(A origem das células do

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1 (A origem das células do blastóporo dorsal () A fertilização em anfíbios é seguida pela ROTAÇÃO CORTICAL, que forma o CRESCENTE CINZA Spemann, 1938 Pergunta: O ovo recémfertilizado tem sua potencialidade distribuída simetricamente? 1

2 Spemann, 1938 Resposta: 1. O potencial de desenvolvimento já é assimétrico ANTES da primeira clivagem. 2. A inequalidade do potencial de desenvolvimento blastômeros está na presença ou não do Crescente Cinza ) A região DORSAL da blástula deriva do crescente cinza (estágio 1 blastômero) Prêmio Nobel em 1935 Crescente cinza Resultados: 1. Gerou dois eixos embrionários 2. O segundo embrião é composto de células doadoras E aceptoras. Conclusão: O Lábio dorsal do blastóporo tem capacidade INDUTIVA 1. O que é que há entre o crescente cinza e a região dorsal? 2. O que é que há entre o crescente cinza e a gastrulação? O ORGANIZADOR 2

3 1. O que é que há entre o crescente cinza e a região dorsal? Sem Crescente cinza não há região dorsal ENTÃO, qual o elemento ativo no crescente cinza? 2. O que é que há entre o crescente cinza e a gastrulação? Rotação cortical Crescente Cinza Recémfertilizado Mesoblástula Transcrição zigótica Gástrula Injeção de fatores citoplasmáticos de blastômeros que herdaram o crescente cinza na região ventral causa duplicação axial também (Holawacz, T. and R.P. Elinson Development 119: ) Um gene candidato a indutor endógeno deve ter a seguintes propriedades: Holawacz, Expressão na região dorsal 2. Capaz de causar duplicação axial 3. Ser de origem materna Spemann, 1924 Um gene candidato a indutor endógeno deve ter a seguintes propriedades: Membros da Família Wnt A TRANSCRIÇÃO no embrião de Xenopus só ocorre NA BLÁSTULA Os fatores indutivos do estão presentes ANTES da blástula 1. Expressão na região dorsal 2. Capaz de causar duplicação axial 3. Capaz de compensar pelo efeito do UV 4. Ser de origem materna Obs.: Wnt=Wingless +int Heasman, J. Development 124, (1997) 3

4 Via de sinalização Wnt O Dsh, assim como o Wnt, causa duplicação axial controle Injetados com XDsh Sokol et al.,development 121: (1995) 4

5 Um gene/sinal candidato a indutor endógeno deve ter a seguintes propriedades: O Dsh normalmente se encontra concentrado na região dorsal de blástulas Candidato: Wnt/Dsh 1. Expressão na região dorsal 2. Capaz de causar duplicação axial Dorsal Ventral 3. Ser de origem materna Western Blot para Dsh Um gene/sinal candidato a indutor endógeno deve ter a seguintes propriedades: O Dsh normalmente se encontra concentrado na região dorsal de blástulas Candidato: Wnt/Dsh 1. Expressão na região dorsal 2. Capaz de causar duplicação axial Dorsal Ventral Antes da Transcrição zigótica 3. Ser de origem materna Western Blot para Dsh Um gene/sinal candidato a indutor endógeno deve ter a seguintes propriedades: Candidato: Wnt/Dsh 1. Expressão na região dorsal 2. Capaz de causar duplicação axial 3. Ser de origem materna 5

6 O embrião de Xenopus expressa beta-catenina desde cedo Um gene/sinal candidato a dorsalizador endógeno deve ter a seguintes propriedades: Candidato: VIA DO Wnt (beta-catenina) 1. Expressão na região dorsal 2. Capaz de causar duplicação axial 3. Ser de origem materna ventral dorsal Localização da beta-catenina na blástula de Xenopus Um gene/sinal candidato a dorsalizador endógeno deve ter a seguintes propriedades: Candidato: VIA DO Wnt (beta-catenina) ventral dorsal 1. Expressão na região dorsal 2. Capaz de causar duplicação axial 3. Ser de origem materna Schohl and Fagotto Development 129, (2002) VISUALIZAÇÃO DA ROTAÇÃO CORTICAL Ponto de entrada do esperma Development 1992 Mar;114(3): Organization and regulation of cortical microtubules during the first cell cycle of Xenopus eggs. Schroeder MM, Gard DL O áster do esperma organiza a polimerização dos microtúbulos que resultam na rotação cortical 6

7 1. Fertilização 2. Polimerização polarizada dos microtúbulos pelo aster espermático 3. Rotação cortical 4. Concentração de Dsh na região vegetal-dorsal 5. Inibição de GSK-3 na região vegetal-dorsal 6. Atividade da betacatenina na região vegetal-dorsal Região Ventral Região Dorsal 1. O que é que há entre o crescente cinza e a região dorsal? Acúmulo de beta catenina nuclear. 2. O que é que há entre o crescente cinza e a gastrulação? A região DORSAL da blástula deriva do crescente cinza (estágio 1 blastômero) 1. O que é que há entre o crescente cinza e a região dorsal? Acúmulo de beta catenina nuclear. 2. O que é que há entre o crescente cinza e a gastrulação? Sem Crescente Cinza não há e não há gastrulação. Crescente cinza 7

8 Rotação cortical Gástrula Rotação cortical Recémfertilizado Mesoblástula Recémfertilizado Mesoblástula Gástrula Crescente Cinza Crescente Cinza? Propriedades do : Dsh no pólo vegetal Rotação cortical Dsh no crescente cinza Recémfertilizado Mesoblástula Transcrição zigótica Gástrula 1. Inicia Gastrulação 2. Participa do Mesoderma Dorsal 3. Induz formação de tecido Nervoso a partir do Ectoderma O de Spemann fica no MESODERMA DORSAL Após a gastrulação, as células do irão formar a notocorda Crescente cinza de Spemann 8

9 QUAL É A RELAÇÃO ENTRE Como é formado o MESODERMA? O CRESCENTE CINZA, BETA-CATENINA E O MESODERMA DORSAL???!! Nieuwkoop, anos 70 O pólo vegetal SECRETA elementos que induzem o mesoderma mesmo antes da transcrição zigótica. Como é formado o MESODERMA DORSAL? Hipótese: Existem fatores no pólo vegetal que induzem o Mesoderma Hipótese: Existem fatores no pólo vegetal que induzem o Mesoderma Um fator candidato a indutor endógeno do MESODERMA deve ter a seguintes propriedades:? 9

10 Um fator candidato a indutor endógeno do MESODERMA deve ter a seguintes propriedades: Hipótese: Existem fatores SECRETADOS do pólo vegetal que induzem o Mesoderma 1. Capaz de induzir MESODERMA 2. Expresso no pólo vegetal 3. Ser de origem materna VegT O de Spemann fica no MESODERMA DORSAL Como é formado o MESODERMA DORSAL? de Spemann Hipótese: Existem fatores SECREATDOS do pólo vegetal DORSAL que induzem o Mesoderma DORSAL QUAL É A RELAÇÃO ENTRE VegT Que elemento materno está na região dorsal? O CRESCENTE CINZA, BETA-CATENINA E O MESODERMA DORSAL???!! 10

11 O Centro de Nieuwkoop é formado pela sobreposição de VegT e Beta-catenina (VegT) Mas VegT e beta-catenina são fatores de transcrição!!! β-catenina VegT e outros TGF-betas Mesoderma Dorsal Mesoderma Ventral E agora????!!!! O que é secretado pelo Centro de Nieuwkoop para formar o? β-catenina VegT e outros TGF-betas Nieuwkoop?? Mesoderma Dorsal (Org) Mesoderma Ventral 11

12 VegT Beta-Catenina VegT Beta-Catenina Nieuwkoop Nieuwkoop? 1. Ativado por VegT 2. Ativado por beta-cat 3. Induz 4. ZIGÓTICO!! Xnr-1/ Nodal 1. Zigótico 2. Ativado por VegT 3. Ativado por beta-cat 4. Induz Genes do Genes do Xnrs são expressos zigóticamente Meso-blastula 1. Zigótico 2. Ativado por VegT 3. Ativado por beta-cat 4. Induz Dsh no pólo vegetal Rotação cortical Dsh no crescente cinza Recémfertilizado Mesoblástula Transcrição zigótica Gástrula VegT no pólo vegetal nodal Propriedades do : 1. Inicia Gastrulação 2. Participa do Mesoderma Dorsal 3. Induz formação de tecido Nervoso a partir do Ectoderma Dsh no pólo vegetal VegT no pólo vegetal Rotação cortical Dsh no crescente cinza Recémfertilizado Mesoblástula Transcrição zigótica Nodal Gástrula? 12

13 O que é que o lábio do blastóporo dorsal secreta que pode induzir diferenciação neural no ectoderma? VIA DE SINALIZAÇÂO DE BMP Existem proteínas extracelulares que são inibidores de BMP e atuam evitando a ligação de BMP com o seu Receptor O lábio do blastóporo dorsal produz inibidores de BMP como Chordin, Noggin e Follistatin. Superexpressão de inibidores de BMP induzem um segundo eixo neural. CHORDIN NOGGIN Development October 15, 2003 vol. 130 no

14 O que é que o lábio do blastóporo dorsal secreta que pode induzir diferenciação neural no ectoderma? Inibidores de BMP SE inibição do BMP induz destino neural BMP Epidermal ENTÃO BMP induz destino epidermal Aumentar as concentrações de BMP Aumentam expressão de genes EPIDERMAIS e diminuem expressão de genes NEURAIS. Efeito de gradiente morfogenético BMP4 BMP NEURAL Dorsal Ectoderm Cement Gland Anterior ectoderm EPIDERMAL Ventral Ectoderm Epidermal Wilson PA, Lagna G, Suzuki A, Hemmati-Brivanlou A Development Aug;124(16): O potencial de cada célula é indefinido A posição de cada célula em relação a fonte de morfógeno Fator Morfogenético: Tem efeitos diferentes em doses-diferentes Ou seja: é interpretada em programas de diferenciação distintos Gera um gradiente de resposta a partir da origem do fator Gradiente morfogenético BMC Developmental Biology :22 14

15 O ectoderma exposto a altos níveis de BMP = Epitélio O ectoderma exposto a baixos níveis de BMP = Epitélio Epitélio BMP4 BMP4 SE BMP induz epidermal ENTÂO ausência de sinal deve favorecer a diferenciação neural BMP Epidermal Epidermal Isto prova que BMP4 comanda a decisão de epitélio e placa neural a partir do ectoderma? 15

16 Remoção da via de sinalização de BMP>> neural mrna de Receptor de BMP4 nãosinalizante Normal Eixo Duplo mrna para receptor dominante negativo de BMP (pg) Normal Duplicação 0 88% % % 27% 200 7% 76% Suzuki et al Suzuki et al Proc Natl Acad Sci U S A Oct 25;91(22): ENTÃO ausência de qualquer sinal favorece NEURAL Redução da densidade de células tronco aumenta a expressão de genes neuraisof neural markers. Evidence for the default neural state Modelo de diferenciação neural por default markers Epidermal Pluriipotency Tropepe, V. et al., Neuron, 30(1), pp Dsh no pólo vegetal VegT no pólo vegetal Rotação cortical Dsh no crescente cinza Recémfertilizado Mesoblástula Transcrição zigótica Nodal Gástrula Inibidor de BMP 16