Projeto Biologia do Desenvolvimento - Segunda Parte

O Projeto Biologia do Desenvolvimento tem o propósito de resolver as listas de Objetivos do prof. Winter, a fim de facilitar o estudo da disciplina Biologia III.

Devido ao tamanho grande do artigo, ele foi dividido em duas partes, a primeira com noções de biologia geral do desenvolvimento e de vertebrados (de "Benefícios do Sexo e Meiose" até "Diversificação celular e memória celular") e a segunda sobre o desenvolvimento da Drosófila (de "Biologia da Drosófila" até "Alocação celular e genes seletores de Drosófila").

Um site ainda não lido ... http://www.rc.unesp.br/ib/biologicas/expre.html

Esta é a segunda parte.

Projeto Biologia do Desenvolvimento - Primeira Parte

Instruções Gerais

• Cole o exercício da lista, e responda, colocando a bibliografia utilizada.
• Coloque observações importantes sobre o assunto no resumo.

Referências

• Site do Winter
• Lawrence, The Making of a Fly.

Biologia da Drosófila

Referências

* http://www.qualibio.ufba.br/026.html

Lista 1 (aula 12)

1. Descreva o ciclo de vida de drosófila. Quantos e quais estágios (stages) o compõe.

Vide figura 12.1.

Figura 12.1 - wtf?

"No processo da metamorfose completa (terceiro padrão) ocorre a presença de instars larvais, um instar larval modificado ou pupa e a fase adulta. O crescimento é restrito ao período após cada muda larval. As larvas são estágios alimentadores especializados e apresentam os precurssores das estruturas adultas na forma de botões imaginal ou "disco imaginal" (ninhos de células separadas dos tecidos funcionais da larva) enquanto a pupa é um estágio durante o qual são suspensas a locomoção e a alimentação devido a grande reorganização da estrutura do corpo. Já os adultos são especializados para a dispersão, obtenção de recursos e a reprodução." (vide *)

2. Insetos holometábolos como drosófila possuem duas fases ativas distintas no seu ciclo de vida. Essas duas fases apresentam atividades principais diferentes: as larvas se alimentam e armazenam reservas que serão utilizadas para a metamorfose (fase pupal) e os adultos se reproduzem. No desenvolvimento hemimetábolo as fases juvenis são diferentes dos adultos somente no tamanho e pelo fato de não se reproduzirem. Quais as “vantagens”. do desenvolvimento holometábolo em relação ao hemimetábolo do ponto de vista evolutivo?

A "vantagem" é que no primeiro estágio do desenvolvimento holometábolo, o indivíduo ocupa um nicho diferente do referente ao adulto, ampliando a área de adaptação e diminuindo a competição por alimento, habitat e etc. [Essa foi a resposta dele? Tem alguma referência?]

Esclarecimento:

Holometábolos: (metamorfose completa)

Possuem 2 fases ativas distintas no ciclo de vida: larva e adulto

larvas: Alimentam-se e armazenam reservas que serão utilizadas na fase pupal

Adultos: Se reproduzem

Hemimetábolos:(metamorfose incompleta)

As fases são diferentes somente no tamanho e no fato da juvenil (ninfa) não se reproduzir.

3. Qual a estrutura química dos hormônios envolvidos na metamorfose. Os insetos, assim como os nematóides e outros invertebrados, são incapazes de sintetizar colesterol. Qual(is) hormônio(s) dos insetos devem depender da ingestão de colesterol para sua síntese?

Hormônio Juvenil e ecdisona (esteróide)

4. Como os hormônios controlam as mudas (molts) de larva->larva, larva->pupa e pupa->adulto?

O hormônio cerebral controla a síntese e liberação de Ecdisona.

O Ecdisona atua diretamente sobre os tecidos do corpo, causando diferenciações.

Enquanto o hormônio juvenil está presente no animal ele só cresce e não torna-se adulto, quando os níveis de hj diminuem o animal passa de ninfa para adulto ou de larva para pupa. (existem inseticidas baseados em hormônios juvenis para impedir a reprodução ).

O hormônio de Eclosão é responsável pela passagem de pupa para adulto.

5. O que são pufes? Como surgem nos cromossomos da glândula salivar da larva? Proponha um mecanismo de ação da ecdisona no nível molecular.

Pufes são regiões onde genes se duplicaram repetidamente, formando saliências de DNA.

6. Qual o tamanho do genoma de drosófila? Quantos cromossomos o compõe? Como é a determinação de sexo em drosófila?

O Genoma de Drosophila é formado por aproximadamente 132 milhões de pb e 13.767 genes. Com 4 cromossomos. O sexo é determinado pelo cromossomo X , diferente dos seres humanos que é pelo cromossomo Y. O sexo é determinado pelo numero de cromossomos X, normalmente 1 para macho e 2 para fêmeas. Eventualmente um cromossomo é perdido durante as mitoses gerando um embrião em mosaico [Lawrence p.10].

OBS: No Lawrence p.16, consta que a Drosophila tem aproximadamente 200.000.000 pb.

7. Qual a importância dos cromossomos politênicos no estudo de drosófila? Se eles são importantes, como voce explica o fato deles terem sido descritos em drosófila somente em 1935, após Thomas H. Morgan (o introdutor da drosófila como sistema para estudo de genética) ter ganho o prêmio Nobel em 1933 (pela demonstração dos cromossomos na transmissão de características hereditárias).

Com os cromossômos politênicos é possível ver quando um gene está sendo mais expresso.

8. Descreva e defina: aberrações cromossômicas | mutações puntuais | cromossomos balanceadores|

Aberrações:

• Podem ser numéricas ou estruturais.
  • Numéricas: Como o nome diz, é quando se tem maior ou menor número de cromossomos.
  • Estruturais: Durante a prófase as quebras dos cromossomos são freqüentes e podem não se juntarem ou se ligarem de maneira errada.
• Mutações Puntuais:São mutações que envolvem apenas um par de nucleotídeo.(deleção, insersão ou substituição)

9. Como é realizado o mapeamento por deleções em drosófila?

Delete um gene, verifique qual a modificação no mutante e é descreva qual seria a suposta ação daquele gene de acordo com o fenótipo do mutante. Rinse and repeat.

10. Qual a vantagem de se usar métodos genéticos para estudo do desenvolvimento em relação à abordagem da embriologia experimental?

11. Descreva e defina: mutações de efeito materno | mutações letais | mutações visíveis.

LETAIS

12. O que são mutações letais condicionais e como elas podem ser úteis no estudo do desenvolvimento?

Mutações que são letais mas em certas condições (normalmente com uma temperatura mais baixa) os animais sobrevivem, assim é possível fazer o estudo do mutante.

Genética e embriogênese de Drosófila

Lista 2 (aula 14)

1. Como ocorre a formação do padrão nos animais?

A formação do padrão dos animais é definida pelos sistemas a.p., d.v. e terminal. (?)

2. Como se pode mostrar que o produto de bicoid é fornecido pela mãe no ovócito?

Produzindo-se uma fêmea mutante bicoid- homozigota, observa-se que todos os seus ovos produzem embriões inviáveis, mesmo os fertilizados com esperma bicoid+. Fica evidente que todo o protudo genético necessário para o desenvolvimento é depositado no ovo pela mãe.

3. Descreva os efeitos das mutações do locus esc em drosófila.

Ocorrência de "extra sex combs" (duh) e, uma larva esc- tem todos os seus parasegmentos substituídos pelo parasegmento 13. (vide MoaF: ch.1 p.5)

4. Qual a diferença entre um segmento e um para-segmento no embrião de drosófila? O que cada um deles origina?

Segmentos são subdivididos em segmentos da cabeça (3 - C1~C3), do tórax (3 - T1~T3) e abdominais (8 - A1~A8). Os 14 parasegmentos são os que formam os segmentos. (...)

5. Quais as diferenças entre as mutações no locus esc e no locus Notch? E as semelhanças?

No caso do esc, tanto o pai quanto a mãe podem depositar esc no ovo para que este se desenvolva normalmente. Já com Notch, isso não é verdade. É necessário que a mãe e o pai depositem os produtos no ovo. Ambas são relacionadas à mutações de "efeito materno". (vide MoaF: ch.1 p.5~6)

6. Por que mesmo estando 80% dos produtos gênicos necessários para o desenvolvimento do embrião presentes no ovócito, essa informação não é suficiente para montar o embrião?

Porque são necessários 100%. (by Rafael) | Porque os 20% restantes incluem genes cujos produtos devem estar presentes em um pequeno subconjunto de células. (by Japonês)

7. Para que servem os produtos que a mãe deposita no citoplasma do ovócito?

Para a determinação dos eixos principais do embrião. (by Japonês)

Determinam o sistema anterior-posterior e fora isso tem as substâncias necessárias para que o animal se desenvolva.

8. O que são células polares e quais genes estão envolvidos na sua determinação?

São precursoras das células germinativas. (?) oskar e vasa.

9. Onde estão e o que são os produtos que determinam o destino das células polares?

No pólo posterior do ovo. (?) RNA, "plasma polar". (?) (ch.1, p.9)

10. Descreva a formação das células da blastoderme. Elas estão isoladas umas das outras?

Os núcleos se movem para a superfície do embrião, assumem uma forma elíptica e começa a formação das membranas (que não separam as células), a separação se completa com o fim da formação da blástula. (by Japonês) Não, mesmo após a gastrulação, há evidência de que algumas células estão conectadas via "yolk" umas com as outras.

11. Como a genética pode ajudar a definir funcionalmente a determinação das células endodérmicas durante a gastrulação?

Através do mapeamento da expressão gênica.

12. Como se pode manipular, através de técnicas de genética molecular, a expressão de um gene para testar o seu papel durante a gastrulação?

Estabelecimento dos Eixos no embrião de Drosófila

Bibliografia

Lista 3 (aula 16)

1. Qual a explicação de Sander para os seus primeiros experimentos em Euscelis (um gafanhoto)?

Há fatores anteriores e posteriores, cuja interação determina a região central do embrião. (by Japonês)

2. O que os experimentos de Sander com transplantes em ovos de Euscelis mostraram? Existem, ou não, determinantes na parte posterior dos ovos?

Mostraram que o citoplasma posterior não é um simples determinante, ele tem efeito quantitativo. (by Japonês)

3. Qual o efeito de mutações no gene bicoid?

A cabeça e o tórax são substituídos por uma "imagem espelhada" do télson.

4. No que as mutações em bicoid lembram os experimentos de Sander com Euscelis?

Elas têm efeito quantitativo. (by Japonês)

5. Ao aumentar o número de cópias de bicoid na mãe, o que acontece com o padrão de parasegmentos no embrião? Os experimentos de transplante de citoplasma anterior apoiam estes resultados? Por que?

Ele é deslocado em direção ao pólo posterior. Sim, pois ambos representam um efeito quantitativo do bicoid. (by Japonês)

6. Como o mRNA de bicoid fica localizado na região anterior do citoplasma do ovo? Como isso foi mostrado experimentalmente?

Ligado à proteínas ancoradas na membrana. Identificando a região do RNA que se liga à proteína. (by Japonês)

7. Qual o efeito das mutações swallow, exuperantia e staufen sobre a localização do mRNA de bicoid?

Uma mutação em exu impede o transporte de bcd das "nurse cells" para o ovócito. Mutações em swa e stau, impedem a localização de mRNA. | swallow: totalmente difuso ; exuperantia: intermediário ; staufen: parcialmente concentrado. (by Japonês)

8. Como o gradiente de bicoid (a proteína, não o gene) é mantido no ovo?

Tempo de meia-vida reduzido. (by Japonês)

9. Qual o gene primário para determinação do padrão posterior? Como isso foi mostrado?

nanos. Fazendo experimentos de resgate em ovos nanos-, inserindo nele citoplasma de "nurse cells" com as outras mutações. (by Japonês)

10. Como o gradiente de hunchback é construído no zigoto?

mRNA e a proteína só são produzidos no pólo anterior. (by Japonês)

11. Como durante a evolução foi mantido um sistema que "desperdiça" dois genes (nanos e hunchback) que poderiam haver sido eliminados?

A evolução age somente localmente, conseqüentemente, soluções globais mais econômicas não são possíveis. O gene nanos é necessário somente para impedir a síntese de mRNA de origem materna. (by Japonês)

12. Como usamos o método de transplante de células polares? O que esse método pode ajudar a responder em relação às mutações de origem materna?

13. Como funciona o sistema terminal?

14. Como os três sistemas (anterior, posterior e terminal) funcionam para determinar o padrão a.p. do ovo recém-posto?

15. Como é determinado o padrão d.v.?

Células foliculares ativam receptores (Toll) na região ventral que vai dar origem ao gradiente de dorsal. (by Japonês)

16. No modelo mais aceito para determinação do padrão d.v., a proteína codificada em dorsal forma um gradiente ao longo do deixo d.v., estando mais concentrada no lado ventral. Qual sua localização celular? Como a mutação em cactus afeta essa distribuição?

Estabelecimento do padrão do embrião de Drosófila

Lista 4 (aula 18)

1. Qual é o fenótipo geral das mutações que ocorrem nos "gap genes"?

Deleção/substituição de segmentos e má formação de algumas partes do indivíduo.

2. BICOID controla a transcrição de hunchback zigótico. Essa afirmação possui bases experimentais no nível molecular? Quais?

Sim. Mutantes bicoid- não apresentam nenhum gradiente de hb. Colocando-se uma ou mais doses de bicoid no embrião, hb é expresso de acordo com quantas doses foram utilizadas, indicando essa relação entre bcd e hb. (Eu acho que a evidencia experimental que ele quer neste caso é a a experiencia com o gene reporter, o gene usado neste caso é o cat.)

3. Quais as vantagens e desvantagens de se usar um gene "reporter" para estudar a expressão de genes durante a embriogênese de drosófila?

• Vantagens:
  • Facilidade para se ver a expressão de genes;
  • Mesmo genes que são expressos na fase embrionária podem ser vistos após algum tempo, pois, por exemplo, a β-Galactosidase, por ter uma meia-vida relativamente longa, pode ser visualizada mesmo após o "desligamento" do gene que foi alvo do repórter.
• Desvantagens:
  • O padrão de expressão pode ser influenciado por seqüencias próximas ao local de inserção do repórter.

4. Como foi determinada a região do promotor de hunchback que interage com BICOID?

Através de "footprinting". (vide ch.3, p.55, figura 3.3) (Essa pergunta eatá meio mal formulada, mas eu acho que a resposta esperada é usando genes reporter (lacZ, neste caso, eu acho...) ligados a fragmentos do promotor de hunchback e medindo a expressão desses genes)

5. Como são controlados o limiar e a amplitude da resposta do promotor de hunchback a BICOID?

São controlados pela ação de gt, Kr, kni, tll e hkb. (Isso não está mto certo, acho que a resposta correta é que o limiar é controlado pela afinidade entre os ligantes e a amplitude pelo numero de copia do sitio de ligacao.)

6. Como foi localizada, in vitro, a posição do promotor de hunchback que interage com BICOID?

Vide 4. (?)

7. Os experimentos in vitro fornecem resultados importantes, mas possuem uma série de problemas. Quais são eles? Como eles podem ser evitados?

Vários. Fazendo experimentos in vivo.

8. Como o gradiente de hunchback é lido e quantos são os limiares de seu gradiente?

9. O controle dos "gap genes" é mais complicado do que o modelo proposto, podendo haver mecanismos parcialmente redundantes de controle. Do ponto de vista de estabilidade do embrião e da seleção natural, qual o motivo desta redundância?

R: A redundância se deve ao fato de se querer aumentar as chances do embrião desenvolver-se de modo completo (ou de diminuir as chances de que algo saia errado), aumentando, assim, as chances de sobrevivência da espécie.

10. Qual a importância do método de "blue jumps" ou "enhancer traps"?

11. Quais dos "gap genes" respondem ao gradiente de receptor torso ativado?

huckebein e tailless. (?)

12. Uma mutação torso pode ser mimetizada por mutação nesses genes?

Não. (?)

13. Qual dos dois genes, twist ou snail, está imediatamente "downstream" do morfógeno dorsal? Por que?

14. Qual efeito das mutações em genes do tipo "pair rule"?

R: Falhas na segmentação do embrião.

15. Os genes hairy e eve podem ter seus promotores dissecados e suas expressões dependem de uma série de outras proteínas codificadas em "gap genes", bem como bicoid. Como isso explica a expressão destes genes em faixar algernadas ao longo do eixo antero-posterior do embrião, principalmente eve?

16. Existe uma hierarquia linear entre genes maternos que defines os gradientes do eixo antero-posterior, "gap genes" e "pair rule genes"? Justifique.

Alocação celular e genes seletores de Drosófila

Lista 5 (aula 20)

1. Qual o papel de engrailed e wingless?

R: São os genes que determinam a polaridade dos segmentos (engrailed - anterior ; wingless - posterior)

2. No que difere a ação da proteína codifcada em wingless daquelas codificadas nos genes que antecedem a celurazização da blastoderme?

R:Os genes que antecedem a celularização agem como fatores de transcrição. en e wg agem através de uma via de sinalização.

3. Como o gradiente da proteína codificada em wg controla a expressão de en? Que gene controla a expressão de wg?

R:ftz e eve reprimem wg. en codifica uma proteína que age nos receptores frizzled mantendo a expressão de en.

4. Como é mantido o padrão de expressão dos genes homeióticos, uma vez que sua transcrição é iniciada por genes que estão "upstream" a eles?

R: Os genes homeióticos se auto-regulam.

5. Os genes homeióticos desencadeiam a expressão dos genes chamados realizadores, responsáveis pela formação de tecidos específicos e primórdios dos órgãos. Cite os métodos (explique os princípios envolvidos) utilizados para a identificação desses genes realizadores.

Os genes homeióticos são fatores de transcrição, ou seja, as proteínas que eles codificam se ligam ao DNA pelo homeodomínio. Usando anticorpos podemos precipitar, purificar e seqüenciar as seqüencias de DNA.

6. O que é um homeodomínio e qual a sua função? Só proteínas codificadas em genes homeióticos possuem homeodomínios?

Homeodomínio é a região da proteína que se liga ao DNA e tem a função de fator de transcrição. Não.

7. Os genes homeióticos possuem introns enormes. Como isso afeta a expressão desses genes?

O controle de expressão desses genes é mais "fino". (by Ronaldo)

8. Como somente 3 genes do complexo bitorax estabelecem a identidade do terceiro segmento toráxico e dos 10 segmentos abdominais?

As concentrações diferentes desses 3 genes em fazem a diferenciação dos segmentos.

9. No que consiste o modelo proposto por Lewis para explicar a ação do complexo bitórax?

Lewis acreditava que a ação do complexo era controlada por diversos (10) genes diferentes, enquanto que na verdade são apenas 3.

10. Tendo em vista os resultados no nível molecular sobre o complexo bitórax, como fica o conceito clássico de gene?

Fica obsoleto, ultrapassado, fora de moda, véio, ruim .

Ver também

• Projeto Biologia do Desenvolvimento - Primeira Parte
• Projeto Biologia do Desenvolvimento - v. 2.0 2007
• Biologia III
• Carlos Eduardo Winter
• Genes controlling pattern formation in Drosophila embryogenesis