Desenvolvimento de Invertebrados II: Drosophila

Na ovogênese, é produzido um óvulo para cada 16 células nutridoras, que são ligadas por dois canais.

Tanto o ovócito produzido, quantoas células nutridoras ao lado são envolvido por células foliculares, como mostrado na figura baixo

Clivagem

• Durante as divisões não ocorre citocinese e as células permanecem juntas, formando um sincício.



• Os núcleos se dividem e compartilham um mesmo citoplasta até o início da transição zigótica.



• Muitas proteínas, incluindo fatores transcricionais, podem difundir-se entre os núcleos.
  
  Celularização*
  
  
• As células polares são as primeiras células a serem formadas, após a 10ª divisão nuclear. Estas células pertencem à linhagem germinativa



• No 14º ciclo de divisão, a membrana do ovócito ingressa entre os núcleos para formar células individuais



• A celularização depende de filamentos de actina e de microtúbulos



• Ela irá formar o blastoderma celular, composto de ~6000 células, cerca de 4 h após a fecundação.
  

FECUNDAÇÃO



CLIVAGEM = FORMAÇÃO DO SINCÍCIO



MIGRAÇÃO DOS NÚCLEOS PARA A PERIFERIA

BLASTODERMA SINCICIAL ACELULAR


BLASTODERMA CELULAR








Transição Blástula Média (A figura)

• O tempo entre as divisões aumenta quandoos núcleos alcança a periferia;


• Perde-se a sincronia das divisões celulares;


• O nível de transcrição nos núcleos aumenta;


• Preparo para gatrulação;

Formação dos Folhetos Germinativos*

• Ectoderma (azul)
  

Células permanecem na superfície após formação da mesoderme e endoderme

• Mesoderma (vermelho)
  

Invaginação no sulco ventral

Movimentos de extensão e convergência

• Endoderma (amarelo)

Invaginação em ambas as extremidades

• Sistema nervoso

Migração de células do ectoderma em direção ao vitelo origina os neuroblastos

Gastrulação*(B e C figura)

A gastrulação começa com a invaginação na fenda ventral, que irá formar o mesoderma embrionário.

A banda germinal forma-se por extensão convergente de células ectodérmicas e mesodérmicas. Ela contém tecidos precursores do tronco e abdomen.

A banda germinal extende-se posteriormente e dobra-se ao redor do embrião. Na etapa seguinte ela sofre inversão.

O endoderma invagina-se a partir de dois "bolsos" localizados nas regiões anterior e posterior do embrião




Como ocorre a especificação do eixo antero-posterior em Drosophila??*

• Polaridade citoplasmática do ovo. Hipóteses:

1.Resultados indicam a existência de um gradiente morfogenético, emanando dos dois pólos durante a clivagem

2.Estes gradientes interagem para prover a informação posicional que determina a identidade de cada segmento do corpo do inseto

Conclusão:
Existem dois centros organizadores no ovo de insetos

Gradientes de proteínas no embrião inicial*

Conceito morfógeno:
Substância que difunde-se de uma fonte localizada, formando um gradiente de concentração no embrião. Governa o padrão de desenvolvimento de estruturas ou tecidos, em particular, determinando as posições dos diferentes tipos celulares.

Perguntas importantes (1980) :
Se de fato existem gradientes atuando no desenvolvimento de insetos, que morfógenos sofreriam variação de concentração em função do espaço?
Morfógenos agiriam ativando ou inibindo genes nas áreas onde eles estão concentrados?

Prêmio Nobel Medicina (1995) :
Nüsslein-Volhard e Eric Wieschaus
Descobriram que existe um conjunto de genes que codificam morfógenos anteriores, outro que codifica morfógenos posteriores e um terceiro grupo que codifica proteínas que produzem ambos os términos do embrião

• Fatores de Origem Materna.

Anterior (Hunchback e bicóide) + Posterior (Nanos e Caudal)

Proteína Bicoid
Repressor da tradução de Caudal e ativador (fator de transcrição) de Hunchback
Difunde-se, formando um gradiente através do embrião
Bicoid ativa Hunchback e outros genes, levando à formação de estruturas anteriores

• o mRNA Bicoid é localizado maternalmente.
• A proteína Bicoid é produzida após a fecundação, formando um gradiente.
• O gene Hunchback é alvo direto da proteína Bicoid
  

Fenótipo experimental bicoid: 2 caudas

Fenótipo Nanos - tórax aumentado, ausência de abdomen
mRNA Nanos

• Sintetizado pelas células nutridoras
  Transportado para o ovócito, onde vai concentrar-se na região posterior

Proteína Nanos

• Inibe a transcrição de Hunchback
  Permite a expressão de genes gap posteriores, como Giant e Knirps, os quais por sua vez são inibidos por Hunchback
  Knirps e Giant sinalizam o desenvolvimento posterior.

Fenótipo Torso - ausência de acron e telson
mRNA Torso

• Sintetizado pelas células nutridoras. Após F!, a proteína é sintetizada e distribuída uniformente no ovo
• Proteína Torso-like: Ativadora de Torso, localizada nas extremidades do ovo
  
• Proteína Torso
  Codifica um receptor tirosina quinase
  A proteína Torso ativa inicia a sua sinalização, formando um gradiente nas extremidades do embrião
  Este gradiente leva à ativação de Huckebein e Tailless. Ocorre a especificação dos términos anterior (acron) e posterior (telson)

Hierarquia genética na formação do padrão antero-posterior*

1) Fatores maternos:
Anterior (Hunchback e bicóide) + Posterior (Nanos e Caudal

2) Genes gap
Mutações nestes genes causam falhas no padrão de segmentação
Estão entre os primeiros genes ativados no zigoto
São expressos em amplas faixas parcialmente sobrepostas no embrião


A ativação dos genes gap ocorre em resposta aos gradientes gerados pelos de fatores de herança materna (por ex. Bicoid). Além disto, eles podem ser regulados uns pelos outros.

Os produtos destes genes interagem entre si para definir regiões amplas do corpo do embrião de Drosophila. Portanto, mutantes gap perdem grupos de segmentos contínuos

Os genes gap são responsáveis pela ativação dos genes pair-rule

3) Genes pair-rule
São ativados por diferentes concentrações das proteínas gap
Dividem o embrião em unidades periódicas: sete faixas verticais perpendiculares ao eixo antero-posterior


A ativação dos genes pair-rule depende da expressão dos genes gap.

Devido à presença de promotores modulares, estes genes são ativados em sete faixas ao longo do eixo antero-posterior do embrião de Drosophila.

Cada faixa de expressão dos genes pair-rule abrange dois parasegmentos. Os parasegmentos são formados pela porção posterior de um segmento e pela porção anterior do segmento seguinte.

Cada faixa do embrião tem uma combinação única de genes pair-rule

4) Genes de polaridade segmentar
São ativados por diferentes concentrações das proteínas pair-rule
Dividem o embrião em 14 faixas, com a largura dos segmentos corporais

Os genes de polaridade segmentar são ativados nas 14 faixas do embrião pelo trabalho conjunto dos genes pair-rule.

Os genes de polaridade segmentar engrailed e wingless são expressos em células adjacentes.

A expressão de engrailed (en) marca a margem anterior de cada parasegmento

wingless (wg) marca a margem posterior de cada parasegmento

As células en+ formam um centro de sinalização que organiza a formação da cutícula do embrião e a estrutura segmentar do embrião.


5) Genes homeóticos (ou genes seletores homeóticos)
São ativados pelos produtos dos genes gap, pair-rule e de polaridade segmentar

Os genes Hox*



A expressão dos genes Hox é regulada pelos genes gap e pair-rule. Genes Hox regulam mutuamente a expressão uns dos outros, refinando o seu padrão final de expressão gênica.

Formam dois complexos no cromossomo 3 de Drosophila (complexos Antennapedia e Bithorax).

São responsáveis por especificar os segmentos individuais do corpo do embrião de Drosophila.

Mutações nos genes Hox são capazes de transformar um segmento em outro.


Família de fatores transcricionais
Descoberta em moscas e conservada em todas as espécies
Expressos sequencialmente ao longo do eixo rostro-caudal do embrião
Topo da cadeia de regulação hierárquica que forma os segmentos de Drosophila

Créditos à Profa. Dra. Lúcia Elvira Alvares

Dept. Histologia e Embriologia Unicamp