Padronização e Morfogénese

Moises Mallo

Os vertebrados, apesar de apresentarem uma grande variedade de formas e dimensões corporais, desenvolvem-se de acordo com o mesmo padrão básico: produzem progressivamente as unidades modulares, cabeça, tronco e cauda, como resultado da atividade de um grupo de células denominadas coletivamente por progenitores axiais.

O primeiro nível de informação de padronização a que os progenitores são expostos, resulta na definição das diferentes áreas globais do corpo, ou seja, define-se se vão originar células correspondendo às regiões da cabeça, do tronco ou da cauda.

O segundo nível de informação de padronização é então responsável por definir o tipo de tecidos específicos a ser produzido pelos progenitores, em cada uma das regiões globais, o que eventualmente resultará na construção de um organismo funcional.

Ainda que a formação do corpo seja um processo contínuo, o desenvolvimento de cada uma das regiões da cabeça, tronco e cauda é controlado por redes genéticas distintas. São essencialmente variações na utilização das diferentes redes genéticas, as principais responsáveis pela vasta diversidade de padrões corporais observada ao longo da filogenia dos vertebrados.

O trabalho realizado neste grupo de investigação foca-se na compreensão destas redes genéticas que controlam a formação das diferentes áreas globais do corpo, assim como dos mecanismos que regulam as transições dos modos de desenvolvimento da cabeça para o tronco e do tronco para cauda.

O principal modelo animal que utilizam no laboratório é o murganho e combinam abordagens de edição genética e de transgénicos, com análises ao nível do genoma e técnicas avançadas de aquisição de imagem.

Recentemente começaram a utilizar outros modelos animais na investigação, tais como cobras e lagartos. O estudo destes modelos animais deverá contribuir para uma melhor compreensão do modo como os vertebrados evoluíram de forma a apresentarem a ampla variedade de arquiteturas corporais que hoje lhes conhecemos.

 


Projetos

O corpo dos vertebrados é formado progressivamente da cabeça para a cauda, pela adição de novos tecidos na região posterior do embrião.

Este processo, resulta da atividade de progenitores, com propriedades estaminais, que podem ser classificados em grupos distintos de acordo com os tecidos a que vão dar origem.

São particularmente relevantes dois tipos de progenitores: os da mesoderme lateral e intermédia, envolvidos na formação dos membros e da maioria dos órgãos internos e os progenitores bi-potentes neuro-mesodérmicos (NM) que dão origem ao tubo neural e à mesoderme paraxial, sendo que é a partir desta última que se forma o esqueleto axial, a derme e os músculos esqueléticos.

Ainda que o processo de crescimento do embrião seja contínuo, encontra-se regulado por diferentes mecanismos aquando da formação das estruturas da cabeça, tronco e da cauda.

O desenvolvimento do tronco, a área do corpo que contém a maioria dos órgãos responsáveis pelas funções vitais e reprodutoras, requer contribuições quer dos progenitores da mesoderme lateral e intermédia, quer dos progenitores NM. Neste estágio de desenvolvimento, todos os progenitores estão localizados no epiblasto.

Por sua vez, o desenvolvimento da cauda depende exclusivamente de progenitores NM, que são localizados numa outra região, o primórdio da cauda. Durante a transição tronco-cauda, os progenitores da mesoderme lateral e intermédia, estão sujeitos a uma diferenciação terminal para organizar a morfogénese caudal dos sistemas digestivo, excretor e reprodutor assim como para formar os membros posteriores.

Também nesta transição, os progenitores NM sofrem modificações significativas, resultando na sua relocalização do epiblasto para o primórdio da cauda. Dada a sua complexidade, a transição tronco-cauda, é frequentemente afetada por fatores genéticos e ambientais, que podem resultar em malformações congénitas como a espinha bífida ou síndrome de regressão caudal.

Apesar da importância desta transição, surpreendentemente, pouco se sabe sobre a sua regulação, e tal deve-se em grande parte à dificuldade em isolar os diferentes progenitores axiais do embrião, de uma forma que permita o seu estudo.

Análises de ganho ou perda de função em murganho, revelaram que a sinalização de Gdf11 tem um papel fulcral na sua regulação, pela modulação das propriedades funcionais dos vários progenitores axiais. A sinalização de Gdf11 ativa a expressão de Isl1 nos progenitores da mesoderme lateral e intermédia de forma a organizar o seu processo de diferenciação terminal.

Esta sinalização está também envolvida na relocalização dos progenitores NM para o primórdio da cauda uma vez que, em mutantes de Gdf11, parte destes progenitores não se consegue relocalizar e acaba por acumular-se numa outra região, na parte ventral da cauda.

Até agora, a origem deste fenótipo não é conhecida. No entanto, estes mutantes fornecem uma condição experimental oportuna para a pesquisa dos mecanismos envolvidos na relocalização dos progenitores NM, permitindo comparar propriedades dos progenitores que sucedem com os que falham a relocalização.

De forma a conseguirmos fazer isto, iremos usar uma estratégia recentemente desenvolvida no nosso laboratório que permite a recuperar especificamente os s progenitores NM de embriões de murganho.

Este sistema combina a marcação fluorescente estável de todos os progenitores axiais com a identificação posterior das células NM, tendo por base as suas propriedades funcionais. Usando esta estratégia no contexto dos mutantes de Gdf11, iremos obter os dois grupos de progenitores NM e comparar os respetivos transcritomas de forma a identificar os genes candidatos que poderão estar envolvidos na regulação da transição dos progenitores NM. Os candidatos selecionados, serão então validados e sujeitos a estudos funcionais em embriões de murganho.

Neste projeto pretendemos também explorar dados recentes obtidos pelo nosso grupo que apontam o gene Oct4 como um dos alvos moleculares chave da sinalização de Gdf11, na regulação da transição tronco-cauda. Pretendemos estudar os mecanismos regulatórios inerentes, a sua relevância para o controlo da transição tronco-cauda e também o possível papel do mesmo na evolução da padronização corporal dos vertebrados.

Após a transição para o desenvolvimento da cauda são ativados os processos que controlam a terminação da extensão axial. A terminação axial é normalmente progressiva, ainda que o seu ritmo seja altamente variável em diferentes espécies.

Falhas neste processo acarretam malformações como é o exemplo dos teratomas sacrococcígeos. Mais recentemente, observamos que nos mutantes de Gdf11 a terminação axial não é progressiva, produzindo caudas maiores e que se assemelham a regiões mais anteriores da coluna vertebral.

Isto indica que uma correta terminação axial requer a sinalização ativa de Gdf11.Pretendemos explorar o papel de Gdf11 neste processo, isolando e comparando os progenitores NM das caudas de embriões tipo selvagem com mutantes de Gdf11, depois destes terem relocalizado no primórdio da cauda.

Para tal, usaremos novamente o nosso sistema genético para marcar e isolar os progenitores NM de embriões de murganho.

Compreender a regulação da transição cauda-tronco e da terminação axial, pode ajudar a encontrar soluções para prevenir ou reduzir a severidade das malformações congénitas associadas a falhas nestes processos.

 


Publicações

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