Diferenciação Celular e Sistema Nervosolance-ufrj.org/uploads/3/2/2/5/3225660/diferenciao_celular_no... · -Esse tecido nervoso secundário é derivado do receptor ... Importância

Diferenciação Celular e Sistema Nervoso

Profa Mariana S. Silveira

Figure 22-94 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

• Unidade estrutural e funcional do Sistema Nervoso;

• Responde a estímulos físicos e químicos;

• Produz e conduz impulsos eletroquímicos;

• Libera reguladores químicos;

NEURÔNIO

• 2 tipos de células - neurônios

- células gliais

. sustentação

. constituem ponte metabólica

. regulação da concentração de íons

. bainha de mielina

(oligodendrócitos-SNC; células de Schwann- SNP)

. modulação sináptica

SISTEMA NERVOSO

Teoria Neuronal Camillo Golgi & Ramon y Cajal

(Nobel em Fisiologia e Medicina, 1906) Teoria Reticular X Teoria Celular

CONTINUIDADE X CONTIGÜIDADE

ORGANIZAÇÃO ANATÔMICA

(bulbo)

(ponte)

(mesencéfalo)

Padrões são semelhantes entre as espécies


Xenopus

INDUÇÃO NEURAL/NEURULAÇÃO

Mamíferos



Células dacrista neural

B

Melanócitosda pele

Divisão gastroentérica

do sistema nervosoautônomo

Glândulasuprarrenal

(medula)

Gângliosautonômicos

Gânglioespinhal

A Placa neural

Sulconeural

Células da cristaneural

Tuboneural

Notocórdio

© CEM BILH ES DE NEUR NIOS Õ Ô by Roberto Lent

Tubo neural - SNC. Crista neural- SNP.

(formado por

invaginação do

mesoderma)


Tubo neural dá origem às Vesículas Encefálicas Primitivas, preenchidas por um fluido (formará ventrículos e canais de comunicação):

Prosencéfalo

Mesencéfalo

Rombencéfalo

Medula primitiva

Logo que o tubo neural se

fecha, no final do primeiro

mês de gestação, podem-

se identificar as três

vesículas primitivas que

formam o sistema nervoso

do embrião. Depois, o tubo

vai se retorcendo, as

vesículas crescem

desigualmente, e apenas

no quarto mês o SNC do

embrião começa a se

parecer com o do adulto,

embora o córtex cerebral e

o cerebelo ainda não

apresentem os giros e

folhas que mais tarde se

formarão. Note que os

desenhos da fileira de

cima estão feitos em uma

escala muito ampliada, em

relação aos de baixo. Se a

escala fosse a mesma, o

embrião de 25 dias teria a

dimensão ilustrada no

pequeno quadro à

esquerda. Aos 25 dias, o

sistema nervoso do

embrião não mede mais

que 2 milímetros.

bulbo

Resumo das Estruturas provenientes do Tubo Neural

(córtex, nucleos da base, hipocampo,

amígdala)

Células da Crista neural originam: =Neurônios e glia de ganglios sensoriais e motores viscerais (SNA) =Céls neurosecretoras da gland. Adrenal =Neurônios do Sist. Nervoso Entérico =E também estruturas não-neurais, como: Células pigmentadas Cartilagem Ossos

Crista Neural Sist. Nervoso Periférico


Desenvolvimento do Sistema Nervoso:

- proliferação celular; - migração celular; - diferenciação celular com aquisição de forma e propriedades da célula madura: - diferenciação de neurônios X células gliais - comprometimento com destinos neuronais específicos - determinação neuroquímica - projeção de axônios - formação de circuitos neurais (sinaptogênese); - Eventos regressivos, como morte celular . Moléculas que atuam na Indução Neural e nas diversas fases do desenvolvimento:

- moléculas difusíveis - moléculas de membrana - moléculas de transdução (receptores e cascatas de sinalização) - fatores de transcrição - genes regulados especificamente

LOCALIZAÇÃO É CRÍTICA!!!

Todo o ectoderma se tornaria neuroectoderma se não fosse a ação intercelular

bloqueadora desse caminho ontogenético, por parte das BMPs (acima). Na região da

placa neural, entretanto (abaixo), o mesoderma subjacente libera fatores indutores que

“bloqueiam os bloqueadores”, fazendo com que essa região se transforme

gradativamente em tecido nervoso.

Posição é um fator fundamental!

Dissociação leva a destino neural

O QUE REGE A INDUÇÃO NEURAL?

O QUE REGE A INDUÇÃO NEURAL?

Experimento de Spemann e Mangold

(vídeo The Cell)

Uma região do mesoderma é retirada e transplantada na região ventral de um embrião hospedeiro. O embrião hospedeiro desenvolve um eixo dorsal secundário, que se torna evidente pela observação de uma placa neural secundária.

Embrião que contem dois eixos dorsais seccionado: -O eixo dorsal secundário contem os mesmos tecidos do eixo dorsal primário.

-Esse tecido nervoso secundário é derivado do receptor! O que significa que o transplante promoveu a indução.

QUAIS MECANISMOS DESENCADEIAM A FORMAÇÃO DA PLACA NEURAL? – INDUÇÃO NEURAL.

Importância de sinais do Mesoderma adjacente.

Modelo padrão de indução neural Balanço entre agonistas e antagonistas!

Importância da inibição como um mecanismo de regulação do desenvolvimento.

RESUMINDO…



IDENTIDADE REGIONAL NO SISTEMA NERVOSO: EIXO ANTERO-POSTERIOR POLARIDADE DORSAL-VENTRAL

2.21

bulbo

(córtex, nucleos da base, hipocampo,

amígdala)

Rombômeros- segmentos que constituem excelente modelo para padronização antero-posterior de vertebrados.

Resumo das Estruturas provenientes do Tubo Neural

3) Córtex cerebral 1) Rombencéfalo

tronco encefálico

2) tubo

neural/Medula

espinhal

4) Mesencéfalo



tronco encefálico

4) Mesencéfalo

2) tubo

neural/Medula

espinhal


mandíbula

Expressão facial

Músc. oculares

deglutição

E que fatores regulam este padrão de expressão dos genes Hox? “Transformer activity” (interferem na tendência de anteriorização do SN pelos indutores) -Ácido retinóico produzido pelo mesoderma (age em função da concentração; > na região posterior) -- Wnt/beta catenina (na região posterior; antagonistas na porção anterior) -- BMP e antagonistas BMP --FGF (na região posterior)

Genes homeobox-Hox (inic. descritos em Drosophila)

Rombômeros- rombencéfalo Prosômeros- prosencéfalo!

Anteriorização x Posteriorização


normal


tronco encefálico

2) tubo

neural/Medula

espinhal

4) Mesencéfalo


Shh

Shh- importante morfógeno para a definição de identidade ventral.

Holtfreter, 1934.

Marcador de motoneurônios

2.23


Shh- importante morfógeno para a definição de identidade ventral.

2.25


TUBO NEURAL (dorsal) E CRISTA NEURAL

TUBO NEURAL E CRISTA NEURAL


Exemplo de diferenciação de neurônios a partir da crista neural (SNP)

Sinais recebidos durante a migração têm papel central.

Figure 53-5 The main pathways of

neural crest cell migration in a chick

embryo. The diagram shows a section

through the middle part of the trunk.

A. Neural crest cells that take a

superficial migratory pathway, just

beneath the ectoderm, form pigment

cells of the skin. Those that take an

intermediate pathway

via the somites form sensory ganglia,

and those that take a more medial

pathway form sympathetic ganglia

and the cells of the adrenal medulla.

B. Positions at which melanocytes,

the sympathetic and sensory ganglia,

and the adrenal gland are located

after neural crest migration is

complete.

C. Scanning electron micrograph

showing neural crest cells migrating

away from the dorsal surface of the

neural tube of a chick embryo.

(Courtesy of K. Tosney.)

Marmigère et al., 2007.

Howard, 2005.

FATORES QUE AFETAM A DIFERENCIAÇÃO DE PROGENITORES DERIVADOS DA CRISTA NEURAL

PASSOS SUBSEQUENTES A INDUÇÃO NEURAL PARA O DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA NERVOSO CENTRAL E PERIFÉRICO …

- Controle de Proliferação Celular

-migração celular

-Diferenciação neurônio x glia

- definição de subtipos neuronais -aquisição de fenótipo neuroquímico

- Direcionamento axonal

-Sinaptogênese

- Eventos regressivos

6 5

Outras etapas…




tronco encefálico

2) tubo

neural/Medula

espinhal

4) Mesencéfalo

CÓRTEX COMO MODELO


-migração celular


- definição de subtipos neuronais

-aquisição de fenótipo neuroquímico


-Sinaptogênese

Diferenciação neurônio x glia Córtex é a região mais estudada por várias razões, pex.:

• gênese das diferentes populações celulares é temporalmente segregada; neurônios das diferentes camadas são gerados sequencialmente de forma “inside-out”, seguidos da geração de astrócitos e oligodendrócitos

• curso temporal é reproduzido in vitro;

• precursores comuns contribuem tanto para a geração de neurônios quanto células gliais, sendo que o repertório de tipos celulares gerados pelos precursores muda ao longo do tempo.

Alguns mecanismos são comuns a outras estruturas, mas há particularidades.


MODELO “INSIDE-OUT” DE DESENVOLVIMENTO CORTICAL

Marcação com [3H]-timidina permite visualizar a posição dos neurônios ao longo das camadas corticais e seu momento de geração

Definição de subtipos

CÓRTEX COMO MODELO


-migração celular





-Sinaptogênese

Depois de gerados os neurônios migram para seus destinos finais:

- migração radial - migração tangencial (interneurônios)

Como ocorre a migração?

Migração Radial : Prosencéfalo e o desenvolvimento cortical

Figura 2.9. A parede do tubo neural apresenta uma p a l i ç a d a d e prolongamentos radiais ( ), que pertencem a células muito precoces chamadas de glia radial ( , e m a zu l c l a r o ) . O s prolongamentos radiais atuam como “trilhos” sobre os quais migram alguns d o s n e u r ô n i o s p ó s -mitóticos juvenis ( e , em amarelo). Nem todos os neurônios migrantes util izam esses tri lhos radiais: alguns migram obliquamente seguindo p i s t a s a i n d a m a l conhecidas.

A

B

B C

Fatores na migração neuronal

Migração radial

Marin, PhD course, 2005

Relina,VLDLR e DAB1

Zona ventricular

Zona marginal

Placa cortical

Desligamento e

aquisição laminar

α3 e β1-integrina

Interação

neurônio-glia

Movimento

Lis1, Dcx

Relina, VLDRL,

ApoER2 DAB1

Neuroregulina1 e Erb4-Atividade

atrativa

Semaforinas 3- Neuropilinas-

Atividades repulsiva

Fatores extrínsecos na migração tangencial

Marin, PhD course, 2005

MGE- medial ganglionic eminence (eminencia ganglionar medial) – origem de interneurônios corticais.

Rakic, 2006.

EVOLUÇÃO DO CONCEITO DE GLIA RADIAL

CÓRTEX COMO MODELO


-migração celular





-Sinaptogênese

Diferenciação Neurônio X glia no Córtex S

au

vag

eo

t & S

tiles, 2

002.

roedores

Mecanismos Moleculares

# Efeito de BMP e Notch depende do momento.

A) Neurogenina (Ngn) bloqueia a diferenciação astrocitária através da associação

com CBP/p300 em E14 = NEUROGÊNESE.

B) Diminuição dos níveis de Ngn: STAT interage com CBP/p300 = ativação de

promotores que induzem a diferenciação de ASTRÓCITOS. Sinalização via Notch tb

modula positivamente a gliogênese e negativamente a neurogênese.

# Diferenciação de oligodendrócitos é determinada pela expressão de Olig, indução

por Shh.

Diferenciação Neurônio X glia no Córtex

Miller & Gauthier, 2007.

Neurogênese

Notch promove a manutenção de precursores neurais

neste período.

Neuregulin-1 tb

leva a repressão

da gliogênese

Metilação do

promotor de

GFAP.


Neurogênese X Gliogênese

CT-1

-pertence a familia

de LIF e CNTF, tb

associados a

gliogênese, mas

predominantemente

expressos no

período pósnatal

-ct-1-/- - deficit de

50-70% na

gliogênese


Gliogênese

Papel de Notch na

gliogênese

depende da

ativação

concomitante de

STAT

BMP nessas condições

tb leva a produção de Id,

que reforça a

gliogênese.

ou CSL

NICD

# Diferenciação de oligodendrócitos é determinada pela expressão de Olig, induzida por Shh.

Wegner, 2008.

CÓRTEX COMO MODELO


-migração celular





-Sinaptogênese



-migração celular




-Sinaptogênese

Diferenciação neuronal:

1) aspectos morfológicos:

- projeção de dendritos

- Emissão de axônios

2) aspectos bioquímicos:

- síntese de moléculas para identidade neuroquímica a

ser adquirida: ex. enzimas do metabolismo de NTs,

receptores.

3) aspectos funcionais

- Aquisição da capacidade de gerar respostas elétricas

a estímulos

- sinaptogênese



-migração celular




-Sinaptogênese


tronco encefálico

2) tubo

neural/Medula

espinhal

4) Mesencéfalo

MODELO: DIFERENCIAÇÃO DOPAMINÉRGICA (neurônios mesodiencefálicos)

Smidt & Burbach, 2007.

Enzimas de síntese, transportadores vesiculares e transportadores de membrana são usados como marcadores.

Geração de Neurônios Dopaminérgicos Mesencefálicos

DIFERENCIAÇÃO DE NEURÔNIOS DOPAMINÉRGICOS MESODIENCEFÁLICOS

Downstream of the inductive signals Fgf8, Shh and Wnt1, expression of transcription factor genes and mdDA-specific genes is acquired at different stages of differentiation: initially, the expression of the Otx1, Nkx2.2 and Sox2 genes, followed by Lmx1a, Msx1, Ngn2, Otx2 and Foxa2 transcription factors. As part of the transcriptional code, several of these are repressed during further development (e.g. Sox2, Nkx2.2 and Nkx6.2). The early stage of mdDA-specific differentiation (at E9–E10 in mice) further involves Lmx1b, the engrailed factors En1 and En2, and Foxa1. At this stage, the first gene for dopamine synthesis, amino acid decarboxylase (Aadc), is induced [18]. Subsequently, transcription factors for terminal differentiation are induced: Nr4a2 (Nurr1) at E10.5 and Pitx3 at E11.5. Pitx3 is required for survival of some terminally differentiating subsets of mdDA neurons [5,18]. Ilf1 is a newly discovered forkhead factor, expressed at E12.5 [19]. Nurr2 is required for induction of tyrosine hydroxylase (Th) at E11.5, of vesicular monoamine transporter 2 (Vmat2) at E12.5, and of the dopamine transporter (Dat) at E14 [20], at which point the cells are mature mdDA neurons of the substantia nigra (SN) or ventral tegmental area (VTA). Aldehyde dehydrogenase A1 (Aldh1a1) is expressed in proliferating mdDA progenitors [17]. In this figure, expression of transcription factors is linked to stages of mdDA development as marked by components of dopaminergic-neuron synthesis and transmission, but no functional genetic relationship is inferred. Inductive signals are shown on a green background, transcription factors are on pink, and enzymes of the dopaminergic neuron phenotype are on yellow. During the transition of an uncommitted proliferating neuroblast (top) to a mature dopamine neuron (bottom), cells undergo phenotypic changes, symbolized here by the different colour and morphology of cells. Burbach & Smidt, 2006.

Nurr1/

Abeliovich & Hammond, 2007.

Azul- TFs que promovem diferenciação

Verde- TFs que inibem diferenciação

Vermelho- fatores secretados envolvidos

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