Diferenciao Celular No Sistema Nervoso Mariana Silveira

7/23/2019 Diferenciao Celular No Sistema Nervoso Mariana Silveira

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Diferenciao Celular e Sistema Nervoso

ProfaMariana S. Silveira


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Figure 22-94 Molecular Biology of the Cel l( Garland Science 2008)


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Unidade estrutural e funcional do SistemaNervoso;

Responde a estmulos fsicos e qumicos;

Produz e conduz impulsos eletroqumicos;

Libera reguladores qumicos;

NEURNIO


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2 tipos de clulas- neurnios

- clulas gliais

. sustentao

. constituem ponte metablica

. regulao da concentrao de ons

. bainha de mielina

(oligodendrcitos-SNC; clulas de Schwann- SNP)

. modulao sinptica

SISTEMA NERVOSO


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ORGANIZAO ANATMICA


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(bulbo)

(ponte)

(mesencfalo)


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Padres so semelhantesentre as espcies


14/77Figure 22-78 Molecular Biology of the Cel l( Garland Science 2008)

Xenopus

INDUO NEURAL/NEURULAO


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Mamferos



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/


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Clulas dacrista neural

B

Melancitosda pele

Divisogastroentrica

do sistema nervoso

autnomo

Glndulasuprarrenal

(medula)

Gngliosautonmicos

Gnglioespinhal

A Placa neural

Sulconeural

Clulasda cristaneural

Tuboneural

Notocrdio

CEMBILH ESDENEUR NIOS by Roberto Lent

Tubo neural - SNC.

Crista neural- SNP.

(formado porinvaginao domesoderma)



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Tubo neural d origem s Vesculas Enceflicas Primitivas,preenchidas por um fluido (formar ventrculos e canais de comunicao):

Prosencfalo

Mesencfalo

Rombencfalo

Medula primitiva


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Logo que o tubo neural sefecha, no final do primeiroms de gestao, podem-

se identificar as trsvesculas primitivas que

formam o sistema nervosodo embrio. Depois, o tubo

vai se retorcendo, asvesculas crescem

desigualmente, e apenasno quarto ms o SNC do

embrio comea a separecer com o do adulto,embora o crtex cerebral e

o cerebelo ainda noapresentem os giros e

folhas que mais tarde seformaro. Note que osdesenhos da fileira de

cima esto feitos em umaescala muito ampliada, em

relao aos de baixo. Se aescala fosse a mesma, o

embrio de 25 dias teria adimenso ilustrada no

pequeno quadro esquerda. Aos 25 dias, o

sistema nervoso doembrio no mede mais

que 2 milmetros.


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bulbo

Resumo das Estruturas provenientes do Tubo Neural

(crtex, nucleos da base, hipocampo,amgdala)

C i t N l Si t N P if i


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Clulas da Crista neural originam:=Neurnios e glia de ganglios sensoriais e motoresviscerais (SNA)=Cls neurosecretoras da gland. Adrenal=Neurnios do Sist. Nervoso Entrico=E tambm estruturas no-neurais, como:Clulas pigmentadas

CartilagemOssos

Crista Neural Sist. Nervoso Perifrico


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Desenvolvimento do Sistema Nervoso:


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Desenvolvimento do Sistema Nervoso:

- proliferao celular;- migrao celular;- diferenciao celular com aquisio de forma e propriedades da

clula madura:- diferenciao de neurnios X clulas gliais- comprometimento com destinos neuronais especficos- determinao neuroqumica- projeo de axnios

- formao de circuitos neurais (sinaptognese);- Eventos regressivos, como morte celular .

Molculas que atuam na Induo Neural e nas diversas fases dodesenvolvimento:

- molculas difusveis- molculas de membrana- molculas de transduo (receptores e cascatas de sinalizao)- fatores de transcrio

- genes regulados especificamente

LOCALIZAO CRTICA!!!


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Todo o ectoderma se tornaria neuroectoderma se no fosse a ao intercelularbloqueadora desse caminho ontogentico, por parte das BMPs (acima). Na regio da

placa neural, entretanto (abaixo), o mesoderma subjacente libera fatores indutores quebloqueiam os bloqueadores, fazendo com que essa regio se transforme

gradativamente em tecido nervoso.

Posio um fatorfundamental!

Dissociao leva adestino neural

O QUE REGE A INDUO NEURAL?


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O QUE REGE A INDUO NEURAL?

QUAIS MECANISMOS DESENCADEIAM A FORMAO


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Experimento de Spemann eMangold

(vdeo The Cell)

Uma regio do mesoderma retirada e transplantada na

regio ventral de um embrio hospedeiro.

O embrio hospedeiro desenvolve um eixo dorsal

secundrio, que se torna evidente pela observao de uma

placa neural secundria.

Embrio que contem dois eixos dorsais seccionado:

-O eixo dorsal secundrio contem os mesmos tecidos do eixodorsal primrio.

-Esse tecido nervoso secundrio derivado do receptor! Oque significa que o transplante promoveu a induo.

QUAIS MECANISMOS DESENCADEIAM A FORMAODA PLACA NEURAL?INDUO NEURAL.

Importncia de sinais do Mesoderma adjacente.

Modelo padro de induo neural


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Modelo padro de induo neuralBalano entre agonistas e antagonistas!

Importncia da inibio como um mecanismo de

regulao do desenvolvimento.


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RESUMINDO


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IDENTIDADE REGIONAL NO SISTEMA NERVOSO:


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IDENTIDADE REGIONAL NO SISTEMA NERVOSO:EIXO ANTERO-POSTERIORPOLARIDADE DORSAL-VENTRAL

2.21



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bulbo

(crtex, nucleos da base, hipocampo,

amgdala)

Rombmeros- segmentos que constituem excelente modelo para

padronizao antero-posterior de vertebrados.



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3) Crtex cerebral 1) Rombencfalotronco enceflico

2) tuboneural/Medulaespinhal

4) Mesencfalo



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4) Mesencfalo




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mandbula

Expressofacial

Msc. oculares

deglutio

E que fatores regulam estepadro de expresso dosgenes Hox?Transformer activity(interferem na tendncia de

anteriorizao do SN pelosindutores)-cido retinico produzidopelo mesoderma (age emfuno da concentrao; >na regio posterior)-- Wnt/beta catenina (naregio posterior;antagonistas na poroanterior)-- BMP e antagonistas BMP--FGF (na regio posterior)

Genes homeobox-Hox(inic. descritos em Drosophila)

Rombmeros- rombencfalo

Prosmeros- prosencfalo!



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Anteriorizao x Posteriorizao


normal


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4) Mesencfalo



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Shh

Shh- importante

morfgeno para adefinio deidentidade ventral.

Holtfreter, 1934.

Marcador de motoneurnios



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2.23

G O O S S OSO:EIXO ANTERO-POSTERIORPOLARIDADE DORSAL-VENTRAL

Shh- importantemorfgeno para adefinio de

identidade ventral.



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2.25

EIXO ANTERO-POSTERIORPOLARIDADE DORSAL-VENTRAL

TUBO NEURAL (dorsal)

E CRISTA NEURAL



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TUBO NEURAL

E CRISTA NEURAL

EIXO ANTERO-POSTERIORPOLARIDADE DORSAL-VENTRAL

Exemplo de diferenciao de neurnios a partir da crista neural (SNP)


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Exemplo de diferenciao de neurnios a partir da crista neural (SNP)

Sinais recebidos durante a migrao tm papel central.

Figure 53-5 The main pathways ofneural crest cell migration in a chickembryo. The diagram shows a sectionthrough the middle part of the trunk.A. Neural crest cells that take asuperficial migratory pathway, justbeneath the ectoderm, form pigmentcells of the skin. Those that take anintermediate pathwayvia the somites form sensory ganglia,

and those that take a more medialpathway form sympathetic gangliaand the cells of the adrenal medulla.B. Positions at which melanocytes,the sympathetic and sensory ganglia,and the adrenal gland are locatedafter neural crest migration iscomplete.C. Scanning electron micrographshowing neural crest cells migrating

away from the dorsal surface of theneural tube of a chick embryo.(Courtesy of K. Tosney.)


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Marmigre et al., 2007.

FATORES QUE AFETAM A DIFERENCIAO DE PROGENITORES


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Howard, 2005.

FATORES QUE AFETAM A DIFERENCIAO DE PROGENITORESDERIVADOS DA CRISTA NEURAL


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PASSOS SUBSEQUENTES A INDUO NEURAL PARA ODESENVOLVIMENTO DO SISTEMA NERVOSO CENTRAL E PERIFRICO

-Controle de Proliferao Celular

-migrao celular

-Diferenciao neurnio x glia

-definio de subtipos neuronais-aquisio de fentipo neuroqumico

-Direcionamento axonal

-Sinaptognese

-Eventos regressivos


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6 5

Outras etapas


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4) Mesencfalo


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CRTEX COMO MODELO


-migrao celular


-definio de subtipos neuronais

-aquisio de fentipo neuroqumico


-Sinaptognese


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Diferenciao neurnio x glia

Crtex a regio mais estudada por vrias razes, pex.:

gnese das diferentes populaes celulares temporalmentesegregada; neurnios das diferentes camadas so geradossequencialmente de forma inside-out, seguidos da gerao de

astrcitos e oligodendrcitos

curso temporal reproduzido in vitro;

precursores comuns contribuem tanto para a gerao de

neurnios quanto clulas gliais, sendo que o repertrio de tiposcelulares gerados pelos precursores muda ao longo do tempo.

Alguns mecanismos so comuns a outras estruturas, mas h particularidades.

MODELO INSIDE-OUT DE DESENVOLVIMENTO CORTICAL


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Marcao com [3H]-timidina permite visualizar a posio dos


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Marcao com [ H]-timidina permite visualizar a posio dosneurnios ao longo das camadas corticais e seu momento de gerao

Definio de subtipos


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CRTEX COMO MODELO


-migrao celular





-Sinaptognese

Depois de gerados os neurnios migram para seus


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p g g pdestinos finais:

- migrao radial

- migrao tangencial (interneurnios)

Como ocorre a migrao?


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Migrao Radial :


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Prosencfalo e o desenvolvimento cortical

Figura 2.9. A parede dotubo neural apresenta umap a l i a d a d eprolongamentos radiais( ), que pertencem aclulas muito precoceschamadas de glia radial ( ,e m a z u l c l a r o ) . O s

prolongamentos radiaisatuam como trilhos sobre

os quais migram algunsd o s n e u r n i o s p s -mitticos juvenis ( e ,em amarelo). Nem todosos neurnios migrantesuti l izam esses tri lhosradiais: alguns migramobliquamente seguindo

p i s t a s a i n d a m a lconhecidas.

A

B

B C

Fatores na migrao neuronal


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Migrao radial

Marin, PhD course, 2005

Relina,VLDLR e DAB1

Zona ventricular

Zona marginal

Placa cortical

Desligamento eaquisio laminar

3 e 1-integrina

Interaoneurnio-glia

Movimento

Lis1, Dcx

Relina, VLDRL,ApoER2 DAB1

Fatores extrnsecos na migrao tangencial


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Neuroregulina1 e Erb4-Atividadeatrativa

Semaforinas 3- Neuropilinas-Atividades repulsiva

Marin, PhD course, 2005

MGE- medial ganglionic eminence (eminencia

ganglionar medial)origem deinterneurnios corticais.

EVOLUO DO CONCEITO DE GLIA RADIAL


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Rakic, 2006.


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Diferenciao Neurnio X glia no Crtex


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Sauvageot&Stiles,2002.

roedores



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Mecanismos Molecu lares

# Efeito de BMP e Notch depende do momento.

A) Neurogenina (Ngn) bloqueia a diferenciao astrocitria atravs da associaocom CBP/p300em E14 = NEUROGNESE.

B) Diminuio dos nveis de Ngn: STAT interage com CBP/p300= ativao depromotores que induzem a diferenciao de ASTRCITOS. Sinalizao via Notch tbmodula positivamente a gliognese e negativamente a neurognese.

# Diferenciao de oligodendrcitos determinada pela expresso de Olig, induopor Shh.


N


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Miller & Gauthier, 2007.

Neurognese

Notch promove a manuteno de precursores neuraisneste perodo.

Neuregulin-1 tbleva a repressoda gliognese

Metilao dopromotor deGFAP.

Neurognese X Gliognese


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Neurognese X Gliognese

CT-1-pertence a familiade LIF e CNTF, tbassociados agliognese, maspredominantemente

expressos noperodo psnatal-ct-1-/-- deficit de50-70% nagliognese

Gliognese


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Gliognese

Papel de Notch nagliognesedepende daativaoconcomitante deSTAT

BMP nessas condiestb leva a produo de Id,que refora agliognese.

ou CSL

NICD

# Diferenciao de oligodendrcitos determinada pelaexpresso de Olig induzida por Shh


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expresso de Olig, induzida por Shh.

Wegner, 2008.

CRTEX COMO MODELO


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CRTEX COMO MODELO


-migrao celular





-Sinaptognese

PASSOS SUBSEQUENTES A INDUO NEURAL PARA O


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-migrao celular




-Sinaptognese


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Diferenciao neuronal:

1) aspectos morfolgicos:- projeo de dendritos- Emisso de axnios

2) aspectos bioqumicos:

- sntese de molculas para identidade neuroqumica aser adquirida: ex. enzimas do metabolismo de NTs,receptores.

3) aspectos funcionais- Aquisio da capacidade de gerar respostas eltricasa estmulos- sinaptognese

PASSOS SUBSEQUENTES A INDUO NEURAL PARA O


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-migrao celular




-Sinaptognese

3) Crtex cerebral 1) Rombencfalo4) Mesencfalo


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4) Mesencfalo


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MODELO:DIFERENCIAO DOPAMINRGICA(neurnios mesodienceflicos)

Smidt & Burbach, 2007.

Enzimas de sntese,

transportadores

vesiculares e

transportadores demembrana so usados

como marcadores.

Gerao de Neu rnio s Dopam inrgicos Mesenceflicos


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DIFERENCIAO DE NEURNIOS DOPAMINRGICOSMESODIENCEFLICOS


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Downstream of the inductive signals Fgf8, Shh and Wnt1, expression of transcription factor genes and mdDA -specific genes is acquired at different stages ofdifferentiation: initially, the expression of the Otx1, Nkx2.2 and Sox2 genes, followed by Lmx1a, Msx1, Ngn2, Otx2 and Foxa2 transcription factors. As part of thetranscriptional 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 E9E10 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 ofsome 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 oftyrosine 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 aremature mdDA neurons of the substantia nigra (SN) or ventral tegmental area (VTA). Aldehyde dehydrogenase A1 (Aldh1a1) is expressed in proliferating mdDAprogenitors [17]. In this figure, expression of transcription factors is linked to stages of mdDA development as marked by components of dopaminergic-neuron synthesisand transmission, but no functional genetic relationship is inferred. Inductive signals are shown on a green background, transcription factors are on pink, and enzymes ofthe 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, symbolizedhere by the different colour and morphology of cells. Burbach & Smidt, 2006.

Nurr1/


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Azul- TFs que promovem diferenciao

Verde- TFs que inibem diferenciao

Vermelho- fatores secretados envolvidos

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