Em animais vivos, os cones de crescimento geralmente se deslocam em direção a seus alvos ao longo de vias previsíveis e estereotipadas, explorando uma grande quantidade de diferen- tes sinais para encontrar seu caminho, mas sempre requerendo um substrato de matriz ex- tracelular ou de superfície celular sobre o qual possa deslizar. Frequentemente, os cones de crescimento tomam vias que foram inauguradas por outros neuritos, os quais eles seguem por meio de orientação por contato. Como resultado, as fibras nervosas em um animal ma- duro se encontram normalmente agrupadas em feixes paralelos compactos (denominados fascículos ou sistemas de fibras). Acredita-se que esse rastejamento dos cones de crescimen- to ao longo dos axônios seja mediado por moléculas homofílicas de adesão célula-célula – glicoproteínas de membrana que auxiliam uma célula que as exibe a se ligar a qualquer outra célula que também as apresenta. Como discutido no Capítulo 19, duas das classes
Figura 22-101 Formação de axônios e dendritos em cultura. Um neurônio jovem foi isolado do cérebro de um ma- mífero e colocado para se desenvolver em cultura, onde ele emite seus prolon- gamentos. Um destes prolongamentos, o futuro axônio, começou a crescer mais rápido que o resto (os futuros dendri- tos) e se bifurcou. (A) Uma fotografia de contraste de fase; (B) o padrão de colo- ração com faloidina fluorescente, que se liga a filamentos de actina. A actina está concentrada nos cones de crescimento nas extremidades dos prolongamentos que estão se estendendo ativamente e em alguns outros locais de atividade lamelipodial. (Cortesia de Kimberly Goslin.)
(B) (A)
dendrito corpo celular axônio cone de crescimento
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mais importantes dessas moléculas são aquelas que pertencem à superfamília das imuno- globulinas, como as N-CAM, e aquelas da família de caderinas dependentes de Ca2+, como a N-caderina. Os membros de ambas as famílias geralmente estão presentes nas superfícies dos cones de crescimento, dos axônios e de vários outros tipos celulares sobre os quais os cones de crescimento se arrastam, incluindo as células gliais do sistema nervoso central e as células musculares da periferia do corpo. O genoma humano contém mais de 100 genes de caderinas, por exemplo, e a maior parte deles é expressa no cérebro (ver Figura 19-6). Diferentes conjuntos de moléculas de adesão célula-célula, atuando em combinações varia- das, propiciam um mecanismo para a orientação e o reconhecimento neuronal seletivo. Os cones de crescimento também migram sobre componentes da matriz extracelular. Algumas dessas moléculas de matriz, como a laminina, favorecem o crescimento dos axônios, en- quanto outras, como os proteoglicanos de sulfato de condroitina, o inibem.
Os cones de crescimento são guiados por uma sucessão de diferentes sinais em dife- rentes estágios de sua jornada, e não é somente a adesividade do substrato que importa. Outro papel importante é desempenhado por fatores quimiotáticos, secretados a partir de células que agem como guias em pontos estratégicos ao longo do caminho – alguns atraindo e outros repelindo. A trajetória dos axônios comissurais – aqueles que atravessam de um lado do corpo para o outro – constitui um belo exemplo de como uma combinação de sinais de orientação pode especificar um caminho complexo. Os axônios comissurais são uma carac- terística geral de animais bilateralmente simétricos, pois os dois lados do corpo têm de ser coordenados por meio de neurônios. Os vermes, as moscas e os vertebrados utilizam meca- nismos intimamente relacionados para guiar seu crescimento.
Na medula espinal em desenvolvimento de um vertebrado, por exemplo, um grande número de neurônios envia seus cones de crescimento axônicos ventralmente em direção à lâmina pavimentar – uma faixa especializada de células que forma a linha média ventral do tubo neural (ver Figura 22-100). Os cones de crescimento cruzam a lâmina pavimentar e então mudam de direção abruptamente, em ângulo reto, para seguir um caminho longi- tudinal para cima, em direção ao cérebro, paralelamente à lâmina pavimentar, mas nunca cruzando-a novamente (Figura 22-102A). O primeiro estágio da jornada depende de um gradiente de concentração da proteína netrina, secretada pelas células da lâmina pavimen- tar: os cones de crescimento comissurais farejam o caminho em direção a sua fonte. A ne- trina foi purificada de embriões de galinha testando-se extratos de tecido neural quanto a uma atividade que atrairia os cones de crescimento comissurais em uma placa de cultu- ra. Sua sequência revelou que a netrina dos vertebrados era homóloga a uma proteína já identificada em C. elegans por meio de triagens genéticas de vermes mutantes com axônios com orientação alterada – denominados mutantes Unc (de uncoordinated), pois se movem de forma desordenada. Um dos genes Unc, Unc6, codifica o homólogo da netrina. Outro,
Unc40, codifica seu receptor transmembrana; este também tem um homólogo vertebrado,
denominado DCC, que é expresso nos neurônios comissurais e serve como mediador em sua resposta ao gradiente de netrina.
A ativação localizada de DCC pela netrina leva à abertura de uma classe especializada de canais iônicos na membrana plasmática. Esses canais, denominados canais TRPC (po- Figura 22-102 A orientação de axô-
nios comissurais. (A) O caminho toma- do pelos axônios comissurais na medula espinal embrionária de um vertebrado. (B) Os sinais que os orientam. Os cones de crescimento são primeiramente atraídos para a lâmina pavimentar pela netrina, que é secretada pelas células da lâmina pavimentar e age sobre o recep- tor DCC na membrana axônica. Quando atravessam a lâmina basal, os cones de crescimento aumentam a expressão de Roundabout, o receptor para uma proteína repelente, Slit, que também é secretada pela lâmina basal. A proteína Slit, ligando-se ao receptor Rounda- bout, não somente age como repelente para impedir que as células entrem no- vamente na lâmina basal, mas também bloqueia a receptividade ao atraente netrina. Ao mesmo tempo, os cones de crescimento ativam a expressão de receptores para outra proteína repelen- te, a semaforina, que é secretada pelas células nas paredes laterais do tubo neural. Capturados entre dois territórios repelentes, os cones de crescimento, tendo atravessado a linha média, deslo- cam-se em um fascículo compacto para cima em direção ao cérebro.
Placa dorsal Neurônio comissural Axônio comissural Linha média Placa ventral EM DIREÇÃO AO CÉREBRO (A) (B) Neurônio comissural se aproximando da
linha média Parede do tubo neural
Placa ventral na linha média ventral
Cone de crescimento expressando receptor (DCC) para netrina
Atraente (netrina)
Cone de crescimento expressando receptor (Roundabout) para Slit e receptores para semaforina
Repelente (semaforina) Repelente (Slit) PARA O CÉREBRO Alberts_22.indd 1388 Alberts_22.indd 1388 29.07.09 16:49:4229.07.09 16:49:42
tencial transiente de receptor C, de transient receptor potential C), pertencem a uma grande família (a família TRP), que é responsável por muitos outros processos de transdução sen- sorial, desde sensações mecânicas até a percepção de calor e frio. Quando abertos, os canais TRPC permitem que o Ca2+ (e outros cátions) entre na célula. O aumento localizado de Ca2+ ativa, então, a maquinaria para a extensão de filopódios e o movimento do cone de cresci- mento em direção à fonte de netrina.
Os receptores em cada cone de crescimento determinam a via que ele irá tomar: os neu- rônios não-comissurais no tubo neural, sem DCC, não são atraídos para a lâmina pavimen- tar, e os neurônios que expressam um receptor diferente de netrina – denominado Unc5H nos vertebrados (com o equivalente Unc5 no verme) – são ativamente repelidos pela lâmina pavimentar e enviam seus axônios em direção à lâmina superior.