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A base celular da morfogênese
Msc. Patrícia de Abreu Moreira
A base celular da morfogênese
• Um corpo não é meramente uma coleção de tipos de células distribuídas ao acaso
– Desenvolvimento – diferenciação e morfogênese– Desenvolvimento – diferenciação e morfogênese
• As células do embrião em desenvolvimento criam órgãos funcionais
A base celular da morfogênese
• Como se formam tecidos a partir de células?
• Como são os órgãos construídos a partir de tecidos?
• Como células migrantes atingem seu destino e como se • Como células migrantes atingem seu destino e como se formam órgãos em determinados locais?
• Como crescem órgãos e suas células e como é esse crescimento coordenado ao longo do desenvolvimento?
• Comportamento celular
A base celular da morfogênese
• Existem dois grupos principais de células no embrião:
• Células epiteliais• Células epiteliais
• Células mesenquimatosas
A base celular da morfogênese
• Duas vias principais pelas quais células se comunicam para que se efetue a morfogênese
– Substâncias difusíveis
– Contato
“Enquanto o paradigma dominante na genética do desenvolvimento é a expressão diferencial do gene, o paradigma dominante na morfogênese envolve afinidade celular diferencial”
Afinidade celular diferencial
• Papel da superfície celular na morfogênese
Townes e Holtfreter, 1955
As posições finais das células das células reagregadas refletiam suas posições embrionárias
Afinidade celular diferencial
• Afinidade seletiva
– Ectoderma • + mesodérmicas• + mesodérmicas• - endodérmicas
– Mesoderma• + endoderma• + ectoderma
Afinidade celular diferencial
• Boucaut, 1974
• Injeção de células das camadas germinativas na cavidade gastrular de anfíbioscavidade gastrular de anfíbios
• Informação posicional às células embrionárias
Afinidade celular diferencial
• Afinidades seletivas mudam durante o desenvolvimento...
• Trinkaus, 1963• Trinkaus, 1963• Correlação entre mudanças de adesão in vitro e o
comportamento da célula embrionária
• Fink e McClay, 1985 – ouriço-do-mar
Afinidade celular diferencial
• Agregação histotípica
Pele normal Suspensão de células isoladas
Afinidade celular diferencial
Agregados após 24 hs Migração de células epidérmicas para a periferia
Após 72hs, a epiderme e derme foram reconstituídas
A base molecular da adesão célula-célula
• Formação de tecidos e órgãos
• Membrana plasmática
– Moléculas de adesão celular– Moléculas da junção celular– Moléculas de adesão a substrato
Moléculas de adesão
• Diferentes células podiam usar diferentes moléculas de adesão
Moléculas de adesão
• Moléculas mediadoras de adesão celular:
• Moléculas de adesão celular (CAMs)
– Caderinas – íons Ca2+
– CAMs da superfamília de imunoglobulinas
Moléculas de adesão
Caderina
• Papel crítico no estabelecimento e manutenção de conexões intercelulares
• Cruciais para a segregação espacial de • Cruciais para a segregação espacial de células e para a organização da forma animal
Caderina
• Caderinas interagem com outras caderinas de células adjacentes
• São ancoradas na célula por complexos • São ancoradas na célula por complexos de proteínas chamados cateninas
Caderina
Caderina
• E-caderina – caderina epitelial
• L-CAM e uvomorulina
• Expressa em todas as células embrionárias precoces de mamíferos
• Restrita a tecidos epiteliais de embriões e adultos
Caderina
• P-caderina – caderina de placenta
• Expressa primariamente em células placentárias do embrião de mamíferoplacentárias do embrião de mamífero
• Facilita a conexão do trofoblasto com o útero
Caderina
• N-caderina – caderina neural
• É vista inicialmente nas células mesodérmicas no embrião em gastrulação enquanto elas no embrião em gastrulação enquanto elas perdem sua expressão de E-caderina
• Intensamente expressa nas células do sistema nervoso central em desenvolvimento
Caderina
E-caderinaE-caderina
N-caderina
Quando se forma o tubo neural, ele expressa N-caderina, a epidermeexpressa E-caderina e as células da crista neural nenhuma das duas
Caderina
• EP-caderina
• C-caderina
• É crítica na manutenção da adesão celular entre os blastômeros de Xenopus
• Necessária para os movimentos normais de gastrulação
Caderina
• Caderinas promovem a aderência celular
• Ligação homofílica
• Expressão de caderinas é frequentemente correlacionada com agregação e dispersão
Caderina
• Distribuição homotípica
• Hepatócitos – E-caderina• Células retinais – N-caderina• Células retinais – N-caderina
• Dissociação de células pulmonares embrionárias e recombinação com fibroblastos
Caderina
• Experimento in vivo
• Injeção de mRNA de N-caderina em um dos dois blastômeros da rã Xenopusdos dois blastômeros da rã Xenopus
• Nessa condição, o tubo neural não se separa da células que formarão a epiderme
CAMs
• N-CAM
• Moléculas de adesão de células neurais
• Glicoproteínas
• Não necessitam de íons cálcio
CAMs
CAMs
• Papel importante no desenvolvimento do sistema nervoso
• N-CAM é necessária para uma ligação • N-CAM é necessária para uma ligação adequada de axônios às célula musculares alvos
CAMs
• L1 é necessária para a produção de certos axônios
• Mutações na L1 no homem causam um • Mutações na L1 no homem causam um espectro de anomalias:
– Hidrocefalia– Retardamento mental – Inabilidade em controlar movimentos dos membros
Moléculas de junção celular
• Proteínas da junção em fenda
Moléculas de junção celular
• Compartimentos fisiológicos dentro do embrião em desenvolvimento
Moléculas de junção celular
• Microinjeção de anticorpos contra proteínas da fenda em blastúla de Xenopus de oito células
Moléculas de junção celular
• Os canais da junção em fenda são feitos de proteínas chamadas conexinas
• Canal transmembrana formado por um • Canal transmembrana formado por um complexo de junção
Moléculas de junção celular
• Doze tipos de conexinas– podem ser reguladas por caderinas
• Possuem papéis separados, mas • Possuem papéis separados, mas parcialmente sobrepostos, no desenvolvimento normal
Moléculas de junção celular
• A membrana celular tem, então, vários mecanismos pelos quais pode fazer ligações com membranas de outras células:
– CAMs dependente de cálcio– CAMs dependente de cálcio– CAMs da superfamília das imunoglobulinas– Proteínas de junção
• A célula também pode se ligar a componentes específicos da matriz extracelular
Moléculas de adesão a substrato
• Quando começar a migração, quando cessar a migração e qual rota tomar
• Os sinais para este procedimento estão • Os sinais para este procedimento estão na matriz extracelular (MEC)
• Hipótese da afinidade diferencial a substrato
Moléculas de adesão a substrato
• Cada tipo de célula migratória prefere certas combinações de moléculas da matriz a outras combinações, e essas moléculas orientam a célula para quando moléculas orientam a célula para quando e onde migrar
Matriz extracelular
• A MEC consiste de macromoléculas
• Essas moléculas interagem de modo a formar uma estrutura insolúvel que pode formar uma estrutura insolúvel que pode ter várias funções no desenvolvimento
Matriz extracelular
• Pode separar dois grupos adjacentes de células e prevenir qualquer interação
• Pode servir como o substrato no qual as • Pode servir como o substrato no qual as células migram
• Pode até induzir diferenciação em certos tipos celulares
Matriz extracelular
• Existem três componentes principais na maioria das MEC: colágeno, proteoglicanos e glicoproteínas grandes
Colágeno
• Família de glicoproteínas contendo altas porcentagens de resíduos de glicina e prolina
• Quase metade das proteínas do corpo sãoconstituídas de colágeno
Colágeno
• Colágeno Tipo I - encontrado nas MECs da pele, tendões e ossos
• Colágeno Tipo II - como secreção das • Colágeno Tipo II - como secreção das células cartilaginosas, na notocorda e no corpo vítreo do olho
Colágeno
• Vasos sanguíneos apresentam colágeno Tipo III
• O Tipo IV é encontrado na lâmina basal • O Tipo IV é encontrado na lâmina basal produzida por células epiteliais
Proteoglicanos
• Tipos específicos de glicoproteínas nas quais:
– O peso dos resíduos de carboidratos é muito – O peso dos resíduos de carboidratos é muito maior do que o da proteína
– Os carboidratos são cadeias lineares compostas de dissacarídeos repetitivos
Proteoglicanos
• Um dos açúcares tem um grupo amino e a unidade repetitiva é chamada glicosaminoglicano (GAG)
Proteoglicanos
• Ácido hialurônico
• Condroitina sulfato
• Dermatan sulfato
• Queratan sulfato
• Heparan sulfato
Proteoglicanos
• A consistência da MEC depende da relação entre colágeno e proteoglicanos:
– Cartilagem - proteoglicanos– Cartilagem - proteoglicanos
– Tendões - fibras de colágeno
Proteoglicanos
• Importantes como mediadores de conexões entre tecidos adjacentes em um órgão
• No órgão, eles reúnem células soltas para formar uma lâmina epitelial
Glicoproteínas
• MECs contêm uma variedade de outras moléculas especializadas: fibronectina, laminina e tenascina
• Essas glicoproteínas grandes são responsáveis pela organização de colágeno, proteoglicanos e células em uma estrutura ordenada
Glicoproteínas
• Fibronectina serve como adesivo molecular em geral, ligando células a substratos
• “As rodovias pelas quais se movem certas células migratórias são pavimentadas com essa proteína”
Glicoproteínas
• Em embriões de galinha, os precursores do coração migram na fibronectina para se mover das laterais do embrião para a linha medianalinha mediana
• Injeção de anticorpos de fibronectina
Glicoproteínas
• Laminina é um componente principal da lâmina basal
• Composta de três cadeias peptídicas, e • Composta de três cadeias peptídicas, e também pode se ligar ao colágeno, glicosaminoglicanos e células
Glicoproteínas
• Se liga ao colágeno do Tipo IV e reconhece principalmente células epiteliais e neurônios
• Importante na montagem da MEC
Glicoproteínas
• Tenascina é encontrada transitoriamente em várias MECs
• Citotactina
• Nem sempre promove adesão celular
Glicoproteínas
• Diferentes células reagem de maneira diferente à tenascina
• Síntese e secreção de proteases das • Síntese e secreção de proteases das células que nela se localizam
• Vias de migração • Remodelação da MEC
Receptores celulares para moléculas da MEC
• Habilidade de ligação da célula às glicoproteínas adesivas
• Receptores de membrana
• Integrinas
Integrinas
• No lado extracelular, integrina se liga à sequência arginina-glicina-aspartato (RGD) de várias proteínas adesivas em MEC, incluíndo vitronectina, fibronectina e MEC, incluíndo vitronectina, fibronectina e laminina
Integrinas
• No lado citoplasmático, se liga à talina e α-actinina, duas proteínas que se ligam aos microfilamentos de actina
• Essa ligação dupla permite o movimento da célula pela contração dos microfilamentos de actina contra a MEC fixa
Integrinas
• Tipos diferentes de células podem ter diferentes moléculas de integrinas com diferentes afinidades por moléculas da MECMEC
• Combinações das subunidades α e β:– α2β1 se liga ao colágeno e laminina– α4β1 se liga somente à fibronectina
Glicosiltransferases
• Encontradas no retículo endoplasmático e nas vesículas de Golgi
• Produção de glicoproteínas
• As glicosiltransferases são específicas para um dado açúcar
– Galactosiltransferase
Glicosiltransferases
• Galactosiltransferases são enzimas funcionais da membrana celular
Adesão múltipla
• Adesão diferencial resultante de sistemas de adesão múltipla
• Os processos morfogenéticos de • Os processos morfogenéticos de interação célula-célula são provavelmente realizados por combinações de moléculas de adesão celular
Adesão múltipla
• Fixação inicial do embrião de camundongo
• Células trofoblásticas têm receptores • Células trofoblásticas têm receptores para o colágeno e os proteoglicanos do endométrio uterino
Adesão múltipla
• Glicosiltransferases da superfície celular
• P- e E-caderinas estão presentes tanto no tecido uterino como no trofoblástico no tecido uterino como no trofoblástico no local da implantação
Vias de transdução de sinais
• Os destinos das células são determinados pelas interações em suas superfícies
• Como certas interações na superfície da • Como certas interações na superfície da célula causam a transcrição de genes específicos dentro do núcleo?
– Vias de transdução de sinais
Vias de transdução de sinais
• Ligante
• Fator de transcrição
• Célula, MEC ou ainda molécula difusível
– Sinal endócrino ou parácrino