Embrião, meio ambiente e teratogênese...Agentes alquilantes foram encontrados no líquido seminal...
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Embrião, meio ambiente e teratogênese
Conceitos
• 2 tipos de plasticidade fenotípica
– Norma de reação: um gradiente contínuo de potenciais fenótipos
– Polifenismo: fenótipos descontínuos, isto é, o ambiente determina um OU outro fenótipo
• Morph ou ecomorph – diferentes fenótipos resultantes de alterações ambientais
Vasos músculo
Chinsomboon et al, 2009. Proc Natl Acad Sci 106: 21401-21406
PGC1- knockout
selvagem
Exercício físico aumenta a densidade de vasos no músculo através do fator de transcrição PGC1-
NORMA DE REAÇÃO
Polifenismo induzido por dieta
Solitário – asas curtas e verdes Muitos indivíduos – pernas longas e pigmentadas adaptadas à migração
Schistocerca gregaria
dung beetle
primavera verão
Nemoria arozinaria Pheidologeton
O desenvolvimento de chifres só ocorre quando a larva atinge um dado tamanho
Larva grande o suficiente = desenvolvimento de chifres
Embora o tamanho do indivíduo tenha uma distribuição normal, o desenvolvimento de chifres é bimodal
existe uma compensação – indivíduos com chifres
maiores têm olhos menores
O tamanho dos chifres e dos olhos respondem de forma
inversa a aplicação exógena de JH (hormônio juvenil)
JH +
JH -
JH foi aplicado topicamente nas região dos chifres
Besouro Ontophagus acuminatus
POLIFENISMO
Dieta (quantidade e qualidade) ↓
tamanho da larva ↓
desenvolvimento ou NÃO desenvolvimento de chifres
macho sem chifres macho com chifres
Seleção divergente !
Machos com e sem chifres têm estratégia reprodutivas diferentes:
Apis mellifera
http://www.michiganbees.org/2010/the-abdomen-2/
POLIFENISMO
Geléia real
mel
Kucharski R et al, 2008. Science, 319:1827-1830
Geléia real leva a inibição da DNA metiltransferase Dnmt3
Kucharski R et al, 2008. Science, 319:1827-1830
Inibição de metiltransferase mimetiza o efeito de geléia real
Q – rainha W - operária
O que a geléia real tem ??
Maleszka R, 2008. Epigenetics,3: 188-192
fat body – fígado de insetos
Royalactina atua na Corpora allata, uma glândula endócrina que secreta hormônio juvenil
A dieta por fazer diferença em mamíferos também ??
MÃES geneticamente
idênticas
+ suplementos SEM suplementos
FILHOS
Waterland & Jirtle, 2003 Mol Cel Biol, 23: 5293–5300
vitamin B12 folic acid choline betaine
cor dos pelos
metabolismo de gordura
Polifenismo induzido por predadores
Compostos liberados na água pelo predador que induzem alterações no ovna presa são chamados CAIROMÔNIOS: •A água na qual o predador esteve tem que ser capaz de induzir a alteração na presa •O morfo formado na presença do cairomônio é MAIS resistente ao predador do que o morfo anterior
Developmental Biology 11ª edição
predador presente
predador ausente
Daphnia (pulga d’água)
“capacete” protetor é induzido por cairomônio liberado na água pela larva de Chaeoborus (uma mosca)
O efeito do cairormônio é transmitido aos embrião e reversível em gerações posteriores
Novamente as vias de insulina e de hormônio juvenil regulam esse processo
Developmental Biology 11ª edição
Vaughn & Strathmann, 2008 Science, 319: 5869
pluteus de Dendraster excentricus (equinoderma)
Muco de peixe predador induz a formação de brotos menores de pluteus; O peixe predador não consegue enxergar as pequenas larvas
Agalychnis callidryas
Girino eclodindo prematuramente
Embriões evoluíram para distingui a vibração gerada pelo predador da gerada por uma tempestade
Caldwell et al. (2010). Animal Behaviour 79:255-260.
Os ovos só eclodem a uma dada frequência
Sexo de muitos répteis é determinado pela temperatura
Nascem machos OU fêmeas ou diferentes proporções desses dois fenótipos. Não há indivíduos intersexuados
Vantagens?
Simbiose no desenvolvimento
Simbiose entre Euprymna e Vibrio
A lula juvenil não tem se que o órgão no qual as bactérias se alojam
A lula e bactéria atuam juntas na geração do novo órgão luminoso. A bactéria secreta fatores que induzem apoptose no epitélio. Esse por sua vez secreta fatores que neutralizam as toxinas da bactéria.
Developmental Biology 11ª edição
Bactérias no intestino de mamíferos
Capilares do intestino
Sem bactéria no intestino
10 dias após inóculo de bactérias
Adição de Bacteroides thetaiotaomicron já basta para que o desenvolvimento dos capilares se complete
Expressão gênica do intestino induzida pela presença de bactérias específicas
Developmental Biology 11ª edição
Bactérias são essenciais para que as células-tronco do intestino se dividam
Bactérias no intestino de mamíferos
Developmental Biology 11ª edição
Expressão de Egr1 no cérebro de camundongos
..e no CÉREBRO também !
Developmental Biology 11ª edição
A microbiota de uma mulher grávida altera o metabolismo de camundongos
Developmental Biology 11ª edição
O ambiente modula o comportamento
O cuidado materno (ou falta dele) é determinante no desenvolvimento de ansiedade nos filhotes
Nr3c1 – receptor de glucocorticóide
TERATOGÊNESE
Veronica Van Heyningen
• Principal causa de mortalidade infantil
• Estruturais, funcionais, metabólicas, comportamentais etc
• Pequenas anomalias – 14% dos recém-nascidos
ANOMALIAS DO DESENVOLVIMENTO
Causas
• Genéticas (intrínsicas)
– Malformações resultantes de mutações, aneuploidias, translocações
• Ambientais (extrínsicas)
– Agentes externos = teratógenos. Exs: radiação, virus, hipertermia, drogas, hipoxia
• Multifatorial (= genética + ambiental)
Causas
Genéticas Ambientais Multifatoriais = genéticas + ambientais
Princípios da Teratologia
• Período no qual o embrião é exposto
• Dose do teratógeno
• Constituição genética da mãe e do feto
Sensibilidade aos teratógenos ao longo da gestação:
Talidomida
• Início da década de 1960
• Sedativo e náuseas na gestação
período de suceptibilidade à talidomida: 20-34 dias após a fertilização
THALIDOMIDE
Absence of arms 38 - 42 days (absence of legs 39 - 45 days) Gilbert (2006)
Therapeutic agents can be teratogens (3)
Abnormalities in forelimb, lower jaw, ear and tail in 100 day Rhesus monkey foetus following treatment of pregnant mother with 30 mg/kg thalidomide on day 26 of pregnancy. Normal foetus on right Wilson (1973)
Talidomida afeta diferentes estruturas dependendo do momento da exposição à droga no desenvolvimento
Período no qual o embrião é exposto
YW/AA – mutante de CRBN que NÃO se liga à talidomida
•Talidomida interage com CRBN •CRBN é essencial para expressão de FGF8
•COMO talidomida atua ?
•Talidomida interage com a proteína cereblon (CRBN) •CRBN forma um complexo proteico que é essencial para induzir a expressão de FGF8 •Talidomida INIBE a formação desse complexo, resultando em inibição da expressão de FGF8
Talidomida CRBN Fgf8
Síndrome do alcoolismo fetal
FAS – fetal alcohol syndrome (1 a cada 650 crianças nascidas) FASD – fetal alcohol spectrun disorder – 3 vezes mais frequente !
Dose Momento da exposição Background genético
ausência de bulbo olfatório do animal Exposto ao álcool
Hemisférios unidos no animal exposto ao álcool
11 FEBRUARY 2000 VOL 287 SCIENCE www.sciencemag.org
Exemplo da interação gene-ambiente
Mulheres que beberam
Mulheres que NÃO beberam
• Sistema nervoso, coração e pulmões
Outro exemplo da interação gene-ambiente
Tabagismo durante a gestação predispõe a prole a osteoartrite
PNE – prenatal nicotine exposure
colágeno
Exposição a teratógenos antes da concepção
Gametogênese – breve revisão
Formação dos gametas
Formação dos gametas
XX → ovários → ovócitos XY → testículos → espermatozóides
= mitose
Uma diferença importante entre a gametogênese masculina e o feminina
célula tronco da linhagem germinativa masculina
Nascimento – 7 milhões de folículos primordiais Do nascimento à puberdade a maioria degenera Na puberdade – 400.000 folículos primordiais
NÃO HÁ célula tronco da linhagem germinativa feminina
ÓVULO – susceptível desde o período pré-natal
erros na segregação dos cromossomos
ESPERMATOZÓIDE “renováveis” (100 milhões/dia)
• Suscetibilidade da linhagem germinativa
masculina no período pré-natal é pouco
conhecida.
• Não há registros sobre a dose, tempo de
exposição, interações química etc
Suscetibilidade da linhagem germinativa masculina no período pós-natal
Suscetibilidade da linhagem germinativa masculina no período pós-natal
• Aumento da infertilidade
• Aumento da frequência de
defeitos na progênie
Suscetibilidade da linhagem germinativa masculina no período pós-natal
• Sobreviventes de câncer infantil C
han
ces
de
gest
ação
dose de agente alquilante (quimioterápicos)
Agentes alquilantes foram encontrados no líquido seminal
Geen et al 2010. Fertility of male survivors of childhood cancer, J Clin Oncol, 28:332-339
Disruptores endócrinos endocrine disruptors
• Diethylstilbesterol (DES) – estrógeno sintético, mimetiza o estrógeno natural
• Finasterine – bloqueia a síntese de testosterona. É usado no tratamento da calvície.
• Polychlorinatedbiphenyl pollutants (PCBs)
• BPA (bisphenol-A)
Desreguladores endócrinos
• DES (diethylstilbestrol) – estrógeno sintético usado par prevenir aborto espontâneo (até 1971).
• BPA (bisphenol-A)
Soto et al 2013. Does cancer start in the womb? . J J Mammary Gland Biol Neoplasia 18:199-208
Controle bisfenol-A
Cordão epitelial aumentado
Inibição da formação do lúmen
Efeito da exposição de embriões de camundongos (E8-E18) a bisfenol-A
Vandenberg et al 2007. Endocrinogy, 148:116-127
Controle bisfenol-A
Árvore epitelial da glândula mamária de camundongos adultos que foram expostos a bisfenol na embriogênese
Vinclozolin – um pesticida anti-androgênico
Developmental Biology 11ª edição
Única geração exposta ao teratógeno no útero
Animais expostos a vinclozolin, um fungicida muito usado em plantações de uvas
Disgênese testicular nos machos
vin
clo
zolin
co
ntr
ole
Atenção: na aula estava invertido, o animal normal é a imagem superior (A). Em B vê-se túbulos seminíferos menores e ausência de sepermatozóides (seta)
Idade materna é determinante na incidências da sídrome de Down
Possíveis causas da não-disjunção
COESINA
CINETOCORO
cinetocoro
Subramanian & Bickel, PLoS Genetics 2008 Drosophila Murdoch et al 20013, PLoS Genetics 2013 camundongos
Nakagawa & FitzHarris, 2017, Current Biology 27, 1040–1047
Nakagawa & FitzHarris, 2017, Current Biology 27, 1040–1047
Por que há tantas diferenças entre indivíduos
portadores da mesma anomalia?
GENETIC ENVIRONMENTAL
Duchenne muscular dystrophy
Haemophilia Osteogenesis imperfecta
Club foot Pyloric stenosis Dislocation of hip
Peptic ulcer Diabetes
Tuberculosis
Phenylketonuria Galactosaemia
Spina bifida Ischaemic heart disease Ankylosing spondylitis
Scurvy
Rare Genetics simple
Unifactorial
Common Genetics complex Multifactorial
Contribuição genética x ambiental
http://www.teratology.org/pdf/Primer_Second_Edition_070710.pdf