Base celular da morfogênese

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Aula 9 da disciplina Histologia e Embriologia (Biomedicina, 2015, UEPA)

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Base celular da morfogênese

  1. 1. Bases celulares da morfogênese Base celular da morfogênese Prof. Dr. Caio Maximino Marabá/PA – 2015
  2. 2. Bases celulares da morfogênese Conceitos básicos ● Morfogênese – Processo de desenvolvimento do organismo através da formação de tecidos, órgãos e sistemas ● Histogênese – Formação e desenvolvimento dos tecidos embrionários a partir de células indiferenciadas. ● Organogênese – Processo de diferenciação dos folhetos embrionários nos órgãos Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese
  3. 3. Bases celulares da morfogênese Questões principais da morfogênese ● Como os tecidos se formam a partir de células? ● Como os órgãos são construídos a partir de tecidos? ● Como as células migram, chegam a seu destino, e formam órgãos em determinados locais? ● Como crescem órgãos e células? Como esse crescimento é coordenado durante o desenvolvimento? Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese
  4. 4. Bases celulares da morfogênese Questões principais da morfogênese ● Um embrião apresenta dois grupos principais de células – Células epiteliais – Fortemente ligadas umas às outras em camadas ou tubos – Células mesenquimatosas – Isoladas ou funcionando como unidades individuais ● Toda a morfogênese se dá, a partir dessas duas classes de células, através de 1) Direção e número de divisões celulares 2) Mudanças na forma das células 3) Movimento celular 4) Crescimento celular 5) Morte celular 6) Mudanças na composiççao da membrana celular e da matriz extracelular Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese
  5. 5. Bases celulares da morfogênese Processos morfogenéticos – Células mesenquimatosas Processo Ação Condensação da cartilagem Mesênquima se torna epitélio Divisão celular Mitose para produzir mais células Morte celular Auto-descritivo Migração Célula se move em tempos e lugares determinados Secreção ou degradação da matriz Síntese ou remoção de camada extracelular Crescimento Células ficam maiores Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese
  6. 6. Bases celulares da morfogênese Processos morfogenéticos – Células epiteliais Processo Ação Dispersão Transformação de epitélio em mesênquima Delaminação Transformação de parte do epitélio em mesênquima Mudança de forma ou crescimento Células permanecem ligadas, com alteração da morfologia Migração celular / intercalação Camadas do epitélio se fundem, formando menos camadas Divisão celular Mitose dentro da camada ou em outra direção Secreção ou degradação da matriz Síntese ou remoção de camada extracelular Migração Formação de bordas livres Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese
  7. 7. Bases celulares da morfogênese Comunicação intercelular na morfogênese ● Para que a morfogênese seja coordenada, as células devem comunicar-se entre si – Liberação de substâncias difusíves – Hormônios, fatores de crescimento, morfógenos – Contato célula-célula – Contato entre receptores de superfície, adesão celular, “trilhos” de migração ● Para que exista especificidade, é preciso que os mecanismos de comunicação apresentem afinidade celular diferencial pela superfície de outras células, para moléculas da matriz extracelular, ou pelas substâncias difusíveis Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese
  8. 8. Bases celulares da morfogênese Experimentum crucis: Townes e Holtfreter, 1955 Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese Células da placa neural Células epidérmicas presuntivas Dissociação Reagregação espontânea Segregação dos tipos celulares
  9. 9. Bases celulares da morfogênese Experimentum crucis: Townes e Holtfreter, 1955 Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese Epi + Meso Meso + Endo Epi + Meso + Endo Epiderma Mesoderma Endoderma Mesoderma Mesoderma Endoderma Epiderma
  10. 10. Bases celulares da morfogênese Modelo termodinâmico da afinidade ● A distribuição das células não é ao acaso, já que essas migram ativamente para organizar o tecido ● A topografia final da migração é independente da posição inicial ● Essas interações obedecem uma hierarquia ● Steinberg (1970) – Células misturadas interagem para formar um agregado com a menor energia livre interfacial – Depende da “força” da adesão entre os diferentes tipos celulares ● Hipótese da adesão diferencial: “o embrião precoce pode ser considerado como existindo em um estado de equilíbrio até que alguma mudança na atividade gênica altere as moléculas na superfície celular. Os movimentos que ocorrem visam restaurar uma nova configuração de equilíbrio para as células” Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese
  11. 11. Bases celulares da morfogênese Moléculas de adesão celular (CAMs) ● Três classes de moléculas da membrana celular estão envolvidas no controle da especificidade das interações com outras células – Moléculas de adesão celular – Unem células em lâminas epiteliais e condensam células mesenquimatosas em agregados coesos – Moléculas de junção celular – Fornecem vias de comunicação entre o citoplasma de células adjacentes; criam barreiras de permeabilidade – Moléculas de adesão ao substrato – Permitem a ligação das células à matriz extracelular Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese
  12. 12. Bases celulares da morfogênese Principais famílias de CAMs Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese
  13. 13. Bases celulares da morfogênese Caderinas ● Dependem de cálcio ● Interagem com outras caderinas de células adjacentes – Ligam-se ao mesmo tipo de caderina em outra célula ● Ancoradas na célula por complexos de cateninas, que se ligam ao citoesqueleto de actina. Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese ● E-caderinas (caderina epitelial, uvomorulina, L-CAM) – Expressas em todas as células embrionárias precoces de mamíferos; mais tarde, restrita a tecidos epiteliais embrionários e adultos ● P-caderina (caderina de placenta) – Expressa em células trofoblásticas e no próprio epitékio da parde uterina; pode facilitar a conexão do trofoblasto com o útero ● N-caderina (caderina neural) – Expressa incialmente em células mesodérmicas na gastrulação; intensamente expressada nas céls do SNC em desenvolvimento ● EP-caderina (C-caderina) – Necessária para os movimentos normais da gastrulação
  14. 14. Bases celulares da morfogênese Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese Sítio de reconhecimento Sítio de ligação com o Ca2+ Sítio de fosforilação Actina Cateninas Caderinas Ligação caderina-caderina
  15. 15. Bases celulares da morfogênese Papel das caderinas na agregação e dispersão ● O padrão temporal de expressão de uma caderina está associado com a agregação e a dispersão de um tipo celular. ● P.ex., as células da crista neural inicialmente expressam N-caderina, mas perdem a expressão quando migram como células individuais. Quando chegam ao seu destino, voltam a expressar N-caderina. Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese
  16. 16. Bases celulares da morfogênese CAMs da superfamília das imunoglobulias ● Não necessitam de cálcio ● Domínios globulares imobilizados por pontes dissulfeto ● Papel importante no desenvolvimento do SN – N-CAM necessária para a ligação dos axônios na placa motora – Necessária para o empacotamento de axônios para que se movimentem como uma unidade ● Críticas para segregar dois grupos de células Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese
  17. 17. Bases celulares da morfogênese CAMs da superfamília das imunoglobulinas Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese IgM N-CAM L1 Interações mediadas por CAMs
  18. 18. Bases celulares da morfogênese Gap junctions Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese ● Regiões intercelulares especializadas onde canais heteroméricos permitem a passagem de pequenas moléculas (MW < 1.5000) entre as membranas acopladas. ● Acoplamento de blastomeros precoces, permitindo passagem de íons e moléculas solúveis ● O acoplamento diferencial cria “compartimentos” fisiológicos dentro do embrião ● Acoplamento regulado por caderinas
  19. 19. Bases celulares da morfogênese Gap junctions Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese
  20. 20. Bases celulares da morfogênese Afinidade diferencial ● A migração celular é parte fundamental da organogênese, e depende de sinais que a iniciam, param, e determinam qual caminho seguir. ● Os principais sinais para a migração parecem estar na matriz extracelular ● Os componentes da matriz extracelular variam para cada tipo de tecido Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese
  21. 21. Bases celulares da morfogênese Componentes da matriz extracelular Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese ● Colágeno – Importantes para a formação de lâminas basais e ramificação de túbulos epiteliais ● Proteoglicanos – A interconexão de proteína e carboidrato forma matriz semelhante a rede; – Em células móveis, o proteoglicano envolve as células, impedindo que se juntem. – Reúnem células soltas para formar uma lâmina epitelial – Retém e apresentam fatores de crescimento para receptores celulares ● Glicoproteínas extracelulares – Organizam colágeno, proteoglicanos e células em uma estrutura ordenada – “Trilhos” de fibronectina para a migração celular – Laminina tem mais afinidade por céls epiteliais do que por céls mesenquimatosas
  22. 22. Bases celulares da morfogênese Integrinas ● Família de receptores que ligam glicoproteínas extracelulares e proteínas do citoesqueleto. ● A ligação com talina e α-actinina permite o movimento da célula pela contração dos filamentos de actina contra a matriz extracelular. ● Apresentam duas subunidades distintas (α e β); diferentes combinações de subunidades permitem que a integrina se ligue a moléculas extracelulares específicas. Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese Fibronectina Subunidade β Sítios de ligação RGD Sítios de ligação Ca2+ Subunidade α Talina Vinculina Filamento de actina Actinina Actinina RGD
  23. 23. Bases celulares da morfogênese Glicosiltransferases Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese ● Adicionam resíduos de açúcar a peptídeos, produzindo glicoproteínas ● Necessita de dois substratos para completar a catálise, um carboidrato aceptor e um açúcar ativado. ● ● Quando ancoradas na membrana, reconhecem o carboidrato aceptor nas glicoproteínas da matriz, causando adesão. ● Quando o segundo substrato aparece (NDP-açúcar), a adesão pode ser quebrada pela catálise, facilitando a migração.
  24. 24. Bases celulares da morfogênese Metaloproteinases degradativas ● Degradam moléculas da matriz extracelular de maneira controlada, quebrando a membrana basal ● Expressão gênica coordenada, de forma que várias enzimas interagem cooperativamente ● Colagenases – Degradam COL1, COL2 e COL3 ● Gelatinases – Degradam COL4 e COL5 e elastina ● Estromelisinas – Degradam proteoglicanos, fibronectina e laminina Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese
  25. 25. Bases celulares da morfogênese Via JAK-STAT Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese Receptores LiganteLigante Promotor
  26. 26. Bases celulares da morfogênese Via TRK-Ras Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese Ligante Receptor Ativação de eventos dependentes de Ca2+ e PKC Fator de transcrição ativoFator de transcrição inativo
  27. 27. Bases celulares da morfogênese Interação entre vias Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese Ligante Ligante Prot. G Via IP3 Receptor IP3 RE PKC MAPK Atividade celular e mitogênese
  28. 28. Bases celulares da morfogênese Interações entre moléculas de adesão e receptores para ligantes Afinidade celular diferencial Morfogênese e ontogênese Base molecular da afinidade Moléculas de adesão celular Moléculas de junção celular Transdução de sinal na morfogênese Receptor FGF Molécula de adesão

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