PCI NERVOSO E LOCOMOTOR Sistema Nervoso inicial · PCI NERVOSO E LOCOMOTOR Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings ... Margens laterais da placa

NEUROHISTOLOGIA E NEUROEMBRIOLOGIA HUMANA

PowerPoint® Lecture Slide Presentation and Copyright © 2010 by

Dra. Iêda M. L. Guedes, Neurobiologista celular e molecular e Professora da

Universidade Federal do Pará

PCI NERVOSO E LOCOMOTOR

Copyright © 2004 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings

MEDICINA

NEUROHISTOLOGIA E NEUROEMBRIOLOGIA HUMANA

PowerPoint® Lecture Slide Presentation and Copyright © 2010 by

Dra. Iêda M. L. Guedes, Neurobiologista celular e molecular e Professora da

Universidade Federal do Pará

MEDICINA

Sistema Nervoso inicial:

A função do Organizador

e a Indução Neural

Copyright © 2010 by Iêda Guedes May 23, 2013

A função do Organizador e a Indução Neural

A FUNÇÃO DO ORGANIZADOR E A INDUÇÃO NEURAL O que estudaremos?

Capacidade indutora do Organizador muda durante a gastrulação

Placa neural é induzida no ectoderme Padronização do sistema nervoso é determinada

por sinais provenientes do mesoderme Limite entre mesencéfalo e romboencéfalo

definido pelo Organizador Romboencéfalo é segmentado em rombômeros

por limites de restrição de linhagens celulares Células da crista neural surgem a partir dos

bordos da placa neural A informação posicional no desenvolvimento do

romboencéfalo é fornecida pelos genes Hox A padronização do embrião é feita durante o

estágio de nêurula



Centro organizador ou região organizadora – centro de sinalização

que orienta o desenvolvimento do embrião ou de parte

dele

Nó de Hensen ou primitivo

ORGANIZADOR




Gástrula inicial - organizador - lábio dorsal blastóporo

enxerto porção blastóporo - gástrula inicial – lado ventral outro embrião – embrião completo enxerto com centro de Nieuwkoop – região precursora do mesoderma - resultado similar

Em comum – formação nova região organizadora de Spemann

O organizador tem organizadores funcionalmente separados para as regiões de cabeça, tronco e cauda?

Experimentos - enquanto da gástrula jovem – eixo corporal completo e SN enxerto lábio dorsal - gástrula média – tronco/cauda – não cabeça





Avanço gastrulação/internalização células – composição celular lábio muda




Gástrula inicial - organizador -lábio dorsal blastóporo – Indução neural

• Hans Spelman/Hilde Mangold




“A medida que a gastrulação avança – eixo ântero-posterior torna-se

especificado, as células que formam o organizador em estágios tardios

induzem apenas estruturas posteriores” – alteração na quantidade de

indutores



RESSALTAR LÁBIO DORSAL – GÁSTRULA INICIAL – ORIGINA

ENDODERME ANTERIOR/ MESODERMA PROSPECTIVO DA CABEÇA/ CORDOMESODERMA

(NOTOCORDA)

ORGANIZADOR SPEMANN - GÁSTRULA INICIAL – CENTRO ORGANIZADOR COMPLEXO – POSSUI

VÁRIAS PARTES – DIFERENTES GENES – DISPOSIÇÃO MUDA – AVANÇO GASTRULAÇÃO




Nó de Hensen – equivalente Spemann Célula para: mesoderme cabeça, endoderme intestino, somitos e Notocorda, e, sinais indutores Transplante nó - codorna – embrião pinto

Embrião estágio cefálico - enxertado sob o epiblasto – mesmo estágio desenvolvimento – eixo adicional com somitos sem tecido neural anterior Estágio inicial – embrião completo

Camundongo – nó transplantado – epiblasto lateral embrião inicial – duplicação embrião sem prosencéfalo

“Encéfalo anterior – requer sinais adicionais do endoderme visceral anterior”– forma-se antes da linha

primitiva




Nó de Hensen




Nó de Hensen








“Encéfalo anterior – requer sinais adicionais do endoderme visceral

anterior”– forma-se antes da linha primitiva













Genes região do Organizador Genes fatores transcrição Genes proteínas secretadas

Goosecoid – organizador inicial – expresso células - intestino anterior, placa pré-cordal e notocorda

Mimetiza quase todas as funções organizador mRNA goosecoid – injetado blastômeros ventrais – eixo secundário sem cabeça

“Sinais adicionais envolvidos na indução cabeça e SNC”




Funções diferentes – mesmas proteínas – diferentes organismos

Xenopus – formação da cabeça – inibição BMP, Wnt e Nodal

indução ectópica por inibição BMP e Wnt – gástrulas iniciais

Cordina, Noggin e folistatina – antagonizam BMP Dickkopf – antagoniza Wnt Cerberus – inibe Wnt, Nodal e BMP

“Embora muitas proteínas sejam produzidas no Organizador e em torno dele, em diferentes

vertebrados, elas não têm, todas, precisamente as mesmas funções em todos os modelos experimentais”





2



Sistema nervoso – induzido durante a gastrulação Visto Xenopus – gástrulas iniciais - transplante de organizador na epiderme presuntiva – SN Xenopus – epiderme prospectiva (ectoderme ventral) transplantada – epiderme dorsal (tecido neural prospectivo) – epiderme desenvolve com tecido neural: SINAL INDUTOR Tecido neural – induzido – epiblasto pinto – enxerto mesoderme da linha primitiva (Nó de Hensen): Atividade indutora – sequência

1. Nó de Hensen 2. região de mesorme pré-somítico 3. est. 4 somitos – desaparece atividade 4. mesmo tempo desaparece - capacidade ectoderme responder

Placa neural é induzida no ectoderme



Placa neural é induzida no ectoderme Sistema nervoso – induzido durante a gastrulação

Xenopus – transplante de organizador

SINAL

INDUTOR



23/05/2013

Indução mesodérmica - BMP (bone morphogenetic protein)

Remoção de BMP – não formação SN

BMP – expresso toda ectoderme Perdida na placa neural Indução neural – produção proteínas organizador – ligam BMP – removendo ação inibidora

Cordina/noggin




Destino do ectoderme é Sistema nervoso Modelo de ausência (default)

Estado-padrão (default state) – ectoderme dorsal – desenvolver tecido neural Rota bloqueada – BMPs – destino epidérmico

Função do organizador – remover a inibição BMPs – bloqueio da atividade Remoção de cordina, noggin e folistatina – falha desenvolvimento neural e outras estruturas dorsais e efeito ventralizante e posteriorizador




Falha no Modelo de ausência (default) Demonstrada em experimento de indução neural – Xenopus/pinto mesmo com bloqueio BMP (Noggin e cordina) - FGF requerido

FGF (hipoblasto-pinto) – ativa genes requeridos indução neural (ex Churchill ) – não ativados BMPs

Churchill – inativado – placa neural não se forma Churchill: reprime genes da mesoderme - ativa fator de transcrição neural Sox2

Vertebrados - outros genes – além FGF/BMP - Indução Neural





FGF – ativa rota sinalização quinase ativada mitógeno (MAP)

MAP-quinase –

fosforilação inibidora Smad-1 – rota sinalizadora da BMP Esquema Ras-Raf-MAPK



BMP – limite placa neural Bloqueio por injeção bordo – estreitamento Antagonista BMP - alargamento

Vertebrados – duas decisões separadas – formação placa neural:

Destinos mesodérmicos/ectodérmicos neural – células epiblásticas – margem medial e placa neural prospectiva – FGF e Churchill Margens laterais da placa neural (ectoderme neural e epiderme se encontram) – inibição da sinalização de BMP

“Indução neural: complexo processo – múltiplas etapas – primeiros estágios – blástula – antes da região organizadora

ser detectável”

“Conservação evolutiva – nós pinto – induz Xenopus”




“Medula espinhal – não extensão da placa neural mais posterior – células-tronco desenvolve extremidade




1ª INDICAÇÃO – PLACA NEURAL É PADRONIZADA POR SINAIS PROVENIENTES DO MESODERME

Pedaços de mesoderme – diferentes posições eixo ântero-posteior - nêurula tristão

Implantados blastocele – embrião inicial Induzem estruturas neurais – sítio do emplante

Observa-se: PEDAÇOS DO MESODERME ANTERIOR INDUZEM CABEÇA COM CÉREBRO – PEDAÇOS

POSTERIORES INDUZEM TRONCO COM MEDULA ESPINNHAL

Logo: ESTRUTURAS FORMADAS CORRESPONDEM Á

POSIÇÃO ORIGINAL DO MESODERME TRANSPLANTADO

Padronização do sistema nervoso por sinais provenientes do mesoderme




1ª INDICAÇÃO – PLACA NEURAL É PADRONIZADA POR SINAIS PROVENIENTES DO MESODERME



2ª INDICAÇÃO – ESPECIFICIDADE POSICIONAL NA INDUÇÃO

Pedaços de placa neural

Implantados sob o ectoderme – outra gástrula Induzem estruturas neurais - ectoderme

Observa-se: INDUÇÃO DE ESTRUTURAS NEURAIS REGIONAIS SIMILARES NO ECTODERME ADJACENTE

Logo: CONFIRMA-SE QUE OCORRE ESPECIFICIDADE

POSICIONAL NA INDUÇÃO




INDICAÇÕES – EXPRESSÃO GÊNICA NO ECTODERME PODE SER INFLUENCIADA PELA EXPRESSÃO GÊNICA NO MESODERME

Observa-se: CO-EXPRESSÃO VÁRIOS GENES Hox NA NOTOCORDA, NO MESODERME E NO ECTODERME PRÉ-

SOMÍTICOS NA MESMA POSIÇÃO AO LONGO DO EIXO ÃNTERO-POSTERIOR

Xlhbox 1 – Xenopus oxb1 – camundongo Co-expressão acima




Genes Hox – padronização do romboencéfalo não detectado - tecido neural anterior: prosencéfalo e mesencéfalo

Fatores de transcrição com homeodomínio – Otx e Emc -regiões anteriores ao romboencéfalo –cérebro anterior

Otx (camndongo) e ortodenticle (Drosophila) – homólogos – ex conservação da função gênica

ortodenticle - região posterior futuro cérebro - mutações – resultam cérebro reduzido Otx1 - domínios sobrepõem prosencéfalo – mutações – anormalidade cerebrais e epilepsia Otx2 - romboencéfalo

Mutação Otx – parcialmente recuperado ortodenticle Gene Otx humano – recupera mutantes ortodenticle




Modelos padronização ectoderme neural - Xenopus 1. Indutores qualitativamente diferentes – diferentes posições – eixo

ântero-posterior 2. Padronização por dois sinais – diferenças – quantitativas nos sinais

indutores: - 1º sinal ativador – todo mesoderme – induz ectoderme – tecido neural

anterior - 2º sinal transformante – transforma parte do tecido – identidade mais

posterior – gradiente no mesoderme – mais concentrado – extremidade posterior

Fatores determinantes de posterioridade: Wnts (Xenopus, pinto, Zebrafish) – altas concentrações da proteína – células da placa neural – identidade mais posterior Ácido retinóico (cam) – camundongo – endoderma visceral – produz sinais inibitórios – proteção contra sinais posterioridade







Ectoderma

Sinalização por BMPs

Bloqueio da sinalização por BMPs

Sinalização por BMPs

Ectoderma epidérmico Placa neural (anterior)

Placa neural (posterior)

Ácido retinóico FGF8

Cordina Noguina

Folistatina

Definição Rostro-

caudal




Limite entre mesencéfalo e romboencéfalo definido pelo Organizador

ROMBOENCÉFALO– ORGANIZAÇÃO SEGMENTADA

Prosencéfalo e mesencéfalo – não

segmentados



ISTMO – FGF8 Estruturas posteriores do mesencéfalo Expressão induzida de FGF8 – mesencéfalo anterior – resulta:

Expressão de genes característicos mesencéfalo posterior

Perda função FGF8 - Zebrafish – mutação acerebelar – elimina regiões posteriores mesencéfalo – associadas ao Organizador


LIMITE ENTRE MESENCÉFALO E ROMBOENCÉFALO REGIÃO SINALIZADORA (ISTMO) - REGULA PADRONIZAÇÃO DO MESENCÉFALO

ESSA REGIÃO – ENXERTADA: mesencéfalo anterior - reespecifica o tecido – mesencéfalo posterior Prosencéfalo – converte o tecido - mesencéfalo






DESENVOLVIMENTO REGIÃO ORGANIZADORA: 1. expressão Otx2 –

MESENCÉFALO 2. expressão Gbox2 –

ROMBOENCÉFALO 3. limite entre Otx2 e Gbox2 –

desenvolvimento organizador

Subsequentemente expresso: no lado mesencéfalo - FGF8 no lado romboencéfalo - Wnt




Padronização região posterior cabeça/ romboencéfalo: Segmentação do tubo neural – eixo ântero-posterior Não ocorre medula espinhal – somitos impõem – um par de gânglios RD e nervos motores ventrais por somito

Embrião 3 dias galinha – três sistemas segmentados região cefálica posterior: 1. Mesoderme de cada lado da notocorda - somitos

2. Romboencéfalo – oito rombômeros 3. Mesoderme lateral – arcos branquiais (c/ células crista neural)

Romboencéfalo é segmentado em rombômeros por limites de restrição de linhagens celulares



Desenvolvimento Região Cefálica Posterior: Modelo de segmentação eixo

ântero-posterior

Tubo neural – nervos cranianos – face/pescoço Células crista neural – nervos periféricos

Arcos faríngeos - parte esqueleto facial – 3 primeiros arcos

Vesícula ótica – orelha




Fechamento tubo neural – constrições entre rombômeros – divisão celular diferencial/mudança forma:

Limite entre rombômeros – BARREIRAS DE RESTRIÇÃO DA LINHAGEM CELULAR Formação dos limites – CÉLULAS FICAM CONFINADAS AO ROMBÔMERO – não atravessam o limite

Experimentos de marcação – injeção células (rodamina):







Células de mesmo rombômero - propriedades

adesivas – impedimento mesclar com células outros

rombômeros

EFRINAS– RECEPTOR EPH (CÉLULA

ADJACENTE) – SINAIS BIDIRECIONAIS




Definição ântero-posterior do romboencéfalo


Link: Crista neural

Significado funcional – identidade única – define seu desenvovimento

r1 r2 r3 r4 r5 r6 r7

Genes

Hox

Hoxb-1 Hoxb-2

Outros

FT Kreisler Krox 20

EphA4 EphA2 EphB2 EphB3

Eph

cinases

Efrina B1 Efrina B2

Efrina B3 Efrinas

ROMBÔMEROS

Hoxb-3 Hoxb-4




Cada rombômero – UNIDADE DE DESENVOLVIMENTO: Remoção cirúrgica – rombômero de separação Rombômeros par/ímpar (r2/r5) – novo limite formado Rombômeros ímpar/ímpar (r3/r5) – não forma limite

Sugestão: CÉLULAS r3/r5 – PROPRIEDADES SEMELHANTES Verificação: r3/r5 – expressam Epha4 – ativados por Kros-20

r1 r2 r3 r4 r5 r6 r7



INDUÇÃO CRISTAS NEURAIS – múltiplos eventos: Indução crista neural – múltiplos eventos Gástrula inicial – fechamento tubo neural Bordos tubo neural - cristas

Modelo de indução das cristas: 1. Duas faixas no ectoderme de cada bordo da placa – cristas neurais 2. Níveis de BMP acima do nível – bloqueia placa neural 3. Envolvimento sinais – Wnt, FGF e ácido retinóico 4. Ativação de fatores de transcrição – Sox9 e Sox10 5. Sox ativam – gene snail (marcador inicial crista neural)

Células da crista neural surgem a partir dos bordos da placa neural



Crista neural cranial – relação rombômero Experimentos marcação células crista in vivo – rota migração

Células r2 – 1º arco Células r4 – 2º arco Células r6 – 3º arco


Células da crista – adquirem valor posicional – antes migração

Substituição células r4 – células r2 – ingressam 2º arco faríngeo

Desenvolvem em estruturas do 1º arco – pra onde deveriam ter ido Resultado: mandíbula inferior adicional

Plasticidade – diferenciação final – sinais provenientes tecidos – onde elas migram






Possível papel do Ácido retinóico Ausência – perda de rombômeros Excesso – transformação destino celular - anterior para posterior

EXPRESSÃO DOS GENES Hox – base molecular – identidade dos rombômeros e da crista neural no romboencéfalo:

Nenhum gene Hox – expresso na parte anterior da cabeça Genes Hox – expresso romboencéfalo - padrão definido – relacionado padrão segmentar Três grupos de parálogos – margens anteriores expressão diferentes

A informação posicional no desenvolvimento do romboencéfalo é fornecida pelos genes Hox

PADRONIZAÇÃO DO ROMBOENCÉFALO







PADRÃO DE EXPRESSÃO GENES Hox no ectoderme e arcos branquiais – eixo ântero-posteior - similar tubo neural e cristas neurais

Experimentos de transplante rombômero Posição anterior para outra posterior Altera o padrão de expressão do gene Hox Torna-se igual ao padrão do local do implante

Sinais responsáveis reprogrmação – provenientes do tubo neural Origem no tubo neural Não no tecido circundante




Expressão do gene Hoxb2 Apesar expresso r3, r4 e r5 Expressão r3 e r5 – independente r4 Regiões reguladoras Hoxb2 – duas regiões cis-reguladora

Expressão r3 e r5 – controlada por uma Expressão r4 – outra lacZ enhancer Hoxb2

rombômero 3 e 5 – Hoxb2 – ativado Krox-20 Krox-20

expresso nesses rombômeros não em r4 DNA regulador ativa expressão r3 e r5 - Sítio de ligação Krox-20

PADRÃO DE EXPRESSÃO DOS GENES Hox




r1 r2 r3 r4 r5 r6 r7

Genes

Hox

Hoxb-1 Hoxb-2

Outros

FT Kreisler Krox 20

ROMBÔMEROS

Hoxb-3 Hoxb-4




Expressão do gene Hoxb4 limite anterior de expressão r6 indução e posicionamento da expressão – sinalização no interior do tubo e somitos adjacentes


Expressão do gene Hoxb1 FA enhancer Hoxb1 - expresso em r4 axônios motores r2 – 1º arco axônios motores r4 – 2º arco expressão ectópica – r2

axônios motores – 2º arco




Expressão do gene Hoxa2 camundongo nocaute Hoxa2

a segmentação não é afetada afeta populações de crista neural – Neurônios/estruturas esqueléticas 2º arco - oriundas r4 Estribo da orelha interna - cartilagem de Meckel - Transformação homeótica de um segmento em outro





Expressão do gene Hoxa2 expressão ectópica de Hoxa2 – todos tecidos primeiro arco

Transformação homeótica do 1º arco em 2º arco

transfecção de Hoxa2 na crista neural anterior prospectiva células desenvolvem normal Estruturas esquelética 1º arco – abolida





CONCLUSÃO Durante a gastrulação as células vertebrados adquirem valores posicionais ao longo eixo ântero-posterior

Essa identidade posicional é codificadaz pelos genes do complexo Hox

Muitas diferenças anatômicas entre os vertebrados são devido a diferenças nos alvos alvos subsequentes dos genes Hox, gerando estruturas diferentes, porém homólogas ( mandíbula dos mamíferos e o bico das aves)




ESTÁGIO NÊURULA – JÀ ESTABELECIDO:

Plano corporal Membros, coração e outros órgãos

Plano corporal filotípico – gástrula Posições dos órgãos – nêurula:

Ainda há sinal visível de diferenciação Potencial para formar determinado órgão – confinada regiões

Remoção parte da área – estrutura normal se forma - membro Transplante região membro – formará membro

A padronização do embrião é feita durante o estágio de nêurula



Ter falhado significa ter lutado .

Ter lutado significa ter crescido.

( Maltbie E. Babcock)

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