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Propriedades das Proteínas Homeóticas
1. São fatores de
transcrição com um
domínio ligante a
DNA (domínio
homeobox ou
homeótico)
2. O domínio
homeobox tem cerca
de 60 aminoácidos
3. A ordem dos genes homeóticos no cromossomo
corresponde à ordem temporal e espacial em que
são expressos -> colinearidade
RESULTADO:
A mutação/ inativação de Ultrabithorax (ubx) extende o
limite posterior do segmento torácico, OU
regride o limite anterior do segmento abdominal
O LIMITE ANTERIOR DO
DOMÍNIO DE EXPRESSÃO DO
Ultrabithorax DETERMINA O FIM
DOS SEGMENTOS ANTERIORES
HIPÓTESE: Os genes homeobox/homeóticos definem os
segmentos corporais
Hox especifica o mesênquima que se tornaráestilopódio, zeugopódio e autopódio
Hox 9 e 10especificamestilopódio
Hox 11especificazeugopódio
Hox 12 e 13especificamautopódio (Hox 12 especifica o punho)
Hox 10especificaestilopódio
Hox 11especificazeugopódio
Hox 12 e 13especificamautopódio
O que determina onde obroto do membro se formará?
Genes Hox determinamo eixo antero-posterior,a segmentação do corpoe a região onde os apêndices(por exemplo, membros)se formarão
extremamente conservados
O membro se desenvolve a partir do mesoderma.
Como sabemos disso?
• Remoção de grupo de células
• Transplante
• Marcação de células com corantes ou isótopos radioativos
Placa lateral → esqueletosomitos → músculo
Os brotos do membro surgem devido a proliferação do mesoderma subjacente:
Indução do broto do membro
FGF10
Células expressando FGF10 foram transplantadasno flanco de um embrião de galinha
membro ectópico
COMO a expressão de FGF10É restrita à essa região?
Tbx5
Tbx4
Em camundongos a especificação dos membros anteriores e posteriores não é dada por Tbx4 e Tbx5. Pitx1 especifica membro posterior
Padronização A-P
(Wnt, BMP, Ac. Retinoico etc)
?
FGF10 no
mesoderma
FGF8 no
ectoderma
?
Hox
Crescimento
?
Tbx5/4
Definição do membro
sup e inf
AER de embrião de galinha
Indução da crista ectodérmica apical (AER)
Apical ectodermal ridge
• Mantém o mesênquima subjacente proliferando
• Expressa fatores que especificam o eixo antero-posterior
Centros sinalizadores do broto do membro
apical ectodermal ridge = crista ectodérmica apical
PZ = progress zone = zona de progresso
ZPA = zone of polarizing activity =zona de polarização
AER
PZ
FGF10 é responsável pela indução da crista ectodérmica apical
FGF10→Wnt3a →FGF8
Célula da placa lateral
Célula da crista ectodérmica apical
FGF10 Expressãode FGF8
secreçãode FGF8
Expressão de FGF8 na AER
O FGF8 secretado pela AER mantém o mesênquima abaixo dele em um estado indiferenciado e proliferativo
zona de progressão (PZ)
Em resumo..
• O mesênquima induz e sustenta a formação do AER (através de FGF10)
• O mesênquima determina que tipo de membro se formará (anterior ou posterior)
• AER (através de FGF8) mantém o mesênquima da zona de progressão proliferando, promovendo o crescimento do membro no eixo proximal-distal
O mesênquima especifica o eixo proximal-distal
PZ+AER de embrião mais velhotransplantado emembrião mais jovem
Mecanismo ainda MUITO discutido
Há 3 modelos – tempo, espaço e periodicidade parecem controlar esse processo
PZ+ AER jovem sobre um broto de membro em desenvolvimento
Duplicação das estruturas do membro
Antes do broto ser reconhecível na superfície do embrião, o mesênquima já está especificado. Se esse mesênquima for transplantado no flanco de um animal, um membro se formará com o eixo-antero-posterior do animal doador
ZPA – zona de polarização
ZPA = zone of polarizing activity =zona de polarização
Região da mesoderme na face posterior
ZPA é responsável pela polaridade do eixo antero-posterior
zona de progressão
dHand knockoutnão desenvolvemembros
dHand knockoutnão expressa Shh na ZPA
Charité et al, Development 2000
dHand → ShhELCR = early limb control region
Célula progenitor do dígito 4
Célula progenitora do dígito 5
Especificando a identidade dos dígitos – shhnovamente
shh knockout têm dígitos todos iguais
dedinho
dedão
A membrana interdigital especifica a identidade do dígito anterior a ela
Quando a membrana entre o digito 2 e 3 foi retirada, o digito 2 se transformou em 1. O mesmo ocorreu qdo foi retirado a membrana entre o 3 e 4.
Bead contendo noggin, inibidor de BMP
BMP expresso nas membranas interdigitaisespecifica os dígitos
Deleção de shh e Gli3 gera membro com vários dígitos sem especificação
Expressão de wnt7a na ectodermeespecifica o eixo dorso-ventral
normal
Wnt7a-deficient
vp = ventral padsvt = ventral tendons
vp = ventral padsvt = ventral tendonsdp = dorsal paddt = dorsal tendons
FGF8
FGF10 AER
Gremlin
BMP
ZPA
FGF8
FGF10AER
Gremlin
BMP
ZPA
FGF8
FGF10
AER
↓FGF8 = colapso do AER
SEM AER = colapso do ZPA
TÉRMINO DA EXTENSÃO DO MEMBRO
O eixo dorso-ventral também participa, pois animais deficientes para Wnt7a não desenvolvem dígitos posteriores, indicandoque Wnt7a também é importante na determinação do eixo antero-posterior
Coordenação dos 3 eixos
• Início: FGF10
• Depois: Shh ativa Gremlin, que inibe BMP
• Com o crescimento do membro, gremlin não alcança mais o ectoderma; consequentemente, BMP passa a inibir a expressão de FGF8 no ectoderma
• Sem FGF8, a AER colapsa (apoptose)
• Sem a retroalimentação do AER, a ZPA não se sustenta (apoptose)
FGF8
Exercícios
Depois de se formar em Biologia, você é contratado por uma empresa de biotecnologia que acha que existe um mercado para frangos de 3 pares de membros. Qual das moléculas você manipularia para os seguintes “produtos”?
Como você induziria 1 par de membros a mais?
Existe uma possibilidade de que a Sadia compre mais destes frangos se os membros adicionais fossem coxas. Que molécula você manipularia para que os membros extras fossem inferiores?
Exercícios
Depois de se formar em Biologia, você é contratado por uma empresa de biotecnologia que acha que existe um mercado para frangos de 3 pares de membros. Qual das moléculas você manipularia para os seguintes “produtos”?
Como você induziria 1 par de membros a mais? FGF10
Existe uma possibilidade de que a Sadia compre mais destes frangos se os membros adicionais fossem coxas. Que molécula você manipularia para que os membros extras fossem inferiores? Tbx4
Cheryl Tickle e colaboradores realizaram transplantes exógenos de ZPA em posições variadas ao longo do eixo antero-posterior do broto de membro (Nature, v.254, 199-202, 1975). Estas posições foram marcadas de acordo com a altura do somito (somite number). Números menores correspondem a posições mais anteriores. Cada coluna na tabela corresponde a um embrião. Os números correspondem aos dígitos formados (2= mais anterior; 4= mais posterior). A letra Z em maiúsculo é a posição do ZPA exógeno e o z em minúsculo é a posição do ZPA endógeno. O que pode ser concluído sobre os resultados? Como estes resultados podem ser explicados?
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