos. Exs: radiação, virus, hipertermia, drogas, hipoxia

• Multifatorial (= genética + ambiental)

Causas

GenéticasAmbientaisMultifatoriais = genéticas + ambientais

Gametogênese – breve revisão

Formação dos gametas

Formação dos gametas

XX → ovários → ovócitosXY → testículos → espermatozóides

= mitose

Uma diferença importante entre a gametogênese masculina e o feminina

célula tronco da linhagemgerminativa masculina

Nascimento – 7 milhões de folículos primordiais

Do nascimento à puberdade a maioria degenera

Na puberdade – 400.000 folículos primordiais

NÃO HÁ célula tronco da linhagemgerminativa feminina

Princípios da Teratologia

• Período no qual o embrião é exposto

• Dose do teratógeno

• Constituição genética da mãe e do feto

Talidomida

• Início da década de 1960

• Sedativo e náuseas na gestação

período de suceptibilidade à talidomida: 20-34 dias após a fertilização

THALIDOMIDE

Absence of arms 38-42 days

(absence of legs 39-45 days)

Gilbert (2006)

Therapeutic agents can be teratogens (3)

Abnormalities in forelimb, lower jaw, ear

and tail in 100 day Rhesus monkey

foetus following treatment of pregnant

mother with 30 mg/kg thalidomide on day

26 of pregnancy. Normal foetus on right

Wilson (1973)

Talidomida afeta diferentes estruturas dependendo do momento da exposição à droga no desenvolvimento

Exposição a teratógenos antes da concepção

ÓVULO – susceptível desdeo período pré-natal

erros na segregação dos cromossomos

ESPERMATOZÓIDE “renováveis” (100 milhões/dia)

• Suscetibilidade da linhagem germinativa

masculina no período pré-natal é pouco

conhecida.

• Não há registros sobre a dose, tempo de

exposição, interações química etc

Suscetibilidade da linhagem germinativa masculina no período pós-natal

Suscetibilidade da linhagem germinativa masculina no período pós-natal

• Aumento da infertilidade

• Aumento da frequência de

defeitos na progênie

Suscetibilidade da linhagem germinativa masculina no período pós-natal

• Sobreviventes de câncer infantilC

han

ces

de

gest

ação

dose de agente alquilante(quimioterápicos)

Agentes alquilantes foram encontrados no líquido seminal

Geen et al 2010. Fertility of male survivors of childhood cancer, J Clin Oncol, 28:332-339

Causas

GenéticasAmbientaisMultifatoriais = genéticas + ambientais

Síndrome do alcoolismo fetal

MULTIFATORIAL

DoseMomento da exposiçãoBackground genético

ADH2Exercício:Etanol acetaldeído

ADH2- álcool desidrogenase

Índice de Bayley – índice de desenvolvimento mental infantil

Esboce o gráfico de COMO será o índice de Bayley dos filhos dessas mulheres

Disruptores endócrinosendocrine disruptors

• Diethylstilbesterol (DES) – estrógeno sintético, mimetiza o estrógeno natural

• Finasterine – bloqueia a síntese de testosterona. É usado no tratamento da calvície.

• Polychlorinatedbiphenyl pollutants (PCBs)

• BPA (bisphenol-A)

Disruptores endócrinos

• DES (diethylstilbestrol)– estrógeno sintético usado par prevenir aborto espontâneo (até 1971).

• BPA (bisphenol-A)

Soto et al 2013. Does cancer start in the womb? . J J Mammary Gland Biol Neoplasia 18:199-208

Exposição ao BPA – baixa eficiência de implantação, gestação e nascimento em mulheres submetidas a FIV

NO ENTANTO, aquelas que consomem SOJA, o efeito não foi observado

Controle bisfenol-A

Cordão epitelial aumentado

Inibição da formação do lúmen

Efeito da exposição de embriões de camundongos (E8-E18) a bisfenol-A

Vandenberg et al 2007. Endocrinogy, 148:116-127

Controle bisfenol-A

Árvore epitelial da glândula mamária de camundongos adultos que foram expostos a bisfenol na embriogênese

Disruptores endócrinos afetam as futuras gerações não expostas

Epigenetic transgenerational inheritance

Vinclozolin – um pesticida anti-androgênico

vin

clo

zolin

con

tro

le

Hipospádia ou hipospadia é uma malformação congênita do meato urinário no sexo masculino

causas genéticas foram descartadas

• Sistema nervoso, coração e pulmões

PNE – prenatal nicotine exposure

colágeno

Ácido retinóico

• Extremamaente teratogênico nas primeirasemanas de gestação

• Dimorfismo craniofacial

• Fendas palatinas

• Aplasia tímica

• Defeitos no tubo neural

Efeitos no cérebro e do comportamento

• Exposição pré-natal resulta em efeitos mais severos. Ex clássico – Mercúrio (Doença de Minamata).

• Exposição pós-natal Chumbo, manganês, cadmium, bi - afeta também crianças

Princípios da Teratologia

• Período no qual o embrião é exposto

• Dose do teratógeno

• Constituição genética da mãe e do feto

1960

Exemplos da interação gene-ambiente

Idade materna é determinante na incidências da sídrome de Down

Não-disjunção na meiose I Não-disjunção na meiose II

Aneuplodias são causadaspor não-disjunções

Possíveis causas da não-disjunção

COESINA

CINETOCORO

cinetocoro

Subramanian & Bickel, PLoS Genetics 2008 DrosophilaMurdoch et al 20013, PLoS Genetics 2013 camundongos

Qiao et al 2014, Molecular Aspects of Medicine, 38:54-85

Acondroplasia

• Dominante

• Mutação no receptor de FGF3 (FGFR3) que resulta em sua ativação prolongada desse receptor na presença de FGF

• Herança paterna

Por que há tantasdiferenças entre indivíduos

portadores da mesmaanomalia?

GENETIC ENVIRONMENTAL

Duchenne muscular dystrophy

HaemophiliaOsteogenesis imperfecta

Club footPyloric stenosisDislocation of hip

Peptic ulcerDiabetes

Tuberculosis

PhenylketonuriaGalactosaemia

Spina bifidaIschaemic heart diseaseAnkylosing spondylitis

Scurvy

RareGenetics simple

Unifactorial

CommonGenetics complexMultifactorial

Contribuição genética x ambiental

http://www.teratology.org/pdf/Primer_Second_Edition_070710.pdf