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Science lança Mistérios do desenvolvimento…..

mysteries

Saiu nessa semana na revista Science (http://www.sciencemag.org/site/special/devo2013/) uma pequena série de comentários com o título Mistérios do Desenvolvimento. São alguns artigos estilo comentários sobre questões interessantes que até hoje não foram respondidas pelos biologistas dodesenvolvimento. Dentre estas questões destaco três enigmas bastante importantes. Como órgãos sabem que atingiram o tamanho certo e chegou a hora de parar de crescer ? Essa é uma questão muito importante para estudos de organogênese e atualmente embora algumas vias de sinalização tenham sido descritas como importantes para o processo este enigma ainda está longe de ser resolvido. O segundo enigma que eu destaco é como os microorganimos interagem no desenvolvimento embrionário, algo que parecia impossível nos últimos anos uma vez que o desenvolvimento embrionário de mamíferos não possui bactérias e outros microorganismos no seu interior. O terceiro e importante enigma é como o ambiente do desenvolvimento fetal afeta a futura vida adulta. Vários tipos de agentes de estresse durante a vida fetal tem sido relacionados com maior risco de diabete, obesidade, doenças coronarianas.

Espero que todos aqueles que pensam em iniciar uma carreira ou mudar de campo de estudo tenham uma boa leitura e novas idéias.

 

 

O genoma de um “fóssil” vivo e suas pistas sobre a evolução dos tetrápodes

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Foi publicado na revista Nature mais um genoma, isto é o conjunto de todo o DNA de uma espécie do reino animal, o celacanto.  Como nos últimos anos o sequenciamento de DNA tem se tornado cada vez mais barato é cada vez mais comum ver publicações das sequencias de genomas de organismos bastante complexos como peixes, sapos, dentre outros.

O celacanto faz parte de um grupo de peixes com uma morfologia bastante peculiar (Figura) que até 1938 pensava-se que estivessem extintos. Particularmente interessante é a forma do celacanto muito parecida com a dos nossos ancestrais que sairam do mar e ocuparam a terra. Atualmente as duas únicas espécies vivas do celacanto são encontradas ao longo da costa do Oceano Índico e encontrá-las é bastante difícil. A pergunta que não quer calar: o que o genoma do celacanto nos mostra de novidade ?

Segundo os autores, incluindo o Prof. Igor Schneider autor do blog, pelo menos quatro conclusões importantes podem ser obtidas ao se estudar o genoma do celacanto e compará-lo aos demais vertebrados. Primeiro, o estudo mostra que pelo menos parte da informação genética (DNA) envolvida na formação dos dígitos já estava presente no ancestral do celacanto que possuia nadadeiras. Segundo, o estudo fornece pistas sobre mudanças genômicas envolvidas na excreção de substâncias tóxicas, a amônia em organismos aquáticos e a uréia em organismos terrestres. Terceiro, uma possível explicação para a evolução das membranas extra-embrionárias como a placenta e o alantóide foi proposta pelos autores.  Sabe-se que o surgimento destas estruturas foi fundamental para a vida em ambientes secos como a terra. Assim, o aparecimento de uma nova região de DNA, no complexo HOX-A, poderia estar relacionado a este fenômeno. Por último, os autores descrevem que as imunoglobulinas (genes que codificam os anticorpos) presentes no celacanto são mais parecidos com as imunoglobulinas dos peixes cartilaginosos e pulmonados (como a pirambóia amazônica)  que com os demais vertebrados como nós. Assim, o sequenciamento do genoma do celacanto é extremamente importante para entendermos a transição da água para a terra, aguardamos o genoma da pirambóia brasileira um grande (em tamanho) progresso da ciência brasileira….

John Gurdon e o prêmio Nobel de Medicina de 2012

O anúncio do Prêmio Nobel para John Gurdon é mais um reconhecimento para este renomado cientista de uma área pouco conhecida no Brasil, a Biologia do Desenvolvimento. Mas aí vem a pergunta do grande público, porque ele ganhou o prêmio Nobel ? Será que o que ele fe foi tão importante assim para ele ganhar esse prêmio ?

Para responder essa pergunta seria interessante analisar o que John Gurdon fez e ver se ele é realmente digno desse prêmio. Em 1958, Gurdon ainda era um estudante de doutorado utilizando um embrião do sapo Xenopus laevis e Gurdon estabeleceu uma técnica de transplante nuclear para estes animais. Mais do que isso Gurdon transferiu o núcleo de uma célula já diferenciada, no caso o núcleo de uma célula da pele para uma célula jovem (embrionária) sem núcleo (anucleada) e observou o que aconteceria com os sapos gerados após esse transplantes. Os sapos gerados a partir dos transplantes  desses núcleos viveram bem obrigado como  sapos normais. Assim, Gurdon conseguiu mostrar que as células adultas podem ser reprogramadas e que a totipotência, capacidade de gerar todas as células do corpo, pode ser readquirida após o transplante do núcleo de uma célula diferenciada para uma célula anucleada.

A influência dos estudos de Gurdon mudou a radicalmente a medicina. Por exemplo em 1963 um famoso biólogo britânico ao descrever os resultados de Gurdon se tornou um dos primeiros a usar a palavra clone em referência a animais. Outros estudos de reprogramação celular com células-tronco tem como base teórica as descobertas de Gurdon.

Mais importante para os alunos saberem que Gurdon era apenas um aluno de doutorado e que seus resultados foram contestados durante vários anos após a publicação desse artigo, pois eram totalmente opostos ao de pesquisadores mais experientes como Briggs and King. Assim os resultados de Gurdon demoraram mais de 10 anos para serem aceitos pela comunidade científica e serem reconhecidos, logo não desanimem. O que você faz hoje pode ser reconhecido somente daqui a muitos anos…

 

 

XV Semana de Bioestudos – USP Ribeirão Preto

Caros,

Semana passada aconteceu na USP Ribeirão Preto a XV Semana de Bioestudos, evento que fui convidado para ministrar uma palestra.
Este evento organizado exclusivamente pelos alunos me parece o tipo de iniciativa que deve ser altamente estimulada.
Proferi uma palestra de cunho geral discutindo vários aspectos históricos, filosóficos e atuais dos estudos de Evo-Devo tais como a
escolha dos organismos-modelo, a necessidade de termos modelos de espécies nacionais em nossos estudos e particularmente quais
questões são interessantes de serem abordadas no contexto dos artrópodes vetores de doenças nacionais.

Você já parou para pensar em como os embriões do Rhodnius prolixus, do mosquito da dengue Aedes aegypti e do carrapato do boi se desenvolvem dentro do ovo?
Essas perguntas tem norteado o desenvolvimento do nosso grupo de pesquisa no Norte do Estado do Rio de Janeiro e tem levado a
descoberta de alvos bastante interessante para serem estudados como possíveis alvos para o desenvolvimento de vacinas.

Os interessados em obterem maiores informações sobre a palestra (ou o arquivo . pdf) é só mandar um comentário pelo Blog que eu envio a apresentação em .pdf.

Parabéns a Priscila e aos demais membros da Comissão Organizadora da XV Semana de Bioestudos da USP-Ribeirão Preto.

 

Como alguns tecidos crescem mais do que os outros?

 

Você já parou para se perguntar porque algumas estruturas morfológicas são diferentes em espécies correlatas?

Essa questão intriga cientistas desde a época de Charles Darwin. Estudos recentes já discutidos nesse blog mostraram que mudanças na forma dos bicos dos tentilhões estão correlacionadas com mudanças na expressão de moléculas como o gene bone morphogenetic protein 4 (BMP4), por exemplo.

Em um artigo publicado na revista Science neste ano o grupo de Jack Werren estudou o mecanismo molecular envolvido com a diferença no tamanho de asas de vespas do gênero Nasonia, gerando resultados bastante importantes para a compreensão da biologia evolutiva do desenvolvimento.

Werren se aproveitou da diferença de tamanho das asas entre três espécies do gênero Nasonia e do fato que essas diferentes espécies podem ser forçadas a copular. Assim, a partir de cruzamentos foi identificada uma região do genoma (um QTL – quantitative loci em termos técnicos) que é responsável por grandes diferenças de tamanho das asas entre as espécies Nasonia vitripennis e Nasonia giraulti (Figura 1).

Essa região do genoma contém uma sequência que regula a expressão do gene unpaired, um receptor da via de sinalização JAK/STAT, uma das vias já implicadas no controle da proliferação celular em outros sistemas. Assim, vespas com asa grande tem a expressão de unpaired em regiões que terão crescimento da asa, enquanto que vespas com asa pequena não tem expressão de unpaired.

Esse estudo é importante pois liga conhecimentos de genética de populações ao desenvolvimento de estruturas morfológicas. Mais do que isso essa abordagem é diferente da clássica de procurar genes ortólogos de outros organismos (candidate gene approach), mas se baseia em buscas por genes ligados a característica em questão, tamanho da asa, descobrindo como alguns tecidos crescem mais do que os outros….

Vaga para professor em Biologia do Desenvolvimento na UNICAMP

Foram reabertas as inscrições para o concurso que proverá uma vaga de Professor Doutor no Departamento de Histologia e Embriologia do Instituto de Biologia (UNICAMP) para atuar nas áreas de ensino do Departamento e com competência em Biologia de Sistemas e Bioinformática Aplicadas a Vertebrados. –

Período de Incrições REABERTAS: 21/11/2011 A 20/12/2011 -Área: Histologia, Embriologia e Biologia do Desenvolvimento Edital disponível no site: http://www.sg.unicamp.br/dca/concursos/abertos/concursos-para-professor-doutor/instituto-de-biologia

 

 

Encontrado o polegar das aves

A identidade dos dedos em aves permaneceu como problema em aberto no campo da biologia evolutiva. Até setembro passado.

Várias espécies de vertebrados possuem 5 dedos, porém a redução de dígitos também é muito comum. Cobras por exemplos perderam não só os dedos como os membros por completo.

Em aves, a questão é interessante por que estas possuem 3 dedos. Até então, nada de excepcional. O problema é que a identidade dos dedos não corresponde com a posição onde eles são formados…

Durante o desenvolvimento da mão em vertebrados, cinco agrupamentos de células precursoras se formam, gerando as posições Pa, Pb, Pc, Pd, e Pe (originando o polegar, indicador, médio, anelar e mínimo). Em aves, as células nas posições Pa e Pe morrem e nunca geram dígitos. Porém, a posição Pb, ao invés de gerar um dedo indicador, gera o que parece ser um polegar!

Para resolver este problema, Wang e colaboradores, na Universidade de Yale, EUA, resolveram fazer um “perfil” genético de cada dedo: para isso eles sequenciaram os RNAs produzidos em cada um dos 3 dedos da asa da galinha.

Como ponto de comparação, eles usaram a pata da galinha que, curiosamente possui 4 dedos, sendo que um deles, o polegar, surge mesmo da posição esperada, Pa.

O que observaram foi que o perfil genético do polegar em potencial da asa era o mesmo daquele encontrado do polegar da pata, apesar de surgirem de posições diferentes (Pb versus Pa). Isso significa que, durante a evolução da asa, a identidade do polegar foi “transferida” da posição Pa para a posição Pb!

Os resultados foram publicados na revista Nature da edição de 4 de setembro. Vale a pena conferir!

V Simpósio Internacional de Biologia do Desenvolvimento

LINK para o evento: http://www.oxfordeventos.com.br/developmentalbiology/index.php

Very few biological disciplines in the last decade have experienced such huge leap in our understanding of its fundamental questions as the field of Developmental Biology. A highly integrative discipline, it has allowed researchers, by taking full advantage of advances in Classical Embryology, Cell Biology, Genomics, Molecular Genetics, Bioinformatics and Evolution, in a wide range of model organisms, to generate a highly flexible and powerful set of experimental and conceptual tools that helped to cast new light on the mechanisms underlying complex processes such as tissue and cell differentiation, morphogenesis as well as the evolution and conservation of developmental signaling pathways. This progress in turn, has led to a renewed interest in the study of Biological Development, both from the standpoint of basic research and for its potential to generate new and exciting applications of medical, industrial and pharmaceutical interest. Also in Brazil, the new century saw the growth and consolidation of a small, but very active and internationally respected community of developmental biologists, with the establishment of several new research groups led by highly promising young scientists

In this context, and celebrating 10 years of successful organization of biennial international conferences on Developmental Biology in this country, the V International Simposium of Developmental Biology will have as its unifying theme “Post Genomic Developmental Genetics: The first decade”, where both the striking advances in the field during the last ten years or so and future directions will be discussed, as well as their implications for our understanding of the mechanisms of human development and disease. Areas covered include Developmental Genomics, Evolutionary Developmental Biology, Plant Developmental Biology, Signaling Pathways Development and Disease, Stem Cells and Emerging Model Organisms in Developmental Biology. The official language will be English. As in previous meetings, it will be an exceptional opportunity for researchers and students working in these areas, as well as in Embryology, Cell Biology, Molecular Genetics, Biochemistry, Evolution, Oncology and Translational Medicine, to acquaint themselves with latest advances and trends in the field by listening to some of its most prestigious practitioners, and discuss their results in the highly interdisciplinary and interactive setting of poster sessions. These opportunities will be further increased by the realization of the V Meeting of Developmental Biology Students as a satellite meeting to the Simposium.

To conclude, It is our expectation that the V International Simposium of Developmental Biology will fulfill its role as a forum where Initiatives and strategies aiming at expanding, strengthening and internationally integrating the Brazilian Community of Developmental Biologists could be discussed, including the formation of a National Society.

The Organizing committe

Os pentes sexuais como uma novidade evolutiva. Porque sempre o mesmo gene?

 

Em recente artigo publicado na revista Plos Biology o grupo de Artyom Kopp  realizou importantes descobertas a uma pergunta que há muito existia na cabeça dos pesquisadores de Evo-Devo. Como se gera uma novidade evolutiva?

Antes de responder essa pergunta é necesário deixar claro: O que é uma novidade evolutiva? Seria uma característica, em geral importante, que está presente em espécies derivadas filogeneticamente e ausente no grupo ancestral.  Assim são os pentes sexuais, estruturas específicas das primeira patas de machos de um grupo reduzido de espécies de Drosophila incluindo os grupos melanogaster e obscura (Figura 1). Após a sua origem os pentes sexuais sofreram extensa diversificação morfológica com vários exemplo de rápida divergência entre espécies próximas e evolução convergente em espécies evolutivamente distantes. A evolução convergente ocorre quando a mesma morfologia (fenótipo) aparece em espécies que não possuem um ancestral comum, um exemplo clássico de evolução convergente são as asas em morcegos e em aves que tem origem independentes, mas com função similar.

Assim, Kopp e colaboradores  partiram para entender como surgiram os pentes sexuais nas diferentes espécies de Drosophila. Eles obtiveram resultados muito interessantes: Em todas as espécies que possuem pentes sexuais em Drosophila existe a expressão de dois genes double-sex (dsx) e Sex-combs reduced (Scr), que são fatores de transcrição, isto é, ligam ou desligam a expressão de outros genes.  Como dsx e Scr estão envolvidos tanto em machos quanto em fêmeas na formação de cerdas os autores propõem que deste mecanismo ancestral  foi co-optado para uma nova função na geração dos pentes sexuais (Figura 2).

É interessante que temos a evolução cis-regulatória (sim….temos um novo domínio de expressão) junto com os genes controladores master (os homeoboxes)…..parece novamente que alguns genes são mais importantes que outros no desenvolvimento de novas estruturas….a seguir as cenas dos próximos capítulos evolutivos….

E Deus disse: façam-se os enhancers! Mas não todos de uma vez só…

A idéia central da biologia evolutiva e do desenvolvimento é que sequências regulatórias são substrato para inovações morfo-fisiológicas. Vários estudos demonstram este fenômeno, incluindo pesquisas tratadno da evolução da pigmentação em mamíferos e da evolução esquelética em peixes. Em vários casos, os genes cuja expressão é modificada pela sequência regulatória estudada é  importante durante o desenvolvimento embrionário.

Enquanto que estes e outros estudos nos ajudam a entender como mudanças regulatórias levaram à evolução de novas formas animais, estes representam amostras singulares no universo de diferentes relações entre fenótipos e de sequências regulatórias ainda a serem descobertas. Outra questão pendente diz respeito aos genes que foram alvo de mudança regulatória: genes ligados ao desenvolvimento foram mesmo os principais alvos de mudança regulatória ao longo da evolução animal ou esta extrapolação baseada em poucos exemplos não repesenta de forma acurada a história da evolução animal?

Para responder estas e outras perguntas, o grupo liderado pelo Dr. David Haussler fez uma análise da evolução do genoma animal como um todo, alinhando as sequências completas dos genomas de três vertebrados (homem, camundongo e galinha) com a de dois peixes (medaka e o stickleback). O objetivo era identificar sequências conservadas não codificadoras (que não são genes ou microRNAs) e estimar sua data de surgimento. Presumindo que estas sequências seriam, na sua maioria, sequências regulatórias, o grupo do Dr. Haussler seria capaz de identificar quando surgiram estes reguladores gênicos (enhancers). Além disso, os pesquisadores também tomaram nota dos genes localizados na vizinhança destes enhancers e presumiram que estes genes seriam os mais prováveis alvos da ação regulatória do enhancer. O estudo foi pubicado na revista Science no mês passado.

Ao organizar estas informações, o grupo descobriu que durante a evolução animal, houveram dois períodos onde novos enhancers surgiram na vizinhança de diferentes tipos de genes. O período que engloba o início da evolução dos vertebrados até a divisão entre répteis, aves e mamíferos Depois disso ocorre um declínio gradual no surgimento destes enhancers (veja o gráfico Development)

Surpreendentemente, durante o “reinado” dos mamíferos, os novos enhancers que surgem estão envolvidos com o controles de um grupo especial de genes: proteínas responsáveis por modificação pós-tradução. A função destas proteínas é essencialmente modificar outras proteínas através, por exemplo, da adição de um grupo fosfato, alterando a modo de ação da proteína-alvo (veja o gráfico Post-translational protein modification)

Estes resultados provêem uma imagem mais clara sobre o surgimento de novos enhancers, além de gerar várias hipóteses a serem testadas. Por exemplo, o estudo relaciona o surgimento de uma classe de enhancers (controle de genes de ligados a mudanças pós-tradução) com o período da evolução animal (por exemplo, a radiação dos mamíferos). Porém este estudo não trata do papel de enhancers já existentes durante a evolução, por exemplo, de mamiferos. Portanto, sabemos agora que certas classes de genes tiveram novos enhancers adicionados ao seu repertório ao longo da evolução animal, mas que classe cumpriu papel mais importante na evolução animal?