Controle genético do
desenvolvimento animal
Drosophila
foi um dos primeiros
organismos-modelo para análise
genética do desenvolvimento.
Genética e Desenvolvimento
O
desenvolvimento
de
um
animal
multicelular a partir de um ovócito requer
uma cuidadosa expressão gênica durante
esse período.
A
expressão
gênica
direciona
a
especialização
de
células,
o
desenvolvimento de células em tecidos e
órgãos e a formação do corpo do animal.
Estudando desenvolvimento com a
genética
Colecionando mutações que afetam o
desenvolvimento.
Testes de alelismo dessas mutações.
Mapa genético desses genes.
Análise de epistasia entre os genes.
Clonagem e estudo dos genes.
Desenvolvimento da
Drosophila
Cada ovócito é circundado por um cório.
A parte anterior tem 2
filamentos que auxiliam a entrada de oxigênio na célula.
O espermatozoide entra através do micrópilo.
© John Wiley & Sons, Inc.
Sem cório Com cório
© John Wiley & Sons, Inc.
O ovócito fertilizado tem 2 núcleos (n)
Os 2 núcleos se dividem 1 vez e o núcleos resultantes fundem-se e formam 2 núcleos (2n)
Os núcleos se divide e produzem 1 célula com muitos núcleos
Após 9 divisões núcleos vão p/ periferia. Alguns vão para o polo, que vão formar a linhagem germinativa.
Membranas celulares formam-se e produzem o blastoderma celular, com cerca de 4000 células.
Desenvolvimento inicial da
Drosophila
Em 1 dia o embrião se desenvolve em uma
larva.
A larva eclode, se alimenta e troca de casca 2 vezes.
Depois de 5 dias, a larva fica imóvel e forma a pupa.
Durante o estágio pupal, as células nos
discos imaginais se diferenciam nas estruturas adultas.
Atividade gênica materna no
desenvolvimento
Materiais transportados para o
ovócito tem papel importante no
desenvolvimento embrionário.
Genes de efeito materno
Genes de efeito materno contribuem para a formação de ovócitos saudáveis;
o efeito de mutações nesses genes não
afetam o fenótipo da fêmea, mas serão vistos na próxima geração.
O Gene
dorsal
:
Descendentes de fêmeas
dl/dl
são
inviáveis
O gene
dorsal
O gene dorsal codifica um fator de transcrição produzido durante a ovocitogênese e estocado no ovócito.
A proteína é importante para a diferenciação das partes dorsais e ventrais; quando ela está ausente, o ventre se torna dorso.
O gene dorsal é expresso somente na linhagem germinativa das fêmeas.
Mutações no dorsal tem efeito materno letal.
Eixos do corpo e simetria
bilateral
Dorsal-Ventral
Anterior-Posterior
Esse eixos são estabelecidos bem no
início do desenvolvimento.
Formação do eixo Dorsoventral
Células ventrais se diferenciam em mesoderme Genes twist e snail: induzidos
Genes zerknullt e decapentaplegic: reprimidos
Fator de transcrição dorsal entra no núcleo na parte ventral
Fator de transcrição dorsal sai do núcleo na parte dorsal
Genes twist e snail: reprimidos
Genes zerknullt e decapentaplegic: induzidos Células dorsais se diferenciam em epiderme
Formação do eixo Dorsoventral
A proteína Toll está em toda superfície da membrana celular e a Spatzle está no espaço perivitelino.
A protease easter cliva a Spatzle e produz peptídeo ativo.
O peptídeo interage com Toll.
Toll/Spatzle permite entrada da proteína dorsal nos núcleos da face ventral.
Por causa de um padrão criado pelas células que circundam o ovócito no ovário a clivagem só ocorre na face ventral.
Formação do eixo anteroposterior
Morfógenos
As proteínas bicoid e nanos são morfógenos, substâncias que controlam processos de
desenvolvimento de acordo com a concentração.
Os gradientes de concentração de bicoid e nanos são inversos; o eixo anteroposterior é determinado pela alta concentração desses morfógenos nas extremidades opostas do embrião.
Atividade Gênica Zigótica no
Desenvolvimento
A diferenciação dos tipos celulares e a formação dos órgãos dependem da ativação de genes em determinados
padrões espaciais e temporais.
Expressão Gênica Zigótica
Os primeiros eventos no desenvolvimento animal são controlados pelos fatores sintetizados pela mãe.
Em um ponto após a fertilização, a expressão gênica zigótica, ou expressão gênica do embrião, começa.
Segmentação do corpo em
Drosophila
Genes Homeóticos
Mutações Homeóticas transformam um segmento em outro. Mutação no bithorax (bx) afeta 2 segmentos toráxicos. Mutação no Antennapedia transforma a antena em perna.Genes Homeóticos de
Drosophila
Os genes homeóticos de Drosophila formam 2 grandes clusters em um dos autossomos.
Todos os genes homeóticos codificam fatores de transcrição hélice-volta-hélice com uma região conservada de ligação ao DNA.
O padrão de expressão desses genes ao longo do eixo antero-posterior corresponde a ordem desses genes no cromossomo.
Os complexos Bithorax e
Antennapedia na
Drosophila
Genes de Segmentação
Os genes de segmentação são necessários para a segmentação ao longo do eixo antero-posterior.
Eles são classificados em 3 grupos baseados nos fenótipos de embriões mutantes:
– Genes Gap
– Genes Pair-rule
– Genes polaridade segmentar
Genes Gap
Definem as regiões segmentares.
Mutações nesses genes causam a perda de um conjunto de segmentos contíguos.
Quatro genes gap foram bem caracterizados: Krüppel, giant, hunchback e knirps.
A expressão de genes Gap é controlada por bicoid e nanos.
Os genes gap codificam fatores de transcrição.
Genes Pair-Rule
Definem o padrão de segmentos.
São regulados pelos genes gap e são expressos em 7 bandas alternadas.
Em certos mutantes pair-rule, os embriões tem apenas metade dos segmentos.
Esses genes codificam fatores de transcrição.
O padrão de 7 listras de expressão
do gene
fushi tarazu (ftz
) em
blastoderma de
Drosophila
Genes de polaridade
segmentar
Definem os compartimentos anterior e posterior dos segmentos individuais.
Mutações nesses genes causam a
substituição de cada segmento por uma
imagem de espelho do segmento adjacente.
Codificam fatores de transcrição e moléculas sinalizadoras.
Formação de órgãos
Requer a organização de muitos
tipos diferentes de células.
O Gene
eyeless
Mosca mutante semolho.
O gene eyeless
selvagem codifica um fator de transcrição que ativa uma via de
desenvolvimento com milhares de genes.
Expressão do
eyeless
em outros tecidos
causa a formação de olhos extras
Homólogos do
eyeless
em
mamíferos
Em camundongo, o Pax6 produz olhos
extras quando inserido em Drosophila.
No camundongo, mutações nesse gene
causam redução do tamanho do olho.
Em humanos, mutações no homólogo
causam aniridia (diminuição ou
ausência da íris.
Diferenciação Celular no olho
de
Drosophila
© John Wiley & Sons, Inc. Omatídeo com fotorreceptores A sinalização entre R8 (diferenciada) e R7 por Boss, induz a diferenciação de R7 em fotorreceptor Mutações no gene do receptor SEV fazem com que R7 torne-se um cone
Determinação do fotoreceptor
R7
A célula R7 sintetiza um receptor de membrana, sevenless (SEV).
A célula R8 expressa o ligante de sevenless, BOSS. O contato entre R7 e R8 é necessário para BOSS
interagir e ativar SEV. Isso ativa uma cascata de mudanças em R7.
A determinação do destino de uma célula indiferenciada por um sinal de uma célula diferenciada é chamada de indução.
