Diferenciação Celular Das Linhagens Somática E Germinativa

TEXTO BASTANTE TÉCNICO PARA ALUNOS QUE DESEJAM

APROFUNDAMENTO. A ABORDAGEM DESSE TEMA PARA OS

VESTIBULARES NÃO É A DO TEXTO.

Luciane Cristina De Oliveira Lisboa

1- INTRODUÇÃO

Após a fecundação, a partir de uma única célula, um novo indivíduo é formado. Das

primeiras divisões celulares, com a formação do embrião até a morte, o organismo passa

por vários processos em seu desenvolvimento; dentre eles , a diferenciação celular, que

está presente todo o tempo de sua vida.

A diferenciação celular é o processo pelo qual as células de um organismo começam a

se tornar diferentes em sua forma, composição e função. A partir de então, surgem no

indivíduo populações de células distintas, formando estruturas, órgãos e sistemas que

interagem entre si e desempenham as diversas funções necessárias à sua sobrevivência.

Todas as células possuem um número de características fundamentais em comum; a

diversidade das células pode ser vista como "variações sobre um único tema" da

organização da matéria viva. Estas variações ocorrem em diferentes intensidades, de

acordo com o tipo celular formado, sua função e seu grau de especialização.

As células possuem um potencial de diferenciação e um destino final; células com

maior potencial são, portanto, menos diferenciadas e apresentam maiores possibilidades

de diferenciação ao longo do processo. Já aquelas mais diferenciadas, ou

completamente diferenciadas, perderam em grande parte ou totalmente o seu potencial.

Podemos falar de diferenciação celular em dois níveis: intracelular e intercelular.

A diferenciação intracelular refere-se às progressivas mudanças que acontecem na

estrutura celular.

A diferenciação intercelular refere-se ao aparecimento de vários tipos celulares em uma

população de células. É o processo pelo qual duas ou mais células tornam-se diferentes

umas das outras.

Antes que a diferenciação aconteça, ocorre a chamada determinação, que decide o

destino da célula. Pode acontecer de duas maneiras: Primeiro, pela segregação

citoplasmática de moléculas determinantes no momento da clivagem do ovo, separando

componentes citoplasmáticos diferentes que tornarão o citoplasma das células formadas

qualitativamente diferentes. Segundo, pela indução embrionária, que envolve a

interação entre células ou tecidos, condicionando células próximas a se especializarem

em uma determinada direção.

Estudos feitos em embriões de tunicados mostraram que à medida que o embrião se

divide, diferentes blastômeros incorporam diferentes regiões do citoplasma, que

acredita-se, contenham determinantes morfogenéticos que controlam o destino da

célula. Este tipo de desenvolvimento embrionário é classificado como "em mosaico",

pelo fato de que as células se desenvolvem, de certa forma, de maneira independente,

dividindo o embrião em regiões que darão origem a tecidos e estruturas diversas.

Também em tunicados, foi feito o isolamento de blastômeros, demonstrando a auto-

diferenciação dos blastômeros isolados. No entanto, algumas interações indutivas

também foram observadas; alguns tecidos como o nervoso, por exemplo, sofrem uma

determinação progressiva por interação célula-célula.

Os componentes citoplasmáticos responsáveis pela determinação das células

precursoras das células germinativas são os mais freqüentemente estudados. Mesmo nos

embriões que apresentam outros fatores de regulação que não só os componentes

citoplasmáticos, uma determinada região do citoplasma do ovo entrará na constituição

de algumas células do embrião que certamente formarão as células germinativas.

Uma vez ocorrida a determinação, o desenvolvimento embrionário continua sendo

guiado por dois fatores: a) pelos diferentes componentes do citoplasma herdados do

ovo, que foram segregados anteriormente. O comportamento na diferenciação das

células é, por exemplo, em vários aspectos controlado pela sua posição no embrião. Em

ovos de rã e salamandra, com a entrada do espermatozóide no óvulo, iniciam-se

movimentos citoplasmáticos, resultando no aparecimento de uma região oposta ao

ponto de inserção do espermatozoide, "crescente cinzento", com propriedades especiais,

sendo as células formadas nesta área importantes para o desenvolvimento e

diferenciação celular; b) pela resposta a diferentes microambientes onde a célula se

encontra, ou seja, as próprias células que a circundam, como já previsto na

determinação.

Teoricamente, ainda poderíamos pensar em um terceiro caminho, os diferentes tipos de

genes herdados pelo indivíduo. A influência dos dois primeiros fatores (em maior ou

menor grau), é que determinará como duas ou mais células fazem diferente uso da

mesma informação herdada. No entanto, se estudamos o processo de diferenciação

isoladamente dentro de uma mesma espécie, espera-se encontrar um padrão geral para a

participação dos genes, uma vez que as células contêm o mesmo conjunto de

informações herdadas.

De qualquer forma sabemos que os genes contidos no material nuclear herdado dos

progenitores, expressam boa parte das características apresentadas pelos indivíduos em

seu fenótipo, e que, portanto, participam ativamente da diferenciação celular.

Experimentos feitos com salamandras demostraram a importância da presença do

núcleo na clivagem do ovo. O isolamento, por constrição, de parte do citoplasma de um

ovo não clivado resulta em um retardo temporário à clivagem na metade que não

contém o núcleo. Entre os estágios de oito e dezesseis blastômeros, um dos núcleos da

metade clivada, se passado para o outro lado, pode seguir a clivagem, dando origem

também a um embrião normal.

Devido às várias modificações sofridas pelo núcleo no desenvolvimento embrionário,

relacionadas à diferenciação celular, alguns autores utilizam o termo diferenciação

nuclear ou diferenciação cromossômica para descrever alguns mecanismos peculiares

observados em determinadas espécies estudadas.

Outros experimentos foram feitos com embriões de rã, removendo-se o núcleo de uma

célula do teto de uma blástula ou gástrula, que ainda conservam boa parte do seu

potencial, e injentando-o no citoplasma de um ovo anucleado, artificialmente ativado, o

ovo pôde clivar-se normalmente e desenvolver-se em um girino normal. O embrião já

contém, no entanto, populações distintas de células; tanto que o mesmo experimento

feito com núcleos de células de outras regiões do embrião não resultou no

desenvolvimento de embriões normais.

Em ovos de galinha e pato, ao se isolarem células de blastoderme, seus núcleos ainda

são capazes de comandar novas clivagens, formando embriões completos, porém

menores.

Em plantas esta capacidade é mais expressiva, onde a maioria (senão todas) são capazes

de, a partir de um pequeno grupo de células retiradas de um indivíduo adulto, formar

uma nova planta completa, com todos os seus tipos celulares.

Em alguns Diptera ocorre a formação de "puffs" nos cromossomos durante a ovogênese,

que são espessamentos de alguns loci específicos. Por estarem ativamente ligados à

síntese de RNA, indiretamente estão relacionados com a síntese de um grupo específico

de proteínas que presumivelmente caracterizam um específico tipo celular.

Estes estudos indicam que a diferenciação nuclear pode ocorrer em nível de loci gênicos

e pode envolver a ativação diferencial ou inibição desses loci pelos constituintes do

microambiente onde a célula se encontra em última instância.

A diferenciação nuclear também pode sofrer influência do citoplasma. Em Ascaris, um

blastômero que normalmente iria sofrer diminuição cromossômica, pode ser levado

experimentalmente por alterações citoplasmáticas a formar células germinativas em vez

de somáticas. Existem também casos onde o núcleo tem mais autonomia e não sofre

influência dos componentes citoplasmáticos.

Tendo em vista o exposto, o objetivo deste trabalho é descrever suscintamente os

mecanismos de diferenciação celular das linhagens somática e germinativa nas espécies

utilizadas como modelo para ajudar no entendimento do processo de diferenciação.

2-DIFERENCIAÇÃO DA LINHAGEM SOMÁTICA

2.1- Diferenciação em Drosophila melanogaster- formação do corpo

No início do desenvolvimento, já se pode notar uma certa compartimentalização celular

(padrão que se origina da assimetria do ovo), ou seja, grupos de células já começam a se

posicionar, de acordo com a função que deverão desempenhar mais tarde.

A informação posicional é dada por quatro gradientes estabelecidos pelos produtos de

quatro grupos de genes, chamados genes de polaridade o ovo. Eles controlam quatro

distinções fundamentais para o plano do corpo dos animais: dorso-ventral, endoderma-

mesoderma-ectoderma, céluas germinativas-células somáticas e antero-posterior.

Depois de definidos os eixos do corpo, o desenvolvimento segue-se até a formação da

mosca adulta, onde um conjunto de genes chamados homeóticos seletores passam a

atuar, determinando o caráter antero-posterior do segmentos da mosca

Os genes homeóticos seletores mais estudados constituem dois grupos em Drosophila: o

complexo Bitórax e o complexo Antennapedia; que receberam estes nomes por terem

sido estudados em indivíduos mutantes. Na mutação Bitórax, porções de um par extra

de asas aparecem normalmente onde deveriam estar os balancins; e na mutação

Antennapedia, as patas desenvolvem-se na cabeça, no lugar das antenas.

O complexo Bitórax controla as diferenças entre os segmentos abdominais e torácicos

do corpo e o complexo Antennapedia controla as diferenças entre os segmentos do tórax

e da cabeça.

Cada gene homeótico tem uma região de ação definida como a região do corpo que é

transformada na ocorrência de mutação do gene. Esta região de ação vai,

aproximadamente, da metade de um segmento até a metade do outro, formando os

chamados parassegmentos.

Os produtos dos genes homeóticos são proteínas reguladoras, que se ligam a um DNA

regulatório. Este DNA então responde a estas ligações, transcrevendo ou não um

conjunto particular de genes homeóticos seletores, deixando nestas células um traço de

memória. Como este sistema é organizado e opera, ainda não se sabe ao certo.

Este traço de memória fica armazenado nas células imaginais, que são células que se

distribuem pelo corpo da larva e formam principalmente as estruturas epidérmicas da

mosca adulta. As células imaginais para a cabeça, tórax e genitália são organizadas em

discos imaginais; e outros agrupamentos de células imaginais formam o abdomem e os

órgãos internos.

Os discos imaginais têm sido os mais estudados. São bolsas de epitélio que evaginam,

estendem-se e se diferenciam na metamorfose. Assim, dão origem às estruturas

externas: olhos, antenas asas, etc.

Apesar do aspecto indiferenciado, experimentos mostraram que os discos imaginais

diferenciam-se com uma certa autonomia; ou seja, quando um disco é transplantado

para outro local no corpo da larva, ele se diferencia na estrutura apropriada à sua

origem, provando que são governados por uma memória de sua posição original.

Esta memória é herdável por várias gerações e os genes homeóticos seletores são

componentes deste mecanismo de memória. Se estes genes forem excluídos das células

dos discos imaginais, a diferenciação ocorre de maneira completamente irregular.

3- DIFERENCIAÇÃO DA LINHAGEM GERMINATIVA

3.1- Diferenciação no nematódeo Caenorhabditis elegans

O C. elegans possui uma linhagem de células somáticas praticamente invariável de um

indivíduo para outro, como conseqüência da ordenação espacial das áreas de segregação

do citoplasma e do pequeno número de genes que possui.

Quanto aos componentes citoplasmáticos, os grânulos P, que estão envolvidos na

formação da linhagem germinativa, encontram-se distribuídos no zigoto, ficando

posteriormente restritos às células capazes de formar gametas, originadas a partir dos

blastômeros da região posterior do ovo.

Assim, a cada nova divisão durante a clivagem, os grânulos P migram para os

blastômeros posteriores, até que finalmente ficam situados na célula P4, cuja progênie

se transforma nos espermatozóides e nos óvulos do adulto.

3.2- Diferenciação em Parascaris aequorum (Ascaris megalocephala)

A primeira divisão do embrião ocorre no plano equatorial, separando os pólos animal e

vegetativo.

O blastômero do pólo animal sofre, então, uma diminuição cromossômica, onde vários

segmentos das extremidades dos cromossomos são perdidos. O blastômero do pólo

vegetativo (que formará a maioria dos tecidos somáticos), passa normalmente pela

segunda divisão e em seguida um dos novos blastômeros formados também sofre uma

diminuição cromossômica.

Ao final da segunda divisão tem-se, portanto, três blastômeros alterados e um normal,

contendo cromossomos intactos. Até o estágio de dezesseis blastômeros, o fenômeno

vai se repetindo, resultando em apenas uma célula com cromossomos íntegros. Esta dá

origem à linhagem germinativa e as demais darão origem às células somáticas.

3.3- Diferenciação em Insetos

O ovo do insetos possui uma região de citoplasma, chamada citoplasma germinativo ou

plasma polar constituído por grânulos polares, envolvidos na determinação das células

germinativas.

No mosquito-pólvora, Wachtiella persicariae, de maneira semelhante à Parascaris,

ocorre redução no número de cromossomos nas células que darão origem à linhagem

somática. No entanto duas células mantém-se intactas, passam um período sem se

dividir e migram para o pólo posterior do ovo, onde provavelmente dão origem às

células germinativas.

Em Drosophila, nas primeiras duas horas após a fecundação o embrião se desenvolve

sob a forma de um sincício, formando uma camada blastodérmica. Em seguida as

membranas celulares são formadas, envolvendo cada núcleo, constituindo agora a

blastoderme celular, e suas células já têm destino determinado.

Os núcleos do embrião não sofrem diminuição cromossômica e a linhagem germinativa

se forma a partir das células que migrarem para o plasma polar.

Ainda não se sabe bem a constituição dos grânulos polares e como eles atuam na

diferenciação das células germinativas. Os grânulos polares em Drosophila foram

isolados e constatou-se que são constituídos basicamente de proteínas e RNA. Sabe-se

que eles sofrem algumas modificações durante o desenvolvimento. Antes da fecundação

encontram-se densos e membranosos, agrupados ao redor das mitocôndrias, e se

dispersam antes que os núcleos alcancem o pólo. As células polares então absorvem

estes grânulos, que se descondensam em filamentos "nuage", ao redor do envoltório

nuclear, com a aproximação das células polares da crista gonadal. Este fenômeno ocorre

em todo o reino animal e é provável que tenha importância na gametogênese.

3.4- Determinação em Anfíbios

As evidências indicam que também em anfíbios exista a participação de componentes

citoplasmáticos na formação das células germinativas; localizados no pólo vegetativo.

Assim, as células que migram para o pólo vegetativo e entram em contato com estes

componentes (semelhantes ao plasma polar de Drosophila), quando chegam à crista

gonadal, formam as células germinativas.

4- CONCLUSÃO

O processo de diferenciação celular reune uma série de mecanismos, que variam

amplamente entre as espécies, embora existam algumas semelhanças que tenham sido

preservadas durante a evolução (ALBERTS et al, 1997).

Existem algumas dificuldades em se estudar o processo, uma vez que, o ideal seria

acompanhá-lo no organismo vivo; e as vias mais convenientes são muitas vezes culturas

de células que não retratam exatamente as características e não respondem aos

tratamentos da mesma forma que as células dos tecidos vivos.

Alguns modelos têm sido usados com sucesso, como o nematódeo C. elegans e a mosca

Drosophila melanogaster, por exemplo.

Apesar dos grandes avanços dos últimos anos, existem ainda muitas perguntas sem

respostas e vários pontos obscuros, que, se esclarecidos, poderão servir para o

entendimento dos processos evolutivos bem como a formação dos diversos indivíduos

viventes, do mais simples ao mais complexo, a partir de uma única célula.

5- BIBLIOGRAFIA

ALBERTS, B.; BRAY, D.; LEWIS, J.; RAFF, M.; ROBERTS, K.; WATSON, J. D.

(1997). Biologia Molecular da Célula. Artes Médicas.1294p.

ASHWORTH, J. M. (1973). Cell Differentiatiom. Chapman and Hall. 64p.

GERHART, J. & KIRCHNER, M. (1997). Cells, Embryos, and Evolution. Blackwell

Science. 642p.

GILBERT, S. F. (1994). Biologia do Desenvolvimento. Sociedade Brasileira de

Genética. 563p.

SPRATT, N. T. (1969). Introduction to Cell Differentiation. Reinhold Book

Corporation. 115p.