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>Seja a assimetria do seu coração ou a de uma concha, o gene é o mesmo: Nodal

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ResearchBlogging.orgEm vertebrados, o gene nodal é expresso no lado esquerdo do embrião e participa no processo que determina a assimetria interna dos órgãos. Genes homólogos ao Nodal (ortólogos) já haviam sido identificados em outros deuterostômios como ascídeos e ouriço-do-mar, mas nunca em membros dos outros dois grupos de bilateria (ecdysozoa – incluindo artrópodes e nemátodos; e lophotrochozoa – incluindo moluscos e anelídeos).

Acreditava-se, portanto, que o gene nodal havia surgido em um ancestral na linhagem dos deuterostômios. Principalmente tendo em vista que o nodal parece não estar envolvido em produzir assimetrias em Drosophila e Nemátodos. Estas observações, entretanto, não inibiram a Dr. Cristina Grande, trabalhando na UC Berkeley com o Dr. Nipam Patel, de buscar pelo gene Nodal em caracóis.

Caracóis são moluscos da classe gastrópoda, que possuem conchas espiraladas para a direita (dextra) ou para a esquerda (sinistra). Grande e Patel focalizaram seus estudos em 2 espécies: uma de concha sinistra (Biomphalaria glabrata) e outra de concha dextra (Lottia gigantea).

E o que descobriram depois foi fantástico: ambas as espécies possuem o gene nodal e também outro gene, chamado pitx, cujo ortólogo pitx2 também faz parte da via de sinalização que determina lateralidade em deuterostômios. E mais: a espécie dextra (L. gigantea) produz o gene nodal somente no lado direito do embrião, enquanto que a espécie sinistra (B. glabrata) produz nodal no lado esquerdo (foto acima). O mesmo acontece com o gene pitx.

Encontrar o genes nodal e pitx, descobrir que estes são expressos assimetricamente e que existe uma correlação do lado no qual o gene é expresso e a orientação da espiral da concha é um grande achado, porém não prova que o gene nodal é necessário para a formação assimétrica da concha. Para isso, seria necessário inibir a função deste gene durante o desenvolvimento.

E foi isso que Grande e Patel fizeram, usando um inibidor da via de sinalização Nodal, comumente usado em vertebrados: SB-431542. O resultado deste experimento também é surpreendente: os embriões formaram conchas tubulares sem espiral (foto acima)!

Os resultados encontrados por Grande e Patel, publicados este ano na revista Nature, não somente esclarecem o processo de geração da assimetria da concha em caracóis, mas também sugerem que utilização da via Nodal para produzir assimetrias anatômicas estava presente no ancestral comum de todos os bilatérios.

Grande C, & Patel NH (2009). Nodal signalling is involved in left-right asymmetry in snails. Nature, 457 (7232), 1007-11 PMID: 19098895

>Entrevista: Helena Araújo

>Caros leitores,
a entrevistada de hoje é a Dr. Helena Maria Marcolla Araújo, chefe do Laboratório de Biologia Molecular e do Desenvolvimento, no Instituto de Ciências Biomédicas/UFRJ.

1. O que a levou a realizar uma carreira em Biologia do Desenvolvimento/Evo-Devo?

Sempre me interessou compreender qual o código utilizado para transformar uma única célula totipotente num organismo complexo. Durante meu doutorado fiz algumas análises ao longo do desenvolvimento de murinos. Meu primeiro contato com a área ocorreu durante meu estágio sanduiche no Collége de France, onde assisti a uma palestra de Andrew Lumsden. Me encantou a beleza dos ensaios realizados no organismo íntegro. Ao final de meu doutorado eu ansiava trabalhar com um modelo que me permitisse fazer ensaios in vivo. Foi uma feliz coincidência conhecer Ricardo Guellerman Ramos no IBCCF, com quem estabeleci uma colaboração trabalhando em Drosophila. Esta experiência definiu minha escolha para o pós-doc e para o meu futuro como coordenadora de pesquisa em Biologia do Desenvolvimento.

2. Na sua opinião, qual foi trabalho científico mais importante na Biologia do Desenvolvimento/Evo-Devo?

Na raiz da BD estão os trabalhos de Cristianne Nusslein Volhard, Eric Wiechaus e Ed Lewis. Utilizando Drosophila melanogaster como modelo eles identificaram mutações que alteravam a organização do corpo do animal. Foram eles que definitivamente mostraram que era possível identificar genes responsáveis por codificar padrões corporais. Antes não se acreditava que um único gene pudesse ter efeitos tão drásticos. O grande insight destes pesquisadores foi associar a Genética, a Embriologia e a nascente Biologia Molecular para investigar questões fundamentais do desenvolvimento animal. Seus achados revolucionaram a Embriologia e a Genética. Sua forma de investigar influenciou não apenas a pesquisa em Drosophila, mas também em modelos futuros como Zebrafish e Arabidopsis. Não admira eles terem ganho o prêmio Nobel de Medicina de 1995.

3. Quais as vantagens e desvantagens de se fazer Biologia do Desenvolvimento no Brasil?

A maior vantagem é que esta área é nova no Brasil. A maior desvantagem é que a área é nova no Brasil. Ou seja, é grande a excitação por parte dos alunos, que fazem uma série de novas descobertas pessoais simplesmente por entrar em contato com pesquisa na área. Isto preenche nossos laboratórios com pessoas motivadas e cheias de gás. Por outro lado, a BD tem uma forma específica de pensar e trabalhar a ciência, sempre procurando os mecanismos por trás de processos do desenvolvimento. Estas pesquisas tomam tempo, o que não é bem conhecido e compreendido aqui no Brasil. A pressão pela publicação de trabalhos parciais, que não são bem aceitos em BD, é grande. Mas estamos trabalhando esta parte, procurando com os encontros bienais do núcleo de Biologia do Desenvolvimento formar uma comunidade forte em BD, disseminando e fortalecendo esta pesquisa no Brasil. Aliás, este ano temos mais um Simpósio, em Taubaté, SP (veja http://www.uftm.edu.br/sibd) .

4. Quais são as perguntas que você gostaria de responder em seu futuro científico ?

Primeiramente, me interessa entender como os organismos lidam com “redes regulatórias”, ou seja, como eles traduzem um grande número de informações que convergem sobre a regulação de um mesmo evento. Estamos fazendo esta análise para o fator de transcrição Dorsal, da família NfkappaB, que é ativado no citoplasma pelo receptor Toll e inibido por uma via paralela envolvendo uma BMP. Ao compreendermos o resultado da combinatória destes dois sinais podemos começar a incrementar nossa análise, levando em conta um maior número de sinais que convergem sobre o mesmo fator de transcrição. A segunda pergunta, de cunho mais evolutivo, é compreender como são construídos os genes pleiotrópicos. Tem-se como hipótese que é econômico para os organismos utilizar um mesmo gene várias vezes ao longo de seu desenvolvimento e fisiologia, o que requer a aquisição de novas sequências regulatórias ao longo da evolução, mas não exige a aquisição de um gene inteiramente novo. A princípio estas sequências regulatórias são independentes e sofrem diferente pressão seletiva. Gostaria de testar se isto realmente é verdade ou se existem “constraints” adicionais quando se trata de um gene pleiotrópico versus um que é expresso de forma mais pontual.

5. Quem mais a influenciou na sua carreira científica?

Difícil falar de influências, já que somos construídos de fragmentos de experiências ao longo dos anos. No entanto, meu supervisor de pós-doutorado, Ethan Bier, foi uma influência importante. Seu lema “data ipsis loquitur” ou “let the data speak”, nos mostra a importância do rigor científico e a busca de abordar um problema de todos os ângulos possíveis. De uma forma menos pessoal, publicações de certos pesquisadores também impactam na forma como pensamos. Admiro os trabalhos de Sean Carroll, que além de excelente cientista é um ótimo divulgador. Finalmente, não posso deixar de dizer que ainda hoje sou influenciada pelo trabalho de colegas cientistas, principalmente aqueles que me mostram que se pode fazer pesquisa de excelente qualidade no Brasil. Entre os mais jovens, merecem destaque o geneticista Bernardo Carvalho e o biologista do desenvolvimento José Xavier Neto.

6. Que outra profissão voce teria escolhido que nao a carreira científica?

Antes de mais nada, eu adoro o que faço! Realmente me divirto. Mas quando me preparava para fazer o vestibular eu tinha dúvidas entre me dedicar a àrea biológica ou arquitetura. Era o meu lado artístico brigando com minha vertente investigativa. Hoje satisfaço essa necessidade pintando. Mas acredito que também busco beleza na minha pesquisa. Nada me deixa mais feliz do que uma bela imagem de um embrião, cheia de significado científico!

>Desvendando o que Darwin não sabia (e nem poderia)

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ResearchBlogging.orgEste ano está sendo especial para pessoas interessadas em evolução, pois é o aniversário de 150 anos da publicação do livro “A Origem das Espécies” de Charles Darwin. Na sua extensa obra-prima, Darwin discute o mecanismo de seleção natural como força motriz da evolução. O que Darwin não sabia e nem poderia saber naquela época é como as populações divergem para dar origem a novas espécies, particularmente como tal processo ocorre a nível molecular. O laboratório da pesquisadora Hopi Hoekstra (Universidade de Harvard) acaba de publicar um estudo buscando responder essa questão.

Nos últimos anos, cientistas da área de Biologia Evolutiva do Desenvolvimento têm se dedicado a entender os mecanismos moleculares responsáveis por adaptações a um determinado ambiente. Estas mudanças a nível de DNA (genótipo) são responsáveis por mudanças no organismo que podem ser observadas (fenótipo).

Existem dois grandes problemas para identificar mudanças no DNA responsáveis por adaptações. O primeiro deles é encontrar características que sejam sem dúvida alguma adaptativas, isto é, características que sejam visivelmente distintas entre indivíduos da mesma espécie e que confiram vantagem(s) a um determinado indivíduo (ou grupo) em relação a outro num determinado ambiente. Este primeiro problema foi facilmente resolvido no presente estudo, pois Hoekstra e colaboradores utilizaram camundongos que possuiam pêlos de cores claros e escuros e que viviam em montanhas com areias brancas e escuras, respectivamente (Foto). Sabe-se há muitos anos que camundongos de pele clara, quando colocados em áreas escuras são mais visíveis a predadores como corujas. O mesmo acontece com camundongos escuros quando colocados em montanhas claras. Um dos principais achados do artigo é que os camundongos claros e escuros são diferentes devido à produção de dois pigmentos. Camundongos de pêlo claro têm seus melanócitos (células produtoras de pigmento) produzindo a substância clara feo-melanina, enquanto camundongos de pêlo escuro produzem a substância escura eumelanina. Esta distinção faz com que camundongos de pêlo claro consigam refletir muito mais a luz que camundongos de pêlo escuro e tem caráter adaptativo.

O segundo problema é mais difícil de ser resolvido. Este problema é o de identificar quais mudanças no genoma dos camundongos (DNA) são responsáveis pelas mudanças na cor do pêlo ao longo da evolução. Achar essas diferenças no DNA sem nenhuma pista seria como achar uma agulha num palheiro. Hoekstra e colaboradores então se utilizaram de uma pista. Eles sabiam que um gene chamado Agouti está envolvido, em camundongos de laboratório, na regulação da produção de feomelanina, logo este gene seria um candidato natural para explicar a variação. Usando várias técnicas genéticas e moleculares foi determinado que, de fato, mudanças na regulação (quantidade) do gene Agouti estão envolvidas na diferença da cor do pêlo claro e escuro. Além disso, foi encontrada uma deleção (perda) de um aminoácido na população de camundongos com pêlo claro se comparado com camundongos de pêlo escuro, sugerindo que uma mudança na região que dá origem à proteína (codificante) também ocorreu. Como os próprios autores reconhecem, não está claro qual a contribuição de cada uma destas modificações, codificante ou não-codificante, para a mudança da cor do pêlo nestas populações. Esta questão deverá ser abordada em estudos futuros.

Para finalizar, os pesquisadores demonstram através de testes clássicos de genética de população que as mudanças no DNA encontradas nos camundongos claros atuais ocorreram depois da formação das montanhas de areia branca, que ocorreu há 10.000 anos. Estes resultados vão contra recentes estudos que propõem que caracteres adaptativos são selecionados a partir da variação genética já existente em populações. Mas essa discussão eu deixo pra outro post….O importante aqui é dizer que foi descoberto algo que Darwin não sabia (e nem poderia)…

Linnen CR, Kingsley EP, Jensen JD, & Hoekstra HE (2009). On the origin and spread of an adaptive allele in deer mice. Science (New York, N.Y.), 325 (5944), 1095-8 PMID: 19713521

>Entrevista: José Garcia Abreu

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Caros leitores,
Estamos dando início a uma série de entrevistas com pesquisadores brasileiros
na área de Biologia do Desenvolvimento/Evo-Devo. É com grande prazer que temos como primeiro convidado o Professor José Garcia Abreu, chefe do Laboratório de Embriologia dos Vertebrados do Instituto de Ciências Biomédicas/UFRJ.

1. O que o levou a realizar uma carreira em Biologia do Desenvolvimento/Evo-Devo?

Dois fatores foram determinantes para esta escolha: 1) eu ter feito um curso da cátedra UNESCO em BD, cujo o tema era modelos de estudo em BD. Isso ocorreu em 1998 quando terminava meu doutorado. Nessa ocasião fiquei particularmente interessado em Xenopus, tive meu primeiro contato com os embriões e aprendi dissecar o ectoderma animal. Outro fator importante foi o fato de ter feito meu doutorado em Neurobiologia do desenvolvimento e durante este período lendo artigos me interessei por desenvolvimento mais precoce (blástula e gástrula).

2. Na sua opinião, qual foi trabalho científico mais importante na Biologia do Desenvolvimento/Evo-Devo?

É muito difícil responder esta questão, mas sem dúvida destaco os que foram contemplados com o Nobel, Spemann e Magold, 1924 e Nusslein-Volhard e Wieschaus,1980. As descobertas destes trabalhos foram seminais e ainda hoje são matéria base a qualquer nova descoberta. Outros trabalhos foram também importantes.

3. Quais as vantagens e desvantagens de se fazer Biologia do Desenvolvimento no Brasil?

A principal vantagem e que como ainda é um campo novo pode atrair novos talentos e como é multidisciplinar permite interações com diversos grupos locais que investigam outras temáticas. Por outro lado, é muito dificil estabelecer modelos novos como anfibios (Xenopus) e camundongo. O primeiro pelos entravés de importação e o segundo pelo custo e dificuldade de manutenção em condições adequadas.

4. Quais são as perguntas que você gostaria de responder em seu futuro científico ?

Muitas, mas se conseguisse contribuir para entender o que define posicionamento e destino a uma célula embrionária já ficaria satisfeito.

5. Quem mais o influenciou na sua carreira científica?

Muitos professores foram importantes no delineamento de minha careira e nesta entrevista não haveria espaço pra tantos nomes, mas no Brasil destacaria dois pesquisadores que conheci durante minha formação inicial e tenho relacionamento ate hoje, Vivaldo Moura Neto e Leny Cavalcante. Eles sabem dizer aquilo que você precisa ouvir. Através deles conheci muitos outros no Rio e pelo mundo. Fora do Brasil, o Professor Eddy De Robertis também me influenciou muito. Atualmente estou convivendo com o professor Xi He que é um cientista muito intenso, com uma cabeça genial e que aos 47 anos já é full professor em Harvard Medical School e é um dos líderes mundiais na sua area, Wnt no desenvolvimento e na doença.

6. Que outra profissão voce teria escolhido que nao a carreira científica?

Não sei mas seria algo relacionado à descoberta ou à busca de algo.

Em nosso nome, obrigado e muito sucesso Garcia.

>Dentes de crocodilo, bico de galinha

>ResearchBlogging.orgHá aproximadamente 300 milhões de anos, o ancestral de todos os vertebrados modernos deu origem às linhagens dos mamíferos e dos répteis e aves. Répteis, possuem dentes em forma de cone, assim como dinossauros ancestrais de aves. Entretanto, aves modernas, que surgiram 80 milhões de anos atrás, não possuem dentes.

Dentes, assim como membros e outros apêndices presentes no ancestral de vertebrados modernos, foram modificados ou mesmo perdidos de forma independente diversas vezes ao longo da evolução. Nos casos de caracteres perdidos, uma pergunta intrigante do ponto de vista da biologia evolutiva e de desenvolvimento é o quanto do programa de desenvolvimento ainda se faz presentes em espécies que perderam um determinado caractere? No caso das aves, a pergunta é: quanto do programa genético para formação de dentes ainda está presente? É possível reativar este programa e promover formação de dentes em aves modernas? Que dentes estas aves formariam?

E foi a resposta para estas três perguntas que Matthew Harris, aluno de doutorado no laboratório de John Fallon, e colaboradores na Universidade de Wisconsin, encontraram em 2006. Os resultados deste fantástico estudo com o mutante talpid foram publicados na revista Current Biology. Resumindo, Harris e colaboradores, estudando o mutante talpid (provavelmente devido às alterações na formação de membros – foco deste laboratório) observaram que estes também possuiam alterações na formação do bico. Análise cuidadosa revelou a formação de proeminências no limite lateral da cavidade oral, que histologicamente se assemelhavam a dentes de crocodilos.

Os pesquisadores compararam o desenvolvimento de dentes em crocodilos e na galinha mutante, estudando genes envolvidos com a formação de dentes como shh, ptc (o receptor a proteína Shh), pitx2, e bmp4. O que descobriram foi uma incrível semelhança espaço-temporal na expressão destes genes entre crocodilos e galinhas mutantes. Vale notar que os genes pitx2 e bmp4 sequer são expressos na cavidade oral em aves.

Por fim, os autores mostraram que as alterações na cavidade oral em galinhas mutantes resultaram no reposicionamento do epitélio com potencial sinalizador, colocando-o em contato com o mesênquima competente para produção de dentes. Os tecidos são normalmente separados durante a formação do bico em aves e os autores especulam que a perda dos dentes é resultado da separação do epitélio e o mesênquima competentes para formação de dentes. Nas aves mutantes, estes tecidos são postos em contato novamente e, conseqüentemente, formam-se dentes!

Este estudo representa mais um exemplo no qual uma estrutura é modificada não pela perda ou invenção de novos genes, mas pela utilização (ou não) destes. Por fim, este trabalho indica que algumas vias de desenvolvimento desativadas há muito tempo (neste caso, há 80 milhões de anos) podem ser reativadas.

Harris MP, Hasso SM, Ferguson MW, & Fallon JF (2006). The development of archosaurian first-generation teeth in a chicken mutant. Current biology : CB, 16 (4), 371-7 PMID: 16488870

>Uma aranha com dois pares de patas ?

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ResearchBlogging.orgEm um estudo publicado na edição online da revista científica Current Biology desta semana (http://www.cell.com/current-biology/abstract/S0960-9822(09)01378-5) pesquisadores da Universidade de Colônia, Alemanha estudando a formação dos segmentos da aranha Achaearanea tepidariorium conseguiram um feito inédito, geraram aranhas com dois pares de patas ao invés dos quatro pares habituais através de nocaute gênico via interfêrencia de RNA (iRNA). O grupo contou com a participação da brasileira Natália Martins Feitosa aluna de doutorado da Universidade de Colônia, que trabalhou no laboratório de Wim Damen (líder do artigo) durante sua especialização na Alemanha.

Uma das principais perguntas da área de Evolução e Desenvolvimento atual é sobre a origem e a diversificação da formação dos segmentos nos diferentes grupos animais. Alguns grupos acreditam que a segmentação foi inventada diversas vezes nos diferentes grupos de animais, enquanto outros propõem uma origem única deste processo. Um dos principais problemas para resolver dessa questão é que os estudos de biologia do desenvolvimento atuais tem se concentrado em espécies pertencentes a grupos derivados filogeneticamente como as moscas-da-fruta Drosophila melanogaster e o nematódeo nao-segmentado C. elegans.

Embriões de mosca-da-fruta, por exemplo, formam todos os segmentos da cabeça ao abdômen ao mesmo tempo, pois seu desenvolvimento embrionário é muito rápido, em torno de um dia. Ao contrário, quelicerados como a aranha utilizada no estudo e vertebrados como nós humanos levam muito mais tempo para se desenvolverem e tem a formação de seus segmentos em dois processos distintos, o primeiro no início do desenvolvimento embrionário na parte mais anterior e o segundo na região posterior, a chamada zona de crescimento (“growth-zone”).

A primeira autora do estudo, atualmente realizando seu pós-doutorado em Harvard, Evelyn Schwager destaca que o artigo demonstra que dois mecanismos genéticos distintos estão envolvidos na segmentação nas regiões anterior e posterior na aranha.

O grupo de Wim Damen já havia ficado famoso alguns atrás ao publicar um artigo na revista Nature mostrando que a mesma via de sinalização, a via de Notch, é responsável pela segmentação da região posterior de aranhas. Notch é importante para a formação dos segmentos posteriores também em vertebrados como nós, mas nao é necessário para este processo em moscas-da-fruta que tem o desenvolvimento rápido e sincronizado de todos os segmentos. Em moscas-da-fruta o mecanismo envolvido na padronização de região anterior envolve vários fatores de transcrição, incluindo hunchback, cujo papel foi analisado pelo presente estudo em aranhas. No fim das contas gerar uma aranha com apenas dois pares de patas foi possível pelo presente estudo (os fascinantes filmes com aranhas selvagens e iRNA para hunchback podem ser encontrados em: http://www.cell.com/current-biology/supplemental/S0960-9822(09)01378-5).

É importante ressaltar que estas aranhas com dois pares de patas não sobrevivem muito tempo provavelmente por não serem capazes de realizarem de forma eficiente tarefas usuais como capturar insetos ou manipular a teia que produzem. No fim das contas, Darwin já mostrou há 150 anos que a selecao natural é responsável por selecionar as variantes mais aptas e não é a toa que
as aranhas possuem quatro pares de patas há muitos milhoes de anos…..

Schwager EE, Pechmann M, Feitosa NM, McGregor AP, & Damen WG (2009). hunchback functions as a segmentation gene in the spider Achaearanea tepidariorum. Current biology : CB, 19 (16), 1333-40 PMID: 19631543

>Blog agora tem dois autores!

>Caros amigos,
é com grande prazer que anuncio que o blog agora possui um novo autor/colaborador: Rodrigo Fonseca.
Rodrigo é doutor e pós-doutor em Biologia do Desenvolvimento (Embriologia) pela Universidade de Colônia, Alemanha e atualmente professor e pesquisador do Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade Federal do Rio de Janeiro – Campus Macaé – atuando na área de Biologia Evolutiva do Desenvolvimento.
Eu e Rodrigo vamos dividir a tarefa de manter o blog atualizado e de divulgar as descobertas na área da Evo Devo.

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