aula 5_morfogenese

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MORFOGÊNESE
Instituto de Ciências Biológicas 
Biomedicina/UFG
2013/1
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MORFOGÊNESE
 “No início, nos comportávamos como uma unidade, como se não houvesse barreiras entre nós. Depois de conhecidas as nossas posições, ficávamos separados e nos juntamos a diferentes grupos. Só falávamos com aqueles em nosso próprio grupo.”
 “Quando jovens, precisávamos decidir quem ficaria na frente e quem ficaria atrás. Assim, fomos designados para estes grupos principais. Tudo isso exigiu muita conversação e mesmo algumas mensagens vindas de fora.”
 Padronização e determinação
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MORFOGÊNESE
O padrão geral sugere que a combinação de genes Hox determina a identidade posicional, sendo responsável pela determinação do gene subseqüente de uma região e conseqüentemente das alterações morfológicas.
Tanto em insetos quanto em vertebrados, os genes dentro de cada agrupamento são expressos em uma ordem temporal e espacial, que reflete a ordem dos mesmos nos cromossomos.
“Temos a tendência de permanecer juntas, mas podemos mudar de vizinhos para constituir formas interessantes e, algumas vezes, mudar para sítios onde podemos conseguir a maior firmeza. ”
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MORFOGÊNESE
Forças mecânicas das células
Equilíbrio entre forças que causarão as alterações da forma
Migração das células 
Processos
Identificação das forças
-Controle das forças 
- Moléculas envolvidas
Mobilidade
Adesividade
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MORFOGÊNESE
Molecular
 - moléculas: adesão e mobilidade
 - expressão tempo-espaço (genes Hox)‏
 - divisão celular orientada
 - pressão hidrostática
Gastrulação 
 - todos os embriões animais
 - formação intestino 
 - plano corporal estabelecido
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MORFOGÊNESE
Animais
Rearranjos de camadas celulares
Movimentos de células de uma posição para outra.
Vegetais
Não existem movimentos celulares
Mudanças de forma gerados por divisão e expansão celulares.
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MORFOGÊNESE
Adesão entre células e matriz extracelular
Interações mediadas por proteínas da superfície celular 
 intensidade e
 especificidade da adesão
A
D
E
S
I
V
I
D
A
D
E
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MORFOGÊNESE
A
D
E
S
I
V
I
D
A
D
E
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MORFOGÊNESE
Migração para novas posições
 Alteração da forma
 Rearranjos nas estruturas citoesqueléticas internas
M
O
B
I
L
I
D
A
D
E
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MORFOGÊNESE
Forças adicionais:
Pressão hidrostática (osmose e acumulação de fluido)‏
Crescimento
Proliferação
Morte celular 
Nível molecular:
Expressão espaço-temporal de moléculas: controle da adesão e mobilidade celular, divisão orientada e pressão hidrostática
Genes Hox ativando outros genes
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MORFOGÊNESE
Morfogênese:
Gastrulação
Neurulação
Migração de células da crista neural 
Geração de várias estruturas no tronco cabeça e pescoço
Migração 
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MORFOGÊNESE
Integridade dos tecidos:
Interações adesivas entre células
Interações adesivas entre células e matriz extracelular
Diferenças na adesividade celular: manutenção dos limites entre os diferentes tecidos e estruturas
Moléculas de adesão (proteínas da superfície que podem ligar-se umas às outras moléculas) expressas por uma célula determinam a quais células ela pode aderir.
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MORFOGÊNESE
Classes de moléculas de adesão celular envolvidas no desenvolvimento
 Caderinas
Imunoglobulinas 
Integrinas 
Adesão celular diferencial estabiliza os limites entre os tecidos.
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MORFOGÊNESE
Classes de moléculas de adesão celular envolvidas no desenvolvimento:
Proteínas transmembrana que na presença de íons Ca, aderem as caderinas na superfície de outra célula. 
Interação célula-célula. 
+30 tipos identificados. Ligam-se umas às outras por intermédio de um ou mais sítios de ligação localizados nos 100 aa terminais extracelulares.
Geralmente, ligam-se somente à caderina do mesmo tipo. 
 Caderinas
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MORFOGÊNESE
Classes de moléculas de adesão celular envolvidas no desenvolvimento:
São componentes adesivos nas junções intermediárias (desmossomos), junções celulares presentes em muitos tecidos, principalmente nos epitélios compondo o complexo juncional.
E-caderina ou uvomorulina = caderina típica, envolvida na geração de uma lâmina epitelial polarizada no embrião inicial de mamíferos. 
Células aproximam-se e tocam uma à outra = caderinas agrupam no sítio de contato.
Interagem com o citoesqueleto da célula pela conexão, podem estar envolvidas transmissão de sinais para o interior da célula.
 Caderinas
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As caderinas fazem parte de um vasto grupo de moléculas envolvidas na adesão inter-celular. A caderina-E participa na adesão entre células epiteliais e localiza-se preferencialmente em estruturas de adesão (adhesion belt). 
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MORFOGÊNESE
Classes de moléculas de adesão celular envolvidas no desenvolvimento:
Primeiramente isolada no tecido neural.
Ex. molécula de adesão neural (N-CAM).
Ligam-se a moléculas similares em outras classes.
Outras ligam-se a uma classe diferente de moléculas de adesão, a integrina.
 Imunoglobulinas
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MORFOGÊNESE
Classes de moléculas de adesão celular envolvidas no desenvolvimento:
 Composta por duas proteínas transmembrana diferentes, que atuam como receptores para moléculas da matriz extracelular, que são utilizadas para mediar a adesão entre célula e seu substrato.
Adesão à matriz extracelular (colágeno, fibronectina, laminina, tenascina, proteoglicanos) é mediada por integrinas.
+ 20 diferentes receptores de integrina.
Integrinas
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MORFOGÊNESE
Classes de moléculas de adesão celular envolvidas no desenvolvimento:
Associam-se aos filamentos de actina do citoesqueleto da célula pelos complexos de proteínas que estão em contato com a sua região citoplasmática.
Transmitem informações sobre o ambiente extracelular (ex: composição da matriz ou tipo de contato intercelular).
Mediam sinais da matriz que afetam a forma a mobilidade, o metabolismo e a diferenciação da célula.
Integrinas
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Morfogênese
Proteínas transmembrana que na presença de íons Ca, aderem as caderinas na superfície de outra célula. 
Interação célula-célula. 
Ligam-se a moléculas similares em outras classes.
Outras ligam-se a uma classe diferente de moléculas de adesão, a integrina.
Composta por duas proteínas transmembrana diferentes, que atuam como receptores para moléculas da matrizextracelular, que são utilizadas para mediar a adesão entre célula e seu substrato.
Adesão independente de cálcio
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MORFOGÊNESE
Diferenças na adesividade celular em diferentes tecidos, afinidades:
Desagregação de células da epiderme e placa neural presuntiva (experimento solução alcalina)‏
Mistura das células entre si
Reagregação
Ectodérmicas e mesodérmicas misturam e se autoclassificam pela movimentação e adesividade diferencial
1- movem-se aleatoriamente
2- trocam adesões fracas por adesões fortes
3- forças de ligação intercelular maximizadas no sistema como um todo. Adesão entre células diferentes mais fracas.
 
Adesão celular diferencial estabiliza os limites entre os tecidos.
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MORFOGÊNESE
Adesividade diferencial entre células é o resultado da presença de diferentes moléculas de adesão.
Diferenças quantitativas em moléculas de adesão celular mantêm uma adesão celular diferencial.
Caderinas conferindo especificidade de adesão.
Ligação inicial dos domínios extracelulares de caderina transmitem um sinal para o citoesqueleto, estabilizando a interação. 
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Morfogênese
Movimentação e adesividade diferencial resultando na autoclassificação.
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MORFOGÊNESE
Clivagem e formação de blástula:
Ovos animais:
1- clivagem = células menores (blastômeros)‏
2- esfera celular oca (blástula)‏
3- ciclos celulares curtos
(divisão celular e mitose) sem crescimento celular
4- padrões de clivagem diferentes em diferentes animais (radial: ouriço-do-mar, desigual: nematódeos, espiral: moluscos, simétrica: aves, desincronizada e desigual: rãs)‏
5- quantidade de vitelo influencia o padrão de clivagem
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MORFOGÊNESE
O plano de clivagem influenciando na morfogênese e no crescimento: ele determina se uma lâmina epitelial que contem células em divisão permanece como camada celular única ou torna-se multiestratificado.
Experimentos:
Ásteres de uma célula em divisão são microtúbulos irradiados a partir de um centrossomo que atua como um centro organizador para o crescimento dos mesmos.
Centrossosmos contêm um par de centríolos, que consistem de um arranjo de microtúbulos. 
1- antes da mitose: o centrossomo é duplicado e movem-se para lados opostos do núcleo e formam os ásteres. 
2- os ásteres assumem posições que levam o plano de clivagem da célula a ser perpendicular ao plano da clivagem anterior.
Vegetais não possuem centrossomos :
Mecanismo contrátil comprime a célula e a dividi em duas. Forma-se um nova parede celular no plano de divisão. 
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Morfogênese
Aparato mitótico determina o plano de clivagem na divisão celular.
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Morfogênese
Aparato mitótico determina o plano de clivagem na divisão celular.
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MORFOGÊNESE
Ouriço do mar
Plano de clivagem radiais (perpendiculares à superfície)‏
células permanecem em única camada e volume interior aumenta à cada divisão
Células da lâmina epitelial polarizam radialmente com diferenças entre face apical (externa) e face basal (interna).
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MORFOGÊNESE
Camundongo: durante a compactação ocorre o primeiro sinal de diferenciação:
Blastômeros comprimem-se maximizando os contatos célula-célula, as microvilosidades ficam restritas à superfície apical das células.
Mais clivagens paralelas à superfície na camada externa, produzindo uma célula polarizada e outra não polarizada.
Clivagens radiais originam duas células polarizadas.
Células não-polarizadas tornam-se a massa interna (dando origem ao embrião propriamente dito), e células externas originarão a trofectoderme e posteriormente estruturas extra-embrionárias. 
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MORFOGÊNESE
Mudanças na associação entre molécula de adesão celular E-caderina e o córtex celular subjacente compactação
Ativação da quinase antes do estágio de oito células resulta na compactação prematura. 
Associação entre E-caderina e elementos citoesqueléticos no córtex celular.
Ativação da E-caderina envolvendo a transdução de um sinal e a ação da proteína-quinase C.
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MORFOGÊNESE
Remodelagem radical do córtex celular está associada à compactação e a localização da E-caderina e das microvilosidades.
Proteínas citoesqueléticas actina, espectrina e miosina são removidas da região de contato intercelular e concentram-se em uma faixa ao redor da região apical da célula.
 A compressão celular e a redistribuição dos elementos corticais podem ser causadas pela contração de filamentos de actina, que leva os elementos corticais para o pólo apical.
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MORFOGÊNESE
Pressão hidrostática e transporte de íons:
O acúmulo de fluido no interior da blástula exerce uma pressão em direção ao exterior sobre a parede da blastocele.
Pressão hidrostática formação e manutenção da forma esférica da blástula.
Mamíferos : bomba ativa de íons sódio
Junções do tipo compactas atuam como barreira de permeabilidade à passagem de materiais pela camada celular epitelial.
Rãs: sódio entra passivamente na superfície externa da célula e é bombeado para o interior da blastocele através da face interna da célula. 
 [ ] íon no fluido da blastocele : a água penetra por osmose e aumenta a pressão hidrostática que estica as camadas de tecido que envolvem. 
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Morfogênese
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MORFOGÊNESE
Formação das cavidades internas:
Tubo neural: uma estrutura tubular resultante do enrolamento de uma lâmina epitelial.
Outros espaços internos: criação de uma cavidade em uma estrutura sólida.
Camundongo: massa celular interna origina o epiblasto, que é empurrado pela blastocele.
 Inicialmente, epiblasto é uma massa sólida e posteriormente, transforma-se em uma camada epitelial que envolve uma cavidade cheia de fluido.
apoptose
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MORFOGÊNESE
 
 Formação das cavidades internas:
Inicialmente, epiblasto é uma massa sólida e posteriormente, transforma-se em uma camada epitelial que envolve uma cavidade cheia de fluido.
Apoptose das células do centro do epiblasto:
1- camadas celulares da endoderme visceral enviam um sinal de morte para as células do epiblasto.
2- somente células externas em contato com a membrana basal sobrevivem devido à ação das integrinas.
apoptose
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Morfogênese
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Morfogênese
Plano de clivagem determinado pela posição dos ásteres nas células em divisão 
Formação de uma lâmina epitelial
Clivagens tangenciais no epitélio: massa celular interna prospectiva e troectoderme externa
Bomba de íons sódio: blastocisto inflado por osmose
Blastocisto formado por única camada de células trofectodérmicas envolvendo uma massa celular interna e uma blastocele cheia de fluido
apoptose
camundongo
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