1. O documento descreve os mecanismos genéticos que controlam o desenvolvimento embrionário em diferentes organismos-modelos, incluindo a formação de segmentos em Drosophila e a especificação de partes do corpo pelos genes Hox. 2. É explicado como as interações célula a célula, via sinalização Notch, modelam o desenvolvimento de C. elegans. 3. Redes de transcrição controlam a expressão gênica durante o desenvolvimento por meio de elementos cis-regulatórios que regulam a ligação de fatores

1. UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHÃO - UEMA
CENTRO DE ESTUDOS SUPERIORES DE CAXIAS - CESC
CIÊNCIAS BIOLOGICAS LICENCIATURA
GENETICA DO DESENVOLVIMENTO DE
ORGANISMOS-MODELOS
Adriana Rêgo
Anderson Teixeira
Jessica Vale
Ronison Ferreira
Caxias-MA
2014

2. • Nas plantas e nos animais pluricelulares, um óvulo fertilizado sofre uma
serie de eventos;
• O desenvolvimento da celular e marcado por 3 fases:
Especificação
DeterminaçãoDiferenciação

4. A genética do Desenvolvimento procura explicar como
um estado diferenciado se desenvolve a partir de
padrões de expressão genômica
• Os genomas animais contem dezenas de milhões de genes , mas só um pequeno
subgrupo controla os eventos que molda o corpo adulto;
• O desenvolvimento e a obtenção de estado diferenciado por todas as células de um
organismo;
• Hipótese de ativação genica variável.

5. A conservação evolutiva dos mecanismos de
desenvolvimento pode ser estudada por meio de
organismos modelos
• Existe um pequeno número de mecanismo de desenvolvimento e de sistemas de
sinalização usados por todos organismos pluricelulares;
• A evolução gerou estratégias novas e diferentes para transforma um zigoto em
um adulto.

7. Organismo modelo no estudo do desenvolvimento
1. Saccharomyces cerevisiae;
2. Drosophila melanogaster;
3. Mus musculus;
4. Danio rerio;
5. Arbidopsis thaliana;
• Com exceção das plantas todos as espécies compartilham vias geneticamente
reguladas e mecanismo de desenvolvimento humano.

8. 1. Desenvolvimento do plano do corpo do animal adulto;
2. Programa de expressão genica que transforma celular indiferenciada em
diferenciada;
3. Papel da comunicação das células no desenvolvimento.
As analises dos mecanismo desenvolvimento

9. • Distribuição desuniforme do citoplasma;
• Os fatores ambientais agora agem sobre o material genético intranuclear, não
incluindo apenas o citoplasma mais também sinais provenientes de outras
células.
Conceitos básicos na genética do desenvolvimento
Zigoto
Ovócito
Espermatozoide
Células
Filhas
Células
Diferenciadas
Células
Indiferenciadas

10. • Questão central da biologia do desenvolvimento.
• Informações oriundas dos estudos de organismos-modelo.
• A genética e a análise molecular do desenvolvimento
embrionário da Drosophila.
Desenvolvimento embrionário em Drosophila

11. • Após a fertilização, o núcleo do zigoto
sofre uma série de replicações de DNA e
de divisões nucleares sem citocinese.
Panorama do desenvolvimento em Drosophila

13. Análise genética da embriogênese
• As moscas fêmeas homozigotas para
mutações deletérias recessivas em genes
de feito materno são estéreis e os
embriões não recebem produtos gênicos
do tipo selvagem de suas mães.

14. Análise genética da embriogênese
• A maioria dos produtos gênicos de efeito
materno distribuídos no óvulo durante a
ovogênese é ativado após a fertilização e
determina o eixo ântero-posterior do embrião.

15. Os genes zigóticos programam a formação dos
segmentos em Drosophila
TAB.19.1 Genes de Segmentação em Drosophila
GENES GAP GENES PAIR-RULE GENES DE POLARIDADE
SEGMENTAR
Kruppel hairy engrailed
knirps even-skipped wingless
hunchback runt cubitis-interruptus
giant fushi-tarazul hedgehog
tailless odd-paired fused
hunckebein odd-skipped armadillo
sloppy-paired patched
gooseberry
paired
naked
disheveled

16. Os genes zigóticos programam a formação dos
segmentos em Drosophila
Genes gap
• São ativados ou desativados por
produtos gênicos expressos ao
longo do eixo ântero-posterior e por
ouros genes do sistema materno.

17. Genes pair-rule
• São expressos em bandas (ou listras)
estreitas de núcleos que circundam o
embrião em sua circunferência.
Os genes zigóticos programam a formação dos
segmentos em Drosophila

18. • A transcrição dos genes pair-rule é medida pela
ação dos produtos dos genes gap, mas a
resolução do padrão de segmentos em faixas
altamente delineadas resulta da interação entre
os produtos gênicos dos próprios genes pair--
rule
Os genes zigóticos programam a formação dos
segmentos em Drosophila

19. Genes de polaridade segmentar
• A expressão é controlada pelos fatores de
transcrição codificados pelos genes de
pair-rule.
Os genes zigóticos programam a formação dos
segmentos em Drosophila

20.  Runt, um dos principais genes pair-rule em
Drosophila.
 É altamente conservada na proteína do
camundongo e na humana.
 Em humanos, a mutação CBFA, homóloga de
runt causa a displasia cleidocranial.
Genes de segmentação em camundongos e
humanos

21.  Nos camundongos, o runt se expressa cedo
no desenvolvimento e controla a
hematopoese a osteogênese.
 Um alelo mutante, fenótipo semelhante ao
observado em humanos.
 Dois alelos mutantes não têm ossos,
esqueleto composto apenas por cartilagens.
Genes de segmentação em camundongos e
humanos

22. A expressão dos genes homeóticos
determina quais estruturas adultas serão
formadas por cada segmento corporal.
Os genes seletores homeóticos especificam as
partes do corpo adulto
Genes seletores homeóticos
(HOX) em Drosophila

23. Os genes seletores homeóticos especificam as
partes do corpo adulto
Tab 19.2
GENES HOX EM DROSOPHILA
Complexo Antennapedia Complexo Bithorax
labial Ultrabithorax
Antennapedia abdominal A
Sex comb reduced Abidominal B
Deformed
proboscipedia

25. • Os genes Hox da Drosophila tem duas propriedades comuns.
• Homeobox e Homeodomínio
• 3’ / / 5’
Os genes seletores homeóticos especificam as
partes do corpo adulto

28. Os genes seletores homeóticos especificam as
partes do corpo adulto
• Gradientes de mRNAs e de proteínas de origem materna
• Genes gap
• Genes pair-rule
• Genes de polaridade segmentar

29. Genes Hox e doenças genéticas humanas
 Os humanos e a maioria dos vertebrados têm quatro grupamentos de genes Hox
(HOXA, HOXB, HOXC e HOXD), em um total de 39 genes.
 As evidencias de estudos mutacionais em galinhas e em camundongos demonstram
que os genes HOXD próximos da extremidade do grupamento 5’ desempenham
papéis críticos no desenvolvimento de membros.
Os genes seletores homeóticos especificam as
partes do corpo adulto

31. Mutação em HOXD13

32. Controle da expressão dos genes Hox
• Em Drosophila foram identificados vários genes que controlam a expressão de genes
Hox.
• Controle da expressão de genes de Hox por proteínas codificadas por membros da
família Polycomb.
• Proteínas trithorax
Os genes seletores homeóticos especificam as
partes do corpo adulto

34. • Nos grupamentos de genes Hox, além dos genes homeóticos, existe uma família
grande e diversificada de outros genes que contêm homeoboxes, difundida em
todos os genomas eucarióticos.
• As mutações de Dll produzem grande variedade de fenótipos, inclusive a
transformação das antenas em patas e a formação de patas encurtadas, às quais
faltam estruturas distais.
Cascatas de ações gênicas controlam a
diferenciação

36. Nos humanos, há seis genes da família Distal-less que contêm homeoboxes (DLX1 a
DLX6), com uma sequência gênica estreitamente relacionada com a do gene Dll da
Drosophila.
O gene DLX3 e a condição hereditária da síndrome tricodentoóssea.
Cascatas de ações gênicas controlam a
diferenciação

37. • Os sequenciamentos genômicos e as análises genéticas de mutantes indicam
que, os mecanismos básicos de desenvolvimento evoluíram independentemente
nas plantas e nos animais.
• Uso do desenvolvimento da flor de Arabidopsis thaliana, para o estudo padrão
da formação nas plantas.
As plantas evoluíram sistemas comparáveis aos
genes Hox dos animais

39. Genes homeóticos em
Arabidopsis
As plantas evoluíram sistemas comparáveis aos
genes Hox dos animais

41. Três classes de genes homeóticos florais controlam o desenvolvimento dos órgãos
florais.
A formação de cada órgão depende do padrão de expressão de diferentes genes.
As plantas evoluíram sistemas comparáveis aos
genes Hox dos animais

42. TABELA 19.3 GENES SELETORES HOMEÓTICOS EM ARABIDOPSIS
Classe A APETALA (AP1)
APETALA (AP2)
Classe B APETALA (AP3)
PISTILLATA (P1)
Classe C AGAMOUS (AG)
As plantas evoluíram sistemas comparáveis aos
genes Hox dos animais

44. Divergência evolutiva nos genes homeóticos
• Homeobox e Proteínas MADS-box
• Homologia do gene CURLY LEAF com os membros da família gênica
Polycomb, e a regulação dos genes Homeobox.
As plantas evoluíram sistemas comparáveis aos
genes Hox dos animais

45. • As interações célula a célula influi na programação transcricional e na designação
das células circundantes durante o desenvolvimento que são moldadas em
C.elegans;
• Os animais usam diversas vias de sinalização para regular o desenvolvimento nas
etapas iniciais.
As interações célula a célula no desenvolvimento são
modeladas em C. elegans

46. Sistemas de Sinalização usados no Desenvolvimento embrionário de vertebrados primitivos
Via Wnt Dorsalização do corpo/ Desenvolvimento
reprodutivo feminino/ Diferenciação dorsoventrais
Via TGF-β Indução da mesoderma/ Assimetria direita-esquerda/
Desenvolvimento Ósseo
Via Hedgehog Indução da Notocorda/ Somitogênese/ Mesoderma
Intestinal-Visceral
Via do Receptor da Tirosina-cinase Manutenção da Mesoderma
Via Notch/Delta Desenvolvimento das células sanguíneas/
Neurogênese/ Desenvolvimento da retina

47. • A via de sinalização Notch atua pelo contato direto entre as células para controla o
destino das células no desenvolvimento;
• Variação da via Notch controla vários processos de desenvolvimento em
Drosophila. A via Notch especifica a destinação de celular em sua população.
A via de sinalização Notch

49. • O nematódeo Caenorhabditis elegans é amplamente usado para estudos
genéticos;
• Características do Caenorhabditis elegans :
1. Um milímetro de comprimento;
2. Ovulo fertilizado dura em cerca de dois dias;
3. Possuem quatro fazes larvais;
4. Tem dois sexo.
Panorama do desenvolvimento de C. elegans

51. • A linhagem das células do Caenorhabditis elegans foi mapeada sendo foi mapeado
sendo invariável de indivíduos para indivíduos através de microfaróis de laser com
radiação ultra violeta.

52. • A vulva e formada em etapas por varias rodadas de interação célula a célula:
Z1.ppp e Z4.aaa, que interage para formar as células-ancora da gônadas e outra
percussora do útero;
• As células Z1.ppp e Z4.aaa sintetizam baixos índices de proteínas de sinalização
Delta e da receptora Notch
A analise genética da formação da vulva.

54. • Uma segunda rodada de comunicação célula a célula leva á formação da vulva.
• Na fase larval 3 , o gene LIN3 é ativado na célula –âncora. O produto gênico
LIN3 é uma proteína-sinal.
• Portanto na via de desenvolvimento que leva a formação da vulva em C.elegans ,
existe três níveis de interação intracelular.

56. • Nos humanos há quatro genes Notch que codifica receptores;
• As mutações na via de sinalização Notch são responsável por vários distúrbios
hereditários, inclusive a síndrome de Alagílle.
Sistema de sinalização Notch em humanos

57. • Os elementos cis-reguladores(CRES), também chamados módulos cis –
reguladores(CRMs).
• Os CRMs contém sítios de ligação para vários fatores de transcrição e geralmente têm
vários sítios para cada fator.
• A ligação dos fatores de transcrição aos sítios dos CRMs determina se o gene em
questão está ativado ou reprimido.
Redes transicionais controlam a expressão gênica
no desenvolvimento.

58. Rede de transcrição
Redes transicionais controlam a expressão gênica
no desenvolvimento.

59. Redes transcricionais na
segmentação de Drosophila
• Um sistema de gradientes materno com
autorredundância que controla diretamente os
eventos de padronização zigótica precoce.
Redes transicionais controlam a expressão gênica
no desenvolvimento.