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Nessa aula entenderemos:
Por que o braço/perna parte do ombro/quadril e não de outra parte do corpo?
• Por que o braço/perna se desenvolve na ordem ombro/quadril→cotovelo/joelho→mãos/ pés e não em outra ordem?
• Por que os dígitos não são todos iguais e seguem sempre a mesma sequência?
• Por que não temos unhas na palma das mãos nem sola no peito dos pés?
• Etc...
Placa lateral → esqueleto somitos → músculo
Os membros se desenvolvem a partir do mesoderma
Mini-revisão de anatomia
Eixo dos membros
braço coxa
antebraço canela
mão pé
O que são genes
HOX/Homeobox/Homeóticos?
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
Hox existe em mamíferos e suas propriedades e importância
no desenvolvimento são conservadas
Normal
Deleção
para Ubx
Ubx Ubx Ubx
Anterior Posterior
Ubx
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 tornará estilopódio, zeugopódio e autopódio
Mutação em Hox 13
O que determina onde o broto do membro se formará?
Genes Hox determinam o eixo antero-posterior, a segmentação do corpo e a região onde os apêndices (por exemplo, membros) se formarão
extremamente conservados
Campo do membro
Qualquer pedaço do campo do membro pode dar origem a um membro completo
Placa lateral → esqueleto somitos → músculo
Os membros se desenvolvem a partir do mesoderma, COMO SABEMOS ?
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
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 de embrião de galinha
Indução da crista ectodérmica apical (AER)
Apical ectodermal ridge
Perguntas sobre o desenvolvimento dos membros
• Como eles surgem no “lugar certo” ?
• O que determina que seja membro anterior/superior e membro
posterior/inferior?
• O que determina os eixos P-D, A-P e D-V ?
• O que determina o número de dígitos e sua identidade ?
Exemplo:
3 etapas importantes:
• Tornar mesoderme permissiva à formação do broto do membro
• Especificar membro anterior e posterior
• Indução de transição epitélio-mesênquima
• Estabelecimento de dois centros de sinalização que se retroalimentam
Evidências Experimentais
Expressão de FGF8 na AER
FGF10
Células expressando FGF10 foram transplantadas no flanco de um embrião de galinha:
membro ectópico
Interação recíproca entre a cristal ectodérmica apical e o mesênquima subjacente
Estruturas DISTAIS de PATA, mas estruturas proximais continuam de asa
Tbx5
Tbx4
PORQUÊ AS COBRAS NÃO TÊM PERNAS?
Hoxc6
Hoxc8
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 (PZ) proliferando, promovendo o crescimento do membro no eixo proximal-distal
remoção da crista ectodérmica apical em diferentes momentos do desenvolvimento do membro do embrião de galinha
Especificação do eixo proximal-distal
Se a AER for removida no início, só o húmero se desenvolve
Se a AER for removido mais tarde no desenvolvimento, húmero, radio e ulma se desenvolvem
Mecanismo desconhecido
PZ+AER de embrião mais velho transplantado em embrião 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
Especificação do eixo proximal-distal
Determinação dos eixos
dígitos duplicados como um espelho dos dígitos normais
Sonic hedgehog (Shh) é o responsável pela especificação do eixo antero-posterior
substituição de 1 base no enhancer de shh
Mutação semelhante causa polidactilia em humanos
apical ectodermal ridge = crista ectodérmica apical
PZ = progress zone = zona de progresso
ZPA = zone of polarizing activity = zona de polarização
Michael JF Barresi https://www.youtube.com/watch?v=xL6eDJZKU7Q
Garante que Shh só será expresso na região posterior
FGF8 inibe o inibidor, portanto ele indiretamente mantém a expressão de Shh
Célula progenitor do dígito 4
Célula progenitora do dígito 5
Especificando a identidade dos dígitos – shh e BMP
shh knockout têm dígitos todos iguais
dedinho
dedão
O tempo de exposição a Shh é MAIS importante do que a sua concentração
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 interdigitais especifica os dígitos
Deleção de shh e Gli3 gera membro com vários dígitos sem especificação
Determinação dos eixos
Fator de transcrição essencial para especificar padrão dorsal
Fator de transcrição essencial para especificar padrão ventral
FGF8
FGF10 AER
Gremlin
BMP
ZPA
FGF8
FGF10 AER
Gremlin
BMP
ZPA
FGF8
FGF10
AER
↓FGF8 = colapso do AER SEM AER = colapso do ZPA
TÉRMINO DA EXTENSÃO DO MEMBRO
1) 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?
a)Tbx4 / FGF b)FGF/Tbx4 c) Wnt/Hox d)Tbx4/Tbx5
1) 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?
a)Tbx4 / FGF b)FGF/Tbx4 c) Wnt/Hox d)Tbx4/Tbx5
A esposa de um milionário pediu para que produzisse um gatinho persa que tivesse pelos inclusive na região ventral das patas. Explique para a madame porque esta manipulação pode levar a problemas adicionais.
a) Gatinho não conseguirão andar sobre pelos b) Por que sem os coxins o gato não conseguirá saltar c) Por que outras estruturas do membro ficariam comprometidas d) Por que essa manipulação seria letal na embriogênese
A esposa de um milionário pediu para que produzisse um gatinho persa que tivesse pelos inclusive na região ventral das patas. Explique para a madame porque esta manipulação pode levar a problemas adicionais.
a) Gatinho não conseguirão andar sobre pelos b) Por que sem os coxins o gato não conseguirá saltar c) Por que outras estruturas do membro ficariam comprometidas d) Por que essa manipulação seria letal na embriogênese
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?
