Base Celular Da Morfogênese

A base celular da morfogênese

Msc. Patrícia de Abreu Moreira


• 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


• 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


• Existem dois grupos principais de células no embrião:

• Células epiteliais• Células epiteliais

• Células mesenquimatosas


• 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 seletiva

– Ectoderma • + mesodérmicas• + mesodérmicas• - endodérmicas

– Mesoderma• + endoderma• + ectoderma


• Boucaut, 1974

• Injeção de células das camadas germinativas na cavidade gastrular de anfíbioscavidade gastrular de anfíbios

• Informação posicional às células embrionárias


• 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


• Agregação histotípica

Pele normal Suspensão de células isoladas


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 mediadoras de adesão celular:

• Moléculas de adesão celular (CAMs)

– Caderinas – íons Ca2+

– CAMs da superfamília de imunoglobulinas

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

• 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


• Compartimentos fisiológicos dentro do embrião em desenvolvimento


• Microinjeção de anticorpos contra proteínas da fenda em blastúla de Xenopus de oito células


• 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


• Doze tipos de conexinas– podem ser reguladas por caderinas

• Possuem papéis separados, mas • Possuem papéis separados, mas parcialmente sobrepostos, no desenvolvimento normal


• 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

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