O que são genes HOX/Homeobox/Homeóticos? Codificam proteínas que causam HOMEosis HOMEO: similar Sis: transformação

Transcrição

1 Mutações homeóticas trocam segmentos corporais O que são genes HOX/Homeobox/Homeóticos? Codificam proteínas que causam HOMEosis HOMEO: similar Sis: transformação Ultrabithorax Antennapedia O que são genes HOX/Homeobox/Homeóticos? Codificam fatores de transcrição Propriedades das Proteínas Homeóticas 1. São fatores de transcrição com um domínio ligante a DNA (domínio homeobox ou homeótico) 2 Od í i 2. O domínio homeobox tem cerca de 60 aminoácidos 1

2 3. As proteínas Homeobox estão agrupadas no genoma, i.e. são genes vizinhos E. B. Lewis, Nature 276, 1978, Os genes do complexo Antennapedia são expressos em segmentos diferentes. 5. A ordem dos genes homeóticos no cromossomo corresponde à ordem temporal e espacial em que são expressos -> colinearidade E. B. Lewis, Nature 276, 1978, 565. HIPÓTESE: Os genes homeobox/homeóticos definem os segmentos corporais Anterior Posterior Segmentos torácicos Normal T3 Ubx Deleção para Ubx 2

3 HIPÓTESE: Os genes homeobox/homeóticos definem os segmentos corporais Anterior Segmentos torácicos Posterior Normal T3 Ubx Deleção para Ubx Anterior Posterior Anterior Posterior Segmento cefálico Segmentos torácicos Segmento cefálico Segmentos torácicos Normal C T3 Ubx Normal C T3 Ubx Expressão mutante de Expressão mutante de T3 Ubx SIM! E como!! OS GENES HOX TAMBÉM REGULAM A IDENTIDADE DE SEGMENTOS EM VERTEBRADOS? 1. Existe genes Hox em vertebrados? 3

4 O eixo antero-posterior de invertebrados e vertebrados é segmentado OS GENES HOX TAMBÉM REGULAM A IDENTIDADE DE SEGMENTOS EM VERTEBRADOS? 1. Os Hox são expressos em segmentos? As vértebras têm origem embrionária nos SOMITOS, i.e. a segmentação tem origem no embrião 4. Os genes do complexo Hox são expressos em segmentos diferentes. O padrão de expressão de Hox em vertebrados também segue o eixo A/P -> COLINEARIDADE O TRONCO DE VERTEBRADOS É SEGMENTADO E EXPRESSA GENES HOX 4

5 1. OS GENES HOX TAMBÉM REGULAM A IDENTIDADE DE SEGMENTOS em VERTEBRADOS? COMO? Embriogênese 2. COMO QUE OS GENES HOX AFETARAM A EVOLUÇÃO DO PLANO CORPORAL? Evolução 3. DE ONDE SURGIRAM OS HOX?Evolução genômica OS GENES HOX TAMBÉM REGULAM A IDENTIDADE DE SEGMENTOS EM VERTEBRADOS? 1. CRÂNIO 2. VÉRTEBRAS 3. CÓRTEX CEREBRAL As estruturas cranio faciais são formadas pela migração e fusão dos arcos branquiais OS GENES HOX TAMBÉM REGULAM A IDENTIDADE DE SEGMENTOS EM VERTEBRADOS? 1. CRÂNIO Visão dorsal dos arcos branquiais OS ARCOS BRANQUIAIS SÃO PREENCHIDOS DE CÉLULAS DO MESODERMA E DE CRISTA NEURAL 1 I Os Arcos Branquiais são separados por Fendas II 6 III 5

6 AS células da crista neural dos arcos branquais se originam do dorso do tubo neural O que são cristas neurais? As cristas neurais cefálicas migram para os arcos branquiais e prominências faciais Dependendo do seu alvo final, a crista neural pode se subdividir em: CRANIAL ou CEFÁLICA TORÁCICA Crista Neural ANTEs da migração (vista dorsal do tubo neural) Crista Neural APÓS migração (vista lateral da cabeça) As cristas neurais cefálicas dão origem a grande parte do esqueleto e inervação craniano e o mesoderma aos músculos e vasos Os melanócitos dão o padrão de pigmentação Crista neural cefálica Mesoderma cefálico 6

7 A presença da crista neural cefálica é necessária para o desenvolvimento da face Crista cefálica removida Crista cefálica removida e retransplantada Development 2002 Sep;129(18): Creuzet S, Couly G, Vincent C, Le Douarin NM Já que existem cristas neurais ao longo de todo o eixo embrionário, será que qualquer crista pode formar elementos do crânio? OU AS CRISTAS NEURAIS CEFÁLICAS E DO TRONCO SÃO EQUIVALENTES ANTES DA MIGRAÇÃO? Crista cefálica removida e retransplantada com crista truncal Development 2002 Sep;129(18): Creuzet S, Couly G, Vincent C, Le Douarin NM CRISTA CEFÁLICA E DO TRONCO SÃO DIFERENTES JÁ ANTES DA MIGRAÇÃO. A crista neural truncal expressa genes Hox A crista neural cefálica NÂO expressa genes Hox O QUE DETERMINA ESTA COMO É FORMADO O DIFERENÇA? CRÂNIO? Mech Dev Sep;121(9): Le Douarin NM 7

8 CRISTA CEFÁLICA E DO TRONCO SÃO DIFERENTES ANTES DA MIGRAÇÃO. O QUE DETERMINA ESTA DIFERENÇA? HIPÓTESE: Ausência de genes Hox permite a formação da face Mech Dev Sep;121(9): Le Douarin NM Ae xpressão de genes Hox na crista cefálica inibe o crescimento de estruturas faciais CONTROLE Hoxa3+ Hoxb4 na crista cefálica O CORPO DO EMBRIÃO ESTÁ DIVIDIDO EM DOMÍNIOS (cabeça tronco )COM DESTINOS DIFERENTES E ESTES, POR SUA VEZ, ESTÃO SUBDIVIDOS EM SUBDOMÍNIOS O domínio cefálico é subdividido em subdomínios Mech Dev Sep;121(9): Le Douarin NM 8

9 O primeiro arco branquial (mandibula= md) expressa Dlx5 e Dlx 6 A futura maxila (maxila=mx) não expessa Dlx A remoção dos genes Dlx5 e Dlx6 convertem mandíbula em maxila O QUE DETERMINA AS ESTRUTURAS CEFÁLICAS? Os genes Dlx determinam maxila Vs. mandíbula E OS AGNATAS? As lampréias expressam Dlx em TODOS os arcos branquias e região cefálica As lampréias expressam Dlx em TODOS os arcos branquias e região cefálica Nature Mar 28;416(6879): Cohn MJ Nature Mar 28;416(6879): Cohn MJ 9

10 O CORPO DO EMBRIÃO ESTÁ DIVIDIDO EM DOMÍNIOS (cabeça tronco )COM DESTINOS DIFERENTES, e.g. Com Hox e sem Hox E ESTES, POR SUA VEZ, ESTÃO SUBDIVIDOS EM SUBDOMÍNIOS, e.g. Com Dlx e sem Dlx OS GENES HOX TAMBÉM REGULAM A IDENTIDADE DE SEGMENTOS EM VERTEBRADOS? 2. VÉRTEBRAS OU SEGMENTOS DO TRONCO As vértebras têm origem embrionária nos SOMITOS 2. Existe uma identidade antero-posterior na sequência de somitos. Em vertebrados, o LIMITE ANTERIOR do domínio de expressão de cada gene Hox é mais claro do que o limite posterior Em vertebrados, o LIMITE ANTERIOR do domínio de expressão de cada gene Hox é mais claro do que o limite posterior Somitos 10

11 Perda de genes Hox específicos geram perdas de segmentos vertebrais específicos o de Hox10 Deleçã Normal Anterior Segmentos torácicos T3 Ubx Posterior Deleção de Hox11 Deleção para Ubx A expressão anterior de Hoxc 6 está sempre correlacionada com a formação do membro superior, independente do somito. COMO QUE O EMBRIÃO SABE ONDE DEVEM SER GERADOS OS MEMBROS? Hoxc 8 está sempre no segmento torácico entre os membros membros 11

12 Proximo Distal As regiões próximo-distais do primórdio de membro também são definidas por genes Hox A deleção de Hox afeta o desenvolvimento segmentar do membro Hoxa11 é expresso no zeugopodio Camudongo mutante para Hoxa11 não apresenta zeugopodio O CORPO DO EMBRIÃO ESTÁ DIVIDIDO EM DOMÍNIOS (cabeça tronco )COM DESTINOS DIFERENTES E ESTES, POR SUA VEZ, ESTÃO SUBDIVIDOS EM SUBDOMÍNIOS 12

13 O padrão de Hox para o membro anterior e posterior são diferentes COMO QUE O EMBRIÃO SABE QUE O BROTO DE MEMBRO MAIS ANTERIOR DEVE FORMAR OS MEMBROS SUPERIORES? = Hoxd9 = Hoxd9 +Hoxc9+Hoxb9 O padrão de expressão de genes da família Hox para o membro anterior e posterior são diferentes. Hox (homeobox): Fator de transcrição= homeótico A região do membro anterior expressa o fator de transcrição Tbx5 e o inferior o Tbx4 HH14-15 Tbx5 HH16 Tbx4 HH19 Alterações na expressão de Tbx pode alterar a identidade de membros O padrão axial é inicialmente gerado pelos genes Hox Hoxd9 = Tbx5 Hoxd9+ Hoxc9+ Hoxb9 = Tbx4 Nature 1999 Apr 29;398(6730):

14 OS GENES HOX TAMBÉM REGULAM A IDENTIDADE DE SEGMENTOS EM VERTEBRADOS? FILME NEURULAÇÃO Córtex Cerebral Tubo neural Arcos branquiais Cerebelo r1 Trigeminal r2 r3 I Trigeminal r4 Facial r5 II Facial r6 r7 III Glossofaríngeo r8 Vago Nat Rev Neurosci Jul;6(7): O axonios de R2+R3 vão para o PRIMEIRO ARCO Os axônios de R4 + R5 vão para o segundo arco 14

15 Hoxb1 ectópico Hoxb2 Trigeminal Hoxb2 Hoxb1 Facial Hoxb1 Hoxb2 Hoxb2 Os rombômeros são demarcados molecularmente por genes homeóticos Desenvolvimento antero-posterior do Tubo Neural (Segmentação) Fim da parte I 15