Unidade 2. Princípios do Desenvolvimento Embrionário em Animais. Sumário. Introdução. II. Gametogênese. III. Fecundação. IV.

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1 EIXO BIOLÓGICO

2 Unidade 2 Princípios do Desenvolvimento Embrionário em Animais Autores: Umberto Euzébio Sumário Introdução II. Gametogênese III. Fecundação IV. Segmentação V. Gastrulação (anfioxo, ouriço do mar, anfíbios e mamíferos) VI. Indução e Neurulação VII. Anexos Embrionários VIII. Placentas e placentação IX. Considerações finais X. Referências

3 #M4U2 Introdução A Embriologia é uma das áreas das Ciências Biológicas que tem como objetivo estudar a formação e o desenvolvimento dos organismos desde a sua concepção até o estabelecimento das estruturas e funções que identificam uma determinada espécie. Para a compreensão do desenvolvimento embrionário animal, necessitamos de conceitos e conhecimentos básicos de Morfologia macroscópica (Anatomia) e microscópica (Histologia). Biologicamente falando, o embrião é identificado a partir do momento em que há formação de mais de duas células, denominadas blastômeros, porém a caracterização da espécie somente é estabelecida a partir do início da organogênese, quando são formados os órgãos e os sistemas. Na maior parte do período embrionário, as células são totipotentes e, portanto, não caracterizando morfologicamente uma espécie. Nesse período, não existe especificidade e nem um sistema indutor em ação, portanto esse aglomerado celular poderá diferenciar em qualquer estrutura do futuro organismo. Em nosso texto, enfocaremos a primeira fase do desenvolvimento do embrião e será estudada a sua organização envolvendo a formação dos tecidos embrionários e a transformação da forma plana para a cilíndrica. Saiba mais... Para saber mais de Histologia consultar o livro Histologia Básica: texto e altas de Luiz Carlos Uchoa Junqueira e Jopé Carneiro, 11.ed. Rio de Janeiro Guanabara Koogan, 2008, 542p. #M4U2 II. Gametogênese Todos os animais pluricelulares são provenientes de uma única célula: a célula ovo ou zigoto. Esse é o resultado da anfimixia, um processo de fertilização e fecundação em que os gametas masculino e feminino se juntaram, re -estabelecendo a diploidia. Os gametas são células especializadas, resultantes da divisão meiótica, que têm por característica possuírem apenas a metade do número de cromossomos. Em nosso estudo da gametogênese utilizaremos como exemplo a formação dos gametas na espécie humana. Durante a quinta semana do desenvolvimento embrionário da espécie humana, inicia-se a formação do sistema reprodutor e das células germinativas primordiais. Estas se diferenciarão de acordo com o sexo do embrião/ feto, dando origem às ovogônias ou às espermatogônias. As diferenciações ocorrem nas espécies animais em diferentes períodos do desenvolvimento embrionário- fetal. A partir dessa etapa, inicia-se a gametogênese. Os dois tipos de células iniciam a sua divisão meiótica nos processos de ovogênese e espermatogênese para a formação dos ovócitos e dos espermatozóides respectivamente. Ovogênese A formação do gameta feminino ocorre ainda na fase embrionária. As células germinativas primordiais iniciam o processo de divisão que somente chegará ao final a partir da puberdade. No ovário em formação, as ovogônias estão envolvidas pelas células do epitélio germinativo. Estas formarão as células granulosas do folículo. A partir do terceiro mês de gestação, há uma intensa multiplicação, crescimento e duplicação cromossômica das ovogônias. Tal duplicação indica a formação do ovócito primário. Em um feto de sete meses, todas as ovogônias já entraram em divisão meiótica e se encontram na fase de ovócitos primários. Os ovócitos encontram-se nos folículos ovarianos na região cortical do ovário, 244 Módulo IV - Desenvolvimento e Crescimento

4 Eixo Biológico P BSC B imediatamente abaixo da túnica albugínea. Inicialmente, forma-se o folículo primordial constituído por uma camada de células pavimentosas situadas sobre a membrana basal. Nessa fase, o ovócito apresenta um núcleo grande e excêntrico, cromatina frouxa e dispersa e com um ou mais nucléolos grandes. O aparelho de Golgi está bem desenvolvido, com muitas mitocôndrias circundando-o, próximas ao núcleo. Saiba mais... Volte à unidade 1, deste módulo, e revise sobre meiose e mitose. Saiba mais... Hormônios tróficos (ou trópicos) são hormônios produzidos pela hipófise que atuam sobre outras glândulas endócrinas. Assim, hormônios gonadotróficos são os hormônios da hipófise que agem nas gônadas femininas (ovário) e masculinas (testículos). Os folículos primordiais entram em crescimento aumentando o volume das células foliculares. É importante ressaltar que esse crescimento inicial não depende da atividade hormonal. Aos nove meses de gestação os dois ovários cotam com 500 mil folículos primordiais, cada um com um ovócito primário em seu interior. Ao nascimento, a maioria desses folículos degenera e, nesse momento, é interrompida a divisão meiótica, na prófase I, na fase de diplóteno. Permanecem nesse estágio até o início da produção de hormônios gonadotróficos, no início da puberdade. Durante todo período de meiose interrompida, as células foliculares produzem uma substância inibidora da maturação do ovócito. Ao atingir a puberdade, com a produção dos hormônios folículo estimulante (FSH) e luteinizante (LH), a divisão meiótica é retomada e os folículos primordiais iniciam o desenvolvimento para a maturação. A camada de células foliculares pavimentosas simples desses folículos transforma-se em um epitélio cúbico simples e posteriormente em estratificado, formando a camada granulosa do folículo primário (Figura 1). O epitélio do folículo primário estratifica -se em 6 a 12 camadas. Entre as células da granulosa formam-se várias cavidades com líquido folicular rico em ácido hialurônico, constituindo o antro folicular. Ao mesmo tempo, as células mesenquimatosas do estroma ovariano, proveniente de fibroblastos modificados, proliferam e se diferenciam em células cúbicas secretoras de esteróides, formando a teca interna. Externamente à teca interna está a teca externa constituída por tecido conectivo de sustentação. A granulosa passa a ter receptores de FSH e as tecas, de LH. Nessa fase, a partir das células granulosas, surge a zona pelúcida, fonte de nutrientes para o ovócito. O folículo primário também sofreu alterações, estratificando- se e tornando -se folículo secundário. Na formação do folículo terciário ocorre um aumento dos receptores para FSH e LH. Nessa fase, há um aumento considerável do antro folicular que, a partir de então, torna- se único. A camada de células da granulosa tem espessura relativamente uniforme com exceção da região associada ao ovócito, em que as células formam um aglomerado espesso denominado cumulus oophurus que se projeta para o antro e circunda o ovócito formando a corona radiata. Esse conjunto sofre um deslocamento excêntrico. A partir dessa fase, as tecas são bastante evidenciadas. Na teca interna, as células passam a fusiformes, adquirindo assim alta vascularização, intensificando a secreção de estrogênios. Esse aumento do estrogênio promove a inibição progressiva da liberação de FSH e o aumento de LH, finalizando a primeira divisão meiótica. Quando o folículo terciário atingir o máximo de crescimento, estando susceptível à ovulação, também pode ser chamado de folículo De Graaf ou folículo maduro, mostrado na figura 1. Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 245

5 # M4U2 Princípios do Desenvolvimento Embrionário Animal Figura 1: Figura mostrando um corte do ovário com um folículo maduro contendo o ovócito no centro. Também pode ser visto na periferia vários folículos primários. A ovulação ocorre quando esse folículo estiver pronto, em conseqüência das altas concentrações de LH. Com a ovulação, o ovócito secundário é captado pelas fímbrias da tuba uterina e levado para o seu interior onde permanecerá ativo por aproximadamente 24 horas. Após esse tempo, haverá degeneração de todas as suas estruturas. A segunda divisão meiótica somente ocorrerá com a entrada do espermatozóide no ovócito, sendo, portanto, pós- ovulatória. Na figura 2, são mostradas as etapas da ovogênese e da espermatogênese. Note que a partir das células diplóides, na espermatogênese, formam- se quatro haplóides enquanto que, na ovogênese, apenas uma e dois corpúsculos polares. O primeiro é formando ainda antes da ovulação e o segundo é pós -ovulatório. 246 Módulo IV - Desenvolvimento e Crescimento

6 Eixo Biológico P BSC B Figura 2: Esquema da espermatogênese e da ovogênese Espermatogênese A espermatogênese segue basicamente os mesmos passos que a ovogênese, com algumas diferenças. A produção do gameta masculino é contínua a partir da puberdade. Já o gameta feminino, entre cinco a seis meses já cessou todas as mitoses nas ovogônias. Os testículos são constituídos por milhares de túbulos seminíferos em cujas paredes são formados os espermatozóides. Entre os túbulos seminíferos estão as células intersticiais de Leydig. Em recém -nascidos e praticamente até o início da produção de hormônios gonadotróficos, esses túbulos estão desprovidos de luz, suas paredes apresentam apenas células sexuais primitivas, denominadas gonócitos. Essas células precursoras diferenciam -se em dois tamanhos: os grandes, que originarão às espermatogônias, e os pequenos, que formarão as células de Sertoli. Ao atingir a puberdade, inicia -se a produção dos hormônios gonadotróficos que irão atuar no amadurecimento dos túbulos seminíferos e na multiplicação dos Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 247

7 # M4U2 Princípios do Desenvolvimento Embrionário Animal gonócitos formando as espermatogônias. Estas apresentam crescimento muito mais acentuado e acelerado que as ovogônias. Nesses termos, a duplicação cromossômica origina os espermatócitos primários, bem menores que o ovócito. A hipófise anterior atua produzindo os hormônios gonadotróficos, entre eles o FSH, o LH e a prolactina. A produção de LH estimula as células intersticiais de Leydig a produzirem andrógenos, principalmente a testosterona. Essas células são responsáveis pela produção de 95% da testosterona circulante. A prolactina, juntamente com o LH, aumenta a atividade esteroidogênica. A testosterona atua na circulação controlando a produção de LH e, nos túbulos seminíferos, atua na proliferação e diferenciação das células espermatogênicas. O FSH e a testosterona atuam como reguladores primários da espermatogênese pelo estímulo das células de Sertoli na produção de espermatozóides. Por outro lado, as células de Sertoli produzem uma proteína fixadora de andrógenos, conhecida por ABP, que tem função de elevar e manter as concentrações de testosterona alta (200 vezes maior que na circulação) no interior dos túbulos seminíferos. Essas células de Sertoli também produzem a inibina, fator hormonal que controla a produção de FSH e, além de transportar nutrientes, fagocitam corpos residuais da espermatogênese e removem células germinativas em degeneração. A partir da primeira divisão meiótica são formados os espermatócitos secundários, haplóides com cromossomos duplicados que, na segunda divisão, originarão às espermátides (Figura 2). Estas são células especializadas, arredondadas que sofrem modificações para espermatozóides (Figura 3) pelo processo da espermiogênese. O ovócito apresenta um crescimento mais lento em relação ao espermatócito devido a uma intensa produção de substâncias nutritivas. Dessa forma, apresentará um tamanho muito maior que o espermatozóide. Figura 3: Formação do Espermatozóide. 248 Módulo IV - Desenvolvimento e Crescimento

8 #M4U2 III. Fecundação Eixo Biológico A fecundação tem como características: o restabelecimento da diploidia, a transmissão dos caracteres hereditários paternos, o aumento da variabilidade genética, a determinação do sexo genético e permitir o início do desenvolvimento embrionário. Entre os animais encontramos três tipos de fecundação: a auto- fecundação (nesse caso não apresenta todas as características citadas), a externa e a interna. A fecundação externa ocorre em animais cujo desenvolvimento se dá no meio aquático. Essas espécies possuem ovócitos de grande tamanho e dotado de um revestimento externo, a ganga gelatinosa. Por estarem na água, são liberados em grande quantidade. Os espermatozóides não apresentam variações nos tamanhos quando comparados aos animais de fecundação interna, porém são liberados sempre sobre os ovócitos e em grande quantidade. Os mecanismos envolvidos nas fecundações externa e interna são muito parecidos, em nosso exemplo descreveremos apenas a fecundação interna com algumas considerações da fecundação externa. P BSC B Uma vez formados os gametas, já é possível ocorrer a fecundação que consiste na entrada do espermatozóide no ovócito e na anfimixia, que é a fusão dos pró núcleos masculino e feminino, o que restabelece a diploidia e forma a célulaovo ou zigoto. O início do desenvolvimento embrionário somente é possível com a fecundação in vitro ou in vivo. O ovócito secundário se encontra na tuba uterina e está em divisão interrompida na metáfase 2. Seu núcleo com cromossomos visíveis não apresenta envoltório e seu citoplasma é homogêneo. Na espécie humana são liberados de 200 a 500 milhões de espermatozóides/ ejaculação, porém somente 300 a 500 atingem o local da fecundação. No caso da fecundação externa são liberadas grandes quantidades de ovócitos e de espermatozóides na água. Na tabela 1 é mostrada a comparação do ejaculado e concentração de espermatozóides em diferentes espécies. Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 249

9 # M4U2 Princípios do Desenvolvimento Embrionário Animal Tabela 1: Volume de ejaculado e concentração de espermatozóides por espécie. Para ocorrer fecundação, nos dois tipos citados, é necessário que os espermatozóides sejam capacitados, pois durante a gametogênese o epidídimo produz secreções de substâncias inibidoras dos sítios receptores da membrana plasmática. Essa capacitação ocorre ao longo do aparelho reprodutor feminino, principalmente na cavidade uterina (fecundação interna) ou na água (fecundação externa). O contato dos espermatozóides com secreções uterinas, com ph próprio, promove a exposição desses sítios receptores. A partir disso, ocorrem modificações na permeabilidade da membrana da cabeça do espermatozóide havendo liberação da enzima hialuronidase, que digere e penetra na corona radiata. O espermatozóide então atinge e fixa- se na zona pelúcida que contém receptores específicos para enzimas do acrossomo do espermatozóide. Na fecundação externa não há ação da hialuronidase, mas sim de outras enzimas específicas como a fertilisina e a bindina. Os receptores são respectivamente anti fertilisina e receptores de bindina (Figura 4). O restante do processo segue praticamente as mesmas etapas corridas na fecundação interna. 250 Módulo IV - Desenvolvimento e Crescimento

10 P Eixo Biológico BSC B Figura 4: Etapas da fecundação externa em ovos com ganga gelatinosa. Na membrana plasmática do espermatozóide existe uma proteína receptora de cálcio, a calmodulina. Ao se ligarem, ocorre o influxo de cálcio na cabeça do espermatozóide, promovendo a elevação do ph local (Figura 4). Essa alteração faz com que ocorra fusão da membrana plasmática e da membrana externa do acrossomo formando pequenas vesículas com minúsculas aberturas entre elas por onde inicia a saída da enzima acrosina (Figura 5). Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 251

11 # M4U2 Princípios do Desenvolvimento Embrionário Animal Figura 5: Reação acrossomial. Essa enzima digere a zona pelúcida, possibilitando a entrada do espermatozóide no espaço perivitelino, localizado entre a zona pelúcida e a membrana plasmática do ovócito. Essa membrana apresenta receptores que possibilitam a sua fusão com os espermatozóides. Ocorre, então, a penetração do núcleo e da cauda do espermatozóide no citoplasma do ovócito (Figuras 4 e 6). Figura 6: Fecundação interna. Com a entrada do núcleo espermático ocorre a despolarização de membrana do ovócito, mudando a configuração dos seus receptores para os espermatozóides. Há também liberação do cálcio pelo retículo endoplasmático e mitocôndrias do ovócito, o 252 Módulo IV - Desenvolvimento e Crescimento

12 Eixo Biológico P BSC B que acarreta o aumento do ph. Os grânulos corticais presentes na região cortical, logo abaixo da membrana plasmática do ovócito, a partir da elevação do ph, contraem seus microfilamentos e liberam o seu conteúdo para o espaço perivitelino. Esse conteúdo enzimático reage com outras enzimas aí presentes formando uma estrutura sólida, a membrana de fecundação por meio da reação de zona mostrada na figura 4. Todas essas reações têm como função o bloqueio à polispermia. A entrada do espermatozóide e o aumento do ph do citoplasma do ovócito também ativam as organelas e estimula a replicação dos núcleos. Com a perda da membrana do núcleo masculino ocorre a anfimixia, ou seja, a fusão dos dois pró-núcleos com a participação cromossômica dos gametas. #M4U2 IV. Segmentação Também chamada de clivagem, esta é a etapa do desenvolvimento que tem como finalidade aumentar o número de células a partir do zigoto. Alguns fatores interferem diretamente na divisão celular nesse período, entre eles a quantidade de vitelo, formado por substâncias nutritivas. Entre os diferentes grupos animais encontramos uma grande variedade de tipos de ovos também classificados de acordo com a quantidade de vitelo. Os animais que apresentam desenvolvimento externo possuem ovos com grande quantidade de vitelo, cuja finalidade é nutrir o embrião durante todo o desenvolvimento embrionário que ocorrerá fora do corpo da mãe. Basicamente, esses animais apresentam três tipos de ovos: aqueles com o vitelo totalmente segregado do restante da célula, como os ovos telolécitos das aves, répteis, cefalópodes e alguns grupos de peixes; os centrolécitos, dos insetos, localizados no centro do ovo; e os heterolécitos, nos quais o vitelo está desigualmente distribuído no interior da célula, como nos dos anfíbios, anelídeos, gastrópodos e alguns peixes. Os poríferos, celenterados e mamíferos apresentam ovos do tipo alécito, totalmente desprovidos de vitelo. Nos equinodermos, os ovos apresentam pouca quantidade, sendo denominados oligolécitos. De acordo com a presença ou não de vitelo e da sua distribuição a segmentação se apresenta em diferentes tipos. A segmentação pode ocorrer em todo o ovo, sendo chamada de segmentação total, porém os seus blastômeros poderão ter tamanhos iguais ou diferentes. Em ovos alécitos e oligolécitos, os blastômeros apresentam o mesmo tamanho, sendo a segmentação total e igual. Já nos ovos heterolécitos, os blastômeros formados apresentam tamanhos diferentes, os macrômeros, com grande quantidade de vitelo e os micrômeros, com pouco vitelo. Nesse caso a segmentação é total e desigual. Quando a segmentação ocorre em apenas uma determinada região do ovo, no disco germinativo, como em répteis e aves (ovos telolécitos), denominamos de segmentação parcial e discoidal. No caso dos centrolécitos (insetos) é parcial e superficial. Nesse tipo de ovo, o vitelo não entra em divisão. Em nosso exemplo da espécie humana, a segmentação é total e igual conforme será descrita a seguir. Após e fecundação e a fertilização do ovócito, o zigoto formado sofrerá sucessivas divisões mitóticas sem, contudo, cumprirem a etapa de síntese que ocorre sempre nas divisões comuns, ou seja, as células- filhas originadas da divisão não crescem até o tamanho da célula -mãe antes de tornarem a se dividir. Dessa forma, ao final da Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 253

13 # M4U2 Princípios do Desenvolvimento Embrionário Animal segmentação ou clivagem do zigoto, o volume inicial desse ovo não terá sido alterado significativamente. No entanto, o resultado final será um conjunto de células de tamanho muito menor que o inicial. Se considerarmos que o zigoto é uma célula volumosa, com uma extensão citoplasmática muito grande em relação ao núcleo, sabendo que o núcleo é o coordenador de todos os processos metabólicos da célula, fica fácil perceber que o equilíbrio na relação núcleo/ citoplasma deve ser restabelecido. E isso é conseguido pelas divisões sucessivas que não cumprem a intérfase. A segmentação do zigoto acontece de maneira bastante semelhante nos diversos tipos de ovos encontrados na natureza. Não é difícil imaginar que o desenvolvimento animal requer condições diferentes conforme o exemplo estudado. Um embrião de um animal de vida aquática mantém -se hidratado sem necessidade de acessórios para desempenhar essa função. O mesmo não acontece com os répteis, as aves e os mamíferos, cujos embriões se desenvolvem no ambiente terrestre sejam dentro de um ovo ou dentro do organismo da mãe. Contudo, após a fecundação, a segmentação dos ovos segue um determinado padrão comum. A primeira divisão do zigoto é sempre ao longo de seu eixo maior, ou seja, ela é longitudinal e origina dois blastômeros. A segunda divisão também é longitudinal, porém é perpendicular à primeira, formando quatro blastômeros. A terceira é horizontal, originando oito blastômeros. As divisões vão sendo intercaladas entre vertical e longitudinal. As primeiras células formadas já constituem um embrião, na fase de blastocisto. Suas células se caracterizam por serem totipotentes e, posteriormente, pluripotentes. São essas as células utilizadas para estudos com células -tronco embrionárias (Figura 7). Saiba mais... Sobre pesquisas com células tronco embrionárias na unidade de Bioética. Figura 7: Etapas de divisão do zigoto. A primeira figura (à esquerda) mostra o zigoto já pronto para iniciar a primeira divisão. A do meio mostra a presença de dois blastômeros, já em blastocisto. E na figura da direita vê se a segmentação já em fase avançada. Em todas as figuras a zona pelúcida ainda está presente. As divisões não formam células exatamente do mesmo tamanho, e nem ao mesmo tempo. Particularmente na espécie humana, essa divisão pode ocorrer primeiramente em um dos blastômeros o que resulta em três células e não em quatro. Os blastômeros agora passam por um processo de reorganização da mórula ou blastocisto. As células, fortemente unidas, orientam -se e organizam s-e em camadas na porção externa, formando o trofoblasto. Internamente, forma -se um conjunto de células fracamente unidas, formando a massa celular interna que constitui o nó embrionário ou embrioblasto (Figura 8). O espaço criado pela compactação celular é preenchido por líquido uterino, essa cavidade é denominada blastocele. Nessa fase, o embrião é chamado de blástula. Cinco dias após a fecundação esse blastocisto chega à cavidade uterina, ocorrendo sua implantação. 254 Módulo IV - Desenvolvimento e Crescimento

14 Eixo Biológico P BSC B Figura 8: O esquema mostra o trofoblasto (a), o embrioblasto (b) e a blastocele (c). A figura a direita mostra uma blástula, em montagem total (in toto) ainda envolvida pela zona pelúcida. Na figura 9 temos, um esquema com a segmentação em várias espécies animais. Figura 9: Esquema da segmentação em diversas espécies animais. #M4U2 V. Gastrulação (anfioxo, ouriço -do- mar, anfíbios e mamíferos) O termo gastrulação se refere à formação de uma cavidade primitiva, que no futuro originará a cavidade digestiva. Nesse processo, ocorre a primeira organização tecidual do embrião. Em todos os grupos animais, até essa etapa, o desenvolvimento é muito semelhante quanto aos processos envolvidos. A fase de organização dos tecidos embrionários talvez seja a mais importante de todas as etapas do desenvolvimento embrionário- fetal, pois é nesse período que as células adquirem a capacidade de determinação do seu destino. Nesse momento, as células estão envolvidas em uma série Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 255

15 # M4U2 Princípios do Desenvolvimento Embrionário Animal de processos de expressão gênica, indução, multiplicação, diferenciação e migração culminando com a formação dos três tecidos embrionários básicos: ectoderma, mesoderma e endoderma. A gastrulação consiste no conjunto de processos morfogenéticos que ordenam a formação dos folhetos (tecidos) embrionários fundamentais dos metazoários. São esses movimentos morfogenéticos que transformam o embrião na fase de blástula didérmico em gástrula, tridérmico. Indução, Territórios presuntivos e Gastrulação Ainda na blástula, as células modificam- se na sua estrutura morfológica dando origem a duas camadas distintas: na porção superior, o epiblasto, e na inferior, o hipoblasto, formando um embrião didérmico, porém sem uma organização tecidual embrionária típica. Essa organização somente será estabelecida ao final da gastrulação com a formação do ectoblasto, mesoblasto e endoblasto, originários desse embrião didérmico (Figura 10). Figura 10: Em azul o ectoblasto, em vermelho o mesoblasto e em verde o endoblasto. Muitas pesquisas ainda são realizadas buscando um melhor entendimento da formação embrionária. Inicialmente, supunha -se que havia um único estímulo que desencadeasse a diferenciação e a organização celular no embrião, e que o zigoto transformado em mórula e, posteriormente, em blástula teria regiões específicas predeterminadas a se desenvolverem nesse ou naquele órgão. Hoje sabemos que não é apenas um estímulo e, sim, vários. Partindo do zigoto até a blástula, temos o embrião constituído unicamente por células totipotentes (células -tronco embrionárias), indiferenciadas e, portanto, capazes de responder a qualquer estímulo de diferenciação celular. Dessa forma, as células embrionárias se diferenciariam na direção de um estímulo indutor, responsável pelo desencadeamento de reações, provocando a expressão de novos genes em regiões com potencialidades presumíveis. Ao estímulo responsável pela diferenciação celular denomina- se por indução, que é a capacidade de iniciar e orientar as diferenciações de células totipotentes/ pluripotentes. Para que isso se realize é necessária a ação do indutor, fonte responsável pelo lançamento do estímulo e a presença de um reator competente, área celular indiferenciada que recebe o estímulo. 256 Módulo IV - Desenvolvimento e Crescimento

16 Eixo Biológico P BSC B Os primeiros trabalhos para investigação de hipóteses ligadas à gastrulação ocorreram no início do século XX. Os embriologistas trabalharam primeiro com anfíbios, por terem desenvolvimento relativamente rápido e por liberarem grandes quantidades de gametas e, depois, com aves, que têm embriogênese muito semelhante à dos mamíferos. A observação do desenvolvimento de ovos de anfíbios deixou clara a movimentação em superfície e em profundidade de alguns territórios celulares da blástula originados na segmentação do zigoto. Perceberam que, quando a clivagem se completa e se forma a blastocele, os blastômeros que até então se encontravam no processo de divisão celular passavam a se movimentar, aglomerando -se. Formavam os territórios presuntivos ou presumíveis, conjuntos de células semelhantes entre si que formam diferentes regiões na superfície do ovo e que migram para o interior. Essa movimentação que ocorre na gastrulação é crucial no desenvolvimento embrionário do animal. O resultado dessa movimentação e migração é a formação dos três tecidos embrionários básicos. O ectoblasto permanece na superfície, o endoblasto mais profundo e o mesoblasto em posição intermediária. Para se esclarecer a existência de um organizador primário para essa diferenciação, foram usados diferentes marcadores nos territórios presuntivos e, assim, acompanhou -se os seus movimentos e destinos. Dessa marcação foram propostos os territórios presuntivos do ectoblasto cutâneo e neural, do mesoblasto notocordal, somítico, intermediário e das lâminas laterais, e o do endoblasto. A primeira indução que ocorre nos tecidos embrionários recebe o nome de indução primária instrutiva. O tecido inteiro responde a esse estímulo. O resultado é a formação dos esboços primários das estruturas que formam o indivíduo, não ocorrendo a formação de órgãos como os conhecemos no adulto. São estabelecidos os eixos de simetria dorso ventral, ântero -posterior ou céfalo- caudal, lateral esquerdo- direito. Quanto mais diferenciação ocorrer no tecido nas induções, menos será estimulado pelas futuras induções. A indução secundária permissiva já ocorre de forma específica nos tecidos a serem mais diferenciados. Em todos os cordados, o território presuntivo do mesoblasto notocordal invagina forma uma estrutura denominada de notocorda, que se dispõe sob o território presuntivo do ectoblasto neural. Ao final de inúmeras experiências com anfíbios ficou comprovada a existência de uma estrutura organizadora do embrião. Mais precisamente demonstrou- se que a notocorda é esse organizador ou indutor primário e é em torno dessa estrutura que o embrião se organiza e se diferencia. Com isso ficou comprovado que as células totipotentes do início da gastrulação podem responder ao estímulo da notocorda e se diferenciarem em outro tipo de célula no novo embrião. Aqui observamos uma particularidade na divisão mitótica das células embrionárias, as novas células não são cópias idênticas da célula -mãe, eles multiplicam- se e diferenciam -se. Para a diferenciação ocorrer é preciso que o tecido esteja apto a receber a indução e conseguir processar tal estímulo. Isso confere a competência ao reator. Por exemplo, o enxerto de lábio dorsal (com mesoblasto notocordal) em uma gástrula não induz diferenciação, as células da gástrula jovem ainda não estão determinadas para uma diferenciação específica. Contudo, quando enxertado numa blástula jovem, a indução se inicia. As células transplantadas regulam o processo de diferenciação. Antes da indução, se transplantarmos células do ectoblasto neural para o cutâneo, este dará origem a células da epiderme como o restante do ectoblasto que o recebeu. O enxerto de células do ectoblasto cutâneo no neural resultará, após a indução e a diferenciação, em células neuroepiteliais em todo o tecido neural. No estágio inicial Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 257

17 # M4U2 Princípios do Desenvolvimento Embrionário Animal da gastrulação, desenvolvimento é dependente do estímulo. O seu destino final depende da localização no embrião. As células transplantadas regulam o processo de diferenciação O resultado dos transplantes acima mencionados seria diferente se ocorressem na gástrula tardia, quando a indução já começa a ocorrer. O fragmento de ectoblasto cutâneo transplantado no ectoblasto neural iria se diferenciar em epiderme e não em células neuroepiteliais. O fragmento de ectoblasto neural transplantado no cutâneo originaria células neuroepiteliais e não epidérmicas. As células desses fragmentos não mais regulam o processo de diferenciação, pois já estavam induzidas nos tecidos de onde foram removidas. A movimentação celular após a segmentação do ovo ocorre de diferentes formas entre os grupos animais. No ouriço -do- mar, no anfioxo e em anfíbios, ocorre em toda a blástula enquanto que em répteis, aves e mamíferos, ocorre em apenas uma região específica, no epiblasto. Em nosso exemplo usaremos a gastrulação em anfíbios, porém nem todas as espécies desse grupo seguem o mesmo padrão. Observe na figura 11 a formação de uma fenda, representada em preto, o Lábio Dorsal do Blastóporo, inicialmente no território presuntivo do endoblasto, quase que no limite com o território presuntivo do mesoblasto. Figura 11: Territórios presuntivos (TP) gastrulação em anfíbio. Os territórios estão representados pelas seguintes cores: TP do ectoblasto cutâneo em azul claro; TP do ectoblasto neural em azul escuro; TP do mesoblasto notocordal em rosa; TP do mesoblasto somítico em vermelho; TP do mesoblasto das lâminas laterais em laranja; e TP do endoblasto em verde. 258 Módulo IV - Desenvolvimento e Crescimento

18 Eixo Biológico P BSC B O indutor ou organizador primário da gástrula é o mesoblasto notocordal que entrará na constituição do lábio dorsal do blastóporo que age sobre dois reatores, o mesoblasto notocordal e somítico e o ectoblasto. As células de praticamente todos os territórios presuntivos apresentam movimentos de convergência em direção ao blastóporo, exceto as do ectoblasto cutâneo. As células dos territórios presuntivos do mesoblasto notocordal invaginam- se pelo lábio dorsal do blastóporo, formando a notocorda, um eixo de sustentação céfalo -caudal. As do território presuntivo do mesoblasto somítico invaginam -se pelos lábios laterais e por elongação ocupam as laterais da notocorda. As células do território presuntivo do mesoblasto das lâminas laterais invaginam -se pelos lábios laterais e ventral do blastóporo e, por elongação e divergência, ocupam todo o restante interno do embrião. As células do território presuntivo do endoblasto invaginam- se por embolia de forma passiva, pelo lábio ventral sendo empurrado pelo movimento de epibolia do ectoblasto cutâneo. O endoblasto é o primeiro a iniciar a formação e o último a completar. O ectoblasto neural se estabelece por epibolia e convergência situando -se logo acima da notocorda. A pequena abertura restante originará o ânus. A seguir daremos um exemplo da gastrulação em mamíferos, muito semelhante ao que ocorre em répteis e aves. Nesses animais ela ocorre somente na região do epiblasto (Figura 12) Figura 12: Esquema do início da gastrulação em mamíferos: epiblasto, trofoblasto, vesícula amniótica. Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 259

19 # M4U2 Princípios do Desenvolvimento Embrionário Animal O epiblasto pode ser mapeado conforme os territórios presuntivos (Figura 13). Figura 13: Mapeamento do epiblasto e seus respectivos territórios presuntitvos. Todos os tecidos, órgãos e sistemas do embrião terão origem dessas estruturas. Nesse momento, forma- se a linha primitiva, que vai aumentando em extensão até atingir as células do território presuntivo do endoblasto, que também passam a constituí la. Então, chegam ao território presuntivo do mesoblasto notocordal. Nesse momento cessou a progressão celular formando um amontoado de células denominado nó de Hensen. Surge uma abertura, em forma de fenda, denominada fosseta primitiva, por onde as células iniciam a migração por invaginação. Essa migração ocorre em seqüência, pelas células que constituem e delimitam a linha primitiva. Primeiramente migram as células do território presuntivo do mesoblasto das lâminas laterais seguidas pelas do território presuntivo do endoblasto e do território presuntivo do mesoblasto notocordal (Figura 14). Figura 14: Corte transversal da linha primitiva com migração celular formando o endoblasto, células em vermelho. 260 Módulo IV - Desenvolvimento e Crescimento

20 Eixo Biológico P BSC B Com a migração desses territórios presuntivos, o hipoblasto foi empurrado para as paredes laterais da vesícula vitelina. As células do endoblasto ocuparam o local antes ocupado pelas células hipoblásticas, na figura 14. As células do mesoblasto das lâminas laterais, notocordal e somítico ocuparam uma posição intermediária entre o ectoblasto (cutâneo e neural) e o endoblasto. A região central é ocupada pelo mesoblasto notocordal e ao lado dele o mesoblasto somítico. Um dos acontecimentos mais importantes na gastrulação, além da particularidade dos movimentos celulares dos diferentes territórios presuntivos, é a situação final do mesoblasto notocordal. Ao invaginar, suas células colocam -se exatamente abaixo do território do ectoblasto neural. Acompanhe na ilustração da figura 15, esse movimento muito semelhante ao de uma escada rolante, chamada involução. Figura 15: A seta 1 mostra a migração pela linha primitiva, dos territórios presuntivos do endoblasto (localizando- se abaixo dos demais e formando o teto da vesícula vitelina). A seta 2 mostra a migração pela linha primitiva, dos territórios presuntivos do mesoblasto das lâminas laterais. A seta 3 mostra a migração pelo nó de Hensen, dos territórios presuntivos do mesoblasto notocordal somente para a região cefálica (seta central e do mesoblasto somítico setas laterais). Durante a migração, essas células tomam a direção cefálica do embrião, como mostrado na figura 15. Ao mesmo tempo, forma uma estrutura cilíndrica, maciça, a notocorda, que é o indutor primário, mostrado na figura 16. Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 261

21 # M4U2 Princípios do Desenvolvimento Embrionário Animal Figura 16: Corte transversal, mostrando a estrutura cilíndrica (setas pretas = indução neuralizante). Lateralmente a ela os somitos, mesoblasto intermediário e das lâminas laterais, respectivamente. Acima, em azul, a placa neural delimitada lateralmente pelo ectoblasto cutâneo. Abaixo, em verde, o endoblasto. O mesoblasto intermediário surge da transição entre os mesoblastos somíticos e as lâminas laterais. O território presuntivo dos ectoblastos neural e cutâneo só tem movimentos na superfície e terminam por recobrir o embrião, ou seja, formar o folheto superficial. A partir desse momento, temos o embrião triblástico, com três folhetos germinativos ou três tecidos básicos: ectoblasto, mesoblasto e endoblasto. Atividade Complementar 1 Fundamentado nas informações contidas no texto e nas referências, caracterize os principais eventos que ocorrem na gastrulação e na formação do sistema nervoso. Utilize no mínimo cinco e no máximo seis páginas A4, para a sua resposta. #M4U2 VI. Indução e Neurulação 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- citoplasmática. 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. Indução Neuralizante Na figura 16 foi mostrado o corte transversal de um embrião mostrando a notocorda imediatamente abaixo do ectoblasto neural. As células do embrião são originalmente totipotentes podendo responder a diferentes estímulos e se diferenciarem. A notocorda libera dois tipos de proteínas: uma que atua sobre o ectoblasto neural e outra que age sobre os demais tecidos mesoblásticos: somítico, intermediário e das lâminas laterais. 262 Módulo IV - Desenvolvimento e Crescimento

22 Eixo Biológico P BSC B A indução notocordal sobre o ectoblasto neural é chamada de 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 céfalo caudal, 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 17 que o avanço da indução neuralizante faz com que a placa neural prolifere e avance em direção ao mesoblasto, localizado abaixo do ectoblasto. Figura 17: Formação do tubo neural (A e B) e final da neurulação. Há então a formação de um sulco, chamado goteira (ou sulco) neural. Nesse movimento, algumas células se acumulam nas bordas da goteira neural, tornando- as mais espessadas, formando as cristas neurais. A continuação do processo de neurulação faz com que a goteira neural comece a se fechar em um tubo. Na figura 18, pode ser visto que o fechamento do tubo neural se dá do centro para as extremidades ainda sob ação da indução neuralizante. Ao final do fechamento do tubo neural formam - se duas aberturas, os neuróporos anterior e posterior. Os neuróporos se manterão abertos permitindo a passagem do líquido amniótico até que os plexos coróides sejam formados. O fechamento dos neuróporos somente será efetivado após a formação e o funcionamento dos plexos coróides, responsáveis pela produção do líquor. Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 263

23 # M4U2 Princípios do Desenvolvimento Embrionário Animal Figura 18: Fechamento do tubo neural. A indução neuralizante continua agindo, fazendo com que a poção cefálica do tubo neural se dilate em três vesículas cerebrais primitivas denominadas prosencéfalo, mesencéfalo e romboencéfalo (Figura 19). Figura 19: Evolução das vesículas cerebrais. Inicia com o tubo neural como estrutura reta. Temos a formação das vesículas cerebrais primárias (rosa, prosencéfalo; amarelo, mesencéfalo; verde, rombencéfalo). O desenho seguinte mostra as vesículas cerebrais secundárias (rosa, telencéfalo e diencéfalo; amarelo, mesencéfalo; verde, metencéfalo e mielencéfalo). O último desenho mostra o posicionamento das vesículas ao final do desenvolvimento embrionário. A parte em azul representa a medula espinhal em desenvolvimento. Ainda sob indução, o prosencéfalo irá se diferenciar em outras duas vesículas, o telencéfalo e o diencéfalo assim como o romboencéfalo em metencéfalo e mielencéfalo. 264 Módulo IV - Desenvolvimento e Crescimento

24 Eixo Biológico P BSC B Antes porém dessa diferenciação, as vesículas cerebrais sofrem um processo de dobramento e posicionamento anatômico tal com se encontra no adulto. Inicialmente ocorre a formação da flexura cefálica no mesencéfalo e da flexura caudal na porção terminal do tubo neural. Segue -se posteriormente a formação das flexuras pontina entre o metencéfalo e mielencéfalo e a cervical na junção rombencéfalo/ medula. As flexuras cerebrais são mostradas na figura 20. Figura 20: Esquema mostrando os dobramentos que ocorrem no encéfalo ao longo do desenvolvimento embrionário. Ao final, o telencéfalo dará origem aos hemisférios cerebrais, primeiro e segundo ventrículos e aos lobos olfativos; o diencéfalo às vesículas ópticas, epitálamo e a epífise, tálamo, hipotálamo e a neurohipófise e terceiro ventrículo. O mesencéfalo dá origem aos lobos ópticos, pedúnculo cerebral, aqueduto cerebral e ao terceiro e quarto ventrículos; o metencéfalo às vesículas auditivas, ponte e o cerebelo e o mielencéfalo ao bulbo e ao quarto ventrículo. Sob a indução neuralizante, a placa neural originou ainda as células da crista neural. Vários tipos de células se diferenciam nessa etapa da formação do sistema nervoso. Esse processo é chamado de citogênese do tecido neural. As primeiras células a se formarem são as neroepiteliais que se diferenciam em neuroblastos e estes em neurônios. Os neuroblastos se diferenciam em neurônios pseudo -unipolares formando de um lado o dendrito que se dirige ao tubo neural enquanto que do outro lado forma- se o axônio, que se dirige para a periferia do corpo. O conjunto dessas células irá formar os gânglios sensitivos espinhais que constituem o sistema nervoso periférico (Figura 21). As células neuroepiteliais formadoras do tubo neural se posicionam em diferentes locais e, então, diferenciam -se. Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 265

25 # M4U2 Princípios do Desenvolvimento Embrionário Animal Figura 21: Formação das células nervosas. As células neuroepiteliais fixas junto ao lume do tubo neural formam os neuroblastos e depois os neurônios. Esse neuroepitélio também forma os espongioblastos ependimários, que diferenciam em neuróglia epitelial ou ependimária. As células neuroepiteliais livres na parede do tubo neural formam os espongioblastos livres que se diferenciam em astroblastos e oligodendroblastos que formarão respectivamente os astrócitos e os oligodendrócitos. Já as células do neuroepiteliais que migram para a pineal se diferenciam em pinealócitos e para a neurohipófise formam os pituícitos. As células da crista neural se diferenciam em diferentes tipos celulares características de acordo com o local onde se encontram. Os odontoblastos, nos dentes, responsáveis pela formação da dentina; os melanoblastos, formadores dos melanócitos amplamente distribuídos na pele e produtores de melanina; as células C ou foliculares da tireóide atuantes no metabolismo do cálcio; as células cromafins da adrenal e as células de Schwann são alguns exemplos. Indução mesodermizante Organogênese 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 caudo cefálico. Dessa forma, a ação da notocorda sobre o mesoblasto somítico é muito forte na região tronco -caudal do embrião. Primeiramente, as células do mesoblasto somítico agrupam- se em metâmeros, em 266 Módulo IV - Desenvolvimento e Crescimento

26 Eixo Biológico P BSC B 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 tronco- caudal 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 intra -embrionário (Figura 22). Essa delaminação origina a somatopleura e a esplancnopleura. Figura 22: Delaminação do mesoblasto das lâminas laterais. A porção que segue para a região dorsal e recobre a vesícula amniótica é chamada de somatopleura. Já a porção que segue para a região ventral, envolvendo a vesícula vitelínica, é chamada de esplancnopleura. Na região cefálica, como o gradiente da indução é menos intenso, as camadas celulares não se separam completamente e terminam formando um tubo nesse mesoderma, aberto apenas nas duas extremidades. Dizemos, então, que a delaminação foi incompleta e o que se chama celoma intra -embrionário nessa região está fechado. Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 267

27 # M4U2 Princípios do Desenvolvimento Embrionário Animal Durante o desenvolvimento, ocorrem dobramentos no embrião. Os primeiros que acontecem são os dobramentos longitudinais cefálico e caudal. Isso ocorre devido ao crescimento intenso que ocorre no embrião por toda a sua extensão (Figuras 23 e 24). Com esses dobramentos, parte do endoderma é incorporado, formando o intestino primitivo anterior. Também ocorre o dobramento transversal do embrião (Figuras 25 e 26). Cordão vitelínico Figura 23: Dobramentos longitudinais cefálico e caudal. 268 Módulo IV - Desenvolvimento e Crescimento

28 Eixo Biológico P BSC B Figura 24: Dobramentos longitudinais cefálico e caudal. Figura 25: Dobramento transversal. Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 269

29 # M4U2 Princípios do Desenvolvimento Embrionário Animal Figura 26: Dobramento transversal. Como resultados desses dobramentos, o embrião passou da forma plana para cilíndrica. As estruturas anatômicas são levadas para os locais definitivos, formando o intestino primitivo e o celoma intra -embrionário que dará origem às cavidades internas. #M4U2 VII. Anexos Embrionários Para que ocorra o desenvolvimento embrionário são necessárias algumas estruturas que não farão parte dos aparelhos ou sistemas do futuro indivíduo ou participarão da formação de apenas alguns órgãos. Essas estruturas são os anexos embrionários (a vesícula vitelina, a vesícula amniótica, o alantóide e/ ou vesícula alantoidiana e a placenta com o cordão umbilical). As vesículas amniótica e vitelina são formadas ao mesmo tempo (Figura 27). Elas são originadas das estruturas que constituem a blástula. Segue um desenho onde estão identificados os anexos embrionários e algumas estruturas formadoras. 270 Módulo IV - Desenvolvimento e Crescimento

30 Eixo Biológico P BSC B Figura 27: Evolução dos anexos embrionários. (A): T, trofoblasto; E, epiblasto; CE, celoma extraembrionário; VV, vesícula vitelina. (B): T, trofoblasto; CE, celoma extraembrionário; VA, vesícula amniótica; VV, vesícula vitelina; AL, vesícula alantoideana. (C): T, trofoblasto; CE, celoma extraembrionário; VA, vesícula amniótica; VV, vesícula vitelina; AL, vesícula alantoideana; U, cavidade uterina. (D): CE, celoma extraembrionário; VA, vesícula amniótica; VV, vesícula vitelina; AL, vesícula alantoideana, U, cavidade uterina; P, placentoma. A vesícula vitelina tem origem a partir de dois tecidos embrionários, o mesoblasto e o endoblasto. Apesar de todos os grupos animais terem esse anexo é somente nos ovos telolécitos (aves, répteis e alguns peixes), centrolécitos (insetos) e nos heterolécitos (anfíbios e alguns outros peixes) que ela tem função de armazenamento de vitelo. Nos demais ovos, alécitos (mamíferos) ou oligolécitos (equinodermos), por apresentar ausência e ou pouca quantidade de vitelo, respectivamente, não tem função de armazenamento da substância. Com o processo de incubação dos ovos de aves e répteis, as células endodérmicas secretam enzimas que fragmentam os grânulos vitelínicos fosfolipídicos presentes na gema tornando -os assimiláveis. Essa reserva é suficiente para até os primeiros dias de vida dos recém eclodidos. Em todos os animais, o mesoblasto da vesícula vitelina tem a função de produção das primeiras células sangüíneas e também dos primeiros vasos. Já o endoblasto tem a função de produção das células germinativas primordiais (CGP), precursoras das espermatogônias, nos machos, e das ovogônias, nas fêmeas. Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 271