43.7: Organogênese e formação de vertebrados

Habilidades para desenvolver

• Descreva o processo de organogênese
• Identifique os eixos anatômicos formados nos vertebrados

A gastrulação leva à formação das três camadas germinativas que dão origem, durante o desenvolvimento posterior, aos diferentes órgãos do corpo animal. Esse processo é chamado de organogênese. A organogênese é caracterizada por movimentos rápidos e precisos das células dentro do embrião.

Organogênese

Os órgãos se formam a partir das camadas germinativas por meio do processo de diferenciação. Durante a diferenciação, as células-tronco embrionárias expressam conjuntos específicos de genes que determinarão seu tipo final de célula. Por exemplo, algumas células do ectoderma expressam os genes específicos das células da pele. Como resultado, essas células se diferenciarão em células epidérmicas. O processo de diferenciação é regulado por cascatas de sinalização celular.

Cientistas estudam extensivamente a organogênese em laboratório em moscas-das-frutas (Drosophila) e no nematóide Caenorhabditis elegans. As drosófilas têm segmentos ao longo de seus corpos, e o padrão associado à formação do segmento permitiu aos cientistas estudar quais genes desempenham papéis importantes na organogênese ao longo do comprimento do embrião em diferentes momentos. O nematóide C.elegans tem cerca de 1000 células somáticas e os cientistas estudaram o destino de cada uma dessas células durante seu desenvolvimento no ciclo de vida do nematóide. Há pouca variação nos padrões de linhagem celular entre os indivíduos, ao contrário dos mamíferos, onde o desenvolvimento celular a partir do embrião depende de sinais celulares.

Nos vertebrados, uma das etapas principais durante a organogênese é a formação do sistema neural. O ectoderma forma células e tecidos epiteliais e tecidos neuronais. Durante a formação do sistema neural, moléculas sinalizadoras especiais chamadas fatores de crescimento sinalizam que algumas células na borda do ectoderma se tornem células da epiderme. As células restantes no centro formam a placa neural. Se a sinalização por fatores de crescimento fosse interrompida, todo o ectoderma se diferenciaria em tecido neural.

A placa neural sofre uma série de movimentos celulares, onde se enrola e forma um tubo chamado tubo neural, conforme ilustrado na Figura\(\PageIndex{1}\). Em um desenvolvimento posterior, o tubo neural dará origem ao cérebro e à medula espinhal.

Figura\(\PageIndex{1}\): A região central do ectoderma forma o tubo neural, que dá origem ao cérebro e à medula espinhal.

O mesoderma que fica em ambos os lados do tubo neural dos vertebrados se desenvolverá nos vários tecidos conjuntivos do corpo animal. Um padrão espacial de expressão gênica reorganiza o mesoderma em grupos de células chamados somitos com espaços entre eles. Os somitos, ilustrados na Figura, se\(\PageIndex{2}\) desenvolverão ainda mais nas costelas, pulmões e músculo segmentar (coluna). O mesoderma também forma uma estrutura chamada notocorda, que tem forma de bastonete e forma o eixo central do corpo do animal.

Figura\(\PageIndex{2}\): Neste embrião humano de cinco semanas, os somitos são segmentos ao longo do corpo. (crédito: modificação da obra de Ed Uthman)

Formação do eixo vertebrado

Mesmo quando as camadas germinativas se formam, a bola de células ainda mantém sua forma esférica. No entanto, os corpos dos animais têm eixos lateral-medial (esquerdo-direito), dorsal-ventral (dorso-ventre) e ântero-posterior (cabeça-pés), ilustrados na Figura\(\PageIndex{3}\).

Figura\(\PageIndex{3}\): Os corpos dos animais têm três eixos de simetria. (crédito: modificação do trabalho pela NOAA)

Como eles são estabelecidos? Em um dos experimentos mais seminais já realizados em biologia do desenvolvimento, Spemann e Mangold pegaram células dorsais de um embrião e as transplantaram para a região abdominal de outro embrião. Eles descobriram que o embrião transplantado agora tinha dois notocordes: um no local dorsal das células originais e outro no local do transplante. Isso sugeriu que as células dorsais foram geneticamente programadas para formar a notocorda e definir o eixo. Desde então, pesquisadores identificaram muitos genes responsáveis pela formação do eixo. Mutações nesses genes levam à perda da simetria necessária para o desenvolvimento do organismo.

Os corpos dos animais têm simetria visível externamente. No entanto, os órgãos internos não são simétricos. Por exemplo, o coração está do lado esquerdo e o fígado do lado direito. A formação do eixo central esquerdo-direito é um processo importante durante o desenvolvimento. Essa assimetria interna é estabelecida muito cedo durante o desenvolvimento e envolve muitos genes. A pesquisa ainda está em andamento para compreender completamente as implicações de desenvolvimento desses genes.

Resumo

A organogênese é a formação de órgãos a partir das camadas germinativas. Cada camada germinativa dá origem a tipos específicos de tecidos. O primeiro estágio é a formação do sistema neural no ectoderma. O mesoderma dá origem aos somitos e ao notocórdio. A formação do eixo dos vertebrados é outro importante estágio de desenvolvimento.

Glossário

tubo neural

estrutura em forma de tubo que se forma a partir do ectoderma e dá origem ao cérebro e à medula espinhal

organogênese

processo de formação de órgãos

somito

grupo de células separadas por pequenos espaços que se formam a partir do mesoderma e dão origem ao tecido conjuntivo