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28-09-2011
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O que são genes HOX/Homeobox/Homeóticos?
Codificam proteínas que causam HOMEosis
HOMEO: similarSis: transformação
Mutações homeóticas trocam segmentos corporais
Ultrabithorax
Antennapedia
O que são genes HOX/Homeobox/Homeóticos?
Codificam fatores de transcrição
Propriedades das Proteínas Homeóticas
1. São fatores de transcrição com um domínio ligante a DNA (domínio homeobox ou homeótico)
2 O d í i2. O domínio homeobox tem cerca de 60 aminoácidos
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3. As proteínas Homeobox estão agrupadas no genoma, i.e. são genes vizinhos
E. B. Lewis, Nature 276, 1978, 565.
4. Os genes do complexo Antennapedia são expressos em segmentos diferentes.
E. B. Lewis, Nature 276, 1978, 565.
5. A ordem dos genes homeóticos no cromossomo corresponde à ordem temporal e espacial em que são expressos -> colinearidade
HIPÓTESE: Os genes homeobox/homeóticos definem os segmentos corporais
Normal
Anterior Posterior
T1T1T2
A tT3
Ub
Segmentos torácicos
Deleção para Ubx
Antp Ubx
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Normal
Anterior Posterior
T1T1T2
A tT3
Ub
Segmentos torácicos
T1T1T2
AntpDeleção para Ubx
T2Antp
Antp Ubx
HIPÓTESE: Os genes homeobox/homeóticos definem os segmentos corporais
Normal
Anterior Posterior
T1T1T2
A tT3
Ub
Segmentos torácicos
CC
Segmento cefálico
Expressão mutante de Antp
Antp UbxCC Normal
Anterior Posterior
T1T1T2
A tT3
Ub
Segmentos torácicos
CC
Segmento cefálico
Expressão mutante de Antp
Antp UbxCC
T1T1T2
AntpT3
UbxT2
Antp
OS GENES HOX TAMBÉM REGULAM A IDENTIDADE DE
SEGMENTOS EMSEGMENTOS EM VERTEBRADOS ?
1. Existe genes Hox em vertebrados?
SIM! E como!!
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OS GENES HOX TAMBÉM REGULAM A IDENTIDADE DE
SEGMENTOS EMSEGMENTOS EM VERTEBRADOS ?
1. Os Hox são expressos em segmentos?
O eixo antero-posterior de invertebrados e vertebrados é segmentado
As vértebras têm origem embrionária nos SOMITOS, i.e. a segmentação tem origem no embrião
4. Os genes do complexo Hox são expressos em segmentos diferentes.
O padrão de expressão de Hox em vertebrados também segue o eixo A/P -> COLINEARIDADE
O TRONCO DE VERTEBRADOS É SEGMENTADO E EXPRESSA
GENES HOX
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1. OS GENES HOX TAMBÉM REGULAM A IDENTIDADE DE
SEGMENTOS em VERTEBRADOS? COMO? Embriogênese
2. COMO QUE OS GENES HOX AFETARAM A EVOLUÇÃO DOAFETARAM A EVOLUÇÃO DO PLANO CORPORAL? Evolução
3. DE ONDE SURGIRAM OS HOX?Evolução genômica
OS GENES HOX TAMBÉM REGULAM A IDENTIDADE DE
SEGMENTOS EM VERTEBRADOS ?
1. CRÂNIO2. VÉRTEBRAS
3. CÓRTEX CEREBRAL
OS GENES HOX TAMBÉM REGULAM A IDENTIDADE DE
SEGMENTOS EMSEGMENTOS EM VERTEBRADOS ?
1. CRÂNIO
As estruturas cranio faciais são formadas pela migração e fusão dos arcos branquiais
Os Arcos Branquiais são separados por Fendas
1
2
34
6
Visão dorsal dos arcos branquiais
OS ARCOS BRANQUIAIS SÃO PREENCHIDOS DE CÉLULAS DO MESODERMA E DE CRISTA NEURAL
I
II
III
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O que são cristas neurais?
AS células da crista neural dos arcos branquais se originam do dorso do tubo neural
As cristas neurais cefálicas migram para os arcos branquiais e prominências faciais
Crista Neural ANTEs da migração(vista dorsal do tubo neural)
Crista Neural APÓS migração(vista lateral da cabeça)
Dependendo do seu alvo final, a crista neural pode se subdividir em:
•CRANIAL ou CEFÁLICA
•TORÁCICA
As cristas neurais cefálicas dão origem a grande parte do esqueleto e inervação craniano e o mesoderma aos músculos e vasos
Crista neural cefálica
Mesoderma cefálico
Os melanócitos dão o padrão de pigmentação
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Crista cefálica removida Crista cefálica removida e retransplantada
A presença da crista neural cefálica é necessária para o desenvolvimento da face
Development 2002 Sep;129(18):4301-13.Creuzet S, Couly G, Vincent C, Le Douarin NM
Já que existem cristas neurais ao longo de todo o eixo embrionário,
será que qualquer crista pode formar elementos do crânio?
OUAS CRISTAS NEURAIS CEFÁLICAS
E DO TRONCO SÃO EQUIVALENTES ANTES DA
MIGRAÇÃO?
Crista cefálica removida e retransplantada com crista truncal
Development 2002 Sep;129(18):4301-13.Creuzet S, Couly G, Vincent C, Le Douarin NM
CRISTA CEFÁLICA E DO TRONCO SÃO DIFERENTES JÁ
ANTES DA MIGRAÇÃO.
COMO É FORMADO O CRÂNIO?
O QUE DETERMINA ESTA DIFERENÇA?
A crista neural truncal expressa genes HoxA crista neural cefálica NÂO expressa genes Hox
Mech Dev. 2004 Sep;121(9):1089-102.Le Douarin NM
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CRISTA CEFÁLICA E DO TRONCO SÃO DIFERENTES
ANTES DA MIGRAÇÃO.
O QUE DETERMINA ESTA DIFERENÇA?
HIPÓTESE: Ausência de genes Hox permite a formação da face
Mech Dev. 2004 Sep;121(9):1089-102.Le Douarin NM
CONTROLEHoxa3+ Hoxb4 na crista
cefálica
Ae xpressão de genes Hox na crista cefálica inibe o crescimento de estruturas faciais
O CORPO DO EMBRIÃO ESTÁ DIVIDIDO EM DOMÍNIOS
(cabeça – tronco )COM DESTINOS DIFERENTES
E ESTES, POR SUA VEZ, ESTÃO SUBDIVIDOS EM
SUBDOMÍNIOS
O domínio cefálico é subdividido em subdomínios
Mech Dev. 2004 Sep;121(9):1089-102.Le Douarin NM
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O primeiro arco branquial (mandibula= md) expressa Dlx5 e Dlx 6A futura maxila (maxila=mx) não expessa Dlx
A remoção dos genes Dlx5 e Dlx6 convertem mandíbula em maxila
O QUE DETERMINA AS ESTRUTURAS CEFÁLICAS?
Os genes Dlx determinam maxila Vs mandíbulaVs. mandíbula
E OS AGNATAS?
As lampréias expressam Dlx em TODOS os arcos branquias e região cefálica
Nature. 2002 Mar 28;416(6879):386-7.Cohn MJ
As lampréias expressam Dlx em TODOS os arcos branquias e região cefálica
Nature. 2002 Mar 28;416(6879):386-7.Cohn MJ
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O CORPO DO EMBRIÃO ESTÁ DIVIDIDO EM DOMÍNIOS
(cabeça – tronco )COM DESTINOS DIFERENTES, e.g.
Com Hox e sem Hox
E ESTES, POR SUA VEZ, ESTÃO SUBDIVIDOS EM
SUBDOMÍNIOS, e.g. Com Dlx e sem Dlx
OS GENES HOX TAMBÉM REGULAM A IDENTIDADE DE
SEGMENTOS EMSEGMENTOS EM VERTEBRADOS ?
2. VÉRTEBRAS OU SEGMENTOS DO TRONCO
As vértebras têm origem embrionária nos SOMITOS 2. Existe uma identidade antero-posterior na sequência de somitos.
Em vertebrados, o LIMITE ANTERIOR do domínio de expressão de cada gene Hox é mais claro do que o limite posterior
Somitos
Em vertebrados, o LIMITE ANTERIOR do domínio de expressão de cada gene Hox é mais claro do que o limite posterior
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o de
Hox
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Perda de genes Hox específicos geram perdas de segmentos vertebrais específicos
Del
eçã
Del
eção
de
Hox
11Normal
Anterior Posterior
T1T1T2
A tT3
Ub
Segmentos torácicos
T1T1T2
AntpDeleção para Ubx
T2Antp
Antp Ubx
COMO QUE O EMBRIÃO SABE ONDE DEVEM SER GERADOS
OS MEMBROS?OS MEMBROS?
A expressão anterior de Hoxc 6 está sempre correlacionada com a formação do membro superior, independente do somito.
Hoxc 8 está sempre no segmento torácico entre os membros
membros
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Distal
Proximo
As regiões próximo-distais do primórdio de membro também são definidas por genes Hox
A deleção de Hox afeta o desenvolvimento segmentar do membro
Camudongo mutante para Hoxa11 não apresenta zeugopodio
Hoxa11 é expresso no zeugopodio
O CORPO DO EMBRIÃO ESTÁ DIVIDIDO EM DOMÍNIOS
(cabeça – tronco )COM DESTINOS DIFERENTES
E ESTES, POR SUA VEZ, ESTÃO SUBDIVIDOS EM
SUBDOMÍNIOS
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COMO QUE O EMBRIÃO SABE
QUE O BROTO DE MEMBROQUE O BROTO DE MEMBRO MAIS ANTERIOR DEVE
FORMAR OS MEMBROS SUPERIORES?
= Hoxd9
O padrão de Hox para o membro anterior e posterior são diferentes
= Hoxd9 +Hoxc9+Hoxb9
HH14-15
O padrão de expressão de genes da família Hox para o membro anterior e posterior são diferentes.
Hox (homeobox): Fator de transcrição= homeótico
HH16
HH19
Tbx5
A região do membro anterior expressa o fator de transcrição Tbx5 e o inferior o Tbx4
Tbx4
Alterações na expressão de Tbx pode alterar a identidade de membros
Nature 1999 Apr 29;398(6730):814-8.
Hoxd9
O padrão axial é inicialmente gerado pelos genes Hox
= Tbx5
Hoxd9+Hoxc9+Hoxb9
= Tbx4
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OS GENES HOX TAMBÉM REGULAM A IDENTIDADE DE
SEGMENTOS EMSEGMENTOS EM VERTEBRADOS ?
Córtex Cerebral
FILME NEURULAÇÃO
Trigeminal
Cerebelo
r1
r2
r3
Tubo neural
Arcos branquiais
I
Nat Rev Neurosci. 2005 Jul;6(7):553-64.
Facial
Glossofaríngeo
Vago
r4
r5
r6
r7
r8
II
III
Trigeminal
FacialFacial
O axonios de R2+R3 vão para o PRIMEIRO ARCOOs axônios de R4 + R5 vão para o segundo arco