células-tronco diferenciação neural · células-tronco embrionárias (es) célula-tronco...
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Células-troncoDiferenciação neural
13/10 – ES e iPS cells20/10 - Diferenciação de ES em neurônios27/10 - Regeneração
O cérebro humano contém bilhões de neurônios e células da glia formando uma elaborada circuitaria
Essa complexa rede começa a ser formda durante o desenvolvimento embrionário = NEURULAÇÃO
Neurulação é o estágio da
organogênese em que o tubo neural se
transforma em estruturas que irão se
desenvolver no Sistema Nervoso
Central
Neurulação primária:
Placa neural, tubo neural, epiderme e
crista neural
Langman-Embriologia Médica, Sadler, Thomas W.
Nó Primitovo, Nó de Hensen, Organizador
Expressão de genes indutores
epiblasto
hipoblasto
nó
Endoderma visceral anterior
Regiões Sinalizadoras (mamíferos)
Lefty1
Cerberus
Lefty1 e Cerberus são antagonistas de Nodal
Nodal ativa a expressão de genes posteriores
Otx2Dkk
Dkk inibe a via de Wnt
FGF e BMPRA
epiblasto
hipoblasto
nó
Regiões Sinalizadoras (mamíferos)
Chordin
Noggin
Chordin e Noggin são inibidores de BMP
Chordin
notocorda
epiblasto
hipoblasto
Regiões Sinalizadoras (mamíferos)
Chordin
Noggin
Inibição de Nodal e BMP e Wnt
Chordin
notocorda
Indutores anteriores (cabeça)
Lefty1Cerberus
Otx2
Dkk
Malformações craniais e neurais (sem alterações abaixo do pescoço)
Chdn -/- e Nog -/-
Anderson et al., Development 2002 129: 4975-4987;
epiblasto
hipoblasto
Regiões Sinalizadoras (mamíferos)
notocorda
BMP WntBMP
Wnt
RAFGF
ECTODERMA
NEUROECTODERMA ECTODERMA SUPERFICIAL
Tubo Neural Crista Neural
Epiderme, pelos, unhas, esmalte
dentário, glândulas cutâneas e mamárias,
lobo anterior da hipófise, orelha interna,
cristalino
Cérebro, medula,
retina, neuro-
hipófise
Gânglios e nervos cranianos e
sensitivos, células pigmentares,
cartilagem dos arcos branquiais,
mesênquima da cabeça
Neurulação
Formação da placa neural (indução neural
pelo nó primitivo – ausência de BMP e pela
notocorda)
Células espessas-neuroepitélio
Dobramento da placa neural – pregas neurais
Encontro das pregas neurais e adesão
formando o tubo neural
Desprendimento das células da crista neural
Gammill & Bronner-Fraser Nature Reviews Neuroscience, 2003
+BMP +BMP
-BMP
Pregas neurais
Sulco neural
Formação da placa neural
(delimitação da futura cabeça)
Espessamento da placa neural
(cúbicas-cilíndricas-pseudoestratificadas)
Smith and Schoenwolf, TINS Vol. 20, No. 11, 1997
Ectoderme de superfície (epiderme)
Tubo neural (cérebro e medula)
Crista neural (neurônios periféricos,
células pigmentadas e cartilagem
facial)
As regiões periféricas
da placa neural se
elevam formando
pregas
A região central
começa a formar uma
estrutura em forma de
“U” (sulco neural)
As pregas se movem na
direção central
A união das pregas forma o
tubo neural e induz o
desprendimento das células
da crista neural
Dobradiça mediana
Dobradiças laterais
Constrição apical e alongamento basal
Shroon – rearranjo dos citoesqueleto
(actina e microtúbulos)
Lee et al., Development 2007 134: 1431-1441;
doi: 10.1242/dev.02828
https://www.youtube.com/watch?v=ZzLaUZm1QzM
https://youtu.be/00xr4kzYZn4
EctodermaEpiblasto Neurectoderma Progenitores neurais
Aspectos anatômicos do desenvolvimento neural inicial
Nosso Sistema Nervoso tem o mesmo tamanho de
quando éramos embriões?
Prosencéfalo
Mesencéfalo
Rombencéfalo
Diferenciação do Encéfalo
A pressão ventricular + proliferação celular +
DOBRAMENTO DO TUBO contribuem para a forma
final do Sistema Nervoso Central
Neurogênese = nascimento dos neurônios
As células do tubo neural proliferam na
região CENTRAL
(próximas ao canal do tubo neural)
CANAL VENTRICULAR ou ZONA
VENTRICULAR
Mitose
Células neuroepiteliais
Neurônio
Jovem
Camada Ventricular (basal)
Camada Marginal (apical)
Célula
ependimária
Paridaen and Huttner; EMBO Rep. 2014; 15(4): 351–364. doi: 10.1002/embr.201438447
Ventrículo
Superfície pial
Os precursores de neurônios migram do ventrículo em direção
a superfície.
OU SEJA, os neurônios mais novos são mais superficiais
Cada estrutura do SNC têm número diferente de camadas
Pluripotentes
Progenitores
Totipotentes
Cels diferenciadas
zigoto
Neurogênese
Genes progenitores/proliferação
Genes de Indução Neural
Crescimento Especialização
Crescimento = proliferação e inibição da neurogênese (genes específicos)
Especialização = diferenciação e inibição da proliferação (genes específicos)
Diferentes gradientes de Wnt, Fgf, BMP, Shh
notocorda
BMP WntBMP
Wnt
RAFGF
Diferentes gradientes de Wnt, Fgf, BMP, Shh
notocorda
BMP WntBMP
Wnt
Diferentes fatores de transcrição de indução neural
NeuroD, Neurogenin, Mash, Olig
Diferentes fatores de transcrição de inibição da indução neural
Hes e Hey
Genes progenitores/proliferação
Genes de Indução Neural
Crescimento Especialização
Hes e Hey
NeuroD, Neurogenin, Mash, Olig
Neurogênese(Pró-neurais)
Neurogenina (Ngn)Mash (Asc11)
Diferenciaçãoneural
Marcadoresneurais
NeuroDNeuroD2
Nex
Diferenciação Glial
β-tubulin neurofilament-M
Proliferação dosProgenitores
neurais
Pax6Lhx2Arx
Foxg1
Ondas de fatores e expressão gênica
Favor et al., GENETICS 2009 DOI: 10.1534/genetics.109.104562
The extent of eye development in mutant Pax6 genotype constructs with varying levels of
predicted Pax6 activity.
Jack Favor et al. Genetics 2008;179:1345-1355
Copyright © 2008 by the Genetics Society of America
Neurogênese(Pró-neurais)
Neurogenina (Ngn)Mash (Asc11)
Brn2, Sox4
Diferenciaçãoneural
Marcadoresneurais
NeuroDNeuroD2
Nex
Diferenciação Glial
β-tubulin neurofilament-M
Proliferação dosProgenitores
neurais
Pax6Lhx2Arx
Foxg1
Na ausência de Ngn e Mash, acontece a diminuição dos números de células neurais e o aumento do número de astrócitos (glia)
Nieto et al., Neuron. 2001; 29(2):401-13.
O que acontece se eu forçar a expressão de um gene neural em uma célula da glia adulta?
Células gliais transfectadas com Ngn2 se transformam em neurônios capazes de disparar potenciais de ação
Heinrich et a., PLoS Biol. 2010; 8(5): e1000373. doi: 10.1371/journal.pbio.1000373
Neurogênese(Pró-neurais)
Neurogenina (Ngn)Mash (Asc11)
Diferenciaçãoneural
Marcadoresneurais
NeuroDNeuroD2
Nex
Diferenciação Glial
β-tubulin neurofilament-M
Proliferação dosProgenitores
neurais
Pax6Lhx2Arx
Foxg1
Como diferenciar células-tronco embrionárias e iPS em
neurônios?
Embriologia
Trofoblasto (placenta)
Embrioblasto (embrião)
Embriologia
Degeneração MacularParkinson
ELA (esclerose lateral amiotrófica
Cardiopatias, Anemia, Leucemia, Artrite,
Fratura óssea
DPOC (doença pulmonar obstrutiva crônica)
DiabetesCirrose
Infertilidade
Células-tronco Embrionárias (ES)
Célula-tronco embrionária
EctodermaProgenitores
NeuraisNeurônios
C-MycLin28SSEA3SSEA4
Smad2/3Oct3/4FoxD3NanogCriptoSox2
Sox17
Notch1NestinTP63
Β3-TubulinaNestinaMAP2ABCG2MashAtoh7
NestinaJagged
SinapsinaTau
GluR2GluR4
SinaptotosinaRodopsinaCalbindina
Pluripotente Progenitor DiferenciadaZigoto
Determinação do Destino = Diferenciação
Isolamento das células-tronco embrionárias
Cultura de ES
Célula-tronco embrionária
EctodermaProgenitores
NeuraisNeurônios
C-MycLin28SSEA3SSEA4
Smad2/3Oct3/4FoxD3NanogCriptoSox2Klf4
Notch1NestinTP63
Β3-TubulinaNestinaMAP2ABCG2MashAtoh7
NestinaJagged
SinapsinaTau
GluR2GluR4
SinaptotosinaRodopsinaCalbindina
Multipotente/Pluripotente
Progenitor Diferenciada
Diferenciação
Desdiferenciação
2006 - Pluripotentes Induzidas
Células de indivíduos adultos
Sox2, Klf4,C-Myc, Oct3/4
C-myc
Indiferenciação
LifROCK
inhibitorFGF
Neurogênese Progenitores neurais Diferenciação neural
+ bone morphogenetic protein (BMP) + leukemia inhibitory factor (LIF)+ mitogen-activated protein kinase (MEK) + glycogen synthase kinase 3 (GSK3)+ FGF+ ActivinFeeder Layer
Inibem a diferenciação celularAlgumas culturas de primatas
A espécie animal e as condições de cultivo influenciamno estado de pluripotência
Mini-brain ou cultura organóide de cérebro
Rosetas = estruturas esféricas onde ascélulas da região central proliferam e asda periferia se diferenciam emneurônios
Lancaster et al., Nature. 2013, 19; 501(7467): 10.1038/nature12517.
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