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O que são genes HOX/Homeobox/Homeóticos?

Codificam proteínas que causam HOMEosis

HOMEO: similarSis: transformação

Mutações homeóticas trocam segmentos corporais

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 O d í i2. O domínio homeobox tem cerca de 60 aminoácidos

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3. As proteínas Homeobox estão agrupadas no genoma, i.e. são genes vizinhos

E. B. Lewis, Nature 276, 1978, 565.

4. Os genes do complexo Antennapedia são expressos em segmentos diferentes.

E. B. Lewis, Nature 276, 1978, 565.

5. A ordem dos genes homeóticos no cromossomo corresponde à ordem temporal e espacial em que são expressos -> colinearidade

HIPÓTESE: Os genes homeobox/homeóticos definem os segmentos corporais

Normal

Anterior Posterior

T1T1T2

A tT3

Ub

Segmentos torácicos

Deleção para Ubx

Antp Ubx

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Normal

Anterior Posterior

T1T1T2

A tT3

Ub

Segmentos torácicos

T1T1T2

AntpDeleção para Ubx

T2Antp

Antp Ubx

HIPÓTESE: Os genes homeobox/homeóticos definem os segmentos corporais

Normal

Anterior Posterior

T1T1T2

A tT3

Ub

Segmentos torácicos

CC

Segmento cefálico

Expressão mutante de Antp

Antp UbxCC Normal

Anterior Posterior

T1T1T2

A tT3

Ub

Segmentos torácicos

CC

Segmento cefálico

Expressão mutante de Antp

Antp UbxCC

T1T1T2

AntpT3

UbxT2

Antp

OS GENES HOX TAMBÉM REGULAM A IDENTIDADE DE

SEGMENTOS EMSEGMENTOS EM VERTEBRADOS ?

1. Existe genes Hox em vertebrados?

SIM! E como!!

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OS GENES HOX TAMBÉM REGULAM A IDENTIDADE DE

SEGMENTOS EMSEGMENTOS EM VERTEBRADOS ?

1. Os Hox são expressos em segmentos?

O eixo antero-posterior de invertebrados e vertebrados é segmentado

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

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1. OS GENES HOX TAMBÉM REGULAM A IDENTIDADE DE

SEGMENTOS em VERTEBRADOS? COMO? Embriogênese

2. COMO QUE OS GENES HOX AFETARAM A EVOLUÇÃO DOAFETARAM 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. CRÂNIO2. VÉRTEBRAS

3. CÓRTEX CEREBRAL

OS GENES HOX TAMBÉM REGULAM A IDENTIDADE DE

SEGMENTOS EMSEGMENTOS EM VERTEBRADOS ?

1. CRÂNIO

As estruturas cranio faciais são formadas pela migração e fusão dos arcos branquiais

Os Arcos Branquiais são separados por Fendas

1

2

34

6

Visão dorsal dos arcos branquiais

OS ARCOS BRANQUIAIS SÃO PREENCHIDOS DE CÉLULAS DO MESODERMA E DE CRISTA NEURAL

I

II

III

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6

O que são cristas neurais?

AS células da crista neural dos arcos branquais se originam do dorso do tubo neural

As cristas neurais cefálicas migram para os arcos branquiais e prominências faciais

Crista Neural ANTEs da migração(vista dorsal do tubo neural)

Crista Neural APÓS migração(vista lateral da cabeça)

Dependendo do seu alvo final, a crista neural pode se subdividir em:

•CRANIAL ou CEFÁLICA

•TORÁCICA

As cristas neurais cefálicas dão origem a grande parte do esqueleto e inervação craniano e o mesoderma aos músculos e vasos

Crista neural cefálica

Mesoderma cefálico

Os melanócitos dão o padrão de pigmentação

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Crista cefálica removida Crista cefálica removida e retransplantada

A presença da crista neural cefálica é necessária para o desenvolvimento da face

Development 2002 Sep;129(18):4301-13.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?

OUAS CRISTAS NEURAIS CEFÁLICAS

E DO TRONCO SÃO EQUIVALENTES ANTES DA

MIGRAÇÃO?

Crista cefálica removida e retransplantada com crista truncal

Development 2002 Sep;129(18):4301-13.Creuzet S, Couly G, Vincent C, Le Douarin NM

CRISTA CEFÁLICA E DO TRONCO SÃO DIFERENTES JÁ

ANTES DA MIGRAÇÃO.

COMO É FORMADO O CRÂNIO?

O QUE DETERMINA ESTA DIFERENÇA?

A crista neural truncal expressa genes HoxA crista neural cefálica NÂO expressa genes Hox

Mech Dev. 2004 Sep;121(9):1089-102.Le Douarin NM

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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. 2004 Sep;121(9):1089-102.Le Douarin NM

CONTROLEHoxa3+ Hoxb4 na crista

cefálica

Ae xpressão de genes Hox na crista cefálica inibe o crescimento de estruturas faciais

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. 2004 Sep;121(9):1089-102.Le Douarin NM

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O primeiro arco branquial (mandibula= md) expressa Dlx5 e Dlx 6A 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 mandíbulaVs. mandíbula

E OS AGNATAS?

As lampréias expressam Dlx em TODOS os arcos branquias e região cefálica

Nature. 2002 Mar 28;416(6879):386-7.Cohn MJ

As lampréias expressam Dlx em TODOS os arcos branquias e região cefálica

Nature. 2002 Mar 28;416(6879):386-7.Cohn MJ

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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 EMSEGMENTOS 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

Somitos

Em vertebrados, o LIMITE ANTERIOR do domínio de expressão de cada gene Hox é mais claro do que o limite posterior

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o de

Hox

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Perda de genes Hox específicos geram perdas de segmentos vertebrais específicos

Del

eçã

Del

eção

de

Hox

11Normal

Anterior Posterior

T1T1T2

A tT3

Ub

Segmentos torácicos

T1T1T2

AntpDeleção para Ubx

T2Antp

Antp Ubx

COMO QUE O EMBRIÃO SABE ONDE DEVEM SER GERADOS

OS MEMBROS?OS MEMBROS?

A expressão anterior de Hoxc 6 está sempre correlacionada com a formação do membro superior, independente do somito.

Hoxc 8 está sempre no segmento torácico entre os membros

membros

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Distal

Proximo

As regiões próximo-distais do primórdio de membro também são definidas por genes Hox

A deleção de Hox afeta o desenvolvimento segmentar do membro

Camudongo mutante para Hoxa11 não apresenta zeugopodio

Hoxa11 é expresso no zeugopodio

O CORPO DO EMBRIÃO ESTÁ DIVIDIDO EM DOMÍNIOS

(cabeça – tronco )COM DESTINOS DIFERENTES

E ESTES, POR SUA VEZ, ESTÃO SUBDIVIDOS EM

SUBDOMÍNIOS

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COMO QUE O EMBRIÃO SABE

QUE O BROTO DE MEMBROQUE O BROTO DE MEMBRO MAIS ANTERIOR DEVE

FORMAR OS MEMBROS SUPERIORES?

= Hoxd9

O padrão de Hox para o membro anterior e posterior são diferentes

= Hoxd9 +Hoxc9+Hoxb9

HH14-15

O padrão de expressão de genes da família Hox para o membro anterior e posterior são diferentes.

Hox (homeobox): Fator de transcrição= homeótico

HH16

HH19

Tbx5

A região do membro anterior expressa o fator de transcrição Tbx5 e o inferior o Tbx4

Tbx4

Alterações na expressão de Tbx pode alterar a identidade de membros

Nature 1999 Apr 29;398(6730):814-8.

Hoxd9

O padrão axial é inicialmente gerado pelos genes Hox

= Tbx5

Hoxd9+Hoxc9+Hoxb9

= Tbx4

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OS GENES HOX TAMBÉM REGULAM A IDENTIDADE DE

SEGMENTOS EMSEGMENTOS EM VERTEBRADOS ?

Córtex Cerebral

FILME NEURULAÇÃO

Trigeminal

Cerebelo

r1

r2

r3

Tubo neural

Arcos branquiais

I

Nat Rev Neurosci. 2005 Jul;6(7):553-64.

Facial

Glossofaríngeo

Vago

r4

r5

r6

r7

r8

II

III

Trigeminal

FacialFacial

O axonios de R2+R3 vão para o PRIMEIRO ARCOOs axônios de R4 + R5 vão para o segundo arco

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Hoxb2

Hoxb1

Trigeminal

Facial

Hoxb2

Facial

Os rombômeros são demarcados molecularmente por genes homeóticos

Hoxb1

Hoxb2

Hoxb1 ectópico

Hoxb2

Desenvolvimento antero-posterior do Tubo Neural (Segmentação)

Fim da parte I