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25.5: Gastrulação
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Gastrulation
 
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25.5: Gastrulation

25.5: Gastrulação

Gastrulation establishes the three primary tissues of an embryo: the ectoderm, mesoderm, and endoderm. This developmental process relies on a series of intricate cellular movements, which in humans transforms a flat, “bilaminar disc” composed of two cell sheets into a three-tiered structure. In the resulting embryo, the endoderm serves as the bottom layer, and stacked directly above it is the intermediate mesoderm, and then the uppermost ectoderm. Respectively, these tissue strata will form components of the gastrointestinal, musculoskeletal and nervous systems, among other derivatives.

Comparing Gastrulation Across Species

Depending on the species, gastrulation is achieved in different ways. For example, early mouse embryos are uniquely shaped and appear as “funnels” rather than flat discs. Gastrulation thus produces a conical embryo, arranged with an inner ectoderm layer, outer endoderm, and the mesoderm sandwiched in between (similar to the layers of a sundae cone). Due to this distinct morphological feature of mice, some researchers study other models, like rabbit or chicken—both of which develop as flat structures—to gain insights into human development.

The Primitive Streak and the Node

One of the main morphological features of avian and mammalian gastrulation is the primitive streak, a groove that appears down the vertical center of the embryo, and through which cells migrate to establish the mesoderm and endoderm. At the tip of the streak lies another important structure, termed the node, which appears as a conical indentation. Cells that migrate through the node not only contribute to the muscles and connective tissues of the head but also form a transient mesodermal structure called the notochord (future spinal cord) which plays a key role in directing the development of certain neurons. In addition, the node also “organizes” development in the embryo, due to the signals it produces. For example, chordin and noggin proteins emanating from the node help to direct nearby ectoderm to form neural tissue. In fact, if a mouse node is removed and transplanted into another mouse embryo, it can partially generate a second neural axis, complete with neural folds.

Mapping Cell Movements and Fates

Since gastrulation relies on intricate cell movements to generate the three tissue layers, researchers have also tracked such migration by injecting cells of model organisms with dye and then culturing embryos. Paired with time-lapse microscopy, these techniques have revealed that in the chicken, epiblast cells are swept into the primitive streak by sweeping circular movements, and similar patterns of migration have been demonstrated in the rabbit. These techniques have also been extended to not only look at how cells shift during gastrulation, but also to track the tissue types that labeled cells will go on to form, generating detailed “fate maps” of early embryos.

A gastruação estabelece os três tecidos primários de um embrião: o ectoderm, o mesoderm e o endoderm. Este processo de desenvolvimento conta com uma série de movimentos celulares intrincados, que em humanos transforma um "disco bilaminar" plano composto por duas folhas de células em uma estrutura de três camadas. No embrião resultante, o endoderm serve como a camada inferior, e empilhado diretamente acima dele é o mesoderm intermediário, e, em seguida, o ectoderm superior. Respectivamente, esses estratos teciduais formarão componentes dos sistemas gastrointestinal, musculoesquelético e nervoso, entre outros derivados.

Comparando gastrulação entre espécies

Dependendo da espécie, a gastrulação é alcançada de diferentes maneiras. Por exemplo, os embriões do rato primitivo têm forma única e aparecem como "funis" em vez de discos planos. A gastruação produz assim um embrião cônico, organizado com uma camada de ectoderm interno, endodermia externa, e o mesoderm sanduíche no meio (semelhante às camadas de um cone sundae). Devido a essa característica morfológica distinta dos camundongos, alguns pesquisadores estudam outros modelos, como coelho ou frango — ambos desenvolvidos como estruturas planas — para obter insights sobre o desenvolvimento humano.

A Raia Primitiva e o Nó

Uma das principais características morfológicas da gastruolação aviária e mamífera é a raia primitiva, uma ranhura que aparece no centro vertical do embrião, e através da qual as células migram para estabelecer o mesoderme e o endoderme. Na ponta da raia está outra estrutura importante, denominada nó, que aparece como um recuo cônico. As células que migram através do nó não só contribuem para os músculos e tecidos conjuntivos da cabeça, mas também formam uma estrutura mesodérmica transitória chamada notochord (futura medula espinhal) que desempenha um papel fundamental na direção do desenvolvimento de certos neurônios. Além disso, o nó também "organiza" o desenvolvimento do embrião, devido aos sinais que produz. Por exemplo, proteínas de chordin e noggin emanando do nó ajudam a direcionar o ectoderme próximo para formar tecido neural. Na verdade, se um nó de rato é removido e transplantado em outro embrião de camundongos, ele pode gerar parcialmente um segundo eixo neural, completo com dobras neurais.

Mapeamento de movimentos e destinos celulares

Como a gastruação depende de movimentos intrincados de células para gerar as três camadas teciduais, os pesquisadores também rastrearam essa migração injetando células de organismos modelo com corante e, em seguida, culminando embriões. Emparelhadas com microscopia de lapso de tempo, essas técnicas revelaram que, no frango, as células do epiblasto são varridas para a raia primitiva varrendo movimentos circulares, e padrões semelhantes de migração foram demonstrados no coelho. Essas técnicas também foram estendidas para não apenas olhar para como as células se deslocam durante a gastruação, mas também para rastrear os tipos de tecido que as células rotuladas continuarão a se formar, gerando "mapas de destino" detalhados dos embriões primitivos.


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