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Biologia do Desenvolvimento Bibliografia basica: Biologia do desenvolvimento / Scott F. Gilbert. -- 5. ed. -- Ribeirão Preto, SP : FUNPEC Editora, 2003. Dra. Rubiani de Cassia Pagotto Depto. Biologia- UNIR Aulas 06 e 07 • Recomenda-se ao aluno a leitura do capitulo 6 - Gilbert (2003) O que é Blastula? • numerosas células, cujas posições foram estabelecidas durante a clivagem Gastrulação • processo pelo qual movimentos altamente integrados de células e tecidos, dramaticamente, reorganizam as células da blástula. • células recebem novas posições e novos vizinhos, e é estabelecido o multifacetado plano do corpo do organismo. • As células que formarão: – os órgãos endodérmicos e mesodérmicos -para dentro do embrião – precursoras da pele e do sistema nervoso – distribuídas superfície externa. • três camadas germinativas: – ectoderma externo, – endoderma interno – mesoderma intersticial movimentos da gastrulação • envolvem o embrião inteiro • migrações celulares em uma parte do organismo gastrulante devem estar intimamente coordenadas com outros movimentos ocorrendo simultaneamente. • Tipos de movimentos: – Epibolia – Invaginação. – Involução – Ingresso de células – Delaminação Tipos de movimentos • Epibolia. O movimento de camadas epiteliais (usualmente de células ectodérmicas) que se espalham como uma unidade e não individualmente, para envolver as camadas mais profundas do embrião. • Invaginação.O dobrar para dentro de uma região de células, de maneira semelhante à cavidade formada quando se empurra com o dedo a superfície de uma bola de borracha macia. • Involução. A internação ou movimento de interiorizarão de uma camada externa em expansão, de modo a se espalhar na superfície interna das células externas remanescentes. • Ingresso de células. A migração de células individuais da camada superficial para o interior do embrião. • Delaminação. A separação de uma camada celular em duas ou mais camadas mais ou menos paralelas. Tipos de movimentos Invaginação • As células da superfície da blástula (pólo vegetal) se dobram para dentro da blastocele formando um saco. • Essa células invaginadas passam a ser chamadas de endoderme e o saco formado é o tubo digestivo embrionário, ou arquêntero . • •As células exteriores são agora chamadas de ectoderme e o resultado é uma CELOGÁSTRULA oca com duas camadas de células. Epibolia: • •O movimento de camadas epiteliais que se espalham como uma unidade e não individualmente, para envolver as camadas mais profundas do embrião. • As esteroblástulas geralmente sofrem gastrulação por epibolia. • Devido a ausência de blastocele a endoderme não pode migrar para o interior. Dessa forma ocorre um rápido crescimento da ectoderme do pólo animal para baixo e sobre as células vegetativas ao redor da endoderme. Involução: • O movimento de interiorizarão de uma camada externa em expansão, de modo a se espalhar na superfície interna das células externas remanescentes. • A gastrulação por involução normalmente se segue a formação de uma discoblástula. • As células as redor da extremidade do disco se dividem rapidamente e crescem por baixo do disco, formando uma gástrula de duas camadas, com ectodermena superfície e endoderme abaixo. Ingressão • Ingresso de células: a migração de células individuais da camada superficial para o interior do embrião. • Algumas células se separam da parede e migram para a blastocele, preenchendo-a como uma massa sólida de endoderme. Delaminação: • separação de uma camada celular em duas camadas relativamente paralelas. • As células da blástula se dividem com planos de clivagem paralelos à superfície. • •O processo de delaminação produz uma camada ou massa sólida de endoderme circundada por uma camada de ectoderme Movimentos morfogenéticos Atividade proposta • Apresentação de seminarios: – Tempo para apresentação: entre 15 e 20 minutos • Temas: – Grupo 1- A formação de gêmeos – Grupo 2- Regulação da clivagem – Grupo 3- como ocorrem os movimentos morfogenéticos? Movimentos da gastrulação • Objetivos: – trazer para dentro aquelas áreas destinadas a formar os órgãos endodérmicos; – envolver o embrião com células capazes de formar o ectoderma; – colocar células mesodérmicas no lugar apropriado, entre endo e ectoderma. Gastrulação em ouriço-do-mar • Ingresso do Mesênquima Primário – Espessamento e achatamento do polo vegetal – Dissociação da monocamada epitelial e ingresso na blastocele – => mesênquima primário originado dos micrômeros Filopódios: projeção da membrana plasmática, em forma de “dedos”. Não forma aderências, masprojeta- se formando ondulações, que se movem ao longo da supe rfície dorsal da célula. Função sensorial. • Células se movem, incialmente ao acaso, e se agrupam ao longo da região ventrolateral da blastocele, se fundem (cordões sinciciais) culminando na formação do eixo das espículas de carbonato de cálcio do esqueleto larval. • Movimentos: dirigidos pela parede da blastocele e pelas fibrilas paralelas da matriz extracelular. Movimento dos micrômeros • Modificações de sua adesão a outras células e às matrizes extracelulares que os rodeiam • Futuros ectoderma (macromeros) e endodermas (mesomeros) se ligam fortemente entre si e a camada hialina, mas fracamente a lâmina basal Matriz extracelular interna Lâmina basal Camada hialina externa Matriz extracelular interna Membrana hialina externa ↓ atração entre celulas laterais e entre as celulas e a camada hialina Atração pela lâmina basal e migração para a blastocele Matriz extracelular interna Membrana hialina externa 3 proteínas importantes na migração celulas: Fibronectina proteoglicanos sulfatados ECM18 Informação posicional fornecida pelas futuras celulas ectodermicas e suas lâminas basais Primeiro estágio da invaginação do arquêntero • Células que permaneceram imoveis agora se movem par aocupar os espaços vazios => maior achatamento da placa vegetal • Dobramento da placa vegetal para dentro (1/4 a ½ do seu caminho para a blastocele) – Arquêntero (região invaginada – intestino primitivo) – Blastóporo (abertura polo vegetal) • Camana hialina: – Lamina externa (proteína hialina) – Lamina interna (proteína fibropelina) As células da placa vegetal secretam um proteoglicano de condroitina sulfato (molécula higroscópica) na lamina interna =>Absorção água lamina interna => espessamento Segundo e terceiro estágios da invaginação do arquêntero • 2ª. Fase: extensão do arquentero: – Origina tubo longo e delgado, sem formação de novas células: – Extensão convergente: as células se reorganizam umas sobre as outras, sofrendo um achatamento. Isto estreita o tecido e aumenta sua extensão • 3ª. Fase: formação de cls. Mesenquimatosas secundárias na ponta do arquêntero. – Filopódios se estendem destas cls através do fluído da blastocele e fazem contato com a superficie interna da blastocele (região alvo), – se ligando a estas células e se retraindo de forma a “puxar” o arquêntero em direção a elas. • Parece que existe uma região alvo destinada a se transformar na região ventral da larva, que é reconhecida pelas células mesenquimatosas secundárias e que posiciona o arquentero na região onde se formará a boca. • Topo do arquentero + parede blastocele (b): – Células mesenquimatosas secundarias (cms) se dispersam no interior da blastocele => órgãos mesodérmicos – Região contato CMS + b =>boca – => deutorostomatas: blastóporo marca posição do ânus. Relembrando clivagem em peixes, repteis e aves • Clivagem discoidal: – Divisão celular limitada a um pequeno disco de citoplasma (blastodisco no polo animal) sem vitelo no topo de um monte formado por vitelo. Gastrulação em peixes • 1º. Movimento: epibolia das células blastodermicas sobre o vitelo – Cls blastodermicas internas se movem para o exterior e se intercalam com as células superficiais; – Células se movem sobre a superficie do vitelo envolvendo-o completamente • Movimento propiciado pela expansão autônoma da camada sincicial do vitelo “dentro” do citoplasma do hemisfério animal. • Camada envolvente está fortemente ligada a camada sincicial do vitelo e é arrastada junto com esta. • Células mais profundas blastoderma enchem o espaço entre as camadas, enquanto a epibolia se desenvolve. – Simultaneamente a migração celular, um dos lados do blastoderma se torna visivelmente mais grosso que o outro. O lado mais delgado marca o sitio da futura superficie dorsal do embrião. Formação das camadas germinativas • Celulas blastodermicas cerca 50% cl vitelo: – Espessamento ao longo de toda a margem: • Anel germinativo (2 camadas): – Epiblasto (camada superficial) – Hipoblasto (camada interna) Involução ou ingressão das celulas na camada interna? • Epiblasto e hipoblasto se intercalam no futuro lado dorsal => espessamento = escudo embrionário Epibolia, involução das margens e convergência antero-dorsal ao escudo embrionário são simultaneas. Cls blastodermicas internas se movem para o exterior e se intercalam com as células superficiais Células se movem sobre a superficie do vitelo envolvendo-o completamente Espessamento ao longo de toda a margem Cls hipoblasto do escudo embrionário convergem e se estendem anteriormente, finalmente estreitando-se ao longo da linha dorsal media do hipoblasto = cordomesoderma (primordio notocorda - “espinha dorsal” mesodermica transitoria essencial para inicio da diferenciação do SN)) Cls axiais, adjacentes cordomesoderma, darão origem aos somitos mesodermicos. A convergencia e a extensão do epiblasto => celulas presuntivas do cerebro para a quilha neural. Resto epiblasto= pele Gastrulação de anfíbios (Xenopus) • Inicio: futuro lado dorsal do embrião, abaixo do equador (zona marginal, com células endodérmicas menores e menos ricas em vitelo que blastômeros do polo vegetativo) na região crescente cinzento. – Futuras células endodérmicas locais invaginam dando lugar a um blastóporo em forma de fenda. – Modificação morfologia celular: células garrafas que revestem o arquentero. • Involução das células da zona marginal enquanto células do polo animal sofrem epibolia e convergem no blastóporo. • Chegada das células marginais ao lábio dorsal do blastóporo => elas se dirigem para dentro e migram ao longo da superficie interna das laminas celulares externas. – => células que constituem o lábio do blastoporo: constantemente mudando – Células garrafa = células faríngeas do intestino anterior – Próximas células no labio do blastoporo => precursores do mesoderma da cabeça – Proximas células involuindo => celulas cordomesodérmicas => notocorda • Migração celular p/ interior: blastocele deslocada p/ lado oposto do labio dorsal do blastoporo. • Labio blastóporo: expansão lateral e ventral • Continuidade processos de formação cls garrafa e involução no blastóporo • Blastóporo: – labios laterais – um labio ventral => sobre este passam cls precursoras adicionais (meso e endododermicas) • Formação de um anel ao redor das grandes cls endodermicas que permanecem expostas na superficie do P.V. (rolha ou obturador do vitelo), que posteriormente é internalizado. Posicionamento do blastóporo • Movimentos citoplasmáticos ativam o citoplasma oposto ao ponto de entrada do espermatozoide. • Lado espermatozoide entra => futura superficie ventral do embrião • Lado oposto (inicia gastrulação) => futuro dorso • Espermatozoide: fornece orientação espacial a rotação autonoma do citoplasma, essencial para o futuro desenvolvimento. • A direção do movimento citoplasmático determina qual ser o lado dorsal e ventral. Gastrulação no Xenopus é uma orquestração de vários eventos distintos. 1. invaginação local das células garrafa do endoderma na zona marginal, em tempo e lugar precisamente definidos. 2. involução das células marginais através do lábio do blastóporo, começa a formação 3. do arquêntero. 4. células involutivas, na margem anterior do manto mesodérmico, migram ao longo da superfície interna do teto do blastóporo, 5. o prospectivo cordomesoderma migra atrás delas, se estreita e se alonga posteriormente, por extensão convergente, na porção dorsal do embrião. 6. Simultaneamente: células precursoras ectodérmicas epibolizam vegetalmente por divisão celular e pela integração de camadas celulares previamente independentes. 7. Resultado: posicionamento adequado das três camadas germinativas em preparação para sua diferenciação em órgãos do corpo. Gastrulação em AVES • clivagem : cria um blastodisco acima de um enorme volume de vitelo, que impõe várias restrições aos movimentos celulares • área pelúcida = centro do blastodisco, que por terem as células centrais do separadas do vitelo por uma cavidade subgerminativa com aparencia mais clara. • área opaca : células da margem da área pelúcida parecem opacas, devido a seu contato com o • vitelo. • epiblasto: formado pela maioria das células que permanecem na superfície • hipoblasto primário: ilha de polinvaginação (aglomerados desconectados contendo cada um de 5 a 20 células ) formadas por certas células que migram individualmente para a cavidade subgerminativa, • Após, uma lâmina de células da margem posterior do blastoderma (crescente de Koller e a zona marginal atrás dele) migra em direção anterior para se juntar às ilhas de polinvaginação e formar o hipoblasto secundário • O blastoderma de duas camadas (epiblasto e hipoblasto) tem as camadas unidas na margem da área opaca, e o espaço entre as camadas é uma blastocele. • Em aves o hipoblasto não contribui com células para o embrião em desenvolvimento. • Hipoblasto: – porções da membrana externa, especialmente o saco vitelínico e o pedúnculo, que liga a massa do vitelo ao tubo digestivo endodérmico. • Epiblasto: – Todas as três camadas germinativas do embrião propriamente dito – quantidade considerável de membrana extra-embrionária LINHA PRIMITIVA • LINHA PRIMITIVA: A estrutura majoritária característica da gastrulação em aves, répteis e mamíferos . • linha é visível inicialmente como um espessamento de uma camada de células do epiblasto, na região posterior do embrião, imediatamente anterior ao crescente de Koller. • Espessamento causado por: – ingresso de células mesodérmicas do epiblasto para dentro da blastocele – migração de células da região lateral do epiblasto posterior em direção ao centro • área espessada se estreita, se move anteriormente e se contrai => linha primitiva definitiva. • 60-75% do comprimento da área pelúcida • marca o eixo ântero-posterior do embrião • Simultaneamente: – células convergem =>formar a linha primitiva, – fenda primitiva =depressão na linha e serve como um blastóporo, através do qual as células migratórias passam para a blastocele. Assim, • a fenda primitiva éanáloga ao blastóporo de anfíbios. • ponta anterior LP: espessamento regional de células = nódulo primitivo ou nódulo de Hensen. • centro nódulo primitivo = depressão em forma de funil (cova primitiva), através da qual as células passam para a blastocele. • O nódulo de Hensen é o equivalente funcional do lábio dorsal do blastóporo de anfíbios. LINHA PRIMITIVA • Após formar a linha primitiva, as células do epiblasto começam a migrar sobre • os lábios dessa e para dentro da blastocele . • De maneira similar ao blastóporo de anfíbios, a linha primitiva tem uma população celular se modificando constantemente. • Células migrando através do nódulo de Hensen passam para dentro da blastocele, migram anteriormente formando o intestino anterior, o mesoderma da cabeça e a notocorda; células passando através das porções laterais da linha primitiva dão origem à maioria dos tecidos endodérmicos e mesodérmicos • Em contraste com o mesoderma de Xenopus, o qual migra como lâminas de células para a blastocele, células entrando no embrião de aves o fazem individualmente. • Em lugar de formar uma lâmina de células fortemente organizadas, a população ingressante cria um mesênquima fracamente conectado. • não se forma um verdadeiro arquêntero na gástrula de aves. • Enquanto as células entram na linha primitiva, essa se estende na direção da futura região da cabeça. Ao mesmo tempo, as células do hipoblasto secundário estão continuando a migrar da margem posterior do blastoderma, na direção anterior. • A elongação da linha primitiva parece ser coincidente com a migração em direção anterior dessas células do hipoblasto secundário. Formação da endoderma e mesoderma • primeiras células a migrarem através da linha primitiva => intestino anterior. • Situação é similar àquela vista nos anfíbios • dentro da blastocele: – células migram anteriormente – deslocam as células do hipoblasto (região na porção anterior da área pelúcida = crescente germinativo) na porção anterior do embrião • Hipoblasto: – não forma estruturas embrionárias, – contém os precursores das células germinativas, que mais tarde migram através dos vasos sangüíneos até as gônadas. • As próximas células que entram na blastocele através do nódulo de Hensen (e o primeiro quarto anterior da linha primitiva) também se movem anteriormente, mas não se movem tão ventralmente como as células presuntivas endodérmicas do intestino anterior. Permanecem entre o endoderma e o epiblasto para formar as células do mesoderma da cabeça e do cordomesoderma (notocorda). • empurram para cima a região medianoanterior do hipoblasto => processo cefalico Simultaneamente: • Continua migração celular para dentro, através da porção lateral da linha primitiva. • Quando entram na blastocele celulas se separam: – se move mais profundamente e encontra o hipoblasto em sua região mediana, deslocando as células hipoblásticas para os lados. Darão origem a todos os órgãos endodérmicos do embrião, assim como a maioria das membranas extra-embrionárias (o hipoblasto forma o restante). – se espalha através da blastocele como uma camada frouxa, mais ou menos a meio caminho entre o hipoblasto e o epiblasto => porções mesodérmicas do embrião e das membranas extra-embrionárias. Migração de células endodérmicas e mesodérmicas através da linha primitiva • nova fase da gastrulação: • continua o ingresso do mesoderma,: – a linha primitiva começa a regredir, movendo o nódulo de Hensen de uma posição próxima do centro da área pelúcidauma posição mais posterior – deixa em seu lugar o eixo dorsal do embrião e o processo cefálico. • Simultaneamente: – , para nódulo avança posteriormente, – a porção remanescente (posterior) da notocorda é estabelecida. – nódulo regride para sua posição mais posterior,=> região anal. Nesse ponto, o epiblasto é composto inteiramente de células ectodérmicas presuntivas. conseqüência desse processo de gastrulação em duas etapas: – embriões de aves (e mamíferos) exibem um distinto gradiente de maturidade de desenvolvimento ântero-posterior. : • células das porções posteriores do embrião estão gastrulando, células da porção anterior já estão começando a formar órgãos – células presuntivas do mesoderma e do endoderma se moviam para dentro, os precursores ectodérmicos proliferavam para se tornar a única população de células remanescente na camada superior. – células ectodérmicas migraram para fora do blastodisco para envolver o vitelo por epibolia. O enclausuramento do vitelo é , novamente, reminiscente da epibolia do ectoderma de anfíbios) • chegando ao fim da gastrulação em aves, o ectoderma envolveu o vitelo, o endoderma substituiu o hipoblasto e o mesoderma se posicionou entre essas duas regiões. Gastrulação em mamíferos • “Aves e mamíferos são descendentes de espécies de répteis. Portanto, não é surpreendente que o desenvolvimento de mamíferos se dá paralelamente ao dos répteis e aves. O que é surpreendente é que os movimentos de gastrulação de embriões de répteis e aves, que evoluíram como uma adaptação a ovos com vitelo, são mantidos mesmo na ausência de grandes quantidades de vitelo no embrião mamífero. • A massa celular interna nos mamíferos pode ser visualizada como assentada sobre uma bola imaginária de vitelo, seguindo instruções que parecem mais apropriadas a seus ancestrais.” Modificações para desenvolvimento dentro de outro organismo • Evolução : – reestruturação da anatomia materna (expansão do oviduto para formar o útero) – desenvolvimento de um órgão fetal capaz de absorver os nutrientes maternos: • placenta: derivado primariamente de células trofoblásticas embrionárias, suplementado por células mesodérmicas derivadas da massa celular interna. origens dos tecidos mamíferos precoces • Blastocisto humano imediatamente antes da gastrulação: • A massa celular interna delaminam células hipoblásticas que forram o trofoblasto => – envoltório vitelínico primitivo – blastodisco de duas camadas:semelhante aquele visto em embriões de aves. • epiblasto • hipoblasto Trofoblasto (alguns mamíferos) – trofoblasto polar:que cobre a massa de células internas, – trofoblasto mural: que não recobre a massa de cls internas. que não o faz. Trofoblasto: – citotrofoblasto - forma as vilosidades, – sinciciotrofoblasto - irá ingressar no tecido uterino. Simultaneamente: • Epiblasto: – ectoderma amniótico (que rodeia a cavidade amniótica) – Epiblasto embrionário (que originará o mamifero adulto) origens dos tecidos mamíferos precoces origens dos tecidos mamíferos precoces • segregação de células dentro da massa celular internas: • hipoblasto : – Células se separam da massa celular interna para revestir a cavidade da blastocele: endoderme do saco vitelínico. Como em embriões de aves, essas células não produzem partes do organismo neonato. O tecido da massa celular interna remanescente, • epiblasto.: – Localizado acima do hipoblasto – As células separadas por pequenas fendas que coalescem para separar o epiblasto embrionário das outras células do epiblasto revestimento do âmnio • fluido amniótico: – absorvente de choques para o embrião em desenvolvimento, – enquanto impede a sua dessecação do embrião Ectoderma embrionário: origina a pele, o sistema nervoso central e periférico, a retina, a orelha, o nariz, os pêlos, as unhas, as glândulas mamárias, o esmalte dental e a hipófise. Endoderma embrionário: origina os revestimentos epiteliais das vias respiratórias e do trato gastrointestinal, glândulas tireóide e paratireóide, do timo, do fígado, do pâncreas, o epitélio da bexiga, uma parte do tímpano e tuba auditiva. Mesoderma embrionário: origina as capas de músculo liso, a cartilagem, os tecidos conjuntivos, vasos (sanguíneos ou linfáticos) interligados à tecidos e órgãos, o baço, os rins, os ovários e testículos, as membranas que revestem as cavidades pericárdica, pleural e peritoneal, além de formar a maior parte do sistema cardiovascular. Os sinais, inicialmente do Organizador e posteriormente da notocorda e da mesoderme subjacentes, definem a extensao da placa neural, induzem os movimentos que fazem-na se enrolar e ajudam a organizar o padrao interno do tubo neural. A notocorda secreta particularmente a proteina Sonic hedgehog – um homologo da proteina de sinalizacao Hedgehog de Drosophila – que atua como um morfogeno que controla a expressao genica nos tecidos vizinhos (Figura 22-80). musculatura A TERCEIRA SEMANA Este é o inicio do período embrionário, que termina ao final da oitava semana. O rápido desenvolvimento do embrião a partir do disco embrionário, como resultado de numerosos eventos morfogenéticos, é caracterizado pela formação da linha primitiva, da notocorda e de três camadas germinativas a partir dos quais todos os tecidos e órgãos embrionários se desenvolvem. - Formação de tubo e crista neural DA QUARTA À OITAVA SEMANA Durante estas cinco semanas, que representam a maior parte do período embrionário, os principais órgãos e sistemas do corpo são formados a partir das três camadas germinativas. Formação do intestino, deslocamento ventral do coração, desenvolvimento do encefalo. Formação dosprimórdios das paredes laterais e ventral do corpo. Formação do cordão umbilical. As três camadas germinativas diferenciam-se em vários tecidos e órgãos Distúrbios do desenvolvimento nesta altura podem originar grandes malformações congênitas no embrião. DA NONA SEMANA ATÉ O NASCIMENTO: O PERÍODO FETAL O período fetal, que começa nove semanas após a fertilização e termina com o nascimento, caracteriza-se pelo rápido crescimento corporal e diferenciação dos tecidos e órgãos Atividade proposta • Pesquise a origem e função dos anexos embrionários. • Forma de apresentação: pesquisa enviada via email até dia 26/02/2013.