GENÉTICA DO DESENVOLVIMENT

O

Profa. Dra. Ana Elizabete SilvaGenética II

BIOLOGIA E GENÉTICA DO DESENVOLVIMENTO

Duas hipóteses da embriologia:

Preformacionismo (século XVII): visão de que todos os órgãos adultos estariam pré configurados no esperma ou óvulo.

Hartsoecker (1677): publicou em revista científica a descrição do homúnculo presente na porçaõ cefálica do espermatozóide, fortalecendo a teoria do animalculismo.

“Um organismo

desenvolve de si

próprio”

Epigênese: propunha que um organismo adulto se desenvolveria a partir de uma forma indiferenciada

ZIGOTO

ADULTOTRANSFORMAÇÃO

Como é possível que grupos de células assumam diferentes funções já que elas tem genoma idênticos?

DIFERENCIAÇÃO CELULAR: regulação e diferenciação da atividade de genesExpressão gênica: quando, onde e quanto?

Duas Hipóteses Da Embriologia:

DIFERENCIAÇÃO CELULAR

Transcrição gênica

controle da expressão gênica durante o desenvolvimento e toda a vida

Base Genética do Desenvolvimento Introdução

Estudos em Drosophila melanogaster mostraram presença de famílias de genes

codificam fatores de transcrição

ligam e desligam outros genes

cascata seqüencial coordenada para o controle do desenvolvimento embrionário

Base Genética do Desenvolvimento Introdução

Desenvolvimento Embrionário

Morfógenos

segmentação

induçãomigração

diferenciação

apoptose

controle

fases

Gene AProteína A de sinal secretada

Gene RProteína receptora ligada a membrana

Gene C Proteína Citoplasmática

Gene TFator de transcrição

Gene XProteína X em célula diferenciada

Base Genética do Desenvolvimento Ação gênica

Diferenciação

Células totipotentes Células diferenciadas

Genes master

expressão diferencial segundo o tipo celular

reguladores do desenvolvimento

mantenedores do estado diferenciado

Outros genes diferenciadores

promotores silenciadores acentuadores

DESENVOLVIMENTO ANIMAL: processo pelo qual um zigoto se transforma em um organismo maduro capaz de reprodução → muitas instruções necessárias para o desenvolvimento normal são codificadas pelos genes do organismo (ativação e desativação gênica → metilação).

PERÍODO EMBRIONÁRIO Primeiros 2 meses (8 semanas): embrião finaliza seu

desenvolvimento quando adquire características que permitem seu reconhecimento como "ser humano "

Ovo ou zigoto unicelular (0,1 mm) → ser multicelular (3 cm, 300x)PERÍODO FETAL: 9ª a 40 ª semanas → o feto cresce cerca de 17x atingindo cerca de 50 cm no momento do parto

Fecundação Mórula Embrião 8s Feto 11s Feto ~ 34s

Desenvolvimento embrionário do Amphioxus

zigoto mamífero mórula blastocisto gastrulaçã

oneurulação

b) morfogênese

Deteminação Diferenciação

Etapas Do Desenvolvimento Embrionário Humano:

Diferenciação das células somáticas diplóides x células germinativas primordiais (gonócitos haplóides):

migração de cerca de 100 células germinativas primordiais provenientes do endoderma extraembrionário do

saco vitelino → cristas genitais primitivas

3ª Semana: Linha primitiva (dia 15): discreto sulco na linha mediana,

na extremidade caudal da região dorsal do embrião → organização do embrião nos eixos da tridimensionalidade:

-eixo dorso-ventral -eixo crânio-caudal

(anterior-posterior) -eixo direito-esquerdo

http://curlygirl.no.sapo.pt/desan.htm

GASTRULAÇÃO Gastrulação:

processo com vários movimentos → migraçao para estabelecimento dos três folhetos embrionários → disco embrionário trilaminar

-ectoderma -endoderma -mesoderma

ectoderme

NEURULAÇÃO Neurulação:

diferenciação do ectoderma superficial em placa neural (epitélio neural ou neuroectoderma) → precursor do SNC

extremidade craniana da placa neural → encéfalo: prosencéfalo-1,mesencéfalo-2 e rombencéfalo-3

extremidade caudal da placa neural → medula espinhal-4http://www.uc.cl/sw_educ/neurociencias/html/035.html

ENDODERMA ENDODERMA: tubo endodérmico (intestino primitivo ou

arquenteron) → origem ao revestimento do trato digestório e de outros derivados do tubo intestinal.

INTESTINO PRIMITIVO: no período da organogênese → todo aparelho digestório e anexos : pâncreas, fígado, vesícula biliar e pulmão

Intestino anterior: -Faringe -Esôfago -Intestino anterior abdominal (diafragma à

porção média do duodeno

Intestino médio: Segunda metade do duodeno até 2/3 proximais do cólon transverso

Intestino posterior: cólon transverso ao canal anorretal

MESODERMA MESODERMA: segmenta em somitômeros

(unidade de pequenos corpos) → formarão os somitos no sentido crânio-caudal- 7 primeiros somitômeros → criarão estruturas da cabeça e pescoço

Somitos (formam-se 42 a 43) → desenvolvem na futura região da base do crânio (dia 20) → 5 a 7 mais caudais se degeneram : total 37 somitos : -4 occipitais-8 cervicais-12 torácicos-5 lombares-5 sacrais-3 coccígeos

ALTERAÇÕES NOS PADRÕES DE

DESENVOLVIMENTO

Gastrulação anormal: Humanos → ciclopia, sirenomelia

Alteração eixo antero-posterior: Drosófila mutação antenapédia e bitórax

Dismorfogênese da notocorda: Humanos → hemivértebras

Patologias da crista neural: Humanos → S. Waardenburg

ANOMALIAS CONGÊNITAS RELACIONADAS À TERCEIRA SEMANA : GASTRULAÇÃO ANORMAL

Ciclopia: (holoprosencefalia) → desenvolvimento anormal da linha média cerebral, RM grave e morte precoce → mutação no gene SHH (sonic Hedgehog)

http://www.conganat.org/7congreso/imagenes_trabajos/396-ciclope1.jpg

ANOMALIAS CONGÊNITAS RELACIONADAS À TERCEIRA SEMANA : GASTRULAÇÃO ANORMAL

Sirenomelia: anormalidade da formação mesodérmica na eminência caudal (membros de sereia) → defeito da linha mediana no estágio 11 → monopodium, simpodium ou rudimentos dos membros inferiores, ausência de tecidos como estruturas sacrococcígeas, períneo, bexiga, intestino posterior, associado à agenesia renal e anomalias vertebrais.

http://galenored.com/bolivia/images/sirenom%201%20gral%20.jpghttp://www.mediresource.com/CPNews/images/x020807A.jpg

ANOMALIAS CONGÊNITAS RELACIONADAS À QUARTRA SEMANA - SEGMENTAÇÃO

plano de segmentação: orientado pelos genes homeóticos → Hox → manifesto na anatomia humana definitiva através das vértebras, costelas, dermátomos e nervos espinhais

GENES HOMEÓTICOS: genes envolvidos na segmentação → a sequência destes genes se expressam em todas as classes de vertebrados → denominados homeobox (Hox)

MUTAÇÕES HOMEÓTICAS

GENES HOMEÓTICOSRegulam segmentação do corpo

Controlam uma cascata regulatória de genes alvos, que controlam a segmentação

Codificam fatores de transcrição

Fazem com que uma parte do corpo se pareça com outra

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=iga.figgrp.3681

Alteração Eixo Anterto-Posterior

Formação do eixo anterior/posterior → extremidade da linha primitiva → estrutura denominada nódulo (gene nodal) → início e manutenção da linha primitiva e formação do eixo direito/esquerdo.

-complexo gênico homeótico (HOM-C): controla o padrão ao longo do eixo anterior/posterior Drosophila (mutação antenapédia) pertuba a padronagem do eixo → antenas são substituídas por pernas

Mutação → causando mudança do local de

desenvolvimentode uma parte do corpo

Heteropagusepignathus

Richieri-Costae

Guion-Almeida (1993)

MUTAÇÃO BITHORAX EM DROSÓFILA

Mutação em gene homeótico de segmentação (bx): afeta dois segmentos torácicosa) Asas rudimentares no lugar de altéres; b) dois pares de asas

SEGMENTAÇÃO DO CORPO

Muitos invertebrados → corpo formado por unidades adjuntas denominadas segmentos

Exemplo: Drosófila

3 segmentos da cabeça (H) 3 segmentos do tórax (T1-T3) 8 segmentos do abdomen

(A1-A8)

embrião larva adulto

GENES HOMEÓTICOS Insetos: genes HOM-C Seres humanos e camundongo: 4 cópias de Hox

(A até D) 39 genes Hox: cada grupo gênico de 100 Kb está

situado em um cromossomo diferente genes Hox de mamíferos são numerados de 1 a

13 os genes Hox são expressos ao longo do eixo

dorsal do limite anterior do rombencéfalo até a cauda

Genes homeóticos de insetos e mamíferos:a) Grupos de genes HOM-C e Hox (genes da mesma cor proximamente

relacionados)b) Domínios de expressãoe regiões dos embriões: ordem dos domínios

de ambos embriões → mesma dos genes

Dismorfogênese da notocorda Dismorfogênese da notocorda: leva a

malformação do corpo vertebral : hemivértebras (escoliose) e falha produzida pelo tubo neural (alteração no arco vertebral) → espinha bífida

http://www.srs.org/patients/review/images/9c.jpghttp://www.emedicine.com/orthoped/images/748748748ort0618-08.jpghttp://paginas.terra.com.br/saude/maninho/sss.html

hemivértebrasEspinha bífida

PATALOGIAS ASSOCIADAS A CRISTA NEURAL

A- Defeito na migração ou morfogênese da crista neural:

fenda labial ou palatina Síndrome de Waardenburg Associação CHARGE (coloboma,

cardiopatia, SNC, genital e auditivo)

Mutações em PAX 3

Síndrome de Waardenburg

PATALOGIAS ASSOCIADAS A CRISTA NEURAL

(A)Piebaldismo em uma criança → esterilidade, anemia e regiões não pigmentadas da pela e cabelo, → causada por mutação no gene Kit → proteína essencial para a proliferação e migração das células da crista neural, precursores das células germinativas e células sanguíneas

(B) Piebaldismo em camundongo (Photographs courtesy of R. A. Fleischman.)

PATALOGIAS ASSOCIADAS A CRISTA NEURAL

VIAS DE DESENVOLVIMENTO

Consiste em eventos envolvidos na diferenciação de tecidos e órgãos, com participação de diferentes produtos gênicos → criando um fenótipo

Codificam muitos produtos diferentes:

-moléculas sinalizadoras e seus receptores-transdutores de sinais-fatores de transcrição do DNA-componentes da matriz extracelular-enzimas-sistemas de transporte e outras proteínas

GENES NECESSÁRIOS AO DESENVOLVIMENTO NORMAL

Moléculas de sinalização parácrina

São fatores parácrinos (secretado no espaço circundante das células) atuam nas células vizinhas através de pequenas distâncias

Quatro famílias de moléculas de sinalização parácrina:-família do fator de crescimento de fibroblasto (FGF)-família Hedgehog-família wingless-família do fator de transformação do crescimento (TGF-)

Cada uma das moléculas sinalizadoras se ligam a um ou mais receptores para efetuar uma resposta mutações nestes genes podem levar a uma comunicação anormal entre as células

Gene hedgehog

Descoberto em Drosophila

Gene de segmentação

mutações em hedgehogolhos funcionais em asas e pernas

38% de homologiacom SHH

Genes no desenvolvimento humano e suas homologias

Moléculas de sinalização parácrina2-Família Wnt (gene de Drosophila

wingless - sem asas): paridade durante a formação de membros de Drosophila

-Genes Wnt: glicoproteínas responsáveis pela especificação do eixo dorsal/ventral, formação do cérebro, músculos, gônadas e rins http://elacuarista.com/alimentos/drosofilas.htm

Moléculas de sinalização parácrina3-Família do supergene TGF-: pelo

menos 30 genes estruturais

-famílias TGF--família de proteína morfogenética óssea

BMP formação do osso-família de activina-família Vg1

Moléculas de sinalização parácrina MUTAÇÕES NA FAMÍLIA BMP: proteína 1

morfogenética derivada de cartilagem (CDMP1) causa várias anormalidades esqueléticas1-mutação sem sentido em CDMP1: braquidactilia (AD)

2-duplicação em 22pb em CDMP1: braquidactilia e encurtamento dos ossos longos dos membros (displasia acromesomélica - AR)

3-mutação homozigoto de sentido trocado: condrodisplasia AR de Grebe encurtamento dos ossos longos e dedos

http://www.oftalmo.com/seo/2002/07jul02/09.htm

Braquidactilia

Síndrome de Grebe

MUTAÇÕES NA FAMÍLIA BMP

Fatores de Transcrição do DNA

São proteínas codificadas por genes que ligam (ativam) ou desligam (inativam) outros genes regulam a transcrição de muitos genes que regulam outros genes efeito cascata mutações nesses genes tem efeitos pleiotrópicos

Exemplos: genes contendo homeobox: família HOX, PAX

Pax6 camundongo: olhos pequenos anormais; PAX6 humano: catarata e aniridia homólogo de

Drosophila gene eyeless (fator de transcrição → ativa vários genes)

Mutações em PAX 6

Aniridia

Anoftalmia

http://www.ucm.es/info/genetica/AVG/practicas/Drosophila/Drosophila.htmhttp://www.exploratorium.edu/imaging_station/gallery.php?Category=drosophila

Drosophila eyeless

Proteínas da Matriz Extracelular (EMP)

Macromoléculas secretadas que servem de arcabouços para todos os tecidos e órgãos colágeno, fibrilinas, proteoglicanas e glicoproteínas (fibronectina, laminina e tenascina)

Mutações nos genes fibrilina-1 e elastina Síndrome de Marfan (malformações do coração e/ou grandes vasos) e estenose aórtica supravalvar

http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ency/images/ency/fullsize/9611.jpg

SÍNDROME DE MARFAN

DESENVOLVIMENTO DOS MEMBROS

Membros dos vertebrados: -elementos derivados da placa mesodérmica lateral: ossos, cartilagem e tendões-mesoderma somítico: músculos, nervos e vasculatura

Sinal que inicia indução dos membros anteriores e posteriores mesoderma intermediário

Fator 8 de crescimento de fibroblastos (FGF8):- expresso nos membros anteriores e posteriores induz o programa de brotamento dos membros

t-box (TBX) 12q 24

Síndrome de Holt - Oram

mutação

Síndrome de Holt-Oram (HOS): defeitos dos elementos anteriores dos membros superiores mutações no gene TBX5

Desenvolvimento das Asas de Borboleta

Diversidade dos padrões das asas de borboletaQue genes e eventos moleculares estão envolvidos? Genes:apterous (ap)→ fator de transcrição

wingless (wg) → molécula sinalizadora →organização das células → margem distal da asa

Distal-less (Dll) → fator transcrição margem da asa → cresce para fora → distal do corpo

Borboleta: Dll → sua expressão extende-se para dentro da margem da asa →série de raios → círculo (intensa expressão) → pontos pigmentados

GENÉTICA DO DESENVOLVIMENTO

Identificação de genes relevantes → vias de desenvolvimento

MutaçõesFenótipos

Homólogos em vertebrados:sondas de genes de invertebrados → clonar genes homólogos em outros organismos