Crista neural

A crista neural refere-se, no embrião dos craniatos , a uma população de células transitórias e multipotentes geradas a partir da região mais dorsal do tubo neural . Essas células migram por todo o embrião durante o desenvolvimento e dão origem a uma ampla variedade de tipos de células em adultos. A crista neural é a fonte de melanócitos (exceto células de pigmento no olho), grande parte do osso e cartilagem do esqueleto facial e pescoço, algumas células endócrinas e dá origem a todas elas. Células da glia e a maioria dos neurônios de o sistema nervoso periférico .

O aparecimento da crista neural nos vertebrados provavelmente desempenhou um papel fundamental em sua evolução, permitindo-lhes em particular se tornar um predador (a mandíbula deriva da crista neural) e aumentar o tamanho de seu cérebro. Este poderia ter se desenvolvido, mais facilmente do que em outras espécies, dentro da proteção formada pelos ossos do crânio derivados da crista neural.

A crista neural começa a se formar após a gastrulação , na fronteira entre a placa neural e o ectoderma adjacente. Durante a neurulação , as bordas da placa, ou protuberâncias neurais, convergem no meio da linha dorsal para fechar o tubo neural. As células da crista neural, então localizadas no teto do tubo, passam por uma transição de estado de células epiteliais para células mesenquimais e delaminam o neuroepitélio (uma transição epitelial-mesenquimal ). A delaminação é um processo de desprendimento e migração de uma população de células presentes em um epitélio previamente homogêneo. Essas células então migram para a periferia e se diferenciam em vários tipos de células, dependendo de sua localização no embrião e dos sinais que recebem.

Sob esse desenvolvimento está uma rede de genes reguladores, incluindo sinais moleculares, fatores de transcrição e genes efetores. Essa rede de genes rege todas as características dessas células, como seu potencial de diferenciação e sua capacidade migratória. Compreender os mecanismos moleculares de formação da crista neural é importante para entender melhor as patologias ligadas à sua disfunção em humanos. Os genes envolvidos na delaminação e migração de cristas neurais são freqüentemente expressos em tumores e conferem potencial invasivo às células tumorais. Portanto, analisar o papel desses genes no embrião permite entender melhor como eles influenciam o comportamento das células tumorais durante o câncer.

As células da crista neural são inicialmente células-tronco multipotentes , mas seu potencial de diferenciação é restrito à medida que se desenvolvem. Eles constituem um modelo de escolha para o estudo da migração e diferenciação celular. Durante sua migração e diferenciação, eles dão origem a tipos de células intermediárias e transitórias, como as células precursoras de células de Schwann ou células da cápsula de borda . Algumas dessas células podem manter suas características e se estabelecer como células-tronco em adultos.

História

A crista neural foi descrita pela primeira vez no embrião de galinha por Wilhelm His , em 1868, como o "cordão intermediário" ( Zwischenstrang ), devido à sua origem localizada entre a placa neural e o ectoderma não neural. Ele chamou essa estrutura de “crista ganglionar”, uma vez que dá origem aos gânglios espinhais nas laterais do tubo neural. Durante a primeira metade do XX °  século, a maioria das pesquisas na crista neural foram feitos em embriões de anfíbios e estão resumidos na monografia reconhecido Horstadius (1950).

As técnicas de marcação de células têm sido de grande benefício para o estudo da crista neural porque permitem o rastreamento da migração do tecido através do embrião em desenvolvimento. Nos anos 60, Weston e Chibon usaram a marcação com isótopos radioativos do núcleo com timidina tritiada em galinhas e anfíbios. No entanto, a quantidade de radioatividade presente nas células monitoradas diminuía pela metade a cada divisão celular, o que tornava essa técnica inutilizável por longos períodos. Técnicas de marcação de células mais modernas, como rodamina-lisina dextrana ou o corante vital diI, permitem que as linhas celulares originadas da crista neural sejam marcadas de forma eficaz e transitória.

O sistema de enxerto de pintos de codorna , desenvolvido por Nicole Le Douarin em 1969, também fez contribuições significativas para o estudo da migração de células da crista neural. Este método possibilitando um acompanhamento das células em muito longo prazo, permitiu a elucidação dos derivados da crista neural. Este sistema consiste em implantar células de codorna japonesas em galinhas e monitorar seu destino no embrião. As células de codorniz são facilmente identificáveis ​​devido à forma particular de seus núcleos, após coloração de Feulgen-Rossenbeck ou graças ao uso do anticorpo QCPN que reconhece antígenos em células de codorniz, mas não em células de galinha. Os transplantes de codornas criam um embrião quimérico (2 espécies presentes no mesmo indivíduo) e presumem que as células da codorna respondem aos mesmos sinais que as células da galinha. Esta técnica permitiu a uma grande geração de cientistas estudar em detalhes a ontogênese da crista neural.

Indução

As características de migração e multipotência das células da crista neural são governadas por uma cascata de eventos moleculares. Esses eventos podem ser subdivididos em quatro tipos de sinalização e redes genéticas associadas.

Sinais de indução

A placa neural adquire sua identidade por meio da detecção de moléculas de sinalização extracelular (notadamente moléculas das famílias Wnt, BMP e Fgf) que se difundem da epiderme adjacente e diferenciam o ectoderma não neural da placa neural, fenômeno denominado indução neural.

O envolvimento da sinalização Wnt na indução da crista neural foi demonstrado em muitas espécies por experimentos de ganho ou perda de função. Consistente com esses resultados, a região promotora do gene slug (um gene específico da crista neural) contém um local de ligação do fator de transcrição geralmente envolvido na sinalização dependente de Wnt.

As BMP ( Bone Morphogenetic Proteins ) estão envolvidas na indução da placa neural e na formação da crista neural. Os antagonistas de BMP geram um gradiente de atividade de BMP na placa neural. Assim, as células que apresentam alto nível de BMP seguem uma via de diferenciação na epiderme, enquanto as células com baixo nível de BMP se transformam em placa neural. As células que recebem um nível intermediário adquirem identidade celular da crista neural.

FGFs (para Fibroblast Growth Factor ) parecem ser a fonte de sinais indutivos específicos da crista neural.

Os papéis precisos de BMP, FGF e Wnt no desenvolvimento da crista neural ainda são mal compreendidos e são objeto de intensa pesquisa.

Sinais de especificação de borda da placa neural

Os eventos de sinalização que delimitam as bordas da placa neural induzem a expressão de um conjunto de fatores de transcrição, que estabelecerão, especificamente, a identidade das células presentes nessa borda. Essas moléculas incluem, entre outros, os fatores Zic, Pax3 / 7, Dlx5, Msx1 / 2 e são relés da influência dos sinais Wnt, BMP e Fgf. Esses genes são expressos de forma esmagadora na região da borda da placa neural e precedem a expressão dos marcadores da crista neural.

Na verdade, a evidência experimental situa esses fatores de transcrição a montante de genes específicos da crista neural. Por exemplo, no Xenopus, Msx1 é necessário e suficiente para a expressão de Slug, Snail e FoxD3. Além disso, Pax3 é essencial para a expressão de FoxD3 no embrião de camundongo.

Sinais de especificação da crista neural

Após a expressão dos genes de especificação de borda da placa neural, vem uma coleção de genes de especificação de crista neural, incluindo os genes lesma / caracol, foxD3, sox10, sox9 , AP-2 e c-Myc. Esses genes são ativados quando a crista neural começa a surgir. Em Xenopus e provavelmente em outras espécies, a expressão de cada um desses genes é necessária e suficiente para induzir a expressão de todos os outros, o que demonstra a existência de fortes mecanismos de regulação cruzada.

Além dessa rede de genes específicos da crista neural, existem dois outros fatores de transcrição envolvidos na crista neural, Twist e Id . Twist, um fator de transcrição da família bHlH, é necessário para a diferenciação do mesênquima dos arcos faríngeos. Id é um alvo direto de c-Myc e está envolvido na manutenção de células-tronco da crista neural.

Genes efetores

Finalmente, os sinais da especificação levam à expressão de genes efetores, que conferem às células da crista neural suas propriedades de migração e multipotência. Moléculas das famílias Rho GTPase e caderinas estão particularmente envolvidas na regulação da morfologia celular e nas propriedades de adesão. Por outro lado, Sox9 e Sox10 regulam a diferenciação de células da crista neural, ativando inúmeros efetores específicos para as diferentes populações de células geradas, como Mitf, P0, Trp e cKit.

Linhas de celular

As células da crista neural se diferenciam em diferentes tipos de tecidos e células com base em sua posição ao longo do eixo ântero-posterior do embrião. A crista neural é, portanto, regionalizada. Podemos distinguir quatro áreas de diferenciação: o crânio, o tronco, a região sacral e o tecido cardíaco.

Crista neural do crânio

No crânio, as células da crista neural migram dorsolateralmente para formar o mesênquima craniofacial e, subsequentemente, se diferenciam em gânglios, cartilagem ou osso. Na parte rostral, eles formam as cartilagens frontonasais e os ossos membranosos do crânio. Mais posteriormente, essas células entram na bolsa faríngea e nas arcadas braquiais, onde contribuem para a formação da mandíbula, cartilagens hióide e tireóide, ouvido médio e formam os odontoblastos dos primeiros dentes.

Crista neural do tronco

As células da crista neural do tronco dão origem a três populações de células. Um grupo de células, destinadas a se tornarem os melanócitos da pele, migram dorso-lateralmente através do ectoderma e são distribuídas por todo o embrião até a área ventral. Um segundo grupo de células migra ventro-lateralmente, através da parte anterior de cada esclerótomo. Alguns formam os gânglios espinhais ao nível do esclerótomo e outros, que migram mais ventralmente, formam os gânglios simpáticos, as glândulas adrenais e os nervos que circundam a aorta, bem como as células de Schwann de todos os nervos. Finalmente, uma terceira população de células migra ventrolateralmente e se posiciona nas bordas entre o tubo neural e a periferia, onde formam estruturas chamadas cápsulas de borda .

Crista neural vagal e sacral

A crista neural nos níveis vagal e sacral dá origem aos gânglios do sistema nervoso entérico, também chamados de gânglios parassimpáticos.

Crista neural cardíaca

A crista neural cardíaca também se desenvolve em melanócitos, cartilagem, tecido conjuntivo e o neurônio de certos arcos branquiais. Por outro lado, mais especificamente, esta área da crista dá origem a certas partes do coração, incluindo o tecido músculo-conectivo das artérias e parte do septo que separa a circulação pulmonar da aorta.

Evolução

Muitas das estruturas que distinguem os vertebrados de outros cordados surgem da crista neural. O aparecimento da crista neural é, portanto, uma das evoluções na base do desenvolvimento dos vertebrados na Terra. Teria assim permitido o desenvolvimento do tamanho do cérebro graças à caixa craniana ou o aumento do tamanho dos membros pelo desenvolvimento de um sistema nervoso periférico. Essa evolução também é fundamental para o surgimento do comportamento predatório nos vertebrados.

Derivados da crista neural

Derivados mesectodérmicos

Cordilheira cefálica
  • Quase todo o esqueleto da cabeça: cartilagem do condrocrânio (cápsula nasal, cartilagem de Meckel, ossículos escleróticos, osso quadrado, cartilagem articular, hióide e columela), traqueal e laríngea, dermatocrânio (osso membrana), barbatanas dorsais e carapaça de tartarugas (inferior vertebrados)
  • os odontoblastos  ;
  • a papila dentária  ;
  • os pericitos e músculos lisos das artérias e veias braquiais;
  • os tendões dos músculos oculares e mastigatórios;
  • o tecido conjuntivo das glândulas da cabeça e pescoço (pituitária, salivar, lacrimal, timo, tireóide);
  • a derme e o tecido adiposo da calvária, da parte ventral do pescoço e da face.
Cume do tronco
  • Mesênquima da nadadeira dorsal em vertebrados inferiores.

Derivados em células endócrinas

  • células cromafins da medula adrenal;
  • células parafoliculares;
  • células secretoras de calcitonina da tireóide;
  • células do corpo carotídeo, tipo I / II .

Derivados que formam o sistema nervoso periférico

  • neurônios sensoriais e glia dos gânglios espinhais e cefálicos ( VII e em parte, III , V , IX e X ), simpáticos e parassimpáticos;
  • células da cápsula de borda;
  • Células Rohon-Beard;
  • Células de Merkel;
  • células satélites (gliais) de todos os gânglios autônomos e sensoriais;
  • Células de Schwann de todos os nervos periféricos.

Finalmente

  • eles também formam melanócitos e células de pigmentação da íris,
  • cérebros,
  • e participa da divisão do coração.

Notas e referências

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Veja também