Indução e organizador primário

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1 Universidade de Brasília (UnB) Universidade Aberta do Brasil (UAB) Aula 9: Indução e organizador primário Síntese: Agentes indutores mesodermizante e neuralizante 1

2 Sumário Informações gerais da aula 1- Objetivos: geral e específicos 2- Conteúdo da aula: Indução e organizador primário 2.1- Introdução 2.2- Experimentos de Hans Spemann e Ingrid Mangold 2.3- Experiências de exogastrulação 2.4- Competência do reator 2.5- Indução neuralizante 2.6- Indução mesodermizante 3- Metodologia 4- Atividades de aprendizagem 5- Avaliação da aprendizagem 6- Bibliografia 2

3 1- Objetivos 1.1- Objetivo geral A definir indução e compreender os mecanismos indutores neuralizante e mesodermizante Objetivos específicos Definir e conceituar indução, indutor e reator Compreender os experimentos de Hans Spemann e Hilde Mangold Compreender a experiência da exogastrulação Definir e caracterizar a indução neuralizante Definir e caracterizar a indução mesodermizante. 2. Conteúdo da aula: Indução e organizador primário 2.1- Introdução O que diferencia uma célula de um tecido de outras células de outros tecidos? Genes específicos que são ativados e inativados. Esses são ativados e transcritos durante o processo de diferenciação. Ao final do desenvolvimento, restam os genes mais especializados do tecido. Com a diferenciação, o estímulo indutor penetra nas células e estimula sua interação núcleo citoplasma. Os genes respondem aos sinais citoplasmáticos dessa interação. Dessa forma, vão surgindo os diversos tipos celulares, formando os diferentes tecidos do indivíduo e as células vão adquirindo especialização morfológica, bioquímica e funcional, como a morte celular programada, ativação, deslocamento, fixação, entre outros. 3

4 Como já estudado, na gastrulação, ocorre diferenciação celular e todos os genes paternos e maternos estão ativos. Em função de suas localizações, as áreas celulares do embrião são estimuladas a se diferenciar em outros tipos de células e tecidos. Para entender este processo é necessário entender algumas definições: indutor é estímulo que provoca o início da diferenciação celular; indutor é a fonte responsável pelo lançamento do estímulo e, reator é a área celular e/ ou tecidual que recebe o estímulo e inicia a diferenciação. Na gastrulação de na anfíbios, descrita na aula 6, o mesoblasto notocordal, que forma o lábio dorsal do blastóporo, é o indutor ou o organizador primário da gástrula, assim como o nó de Hensen, no caso do mamífero, também descrito nessa mesma aula. Este indutor atua sobre dois reatores: o ectoblasto e mesoblasto somítico e das lâminas laterais. O embrião organiza toda a sua embriogênese em torno do mesoblasto notocordal ou seja, em torno do seu eixo do sustentação. Na Figura 1, em vermelho, é mostrado o mesoblasto notocordal. Figura 1: mesoblasto notocorda e o lábio dorsal do blastóporo. Adaptado de (HOUILLON, 1972) 4

5 2.2- Experimentos de Hans Spemann e Hilde Mangold Este experimento evidencia a presença de um organizador primário para a diferenciação das células e dos tecidos, foi executado por Hans Spemann e Ingrid Mangold em 1924 utilizando duas gástrulas jovens de tritão Triturus taeniatus L. e T. crisatus L. escuro/pigmentada e claro/não pigmentada. Procedeu-se com a remoção do lábio dorsal do blastóporo do tritão claro formado pelo território presuntivo do mesoblasto notocordal enxertando na região superior do hemisfério vegetativo da espécie escura, pigmentada. 5

6 Com o amadurecimento da gástrula observou-se a formação de dois embriões normais ligados pela região ventral, ver na Figura 2, o esquema descrito porém com as cores invertidas, onde o vermelho representa o não pigmentado e o branco, o pigmentado. Figura 2: Experimento de evidência do organizador primário. (HOUILLON, 1972) O lábio dorsal enxertado foi capaz de se organizar e formar o segundo embrião em uma área onde estaria determinada a originar o endoblasto. Em cortes histológicos observa-se que somente a notocorda, em vermelho na Figura 2, é despigmentada e é 6

7 proveniente do enxerto enquanto que os demais tecidos são provenientes dos territórios presuntivos do hospedeiro, o tritão pigmentado. Portanto o território do mesoblasto notocordal e a notocorda são organizadores primários. O mesmo pode ser feito enxertando o nó de Hensen em aves e mamíferos, que também irão formar dois embriões. Processo pelo qual uma região embrionária interage com uma outra e influencia sua diferenciação alteração do destino celular como um resultado da interação entre células vizinhas. Hnas Spemann e Hilde Mangold chamaram o processo de indução primária. Neste processo não existe especificidade zoológica, pois a enxertia do Nó de Hensen de coelho para disco germinativo de embrião de galinha. Como resultado ocorre formação de dois embriões de galinha. Quando o nó de Hensen foi enxertado em anfíbios houve formação de dois embriões de anfíbio. Com isso conclui-se que não existe especificidade zoológica Experiência da exogastrulação Quando uma blástula é mergulhada em solução hipertônica de NaCl, não ocorre a invaginação dos territórios presuntivos mesodérmicos. O endoblasto, não invagina e se autodiferencia pois já está determinado desde a segmentação, ver Figura 3, letra B, em verde. Os mesoblastos somítico e das lâminas laterais, que permanecem ao lado da notocorda, se diferenciam, ver Figura 3, letras B e C, em vermelho. O ectoblasto permanece sob a forma de uma massa celular indiferenciada. Ao colocar partes deste ectoblasto indiferenciado em contato com a notocorda, ocorre sua diferenciação, ver Figura 3, letra C, em azul. Para se ter indução é imprescindível o contato entre o indutor e o reator. As células do reator, uma vez induzidas, perdem o contato, as ligações, com as do 7

8 Figura 3: Experiência da exogastrulação. Adaptado de (HOUILLON, 1972) 8

9 Indutor, começando então a se organizarem em tecidos, células de um mesmo tecido, liberam substâncias para o meio extracelular, formando ligações entre elas. Em experimentos, células embrionárias de rim de galinha e de rato, cultivadas juntas com células da retina, também de galinha e rato, reagrupam em função do órgão e não da espécie. O rim é formado por células de galinha e de rato e a retina por células de galinha e rato. A conclusão é que a especificidade é organotípica e não da espécie Competência do reator Consiste no estado fisiológico de maturação em que a estrutura se encontra. O reator somente dará resposta ao indutor, se estiver em um estado fisiológico que lhe confere a capacidade de responder à indução. Quando uma gástrula jovem que é um indutor maduro enxertada na blastoderma de uma blástula jovem, o indutor lança o estímulo, porém a blástula não responde, pois ainda não está em condições de receber a informação e reagir. Portanto a indução é definida como a capacidade que o tecido possui de iniciar e orientar as diferenciações dos tecidos vizinhos que estão indiferenciados. Para se ter indução é necessário a presença do induto maduro. No experimento de Spemann houve transplante de células de gástrula jovem que ainda não estão determinadas para uma diferenciação específica. Neurônios prospectivos transplantados para epiderme prospectiva resulta na formação de epiderme. Epiderme prospectiva transplantada para neurônios prospectivos resulta na formação de neurônios. Assim, se conclui que no estágio inicial da gastrulação, desenvolvimento é dependente seu destino final depende da localização no embrião. As células transplantadas regulam o processo de diferenciação. Em outro momento quando houve transplante de células de gástrula tardia que já estão determinadas para uma diferenciação específica. 9

10 Neurônios prospectivos transplantados para epiderme prospectiva resulta na formação de neurônios. Epiderme prospectiva transplantada para neurônios prospectivos resulta na formação de epiderme. A conclusão é que no estágio final da gastrulação o desenvolvimento é independente seu destino final não depende da localização no embrião. As células transplantadas não regulam o processo de diferenciação, já estão induzidas Indução neuralizante Na indução neuralizante a notocorda libera ribonucleoproteínas que atuam sobre o ectoblasto neural no sentido céfalocaudal, no processo de diferenciação do sistema nervoso. Sua atuação é mais intensa na região cefálica ocupada pelo cérebro, diminuindo significativamente na região caudal. As células do embrião são originalmente totipotentes podendo responder a diferentes estímulos e se diferenciarem. A indução notocordal indução neuralizante, determinando o processo de neurulação que consiste na formação do tubo neural. O processo total dará origem ao sistema nervoso. Tal indução age sob gradientes, atuando com intensidades diferentes ao longo do embrião. A neuralizante é céfalocaudal, já que apresenta intensidade muito mais forte na região cefálica do embrião e diminui, gradualmente, até a porção caudal. Na formação do sistema nervoso, as células do ectoblasto neural vão mudar sua forma de cúbicas a cilíndricas, formando uma placa celular, a placa neural. Como a indução é mais forte na região cefálica, essa placa também tem a sua porção anterior mais larga. Acompanhe na Figura 4 que o avanço da indução neuralizante faz com que a placa neural prolifere e avance em direção ao mesoblasto, localizado abaixo do ectoblasto. 10

11 Figura 4: Formação do tubo neural (A e B) e final da neurulação. Adaptado de (SADLER, 2007) 11

12 2.6- Indução mesodermizante O mesoblasto somítico se localiza ao lado da notocorda e a sua diferenciação é dependente da ação mesodermizante da notocorda. A indução mesodermizante apresenta dois gradientes: um lateral e outro caudocefálico. Dessa forma, a ação da notocorda sobre o mesoblasto somítico é muito forte na região troncocaudal do embrião. Primeiramente, as células do mesoblasto somítico agrupam-se em metâmeros, em conjuntos celulares. Esses metâmeros são chamados de somitos e ocorrem aos pares. O número de somitos vai variar de acordo com o animal. A ação da proteína mesodermizante sobre os somitos resultará em sua diferenciação. Inicialmente no somito são distinguidas três regiões: dermátomo, miótomo e esclerótomo. O dermátomo está localizado na região superior dos somitos e originará a derme e o tecido conjuntivo que se situa abaixo da epiderme. O miótomo é composto por células da região intermediária dos somitos. Essas se agrupam e formam células multinucleadas que, ao migrar para os respectivos destinos, originarão os músculos estriados esqueléticos. Por fim, o esclerótomo, composto por células da porção inferior dos somitos, também se diferencia e se movimenta para formar as vértebras e as costelas. Os músculos e a derme dos membros também têm origem a partir desses miótomos e dermátomos, porém, seus ossos se originam da diferenciação do mesênquima local. A ação da proteína indutora liberada pela notocorda sobre o mesoblasto das lâminas laterais na região troncocaudal do embrião promove uma delaminação, uma separação completa entre as suas camadas de células, o que resultará na formação de um espaço, de um celoma, chamado por celoma intraembrionário (Figura 5). Essa delaminação origina a somatopleura e a esplancnopleura. 12

13 Figura 5: Indução notocordal mesodermizante na formação do mesoblasto do anfioxo com a formação das vesículas enterocelomáticas. (DREWS, 1998) 13

14 3- Metodologia Leitura atenta dos conteúdos da aula e redação das respostas. Nem sempre somente essa leitura será suficiente, portanto, para melhor compreensão do assunto complemente a leitura com a bibliografia indicada e com os conteúdos adquiridos em outras disciplinas estudadas. O recurso fundamental para o seu estudo e para as respostas da atividade é este guia de aula, nele encontrarão a maior parte das informações sobre o ciclo sexual. É importante ressaltar que para se adquirir conhecimentos mais aprofundados e críticos e respostas mais completas das atividades propostas são necessárias apoiar em outras informações contidas não somente na bibliografia indicada mas também de outras bibliografias de áreas complementares sobretudo de morfologia e fisiologia. 4- Atividade de aprendizagem Responder as quatro questões propostas após o texto explicativo. Para responder as questões das atividades propostas é necessário estar atento aos objetivos da aula, pois eles serão os guias e suportes correções de cada uma das respostas. Como já afirmado anteriormente, para responder as atividades é necessário leitura complementar que está indicada na bibliografia da aula ou da disciplina, além de conteúdos de outras disciplinas da área de Morfologia. Questões 4.1- Definir e caracterizar indução, indutor e reator Explicar os experimentos de Spemann e Mangold Explicar a indução neuralizante Explicar a indução mesodermizante. 14

15 5- Avaliação da atividade Esta atividade tem valor de 10 pontos sendo, cada resposta com valor máximo de 2,5 que deverá ser original, redigida em no mínimo em 10 e máximo em 20 linhas e não serão aceitas cópias de textos, livros ou similares. Caso seja enquadrado nesta situação será atribuída nota zero para a atividade além de poder haver punição por plágio. 6- Bibliografia 1- DREWS, U. Atlasde poche d embryologie. 1. ed. Paris: Flammarion Médicine-Sciences, p. 2- GARCIA, S. M. L., CASEMIRO, G. F. Embriologia. 3. ed. Porto Alegre: ArtMed, p. 3- GILBERT, S. F. Biologia do desenvolvimento. 2. ed. Ribeirão Preto: Sociedade Brasileira de Genética, p. 4- HOUILLON, C. Embriologia. São Paulo: Edgard Blücher, p. 5- SADLER, T. W. Langman fundamentos de embriologia médica. 7. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, p. 6- WOLPERT, L. Princípios de biologia do desenvolvimento. 3. ed. Porto Alegre: ArtMed, 2008, 576p. 15