Células-tronco Diferenciação neural

Transcrição

1 Células-tronco Diferenciação neural

2 13/10 ES e ips cells 20/10 - Diferenciação de ES em neurônios 27/10 - Regeneração

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

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

5 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

6 Langman-Embriologia Médica, Sadler, Thomas W.

7 Nó Primitovo, Nó de Hensen, Organizador Expressão de genes indutores

8 Regiões Sinalizadoras (mamíferos) RA FGF e BMP nó Lefty1 Cerberus Otx2 Dkk epiblasto Endoderma visceral anterior hipoblasto Lefty1 e Cerberus são antagonistas de Nodal Nodal ativa a expressão de genes posteriores Dkk inibe a via de Wnt

9 Regiões Sinalizadoras (mamíferos) epiblasto Chordin nó Chordin Noggin hipoblasto notocorda Chordin e Noggin são inibidores de BMP

10 Regiões Sinalizadoras (mamíferos) epiblasto Chordin Lefty1 Chordin Cerberus Noggin Otx2 Dkk hipoblasto notocorda Inibição de Nodal e BMP e Wnt Indutores anteriores (cabeça)

11 Chdn -/- e Nog -/- Malformações craniais e neurais (sem alterações abaixo do pescoço) Anderson et al., Development : ;

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13 Regiões Sinalizadoras (mamíferos) epiblasto BMP Wnt BMP Wnt notocorda hipoblasto RA FGF

14 ECTODERMA NEUROECTODERMA ECTODERMA SUPERFICIAL Tubo Neural Crista Neural Cérebro, medula, retina, neurohipófise Gânglios e nervos cranianos e sensitivos, células pigmentares, cartilagem dos arcos branquiais, mesênquima da cabeça Epiderme, pelos, unhas, esmalte dentário, glândulas cutâneas e mamárias, lobo anterior da hipófise, orelha interna, cristalino

15 Neurulação +BMP -BMP +BMP Pregas neurais Formação da placa neural (indução neural pelo nó primitivo ausência de BMP e pela notocorda) Células espessas-neuroepitélio Sulco neural 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

16 Formação da placa neural (delimitação da futura cabeça) Ectoderme de superfície (epiderme) Tubo neural (cérebro e medula) Crista neural (neurônios periféricos, células pigmentadas e cartilagem facial) Espessamento da placa neural (cúbicas-cilíndricas-pseudoestratificadas) Smith and Schoenwolf, TINS Vol. 20, No. 11, 1997

17 As regiões periféricas da placa neural se elevam formando pregas A região central começa a formar uma estrutura em forma de U (sulco neural)

18 As pregas se movem na direção central A união das pregas forma o tubo neural e induz o desprendimento das células da crista neural

19 Dobradiça mediana Dobradiças laterais

20 Constrição apical e alongamento basal Shroon rearranjo dos citoesqueleto (actina e microtúbulos) Lee et al., Development : ; doi: /dev.02828

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23 Aspectos anatômicos do desenvolvimento neural inicial Epiblasto Ectoderma Neurectoderma Progenitores neurais Nosso Sistema Nervoso tem o mesmo tamanho de quando éramos embriões?

24 Diferenciação do Encéfalo Prosencéfalo Mesencéfalo Rombencéfalo

25 A pressão ventricular + proliferação celular + DOBRAMENTO DO TUBO contribuem para a forma final do Sistema Nervoso Central

26 Neurogênese = nascimento dos neurônios

27 As células do tubo neural proliferam na região CENTRAL (próximas ao canal do tubo neural) CANAL VENTRICULAR ou ZONA VENTRICULAR Camada Marginal (apical) Células neuroepiteliais Neurônio Jovem Mitose Célula ependimária Camada Ventricular (basal)

28 Paridaen and Huttner; EMBO Rep. 2014; 15(4): doi: /embr

29 Os precursores de neurônios migram do ventrículo em direção a superfície. OU SEJA, os neurônios mais novos são mais superficiais Superfície pial Ventrículo

30 Cada estrutura do SNC têm número diferente de camadas

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32 zigoto Pluripotentes Totipotentes Neurogênese Progenitores Cels diferenciadas

33 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)

34 Diferentes gradientes de Wnt, Fgf, BMP, Shh BMP Wnt BMP Wnt notocorda RA FGF

35 Diferentes gradientes de Wnt, Fgf, BMP, Shh Diferentes fatores de transcrição de inibição da indução neural Hes e Hey BMP Wnt BMP Wnt notocorda Diferentes fatores de transcrição de indução neural NeuroD, Neurogenin, Mash, Olig

36 Genes progenitores/proliferação Genes de Indução Neural Crescimento Especialização NeuroD, Neurogenin, Mash, Olig Hes e Hey

37 Ondas de fatores e expressão gênica Proliferação dos Progenitores neurais Neurogênese (Pró-neurais) Diferenciação neural Marcadores neurais Pax6 Lhx2 Arx Foxg1 Neurogenina (Ngn) Mash (Asc11) NeuroD NeuroD2 Nex β-tubulin neurofilament-m Diferenciação Glial

38 Favor et al., GENETICS 2009 DOI: /genetics

39 The extent of eye development in mutant Pax6 genotype constructs with varying levels of predicted Pax6 activity. Jack Favor et al. Genetics 2008;179: Copyright 2008 by the Genetics Society of America

40 Proliferação dos Progenitores neurais Neurogênese (Pró-neurais) Diferenciação neural Marcadores neurais Pax6 Lhx2 Arx Foxg1 Neurogenina (Ngn) Mash (Asc11) Brn2, Sox4 NeuroD NeuroD2 Nex β-tubulin neurofilament-m Diferenciação Glial

41 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):

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

43 Células gliais transfectadas com Ngn2 se transformam em neurônios capazes de disparar potenciais de ação Heinrich et a., PLoS Biol. 2010; 8(5): e doi: /journal.pbio

44 Proliferação dos Progenitores neurais Neurogênese (Pró-neurais) Diferenciação neural Marcadores neurais Pax6 Lhx2 Arx Foxg1 Neurogenina (Ngn) Mash (Asc11) NeuroD NeuroD2 Nex β-tubulin neurofilament-m Diferenciação Glial

45 Como diferenciar células-tronco embrionárias e ips em neurônios?

46 Embriologia

47 Embriologia Trofoblasto (placenta) Embrioblasto (embrião)

48 Células-tronco Embrionárias (ES) Degeneração Macular Parkinson ELA (esclerose lateral amiotrófica Cardiopatias, Anemia, Leucemia, Artrite, Fratura óssea DPOC (doença pulmonar obstrutiva crônica) Diabetes Cirrose Infertilidade

49 Determinação do Destino = Diferenciação Zigoto Pluripotente Progenitor Diferenciada C-Myc Lin28 SSEA3 SSEA4 Smad2/3 Oct3/4 FoxD3 Nanog Cripto Sox2 Sox17 Célula-tronco embrionária Notch1 Nestin TP63 Ectoderma Β3-Tubulina Nestina MAP2 ABCG2 Mash Atoh7 Progenitores Neurais Nestina Jagged Sinapsina Tau GluR2 GluR4 Sinaptotosina Rodopsina Calbindina Neurônios

50 Isolamento das células-tronco embrionárias

51 Cultura de ES

52 Pluripotentes Induzidas Multipotente/ Pluripotente Progenitor Diferenciada Diferenciação Desdiferenciação C-Myc Lin28 SSEA3 SSEA4 Smad2/3 Oct3/4 FoxD3 Nanog Cripto Sox2 Klf4 Célula-tronco embrionária Notch1 Nestin TP63 Ectoderma Β3-Tubulina Nestina MAP2 ABCG2 Mash Atoh7 Progenitores Neurais Nestina Jagged Sinapsina Tau GluR2 GluR4 Sinaptotosina Rodopsina Calbindina Neurônios

53 Sox2, Klf4, C-Myc, Oct3/4 Células de indivíduos adultos

54 Indiferenciação Neurogênese Progenitores neurais Diferenciação neural C-myc Lif ROCK inhibitor FGF

55 A espécie animal e as condições de cultivo influenciam no estado de pluripotência + bone morphogenetic protein (BMP) + leukemia inhibitory factor (LIF) + mitogen-activated protein kinase (MEK) + glycogen synthase kinase 3 (GSK3) + FGF + Activin Feeder Layer Inibem a diferenciação celular Algumas culturas de primatas

56 Mini-brain ou cultura organóide de cérebro Rosetas = estruturas esféricas onde as células da região central proliferam e as da periferia se diferenciam em neurônios

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

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