Neurulação - Neurulation

Neurulação
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Seções transversais que mostram a progressão da placa neural para o sulco neural de baixo para cima
Identificadores
Malha D054261
Terminologia anatômica

Neurulação refere-se ao processo de dobramento em embriões de vertebrados , que inclui a transformação da placa neural em tubo neural . O embrião neste estágio é denominado neurula .

O processo começa quando a notocorda induz a formação do sistema nervoso central (SNC), sinalizando a camada germinativa do ectoderma acima dela para formar a placa neural espessa e plana . A placa neural dobra-se sobre si mesma para formar o tubo neural , que mais tarde se diferenciará na medula espinhal e no cérebro , eventualmente formando o sistema nervoso central. Simulações de computador descobriram que o acúmulo de células e a proliferação diferencial são suficientes para a neurulação de mamíferos.

Diferentes partes do tubo neural são formadas por dois processos diferentes, chamados de neurulação primária e secundária, em espécies diferentes.

  • Na neurulação primária , a placa neural se enruga para dentro até que as bordas entrem em contato e se fundam.
  • Na neurulação secundária , o tubo se forma por esvaziamento do interior de um precursor sólido.

Neurulação primária

Seção transversal de um embrião de vertebrado no estágio de neurula
Uma descrição do processo de neurulação em três dimensões.

Indução neural primária

O conceito de indução originou-se no trabalho de Pandor em 1817. Os primeiros experimentos comprovando a indução foram atribuídos por Viktor Hamburger a descobertas independentes de Hans Spemann da Alemanha em 1901 e Warren Lewis dos EUA em 1904. Foi Hans Spemann quem primeiro popularizou o termo "indução neural primária" em referência à primeira diferenciação de ectoderme em tecido neural durante a neurulação. Foi chamado de "primário" porque foi considerado o primeiro evento de indução na embriogênese. A experiência ganhadora do prêmio Nobel foi feita por sua aluna Hilda Mangold . Ectoderma da região do lábio dorsal do blastóporo de um embrião de salamandra em desenvolvimento foi transplantado para outro embrião e este tecido "organizador" "induziu" a formação de um eixo secundário completo mudando o tecido circundante no embrião original de ectodérmico para tecido neural. O tecido do embrião doador foi, portanto, referido como o indutor porque induziu a mudança. É importante notar que, embora o organizador seja o lábio dorsal do blastóporo, este não é um conjunto de células, mas sim um grupo de células em constante mudança que está migrando sobre o lábio dorsal do blastóporo formando células em garrafa apicalmente contraídas. A qualquer momento durante a gastrulação , haverá diferentes células que compõem o organizador.

Trabalhos subseqüentes sobre indutores por cientistas ao longo do século 20 demonstraram que não apenas o lábio dorsal do blastóporo poderia agir como um indutor, mas também poderia um grande número de outros itens aparentemente não relacionados. Isso começou quando Johannes Holtfreter descobriu que o ectoderma fervido ainda era capaz de induzir . Itens tão diversos como baixo pH, AMP cíclico e até poeira do chão podem atuar como indutores, levando a uma consternação considerável. Mesmo o tecido que não pode induzir quando vivo pode induzir quando é fervido. Outros itens como banha, cera, cascas de banana e sangue coagulado de rã não induziram. A busca por uma molécula indutora de base química foi empreendida por biólogos moleculares do desenvolvimento e uma vasta literatura de itens que demonstraram ter habilidades indutoras continuou a crescer. Mais recentemente, a molécula indutora foi atribuída a genes e em 1995 houve uma chamada para que todos os genes envolvidos na indução neural primária e todas as suas interações fossem catalogados em um esforço para determinar “a natureza molecular do organizador de Spemann”. Várias outras proteínas e fatores de crescimento também foram invocados como indutores, incluindo fatores de crescimento solúveis , como proteína morfogenética óssea , e uma necessidade de "sinais inibitórios", como noggin e folistatina .

Mesmo antes de o termo indução ser popularizado, vários autores, começando com Hans Driesch em 1894, sugeriram que a indução neural primária poderia ser de natureza mecânica. Um modelo baseado na mecânica química para indução neural primária foi proposto em 1985 por Brodland & Gordon . Foi demonstrado que uma onda física real de contração originou-se da localização precisa do organizador de Spemann, que então atravessa o presumível epitélio neural e um modelo funcional completo de como as induções neurais primárias foram propostas em 2006. Há muito tempo existe uma relutância geral no campo para considerar a possibilidade de que a indução neural primária possa ser iniciada por efeitos mecânicos. Uma explicação completa para a indução neural primária ainda não foi encontrada.

Mudança de forma

À medida que a neurulação prossegue após a indução, as células da placa neural tornam -se colunares altas e podem ser identificadas por microscopia como diferentes da ectoderme epitelial presuntiva circundante ( endoderme epiblástica em amniotas). As células se movem lateralmente e para longe do eixo central e mudam para uma forma de pirâmide truncada. Essa forma de pirâmide é obtida por meio da tubulina e da actina na porção apical da célula, que se contrai à medida que se move. A variação nas formas das células é parcialmente determinada pela localização do núcleo dentro da célula, causando protuberâncias em áreas das células, forçando a altura e a forma da célula a mudar. Este processo é conhecido como constrição apical . O resultado é um achatamento da placa neural diferenciadora, que é particularmente óbvio nas salamandras, quando a gástrula anteriormente redonda se torna uma bola arredondada com uma parte superior achatada. Veja placa neural

Dobrando

O processo de dobramento da placa neural plana no tubo neural cilíndrico é denominado neurulação primária . Como resultado das mudanças na forma celular, a placa neural forma o ponto de articulação medial (MHP). A expansão da epiderme pressiona o MHP e faz com que a placa neural se dobre, resultando em dobras neurais e na criação do sulco neural . As dobras neurais formam pontos de dobradiça dorsolateral (DLHP) e a pressão sobre essa dobradiça faz com que as dobras neurais se encontrem e se fundam na linha média. A fusão requer a regulação das moléculas de adesão celular. A placa neural muda de expressão de E-caderina para N-caderina e expressão de N-CAM para reconhecer um ao outro como o mesmo tecido e fechar o tubo. Essa mudança na expressão interrompe a ligação do tubo neural à epiderme. O dobramento da placa neural é uma etapa complicada.

O notocórdio desempenha um papel fundamental no desenvolvimento do tubo neural. Antes da neurulação, durante a migração das células da endoderme epiblástica em direção à endoderme hipoblástica, o processo notocordal se abre em um arco denominado placa notocordal e se liga ao neuroepitélio da placa neural. A placa notocordal serve então como uma âncora para a placa neural e empurra as duas bordas da placa para cima enquanto mantém a seção intermediária ancorada. Algumas das células notocodrais são incorporadas à placa neural da seção central para, posteriormente, formar a placa do fundo do tubo neural. A placa de notocorda separa e forma a notocorda sólida.

O dobramento do tubo neural para formar um tubo real não ocorre de uma só vez. Em vez disso, ele começa aproximadamente no nível do quarto somito no estágio 9 de Carnegie (por volta do 20º dia embrionário em humanos ). As bordas laterais da placa neural se tocam na linha média e se unem. Isso continua cranialmente (em direção à cabeça) e caudalmente (em direção à cauda). As aberturas que são formadas nas regiões cranial e caudal são denominadas neuroporos cranial e caudal . Em embriões humanos , o neuroporo craniano fecha aproximadamente no dia 24 e o neuroporo caudal no dia 28. A falha do fechamento do neuroporo cranial (superior) e caudal (inferior) resulta em condições chamadas anencefalia e espinha bífida , respectivamente. Além disso, a falha do tubo neural em fechar em todo o comprimento do corpo resulta em uma condição chamada raquisquise .

Padronização

Seção transversal do tubo neural mostrando a placa de piso e a placa de telhado

De acordo com o modelo French Flag, em que os estágios de desenvolvimento são direcionados por gradientes de produtos gênicos, vários genes são considerados importantes para induzir padrões na placa neural aberta, especialmente para o desenvolvimento de placódios neurogênicos . Esses placódios tornam-se evidentes pela primeira vez histologicamente na placa neural aberta. Depois que a sinalização sonic hedgehog (SHH) da notocorda induz sua formação, a placa do assoalho do tubo neural incipiente também secreta SHH. Após o fechamento, o tubo neural forma uma placa basal ou de piso e uma placa de teto ou alar em resposta aos efeitos combinados de SHH e fatores incluindo BMP4 secretado pela placa de teto. A placa basal forma a maior parte da porção ventral do sistema nervoso, incluindo a porção motora da medula espinhal e do tronco encefálico; a placa alar forma as porções dorsais, dedicadas principalmente ao processamento sensorial.

A epiderme dorsal expressa BMP4 e BMP7 . A placa superior do tubo neural responde a esses sinais expressando mais BMP4 e outros sinais do fator de transformação de crescimento beta (TGF-β) para formar um gradiente dorsal / ventral entre o tubo neural. A notocorda expressa SHH. A placa de piso responde ao SHH produzindo seu próprio SHH e formando um gradiente. Esses gradientes permitem a expressão diferencial de fatores de transcrição.

Complexidades do modelo

O fechamento do tubo neural não é totalmente compreendido. O fechamento do tubo neural varia de acordo com a espécie. Nos mamíferos, o fechamento ocorre pelo encontro em vários pontos que se fecham para cima e para baixo. Em aves, o fechamento do tubo neural começa em um ponto do mesencéfalo e se move para a frente e para trás.

Neurulação secundária

A neurulação primária se desenvolve em neurulação secundária quando o neuroporo caudal sofre o fechamento final. A cavidade da medula espinhal se estende até a medula neural. Na neurulação secundária, o ectoderma neural e algumas células do endoderma formam o cordão medular . O cordão medular condensa, separa e forma cavidades. Essas cavidades então se fundem para formar um único tubo. A neurulação secundária ocorre na seção posterior da maioria dos animais, mas é melhor expressa em pássaros. Os tubos da neurulação primária e secundária eventualmente se conectam por volta da sexta semana de desenvolvimento.

Em humanos, os mecanismos de neurulação secundária desempenham um papel importante devido ao seu impacto na formação adequada da medula espinhal posterior humana. Erros em qualquer ponto do processo podem gerar problemas. Por exemplo, o cordão medular retido ocorre devido a uma parada parcial ou completa da neurulação secundária que cria uma porção não funcional na extremidade vestigial.

Desenvolvimento inicial do cérebro

A porção anterior do tubo neural forma as três partes principais do cérebro: o prosencéfalo ( prosencéfalo ), o mesencéfalo ( mesencéfalo ) e o rombencéfalo ( rombencéfalo ). Essas estruturas aparecem inicialmente logo após o fechamento do tubo neural como protuberâncias chamadas vesículas cerebrais em um padrão especificado por genes de padronização anterior-posterior, incluindo genes Hox , outros fatores de transcrição , como genes Emx, Otx e Pax, e fatores de sinalização secretados, como crescimento de fibroblastos fatores (FGFs) e Wnts . Essas vesículas cerebrais se dividem em sub-regiões. O prosencéfalo dá origem ao telencéfalo e ao diencéfalo , e o rombencéfalo gera o metencéfalo e o mielencéfalo . O rombencéfalo, que é a parte evolutivamente mais antiga do cérebro cordado , também se divide em diferentes segmentos chamados rombômeros . Os rombômeros geram muitos dos circuitos neurais mais essenciais necessários à vida, incluindo aqueles que controlam a respiração e a frequência cardíaca, e produzem a maioria dos nervos cranianos . As células da crista neural formam gânglios acima de cada rombômero. O tubo neural inicial é composto principalmente de neuroepitélio germinativo , mais tarde chamado de zona ventricular , que contém células-tronco neurais primárias chamadas células gliais radiais e serve como a principal fonte de neurônios produzidos durante o desenvolvimento do cérebro por meio do processo de neurogênese .

Tecido ectoderma não neural

O mesoderma paraxial ao redor da notocorda nas laterais se desenvolverá nos somitos (futuros músculos, ossos e contribui para a formação dos membros do vertebrado ).

Células da crista neural

Massas de tecido chamadas de crista neural, localizadas nas bordas das placas laterais do tubo neural dobrável, separam-se do tubo neural e migram para se tornar uma variedade de células diferentes, mas importantes.

As células da crista neural migrarão através do embrião e darão origem a várias populações de células, incluindo células pigmentares e células do sistema nervoso periférico.

Defeitos do tubo neural

A falha da neurulação, especialmente a falha no fechamento do tubo neural, estão entre os defeitos congênitos mais comuns e incapacitantes em humanos, ocorrendo em cerca de 1 em cada 500 nascidos vivos. A falha da extremidade rostral do tubo neural em fechar resulta em anencefalia , ou falta de desenvolvimento do cérebro, e na maioria das vezes é fatal. O não fechamento da extremidade caudal do tubo neural causa uma condição conhecida como espinha bífida , na qual a medula espinhal não fecha.

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos