Biologia Do Desenvolvimento

994 Pages·1997·45.26 MB·portuguese

by  Gilbert

Biologia do
Desenvolvimento
Q U I N T A E D I Ç Ã O

Biologia do
Desenvolvimento
Q U I N T A E D I Ç Ã O
Scott F. Gilbert
Swarthmore College
Tradução e Revisão
Adolfo Max Rothschild
Zuleika Rothschild
Francisco A. de Moura Duarte
Maria Helena Corrêa Marques
A capa
FOTOGRAFIA DA CAPA: O mRNA para o Fator 8 de Crescimento
Fibroblástico pode ser detectado pela hibridização in situ da montagem
total usando RNA marcado quimicamente que é complementar a
essa mensagem. No embrião de pinto de 3 dias, a mensagem do Fgf8
é encontrada no ectoderma mais distal dos brotos dos membros, no
limite entre o cérebro posterior e o cérebro intermediário, nos somitos,
nos arcos branquiais do pescoço e na cauda em desenvolvimento. O
FGF8 é importante para diversos processos desenvolvimentais e
desempenha papéis críticos no crescimento dos membros e na
padronização do desenvolvimento do cérebro. Capítulos 3, 7 e 18.
(Fotografia cortesia de E. Laufer, C.-Y. Yeo e C. Tabin.)
FOTOGRAFIA DA CONTRACAPA: Fotografia de um embrião de pinto
de 20-21 dias nos estágios de “pipping” (bicando a casca internamente)
Do original: Developmental biology, e pré-eclosão. Note o revestimento peridérmico proeminente na
Fifth Edition extremidade do bico (dente do ovo), usado pelo pinto para fazer
Copyrigth ® 1997 by Sinauer Associates,
buracos na casca do ovo, a qual se tornou mais fina e mais quebradiça,
Inc.
como uma conseqüência da utilização de minerais pelo embrião para
Dados Internacionais de Catalogação na seu crescimento esquelético. Esse estágio desenvolvimental marca a
Publicação (CIP)
transição do embrião em um pinto que respira ar. Capítulos 1 e 5.
(Câmara Brasileira do livro, SP, Brasil)
_____________________________________ (Fotografia do International Poultry Journal, cortesia de R. Tuan.)
Gilbert, Scott F., 1949-
Biologia do desenvolvimento /
As páginas de título
Scott F. Gilbert. --
5. ed. -- Ribeirão Preto, SP :
FUNPEC Editora, 2003. PÁGINA ESQUERDA: A expressão gênica gera limites nos discos imagi-
nais da Drosophila. Os discos grandes e pequenos dentro da larva da
Título original : Developmental biology
Vários tradutores e revisores. mosca formam as asas e os halteres, respectivamente, no adulto. Nes-
Bibliografia. se estágio, a proteína Apterous (vermelho) é expressa somente nos
compartimentos dorsais; a proteína Cubitus interruptus (azul) mar-
ISBN 85-87528-61-0
ca os compartimentos anteriores (mas não os posteriores) (uma linha
1. Biologia do desenvolvimento I. Título. formando esse limite pode ser observada). A coloração verde (origi-
nária da proteína Vestigial) no interior demarca o limite entre o mem-
03-4459 CDD-571.8
_____________________________________ bro livre e a articulação ligando-o à parede torácica. Capítulo 19. (Fo-
Índices para catálogo sitemático: tografia cortesia de J. Williams, S. Paddock e S. Carroll.)
1. Bilogia do Desenvolvimento: Ciências
PÁGINA DIREITA: Expressão do gene paraxis no embrião de pinto no
da vida 571.8
estágio de 6 somitos. Hibridização in situ da montagem total usando
Direitos para a língua portuguesa cedidos
RNA marcado com “digoxygenin” complementar a uma porção da
pela Sinauer Associates, Inc. para a
Fundação de Pesquisas Científicas de mensagem paraxis do pinto mostra a expressão desse gene durante a
Ribeirão Preto que se reserva a formação do somito. A proteína Paraxis é importante no estabeleci-
propriedade desta tradução.
mento da estrutura desses grupos mesodérmicos. Capítulos 2 e 9.
Proibida a reprodução dos textos (Montagem fotográfica cortesia de R. Tuan.)
originais, mesmo parcial e por
qualquer processo, sem autorização
da editora.
Para Daniel, Sarah, e David
Tabela de Conteúdos
PARTE I
Introdução à Biologia do Desenvolvimento
Introdução ao desenvolvimento 1 Genes e desenvolvimento: 2
animal 1 Introdução e técnicas 35
O objetivo da biologia do desenvolvimento 1 As origens embriológicas da teoria dos genes 35
Os problemas da biologia do desenvolvimento 2 Núcleo ou Citoplasma: Qual Controla a
Os estágios do desenvolvimento animal 3 Hereditariedade? 35
Nossa herança eucariótica 5 O Cromossomo X como uma Ponte Entre Genes e
Desenvolvimento entre eucariotos unicelulares 6 Desenvolvimento 37
Controle da Morfogênese no Desenvolvimento em A cisão entre a embriologia e a genética 38
Acetabulária 6 Primeiras tentativas da genética do desenvolvimento 39
Diferenciação em Ameboflagelados Naegleria 10 Evidência para a equivalência genômica 40
As Origens da Reprodução Sexual 12 Metaplasia 40
Eucariotos coloniais: A evolução da diferenciação 16 Clonagem de Anfibios: A Restrição da Potência
As Volvocaceanas 16 Nuclear 42
(cid:81) Informações adicionais & Especulações Clonagem de Anfíbios: A Pluripotência de Células
Sexo e Individualidade em Volvox 18 Somáticas 43
Diferenciação e Morfogênese em Dictyostelium 21 (cid:81) Informações adicionais & Especulações
(cid:81) Informações adicionais & Especulações Clonando Mamíferos por Prazer e Lucro 45
Evidência e Anticorpos 25 Sobre E.coli e elefantes: O modelo operon 47
(cid:81) Informações adicionais & Especulações Síntese diferencial de RNA 49
Hibridização de ácido nucléico 54
Como o Grex Sabe Qual Lado Está Para Cima 27
Clonagem de DNA genômico 55
Padrões desenvolvimentais entre metazoários 28
Hibridização de DNA: entre e intra espécies 58
Os Poríferos 29
Seqüenciamento de DNA 59
Protostomatas e Deuterostomatas 30
Análise de mRNA através de bibliotecas de cDNA 61
Técnicas de localização de RNA 63
Hibridização In Situ 63
Transferências Northern 64
Tabela dos Conteúdos vii
Encontrando mensagens raras pela reação da polimerase Identificando moléculas de adesão celular e seu
em cadeia 66 papel no desenvolvimento 92
Determinando a função do gene: células e organismos Caderinas 92
transgênicos 69 CAMs da superfamília de imunoglobulinas 95
Técnicas de inserção de DNA novo em uma célula 69 Moléculas da junção celular: proteínas da junção em
Camundongos quiméricos 70 fenda 97
Experimentos com genes com endereçamento A base molecular da afinidade célula-substrato 99
(Gene targeting ou Knockout) 70 Afinidade diferencial a substrato 99
Determinando a função de uma mensagem: RNA antisense 73 A matriz extracelular 99
Reinvestigação de velhos problemas com novos métodos 73 Receptores celulares para moléculas da matriz
Uma conclusão e um alerta 75 extracelular 104
Adesão diferencial resultante de sistemas de
Base celular da morfogênese: 3 adesão múltipla 106
Moléculas de receptores e vias de transdução
Afinidade celular diferencial 79
de sinais 107
A via JAK-STAT 107
Afinidade celular diferencial 80
A via RTK-Ras 108
O modelo termodinâmico de interações celulares 84 (cid:81) Informações adicionais & Especulações
(cid:81) Informações adicionais & Especulações Mutações negativas dominantes em receptores 110
Evidência para o modelo termodinâmico 87
A via do inositol fosfato 111
A base molecular das adesões célula-célula 88
Cruzamentos entre vias 112
As classes de moléculas de adesão celular 88
A matriz extracelular e a superfície da célula como
(cid:81) Informações adicionais & Especulações fontes de sinais críticos para o
Anticorpos monoclonais e genética reversa 89
desenvolvimento 112
Moléculas de adesão celular 92
Interações recíprocas na superfície celular 113
PARTE II
Padrões de Desenvolvimento
Fertilização: Iniciando um 4 Prevenção da Polispermia 140
(cid:81) Informações adicionais & Especulações
novo organismo 121
A Ativação do Metabolismo dos Gametas 147
Ativação do metabolismo do óvulo 149
Estrutura dos gametas 121
Respostas precoces 149
Espermatozóide 121
Respostas tardias 151
O óvulo 125
Fusão do material genético 152
Reconhecimento do óvulo e do espermatozóide: Ação à
(cid:81) Informações adicionais & Especulações
distância 128
A Não-Equivalência dos Pronúcleos de
Atração do Espermatozóide 128
Mamíferos 154
Ativação Espermática: A Reação Acrossômica no Rearranjo do citoplasma do óvulo 156
Ouriço-do-Mar 129
Preparação para a Clivagem 158
(cid:81) Informações adicionais & Especulações
Ação à Distância: Gametas de Mamíferos 131 Clivagem: Criando 5
Reconhecimento do óvulo e espermatozóide:
multicelularidade 167
Contato de gametas 132
Reconhecimento Espécie-Específico em Ouriços-
do-Mar 132 PADRÕES DE CLIVAGEM EMBRIONÁRIA 168
Clivagem holoblástica radial 169
Ligação de Gametas e Reconhecimento em
Mamíferos 135 A holotúria, Synapta 169
Fusão de gametas e a prevenção da polispermia 139 Ouriço-do-Mar 170
Fusão entre as membranas do óvulo e do Anfíbios 173
Clivagem holoblástica espiral 175
espermatozóide 139
viii Tabela dos Conteúdos
(cid:81) Informações adicionais & Especulações Mecanismos de gastrulação em aves 238
Adaptação pela modificação da clivagem Gastrulação em mamíferos 242
embrionária 178 Modificações para desenvolvimento dentro de
Clivagem Holoblástica Bilateral 179 outro organismo 242
Clivagem holoblástica rotacional 180 Formação de membranas extra-embrionárias 245
Compactação 181
(cid:81) Informações adicionais & Especulações Início do desenvolvimentovertebrado: 7
A Superfície da Célula e o Mecanismo de
Neurulação e ectoderma 253
Compactação 184
Formação da massa celular interna 185 FORMAÇÃO DO SISTEMA NERVOSO CENTRAL 254
Fuga da Zona Pelúcida 185 Neurulação: aspectos gerais 254
(cid:81) Informações adicionais & Especulações Neurulação primária 255
Gêmeos e células embrionárias precursoras 186 A mecânica da neurulação primária 257
Clivagem Meroblástica 188
A formação da placa neural 257
Clivagem discoidal 189 Formação do assoalho da placa neural 258
Clivagem Superficial 192 A modelagem e dobramento da placa neural 259
(cid:81) Informações adicionais & Especulações Fechamento do tubo neural 260
Exceções, Generalizações, e Clivagem (cid:81) Informações adicionais & Especulações
Parasítica da Vespa 195 A modelagem dorsoventral do sistema nervoso 264
MECANISMO DE CLIVAGEM 196 Neurulação secundária 264
Regulando o ciclo da clivagem 196 Diferenciação do tubo neural 265
Fator promotor de maturação 197 Formação das regiões do cérebro 265
(cid:81) Informações adicionais & Especulações (cid:81) Informações adicionais & Especulações
MPF e Seus Reguladores 198 Determinando as regiões do cérebro anterior e
O mecanismo citoesquelético da mitose 201
cérebro médio 268
A formação de novas membranas 203
Arquitetura de Tecido no Sistema Nervoso Central 270
Organização do cerebelo 272
6
Gastrulação: Reorganizando as
Organização cerebral 274
Tipos de neurônios 276
células embrionárias 209
Desenvolvimento do olho em vertebrados 279
Dinâmica do desenvolvimento ótico 279
Gastrulação em ouriço-do-mar 210
Diferenciação da retina neural 280
Ingresso do Mesênquima Primário 210
(cid:81) Informações adicionais & Especulações
Primeiro estágio da invaginação do arquêntero 215
Porque os bebês não enxergam bem 282
Segundo e terceiro estágios da invaginação do
Diferenciação do cristalino e da córnea 283
arquêntero 217
A CRISTA NEURAL 284
Gastrulação em peixes 218
A crista neural e seus derivados 284
A transição da blástula intermediária e a aquisição
A crista neural do tronco 285
de motilidade celular 218
Vias de migração das células da crista neural do
Formação das camadas germinais 220
tronco 285
Gastrulação de anfíbios 221
A matriz extracelular e a migração da crista neural
Movimentos celulares durante a gastrulação de
do tronco 287
anfíbios 221
(cid:81) Informações adicionais & Especulações
Posicionando o blastóporo 224
Análise das mutações que afetam o desenvolvi-
Movimentos celulares e a construção do arquêntero 226
mento das células da crista neural 290
Migração do mesoderma involutivo 229
A potência do desenvolvimento das células da crista
(cid:81) Informações adicionais & Especulações
neural do tronco 291
Reguladores moleculares do desenvolvimento:
Diferenciação final das células da crista neural 292
Fibronectinas e as vias da migração
A crista neural cefálica 293
mesodérmica 230
Vias migratórias das células da crista neural
Epibolia do ectoderma 232
cefálica 293
Gastrulação em aves 233
Potência de desenvolvimento das células da crista
Generalidades sobre gastrulação em aves 233
neural cefálica 295
Tabela dos Conteúdos ix
Início do d
A crista neural cardíaca 296 esenvolvimento
A EPIDERME E A ORIGEM DAS ESTRUTURAS CUTÂNEAS 297 vertebrado: Mesoderma e 9
A origem das células epidérmicas 297
Apêndices cutâneos 299 endoderma 341
Conclusões 300
8
MESODERMA 341
a
Especificidade xônica 307
Mesoderma dorsal: A notocorda e a diferenciação dos
somitos 341
A geração da diversidade neuronial 307 Mesoderma Paraxial 341
Especificação do Neurônio Motor de Vertebrado 308 Somitômeros e a Iniciação da Formação do
Especificação dos Neurônios Motores em Somito 343
Drosophila 310 Geração de Tipos de Células Somíticas 344
Formação de padrões no sistema nervoso 312 Miogênese: Diferenciação do Músculo
Seleção de trajetórias: Orientação pela matriz Esquelético 347
extracelular 313 (cid:81) Informações adicionais & Especulações
Orientação pelo Terreno Físico: Orientação por Construção Muscular e a Família MyoD de
Contato 313 Reguladores Transcricionais 349
Orientação para Gradientes de Adesão: Osteogênese: O Desenvolvimento
Haptotaxia 314 dos Ossos 351
Condução por Sinais Migratórios específicos (cid:81) Informações adicionais & Especulações
do Axônio: A Hipótese das Trajetórias Controle da Condrogênese na Placa de
Marcadas 315 Crescimento 357
Orientação pela Repulsão Específica de Cones de Mesoderma da Placa Lateral 358
Crescimento 317 Formação das Membranas
(cid:81) Informações adicionais & Especulações Extra-Embrionárias 359
Sexo,Odor e Adesão Específica 319 O Coração 361
Seleção de trajetória: Orientação por moléculas Formação dos vasos sangüíneos 366
difusíveis 320 (cid:81) Informações adicionais & Especulações
Sinais para condução múltipla 323 Redirecionando o Fluxo Sangüíneo no
Neurônios Motores Vertebrados 323 Mamífero Recém-nascido 372
Axônios da Retina 325 O Desenvolvimento de células sangüíneas 373
Seleções de alvos 326 O Conceito de Célula-tronco 373
Especificidades Adesivas em Diferentes Regiões Células-tronco Pluripotenciais e Microambientes
do Tectum 328 Hematopoéticos 374
Seleção de endereço: Desenvolvimento dependente de Desenvolvimento Osteoclástico 377
atividade 331 Locais de Hematopoiese 378
Sobrevivência diferencial após a inervação: Fatores ENDODERMA 380
neurotróficos 331 Faringe 380
(cid:81) Informações adicionais & Especulações O tubo digestivo e seus derivados 382
Neurônios Fetais em Hospedeiros Adultos 334 Fígado, Pâncreas e Vesícula Biliar 382
O desenvolvimento de comportamentos: constância e O Tubo Respiratório 383
plasticidade 334
x Tabela dos Conteúdos
PARTE III
Mecanismo da Diferenciação Celular
Regulação transcricional da expressão Ruptura e reorganização de nucleossomos: o papel
dos complexos de ruptura 436
gênica: Fatores de transcrição
Ruptura e reorganização de nucleossomos: o papel
e a ativação de promotores 10 da competição de histonas 437
Regiões de controle de loco: transcrição do gene da
específicos 391
globina 437
(cid:81) Informações adicionais & Especulações
Éxons e Íntrons 392
Trocas no gene de globina 440
Estrutura e função do promotor 394
Metilação de DNA e atividade gênica 442
Estrutura do promotor 396
Correlações entre metilação do promotor e
Função do promotor 397
inatividade gênica 442
(cid:81) Informações adicionais & Especulações Metilação e a manutenção dos padrões de
RNA polimerase e os fatores trans-reguladores
transcrição 443
no promotor 399 (cid:81) Informações adicionais & Especulações
Estrutura e função dos intensificadores 402
Metilação e impressão gênica 444
Necessidade de intensificadores 402 Compensação de dosagem do cromossomo X de
Função do intensificador: Modelos temporais e mamíferos 446
espaciais de transcrição 403 (cid:81) Informações adicionais & Especulações
Fatores de transcrição: Os trans-reguladores dos
O mecanismo de inativação do cromossomo X 449
promotores e dos intensificadores 404
Associação do DNA ativo com a matriz nuclear 451
Proteínas de homeodomínio 405
Ligação da cromatina ativa a uma matriz nuclear 451
Os fatores de transcrição POU 406
Topoisomerases e a transcrição gênica 453
(cid:81) Informações adicionais & Especulações Isoladores e domínios 454
Regulação da transcrição dos genes de cadeia
Resumo 455
leve das imunoglobulinas 409
Fatores de transcrição básicos do tipo hélice-alça-
Controle do desenvolvimento pelo
hélice 415
(cid:81) Informações adicionais & Especulações processamento e tradução 12
Regulando as proteínas bHLH miogênicas:
diferencial do RNA 461
Governando a troca entre proliferação e
diferenciação de células musculares 416
Fatores de transcrição do zíper básico da leucina 416 CONTROLE DO DESENVOLVIMENTO PELO PROCESSAMENTO
(cid:81) Informações adicionais & Especulações DIFERENCIALDE RNA 461
Controle do desenvolvimento precoce pela seleção de
Armadilhas do intensificador: natural e
RNA nuclear 462
experimental 418
Os mecanismos de emenda de RNA: Spliceosomes 465
Fatores de Transcrição Dedo de Zinco 420
Emenda alternativa do RNA: Criando proteínas
Receptores Nucleares de Hormônios e Seus
alternativas a partir do mesmo gene 466
Elementos Responsivos a Hormônios 420
Um gene, Muitas Proteínas Relacionadas 466
Proteínas que dobram o DNA 423
Processamento Alternativo de RNA e
Ativação dependente de contexto ou silenciamento 423
Determinação Sexual em Drosophila 468
Regulação da atividade do fator de transcrição 425
Uso Disseminado do Processamento de RNA para
o Controle da Expressão Gênica 471
Regulação transcricional da
REGULAÇÃO DA TRADUÇÃO DOS PROCESSOS
expressão gênica: A ativação da 11 DESENVOLVIMENTAIS 471
Mecanismos da tradução eucariótica 472
cromatina 431
Controle da síntese protéica pela longevidade diferencial
do mRNA 474
Nucleossomos e a ativação da cromatina reprimida 431
Degradação Seletiva de mRNAs 475
Acessibilidade a fatores trans-reguladores 432 Controle da tradução de mensagens do oócito 476
Sítios hipersensíveis à DNAase I 434