Controle genético do desenvolvimento animal. John Wiley & Sons, Inc.

Transcrição

1 Controle genético do desenvolvimento animal

2 Drosophila foi um dos primeiros organismos-modelo para análise genética do desenvolvimento.

3 Genética e Desenvolvimento O desenvolvimento de um animal multicelular a partir de um ovócito requer uma cuidadosa expressão gênica durante esse período. A expressão gênica direciona a especialização de células, o desenvolvimento de células em tecidos e órgãos e a formação do corpo do animal.

4 Estudando desenvolvimento com a genética Colecionando mutações que afetam o desenvolvimento. Testes de alelismo dessas mutações. Mapa genético desses genes. Análise de epistasia entre os genes. Clonagem e estudo dos genes.

5 Desenvolvimento da Drosophila Com cório Cada ovócito é circundado por um cório. A parte anterior tem 2 filamentos que auxiliam a entrada de oxigênio na célula. O espermatozoide entra através do micrópilo. Sem cório

6 O ovócito fertilizado tem 2 núcleos (n) Os 2 núcleos se dividem 1 vez e o núcleos resultantes fundem-se e formam 2 núcleos (2n) Os núcleos se divide e produzem 1 célula com muitos núcleos Após 9 divisões núcleos vão p/ periferia. Alguns vão para o polo, que vão formar a linhagem germinativa. Membranas celulares formam-se e produzem o blastoderma celular, com cerca de 4000 células.

7 Desenvolvimento inicial da Drosophila Em 1 dia o embrião se desenvolve em uma larva. A larva eclode, se alimenta e troca de casca 2 vezes. Depois de 5 dias, a larva fica imóvel e forma a pupa. Durante o estágio pupal, as células nos discos imaginais se diferenciam nas estruturas adultas.

8 Atividade gênica materna no desenvolvimento Materiais transportados para o ovócito tem papel importante no desenvolvimento embrionário.

9 Genes de efeito materno Genes de efeito materno contribuem para a formação de ovócitos saudáveis; o efeito de mutações nesses genes não afetam o fenótipo da fêmea, mas serão vistos na próxima geração.

10 O Gene dorsal : Descendentes de fêmeas dl/dl são inviáveis

11 O gene dorsal O gene dorsal codifica um fator de transcrição produzido durante a ovocitogênese e estocado no ovócito. A proteína é importante para a diferenciação das partes dorsais e ventrais; quando ela está ausente, o ventre se torna dorso. O gene dorsal é expresso somente na linhagem germinativa das fêmeas. Mutações no dorsal tem efeito materno letal.

12 Eixos do corpo e simetria Dorsal-Ventral Anterior-Posterior bilateral Esse eixos são estabelecidos bem no início do desenvolvimento.

13 Formação do eixo Dorsoventral Células dorsais se diferenciam em epiderme Genes twist e snail: reprimidos Genes zerknullt e decapentaplegic: induzidos Fator de transcrição dorsal sai do núcleo na parte dorsal Fator de transcrição dorsal entra no núcleo na parte ventral Genes twist e snail: induzidos Genes zerknullt e decapentaplegic: reprimidos Células ventrais se diferenciam em mesoderme

14 Formação do eixo Dorsoventral A proteína Toll está em toda superfície da membrana celular e a Spatzle está no espaço perivitelino. A protease easter cliva a Spatzle e produz peptídeo ativo. O peptídeo interage com Toll. Toll/Spatzle permite entrada da proteína dorsal nos núcleos da face ventral. Por causa de um padrão criado pelas células que circundam o ovócito no ovário a clivagem só ocorre na face ventral.

15 Formação do eixo anteroposterior

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18 Morfógenos As proteínas bicoid e nanos são morfógenos, substâncias que controlam processos de desenvolvimento de acordo com a concentração. Os gradientes de concentração de bicoid e nanos são inversos; o eixo anteroposterior é determinado pela alta concentração desses morfógenos nas extremidades opostas do embrião.

19 Atividade Gênica Zigótica no Desenvolvimento A diferenciação dos tipos celulares e a formação dos órgãos dependem da ativação de genes em determinados padrões espaciais e temporais.

20 Expressão Gênica Zigótica Os primeiros eventos no desenvolvimento animal são controlados pelos fatores sintetizados pela mãe. Em um ponto após a fertilização, a expressão gênica zigótica, ou expressão gênica do embrião, começa.

21 Segmentação do corpo em Drosophila

22 Genes Homeóticos Mutações Homeóticas transformam um segmento em outro. Mutação no bithorax (bx) afeta 2 segmentos toráxicos. Mutação no Antennapedia transforma a antena em perna.

23 Genes Homeóticos de Drosophila Os genes homeóticos de Drosophila formam 2 grandes clusters em um dos autossomos. Todos os genes homeóticos codificam fatores de transcrição hélice-volta-hélice com uma região conservada de ligação ao DNA. O padrão de expressão desses genes ao longo do eixo antero-posterior corresponde a ordem desses genes no cromossomo.

24 Os complexos Bithorax e Antennapedia na Drosophila

25 Genes de Segmentação Os genes de segmentação são necessários para a segmentação ao longo do eixo anteroposterior. Eles são classificados em 3 grupos baseados nos fenótipos de embriões mutantes: Genes Gap Genes Pair-rule Genes polaridade segmentar

26 Genes Gap Definem as regiões segmentares. Mutações nesses genes causam a perda de um conjunto de segmentos contíguos. Quatro genes gap foram bem caracterizados: Krüppel, giant, hunchback e knirps. A expressão de genes Gap é controlada por bicoid e nanos. Os genes gap codificam fatores de transcrição.

27 Genes Pair-Rule Definem o padrão de segmentos. São regulados pelos genes gap e são expressos em 7 bandas alternadas. Em certos mutantes pair-rule, os embriões tem apenas metade dos segmentos. Esses genes codificam fatores de transcrição.

28 O padrão de 7 listras de expressão do gene fushi tarazu (ftz) em blastoderma de Drosophila

29 Genes de polaridade segmentar Definem os compartimentos anterior e posterior dos segmentos individuais. Mutações nesses genes causam a substituição de cada segmento por uma imagem de espelho do segmento adjacente. Codificam fatores de transcrição e moléculas sinalizadoras.

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31 Formação de órgãos Requer a organização de muitos tipos diferentes de células.

32 O Gene eyeless Mosca mutante sem olho. O gene eyeless selvagem codifica um fator de transcrição que ativa uma via de desenvolvimento com milhares de genes.

33 Expressão do eyeless em outros tecidos causa a formação de olhos extras

34 Homólogos do eyeless em mamíferos Em camundongo, o Pax6 produz olhos extras quando inserido em Drosophila. No camundongo, mutações nesse gene causam redução do tamanho do olho. Em humanos, mutações no homólogo causam aniridia (diminuição ou ausência da íris.

35 Diferenciação Celular no olho de Drosophila

36 Omatídeo com fotorreceptores Mutações no gene do receptor SEV fazem com que R7 torne-se um cone A sinalização entre R8 (diferenciada) e R7 por Boss, induz a diferenciação de R7 em fotorreceptor

37 Determinação do fotoreceptor R7 A célula R7 sintetiza um receptor de membrana, sevenless (SEV). A célula R8 expressa o ligante de sevenless, BOSS. O contato entre R7 e R8 é necessário para BOSS interagir e ativar SEV. Isso ativa uma cascata de mudanças em R7. A determinação do destino de uma célula indiferenciada por um sinal de uma célula diferenciada é chamada de indução.

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