Neurociência_08Desenvolvimento

7/27/2019 Neurocincia_08Desenvolvimento

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A

B

C

DEF

Desenvolvimento doSistema Nervoso

A estrutura do crebro virtualmente idntica de indivduo paraindivduo e reconhecidamente prxima entre os diferentesmamferos. A sua funo , em larga maioria, determinadageneticamente mas detalhes das redes neuronais soinfluenciados pela actividade elctrica do crebro, especialmentenos jovens. Perante tal complexidade, ainda estamos longe decompreender completamente o desenvolvimento do crebro,mas recentemente emergiram elementos promissores, sobretudograas revoluo na rea da gentica.

Pegar num ovo fertilizado e depois

s seguir as instruesO corpo e o crebro humano desenvolvem-se a partir de umanica clula o ovo fertilizado. E agora? O princpio chave dabiologia do desenvolvimento que o genoma um conjuntode instrues para a construo de um rgo do corpo, e no umplano completo. O genoma constitudo pelos cerca de 40 000genes que comandam o processo. Seguir estas instrues umpouco como fazer origamis (arte chinesa de dobrar papel) um nmero limitado de dobras, curvaturas e aberturas no papelcriam uma estrutura que requereria muitos esquemas paradescrever completamente o projecto. Comeando com oembrio, um conjunto bem pequeno de instrues genticasconsegue gerar a enorme diversidade de clulas e ligaes queocorrem num crebro em desenvolvimento.

Muitos dos nossos genes so espantosamente semelhantes aosgenes da mosca da fruta,Drosophila. De facto, graas a muitosestudos feitos na mosca da fruta, foram caracterizados grandeparte dos genes que se sabe serem importantes nodesenvolvimento do sistema nervoso humano. Os neurocientistasque investigam o desenvolvimento do crebro usam comomodelo de estudos vrias espcies animais peixe-zebra, r,pinto e murganho cada qual com vantagens particulares nainvestigao de eventos moleculares e celulares. Os embries depeixe-zebra so transparentes permitindo a visualizaomicroscpica de cada clula durante o desenvolvimento. Osmurganhos reproduzem-se rapidamente, e o seu genoma foimapeado e quase completamente sequenciado. Pintos e rs somenos apropriados para estudos genticos, mas, por outro lado,os seus embries so bastante grandes e permitem manipulaes

microcirrgicas importantes para ver, por exemplo, o queacontece quando as clulas so deslocadas para posiesanormais.

Os primeiros passosUma etapa essencial no desenvolvimento do crebro ocorrequando as clulas individuais deixam de dividir e sediferenciam, adquirindo caractersticas especficas - tais comocaractersticas neuronais ou de clulas da glia. A diferenciaoorganiza espacialmente as clulas. Tipos distintos de neurniosmigram para regies diferentes, por um processo designadoregionalizao.

O primeiro grande acontecimento na formao de padres

ocorre na terceira semana de gestao humana, quando oembrio humano tem s duas camadas interligadas de clulas.

A placa neural dobra-se formando o tubo neural. A.Um embrio humano 3 semanas aps a concepo. B.A placa neural formando a superfcie dorsal doembrio humano. C. Alguns dias depois, o embriodesenvolve protuberncias da cabea no lado anterior.A placa neural permanece aberta tanto no lado dacabea como caudal, mas fecha entre estes doisextremos. D, E, F. Diferentes nveis do eixo da cabea

cauda, representando etapas distintas do fecho do tuboneural.

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Um pequeno conjunto de clulas na superfcie superior dabicamada possui as instrues para formar o crebro e amedula espinhal. Estas clulas formam uma estruturasemelhante a uma raquete de tnis designada placa neural,sendo a sua parte frontal destinada ao crebro e a parte distal medula espinhal. Os sinais que regem o destino destas clulasso provenientes da camada inferior, que ir formar oesqueleto e os msculos do embrio. Vrias regies diferentesdo sistema nervoso, em fase precoce de desenvolvimento,expressam grupos distintos de genes, fazendo prever o

aparecimento de reas cerebrais telencfalo, mesencfalo ecrebro posterior com arquitectura e funo especficas.

O enrolamento

Uma semana mais tarde, a placa neural enrola-se, fechando emtubo que fica inserido no interior do embrio, envolvido pelafutura epiderme. Nas semanas seguintes ocorrem mudanasadicionais profundas, incluindo alteraes na forma das clulas,diviso e migrao, e adeso celular. Por exemplo, o tubo neuraldobra-se de modo a que a regio da cabea inclinada emdireco zona do tronco, em ngulo recto. Este padro dedesenvolvimento progride de modo bem controlado e

sulco neural

crista neural

B

D

E

F

A26 Dias

B28 Dias

C35 Dias

D49 Dias

A morfognese do crebro humano entre 4 semanas (A),

e 7 semanas (D) aps a concepo. Regies diferentes

expandem-se e desenvolvem grandes curvaturas ao longo

do eixo longitudinal.

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confere identidade prpria aos neurnios jovens. No entanto,as coisas podem correr mal. Quando o tubo neural no fecha leva formao de espinha bfida, uma condio que normalmenteest limitada regio inferior da medula espinhal. Apesar de seraflitivo no pe a vida em risco. Pelo contrrio, quando estafalha ocorre na regio da cabea pode resultar na perda dacapacidade de organizar um crebro completo, uma condiodesignada anencefalia.

Conhecer a posio viver bemUm princpio base da organizao padro do corpo que asclulas descobrem a sua posio em relao ao eixo principal anterior/ posterior; superior / inferior. De facto, cada cluladetermina a sua posio relativamente a estas coordenadas, damesma forma que o leitor de um mapa determina a suaposio, medindo distncias a partir de posies bemdeterminadas. A nvel molecular, o embrio define no tuboneural um nmero de regies polarizadoras que segregammolculas de sinalizao. Em qualquer dos casos, as molculasdifundem para longe da sua origem, formando um gradientede concentrao. Um exemplo destes mecanismos sensveis posio reside no eixo superior-inferior (dorsoventral) damedula espinhal. A parte inferior do tubo neural expressa umaprotena comum com um nome fascinante Sonic

hedgehog. As Sonic hedgehogdifundem a partir da placaventral e afectam clulas no eixo dorsoventral, dependendo dadistncia a que se encontram da placa ventral. Quando estoprximas, as Sonic hedgehog induzem a expresso de um geneque gera um tipo particular de interneurnio. Mais longe, abaixa concentrao de Sonic hedgehog induz a expresso deoutro gene que leva diferenciao de neurnios motores.

Saber para onde se vaiQuando um neurnio adquire a sua identidade individual, e prade se dividir, emite o seu axnio com uma dilatao naextremidade conhecida porcone de crescimento. O cone decrescimento uma estrutura especializada para a movimentaoatravs do tecido, usando as suas capacidades para seleccionar o

percurso mais favorvel. medida que faz isto estica o axnio,um pouco como faz um co esticando a sua trela.Quando o alvo encontrado, o cone de crescimento perde a capacidade demovimentao e forma uma sinapse. A orientao docrescimento axonal uma faanha da navegao, muito precisatanto para distncias curtas como para distncias longas. Aclula alvo seleccionada pelo cone de crescimento comelevada preciso, e no seu percurso o cone de crescimento podecruzar-se com outros cones de crescimento na procura dosrespectivos alvos. Ao longo do seu percurso ajudado aencontrar o seu caminho, em parte com a ajuda de sinais deconduo que atraem (+) ou que repelem (-) o cone decrescimento. Os mecanismos moleculares responsveis pelaregulao da expresso destes sinais permanecem poucocompreendidos.

Moldar com actividade elctricaApesar do arranjo espacial dos neurnios, e das suas ligaes,se conseguir com elevada preciso logo desde o incio, asligaes em alguns locais do sistema nervoso soposteriormente sujeitas a um ajuste dependente daactividade, tais como degeneraode axnios e a morte deneurnios. Estas perdas podem parecer desnecessrias, masmuitas vezes no possvel ou desejvel fazer um crebrocompleto e perfeito s com os elementos bsicos da suaconstruo. A evoluo reparadora mas tambm funcionacomo escultora. Por exemplo, o mapeamento entre neurniosno olho e no crebro um processo absolutamente essencialpara uma viso apurada, e conseguida em parte sob

influncia do padro de actividade elctrica da retina.

Existem vrios tipos de sinalizadores usados pelos neurnios

(azul) nos processos de crescimento dos axnios e dos cones de

crescimento (projeces localizadas no terminal). Tanto sinais

locais como distantes podem atrair (+) ou repelir (-) os cones de

crescimento. So dados alguns exemplos de sinais moleculares

que controlam o crescimento dos axnios.

Existe ainda um perodo crtico particularmente importante

na formao de ligaes neuronais, que ocorre pelas oitosemanas em macacos e, provavelmente, ao fim de um ano emhumanos. S aps este perodo se completa o padro bsico deorganizao do sistema visual. Uma questo particularmenteintrigante e relevante consiste em saber se estes programas dodesenvolvimento precoce podem ser reactivados em condiesde perda neuronal patolgica (como as doenas de Alzheimere de Parkinson), ou aps paralisia resultante de traumatismoda medula espinhal. No ltimo caso, sabe-se que os axniospodem ser induzidos a crescer aps leso, mas para promovero estabelecimento de ligaes axoniais correctas sonecessrios novos conhecimentos que podero surgir comofruto da investigao nesta rea.

A revoluo genmicaAs neurocincias esto a promover a identificao do conjuntode genes envolvidos na formao de um crebro completo.Sobretudo graas robustez dos mtodos usados na biologiamolecular, podemos testar a funo de genes modulandolocalmente a sua expresso em qualquer fase dodesenvolvimento. Actualmente, o maior desafio que temos pelafrente compreender a hierarquia de controlo gentico queconverte umas camadas de clulas num crebro funcional. Este de facto um dos maiores desafios das neurocincias.

Fronteiras da InvestigaoAs clulas estaminais so clulas que potencialmente podem

gerar qualquer clula do organismo. Algumas destas clulas,

as clulas estaminais embrionrias, proliferam desde muito

cedo no desenvolvimento. Outro tipo de clulas encontrado

na medula ssea e no cordo umbilical que liga a me ao seu

filho, no ventre. Os neurocientistas procuram determinar se

as clulas estaminais

podem ser usadas para

reparar neurnios no crebro

adulto. Muito do trabalho

actual realizado em animais

no-humanos, mas existe uma

grande esperana de poder vir

a reparar crebros de

pacientes com doenas

neurodegenerativas como a

doena de Parkinson.

Em certas etapas do desenvolvimento, cerca de 250 000 clulas/minuto so adicionadas ao crebro.Ler mais em: http://faculty.washington.edu/chudler/dev.html24


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