Embriologia comparada de anfioxo, anfíbios, peixes e aves

 Olá pessoa, hoje irei trazer tópicos importantes de embriologia comparada.

Estágio filotípico

 O plano básico de organização corporal dos vertebrados é muito similar: além dos eixos antero-posterior e ventro-dorsal, todos possuem região cefálica distinta, tubo neural se estendendo ao longo da linha média dorsal, abaixo do qual se estende a notocorda, flanqueada de cada lado pelas subdivisões do mesoderma (somitos).

 Assim, durante o desenvolvimento embrionário eles passam por uma estágio comum conhecido como estágio filotípico, onde as características acima mencionadas são observadas. As características particulares de cada grupo, como bicos, asas, nadadeiras aparecem mais tarde.

SUMÁRIO

1. estrutura da blástula de cada grupo;
2. conceito de mapa de destino; como foram e são elaborados?
3. caracterização da gastrulação inicial em cada grupo (relacione o tipo de blástula, o mapa de destino e os movimentos que ocorrem na gastrulação inicial);
4. conceito de Organizador e de Centro de sinalização; como o desenvolvimento de anfíbios contribuiu para o esclarecimento desses conceitos?
5. morfógenos (conceito e exemplo de como eles atuam no estabelecimento dos eixos corporais em anfíbios e aves);
6. indução (conceito e exemplo);
7. etapas da neurulação (comparação entre semelhanças – eventos comuns - e particularidades desse processo em cada grupo);
8. relevância e estrutura do ovo amniótico; papel dos anexos embrionários em aves.

 Relembrando os tipos de ovos e a clivagem:

1. A fertilização origina o zigoto e marca a formação de novo indivíduo - diploide - e marca o início do desenvolvimento. A clivagem ou segmentação é o período de rápidas divisões celulares que

sucedem a fertilização - originando a multicelularidade do organismo. A blastulação é o processo onde a mórula (16 a 32 células), formada pelas sucessivas clivagens da célula-ovo, dará origem à blástula com 64 células.

Blástula de anfioxo (Branchiostoma lanceolatum): originada através da clivagem holoblástica radial de ovos oligolécitos.

Mapa de destino no anfioxo.

Blástula de anfíbios (Xenopus laevis): originada através da clivagem holoblástica desigual radial de ovos mesolécitos (telolécitos incompletos). 

 Quando ocorre a fertilização com a entrada do espermatozoide pelo polo animal, logo ocorre a rotação do citoplasma cortical em torno de 30° em direção ao ponto de entrada do espermatozoide enquanto o restante do citoplasma permanece estacionário - surge uma região despigmentada oposta à entrada do espermatozoide (crescente cinzento). Na região oposta à entrada do espermatozoide também tem-se o centro de Nieuwkoop (futura região dorsal).

Blástula de peixes (Danio rerio): originada através da clivagem meroblástica discoidal de ovos megalécitos (telolécitos completos). Trata-se de uma esteroblástula (maciça, sem cavidade/blastocele), em contraste com as celoblástulas (ocas, com cavidade/blastocele). Os blastômeros na margem da blastoderme e próximos ao vitelo liberam seu citoplasma e núcleo na célula de vitelo formando a camada sincicial do vitelo ou periblasto; o periblasto e blastodisco começam a recobrir a célula de vitelo por epibolia - originando uma blástula tardia (fase esfera)

Mapa de destino nas aves.

Blástula de aves (Gallus gallus domesticus): originada através da clivagem meroblástica discoidal de ovos megalécitos (telolécitos completos); ovo amniótico. 

 Divisões inicialmente meridionais posteriormente equatoriais, a blastoderme formada absorve água do albúmen e secretam fluido originando uma cavidade subgerminativa - células mais profundas morrem. Com a distinção entre epiblasto e hipoblasto, nota-se uma área opaca em contato direto com o vitelo (que origina tecidos extra-embrionários) e uma área pelúcida sobre a cavidade subgerminativa (que origina o embrião).

 Na futura região posterior, ocorre um espessamento do epiblasto e entre as áreas opaca e pelúcida originando a zona marginal. Também na futura região posterior, ocorre o espessamento do epiblasto originando pequenas células em formato de foice (foice de Koller). Ao longo do epiblasto ocorre também o ingresso de células formando ilhas de hipoblasto. As ilhas confluem formando o hipoblasto primário para encontrar as novas células que migram da zona marginal e que formam o hipoblasto secundário. Por fim a cavidade que permanece é a blastocele de fato, já que antes o que havia era uma cavidade subgerminativa.

Mapa de destino em aves

2. O mapa de destino é composto por diagramas na fase de blástula que representam o destino das estruturas (órgãos e folhetos germinativos). É construído seguindo o destino de células da blástula marcadas com corantes, porém só pode ser construído em razão da  distribuição diferencial de fatores

morfogenéticos no ovo.

 Inicialmente era feito a partir do uso de corantes vitais. Hoje, é feito com corantes fluorescentes injetados individualmente em cada célula, embriões quiméricos ou com transgênicos (expressando GFP – proteína fluorescente verde).

3. Gastrulação é o processo altamente coordenado que ocorre durante o desenvolvimento de organismos

triblásticos (protostômios e deuterostômios) caracterizado pela ocorrência de movimentos celulares e teciduais acentuados. É marcado pelo rearranjo nas células da blástula e formação dos três folhetos germinativos primordiais. Nesta fase o embrião é chamado de gástrula.

*Observação: cordados e equinodermos (deuterostômios) possuem uma formação enterocélica do celoma, enquanto protostômios uma formação esquizocélica do celoma. Celoma é a cavidade corporal

revestida por tecido mesodérmico e que contém fluido - suas funções são: amortecer impacto sobre órgãos internos; possibilitar a movimentação dos órgãos; espaço para o que os órgãos se movimentem e cresçam (útero na gestação); transporte de gases e nutrientes.

Gastrulação inicial em anfioxo (Branchiostoma lanceolatum): ocorre um achatamento na região correspondente ao polo vegetal. Em seguida uma invaginação na região da endoderma presuntiva, até que a blastocele diminua progressivamente e desapareça ao mesmo tempo em que o blastóporo (orifício da gástrula) e o arquêntero (intestino primitivo) são formados.

 As bordas do blastóporo são chamadas de lábios dorsal e ventral. Cordomesoblasto refere-se a região da mesoderma e notocorda presuntivas. A gástrula possui um folheto mais interno (endoblasto) e outro mais externo (ectoblasto). Posteriormente, as células continuam a involuir pelo blastóporo (principalmente pelo lábio dorsal) ao mesmo tempo em que há uma diminuição gradual do diâmetro do blastóporo.

Gastrulação inicial em anfíbios (Xenopus laevis):  no centro de Nieuwkoop, células adquirem o formato de garrafa invaginando e originando uma pequena fenda - o blastóporo. Movimentos de involução, epibolia, extensão convergente e convergência acabam originando a rolha de vitelo, internamente ocorre a formação do arquêntero ao mesmo tempo em que a blastocele é deslocada até seu desaparecimento.

Gastrulação inicial em peixes (Danio rerio): inicia-se quando a epibolia da blastoderme alcançou 50% da área da blástula. Começa com a involução das áreas presuntivas da endoderme e mesoderme, que ocorre numa área circular mais espessa na periferia da blastoderme (anel embrionário). 

 A região do anel por onde involuem as células que futuramente irão originar estruturais dorsais (como a notocorda e o mesoderma dorsal) é chamada escuda embrionário - fase de escudo. Também ocorre ingresso das células da blastoderme.

Gastrulação inicial em aves (Gallus gallus domesticus): após a postura e numa incubação de 37,5°C. Se inicia com a formação da linha primitiva através da expressão da proteína Nodal, mas muitos autores consideram ''gastrulação'' um termo inadequado nesse grupo, já que ela indica a fase de formação do intestino primitivo, o que não ocorre na gastrulação de aves e mamíferos.

 Ocorre convergência de células do epiblasto em direção a zona marginal posterior e também proliferação celular nesse local. Esse espessamento/aglomerado de células é o início da formação da linha primitiva, que começa a se alongar no sentido médio-caudo-cefálico (por intercalação médio-lateral).

  Em sua região mediana existe uma leve depressão – o sulco primitivo, que representa o local por onde ingressam individualmente células do centro da linha primitiva após transformação epitélio-mesenquimal. As primeiras células a ingressar deslocam o hipoblasto e formam a endoderme, as células que ingressam posteriormente se dispersam entre o epiblasto e o hipoblasto, formando a mesoderme.

 Na extremidade cefálica existe uma estrutura saliente – o nó de Hensen (nó primitivo) e sua depressão é a fosseta primitiva. Com 18hs de incubação a linha primitiva atinge seu comprimento máximo e depois regride até desaparecer enquanto surgem os somitos, a mesoderme etc., mas ela é importante, porque define os eixos embrionários e converte o embrião num disco trilaminar.

 O nó de Hensen funciona como organizador - capacidade de induzir a formação do eixo dorsal

- homólogo ao lábio dorsal do blastóporo de anfíbios e ao escudo embrionário de peixes. Enquanto que o sentido da rotação do ovo no oviduto determina o eixo posterior/anterior pela ação da gravidade - componentes mais leves do vitelo, que contêm fatores maternos, ficam localizados em um dos lados da blastoderme que irá se tornar o lado posterior (região da zona marginal – células equivalentes ao centro de Nieuwkoop de anfíbios).

 O mesoderma não se formará em duas regiões, nas quais a ectoderme e endoderme estão firmemente unidas: na região do pró-âmnio, anterior, e na placa cloacal, posterior.

4, 5 e 6. Experimento de Spemann-Mangold com tritão (Triton taeniatus): o organizador de Spemann é a região capaz de induzir a formação do lado dorsal com as suas estruturas típicas (notocorda, tubo neural e somitos). Situado acima do centro de Nieuwkoop. O enxerto do organizador de uma gástrula inicial na região ventral de outra leva a formação de um segundo eixo corporal dorsal e consequentemente de um embrião geminado. Prêmio Nobel de Fisiologia e Medicina (único da área de embriologia) a Hans Spemann e sua auxiliar Hilde Mangold, em 1935. Descobriu-se a indução - capacidade de um tecido de dirigir o desenvolvimento embrionário de outro.

 A polaridade do ovo (polos vegetal e animal) relaciona-se com a formação do eixo antero-posterior, visto que a região anterior será formada na região correspondente ao polo animal. Entretanto, a formação do eixo antero-posterior é direcionada por fatores maternos (RNAm para Vg-1 e VegT, sem esses fatores forma-se apenas ectoderma, sem endoderma e mesoderma dorsal), cujos respectivos genes foram transcritos na fase inicial da ovogênese e depositados preferencialmente no polo vegetal. Enquanto que ocorre persistência da proteína β-catenina no lado oposto a entrada do espermatozoide, a região de colocalização da β-catenina com a Vg-1 é o centro de Niewkoop.

 A catenina é uma proteína multifuncional (envolvida na via de transdução de sinal Wnt) que atua como âncora para as proteínas de adesão célula-célula, as caderinas, e do citoesqueleto - também localiza-se no núcleo onde age, em associação com outras proteínas, como fator de transcrição.

 O centro sinalizador de Nieuwkoop induz a formação, logo acima, de um outro centro sinalizador com capacidade de induzir a diferenciação de estruturas dorsais – é o organizador de Spemann. Tal região é visualizada como o lábio dorsal do blástóporo, na gástrula inicial. Organizador é capaz de induzir as células a mudar o seu destino para formar o tubo neural e o mesoderma dorsal.

Organizadores, induzem a formação do eixo dorsal: NÓ DE HENSEN (AVES) ~ LÁBIO DORSAL DO BLASTÓPORO (ORGANIZADOR DE SPEMANN) (ANFÍBIOS) ~ ESCUDO EMBRIONÁRIO (PEIXES)

Determinação da região posterior: CENTRO DE NIEUWKOOP (ANFÍBIOS) ~ REGIÃO DA ZONA MARGINAL (AVES)

7.  Neurulação é o processo inicial do desenvolvimento sistema nervoso que ocorre pela formação de uma estrutura tubular - o tubo neural. Nesta fase o embrião é chamado de nêurula.

Neurulação em anfioxo (Branchiostoma lanceolatum): SEM CRISTAIS NEURAIS. 

1. Devido à indução das células da notocorda subadjacente - formação de uma placa neural – células ectodérmicas se tornam mais altas e firmemente aderidas;
2. A placa neural se separa da ectoderme;
3. Placa se curva formando um sulco a medida que se torna mais profunda e recoberta pela demais células ectodérmicas;
4. Posteriormente, as extremidades do sulco se fundem originando o tubo neural.

Neurulação em anfíbios (Xenopus laevis): AQUI JÁ HÁ CRISTAS NEURAIS. Para se tornar ectoderme corporal, a ectoderme precisa da ação da BMP (proteína morfogenética óssea). Caso contrário, toda a ectoderme do germe tende a se transformar em ectoderme neural. A notocorda (mesoderma dorsalizante) inibe a ação da BMP devido à expressão de noggin, fator que se difunde e age na ectoderme acima e que liga-se à BMP inativando-a. 

 A ação da notocorda prospectiva sobre a ectoderme adjacente, levando à diferenciação em tecido neural é chamado de indução secundária.

1. A notocorda começa a formar-se na linha média;
2. Induz a formação da placa neural;
3. Desenvolvem-se duas dobras neurais paralelas - as pregas neurais;
4. A medida que as pregas se aproximam forma-se uma depressão - o sulco neural;
5. As pregas neurais se fundem na linha média para formar o tubo neural, que então se separa da ectoderme;
6. Alongamento do embrião no eixo antero-posterior.

 

Neurulação em peixes (Danio rerio): em peixes a NEURULAÇÃO é denominada SECUNDÁRIA. Difere dos demais vertebrados onde o tubo neural se forma pela fusão das pregas neurais – processo conhecido como NEURULAÇÃO PRIMÁRIA.

1. Forma-se a placa neural (A);
2. As células se reorganizam no eixo axial (B);
3. Forma-se um tubo compacto cuja cavidade ou neurocele se forma secundariamente por cavitação do tubo (C).

Neurulação em aves (Gallus gallus domesticus): 

1. As células da região anterior do germe tornam-se altas e firmemente aderidas, formando a placa neural (devido a secreção de fatores inibidores da BMP pela notocorda);
2. A placa se dobra no eixo mediano (devido a flexura média – MHP- causada pela mudança do formato celular);
3. As regiões laterais da placa neural se elevam em pregas neurais (21-22h inc.). A invaginação é chamada de sulco neural;
4. As pregas neurais se aproximam e se fundem, devido ao movimento de convergência, causado por novos pontos de flexura (DLHP);
5. A fusão ocorre primeiro na região do futuro cérebro mediano (mesencéfalo) e progride anterior e posteriormente;
6. As regiões ainda não fechadas correspondem aos neuróporos anterior e posterior. O neuróporo anterior fecha com 30-33h de inc. e o posterior com 43h. O dobramento do embrião se inicia na região cefálica, enquanto a região caudal permanece plana inicialmente.

* Observação: o mesoderma intraembrionário se subdivide em:

▪ Paraxial: aglomerados cilíndricos em ambos os lados da notocorda; se metameriza em somitos e originará estruturas dorsais;

▪ Intermediário – condensação cilíndrica entre intermediário e o lateral;

▪ Lateral- lâminas achatadas; delimita a cavidade celomática e delamina-se em:

 - Camada a parietal, que se associa com a ectoderme para formar a SOMATOPLEURA;

 - Camada visceral, que se associa à endoderme para formar a ESPLANCNOPLEURA.

 A esplancnopleura e somatopleura intraembrionárias são contínuas com as extraembrionárias, que irão se diferenciar em:

 -Somatopleura – córion e âmnio;

 - Esplacnopleura - saco vitelínico e alantoide.

▪ Cordomesoderma (notocorda);

▪ Mesoderma da cabeça.

8. O ovo amniótico é fertilizado internamente e possui casca resistente e porosa. Exibe quatro anexos embrionários ou membranas extra-embrionárias que formam quatro “sacos” membranosos. Os anexos embrionários são originados durante o dobramento do embrião e nada mais são do que o crescimento da somatopleura e esplancnopleura extra-embrionárias.

• Âmnion: contém o fluido que banha o embrião, protege contra dessecação;
• Alantoide: armazena dejetos do metabolismo embrionário;
• Córion: interage com o ambiente externo, contém vasos que atuam nas trocas gasosas;
• Saco vitelínico: armazena grande quantidade de vitelo, reserva nutricional;

 O ovo de aves é originado no aparelho reprodutor feminino e é desenvolvido sendo rotacionado apenas para o lado esquerdo através do oviduto.

• Infundíbulo - fertilização;
• Magnum (secreção do albúmem, 3-5h);
• Istmo (membranas da casca, 1:30h);
• Útero (casca, 19-21h);
• Vagina.