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Biology II: Mouse, Zebrafish, and Chick

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Desenvolvimento do Chick

Overview

O embrião de frango (Gallus gallus domesticus) fornece um modelo econômico e acessível para a pesquisa em biologia do desenvolvimento. Os filhotes se desenvolvem rapidamente e são favoráveis a manipulações genéticas e fisiológicas, permitindo que os pesquisadores investiguem caminhos de desenvolvimento até os níveis celular e molecular.

Esta revisão em vídeo do desenvolvimento de filhotes começa descrevendo o processo de fertilização e formação de óvulos dentro do trato reprodutivo de galinhas. Em seguida, o filhote mais usado encenando nomenclatura, a série de encenação Hamburger Hamilton, é introduzido. Grandes eventos no desenvolvimento de filhotes são então delineados, incluindo os movimentos celulares dramáticos conhecidos como gastrulação que formam as três principais camadas celulares: o ectoderme, o mesoderme e o endoderme. As células dessas camadas passam a gerar todos os tecidos dentro do organismo, bem como membranas extraembriônicas, que são necessárias para o transporte de gases, nutrientes e resíduos dentro da casca de ovo. Para concluir a discussão, algumas técnicas interessantes serão apresentadas como estratégias para estudar o desenvolvimento de filhotes com mais detalhes.

Procedure

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Séculos de estudos embriológicos realizados em filhotes avançaram significativamente nossa compreensão do desenvolvimento de vertebrados. A domesticação generalizada de galinhas significa que seus embriões são facilmente e acessíveis adquiridos. Além disso, os embriões se desenvolvem externamente e são favoráveis a muitas manipulações físicas e genéticas que permitem a exploração aprofundada dos processos de desenvolvimento. Este vídeo abordará os fundamentos da reprodução de galinhas, anatomia de ovos e desenvolvimento de embriões antes de mergulhar em algumas técnicas de laboratório que aproveitam esse sistema de desenvolvimento.

Antes de discutir a embriogênese, vamos rever como as muitas estruturas essenciais do ovo são formadas.

Galinhas fêmeas, ou galinhas, colocam ovos quase todos os dias, independentemente do comportamento de acasalamento; uma característica que muitas vezes aproveitamos na mesa do café da manhã!

A tarefa de 24 horas de montagem de ovos começa com um óvulo no ovuto. Esta célula consiste em uma gema rica em nutrientes ensheathed em membrana vitelline. Se a galinha acasalou recentemente, a fertilização ocorre nesta fase, iniciando divisões celulares restritas a uma pequena área na superfície da gema chamada disco germinal. À medida que o ovo passa pelo oviduto, uma camada de albumen ou clara de ovo se forma ao redor da gema, contendo água e proteína para proteção e nutrição. Em seguida, são adicionadas membranas de concha contendo queratina, fornecendo uma defesa contra bactérias. Finalmente, uma casca semi-permeável feita de carbonato de cálcio é montada no útero, que protegerá o ovo e permitirá a troca de gás e umidade.

Agora que sabemos um pouco sobre o que se passa dentro do frango, vamos rever os próximos passos depois que os ovos forem colocados.

Embora o desenvolvimento já tenha começado neste momento, a progressão vai parar à medida que os ovos são expostos a temperaturas mais frias. Uma vez que o crescimento contínuo depende da incubação a 37,5 °C, os estágios de desenvolvimento de filhotes são mais comumente definidos por marcos morfológicos, como descrito na série de encenação de Hamburger Hamilton.

Quando o ovo é colocado, o pintinho está no Hamburger Hamilton estágio 1. Neste ponto, as células que formarão o embrião são encontradas dentro de uma "área pellucida" transparente no centro da estrutura branca semelhante ao olho de touro chamado blastoderm. A próxima fase de desenvolvimento é marcada pelo aparecimento de uma formação celular na linha média do embrião conhecida como raia primitiva. Células da área pellucida migram através de uma ranhura que se forma na raia para gerar três camadas discretas, conhecidas como camadas de germes.

As primeiras células a se mover através da raia tornam-se o endoderme, que forma o revestimento do intestino e do trato respiratório; e células que passam por células posteriores tornam-se o mesoderme, que forma músculo e sangue. As células que permanecem na superfície representam o ectoderme, que se torna pele e tecido neural.

Este processo, conhecido como gastruação, começa em uma massa de células conhecidas como nó de Hensen no final anterior da raia primitiva. O transplante dessa estrutura para outro embrião resulta na formação de estruturas embrionárias secundárias, demonstrando o papel crucial do nó na padronização do eixo embrionário.

A análise da expressão genética neste embrião secundário mostra ainda que o nódulo está envolvido na especificação de tecidos neurais como o tubo neural, que mais tarde forma o cérebro embrionário e a medula espinhal.

Uma característica notável desses embriões posteriores é a complexa teia de vasos sanguíneos irradiando sobre a gema. A circulação através desses vasos é essencial para a distribuição de nutrientes da gema em todo o embrião em rápido crescimento. À medida que o embrião se torna mais complexo, o sistema de membranas extraembriônicas vascularizadas que o sustentam. Enquanto o saco de gema está principalmente envolvido na entrega de nutrientes, o allantois e o corão desempenham papéis críticos na respiração e excreção de embriões. Após cerca de 7 dias de incubação, essas duas membranas se fundem, criando a membrana corioallantóica ou CAM. Graças ao seu posicionamento, o CAM permite a troca de gás com o mundo exterior e também permite que o embrião use a casca como fonte de cálcio.

Este sistema de transporte carrega o embrião durante cerca de 21 dias de desenvolvimento, após o qual o filhote quebra um buraco na casca e escotilhas empobrecidos com cálcio.

Agora que tocamos em alguns dos principais passos no desenvolvimento de frangos, vamos dar uma olhada em como os pesquisadores estudam esses processos em laboratório.

Assim como os experimentos no nó de Hensen, o transplante entre embriões pode demonstrar a função de tecidos isolados no desenvolvimento. Uma extensão comum dessa técnica é o enxerto de tecidos de outras espécies aviárias, como a codorna, em embriões de filhotes. Nesses estudos, as células transplantadas podem ser facilmente rastreadas usando marcadores específicos de codorna para avaliar seu impacto nos processos de desenvolvimento, como a formação da mandíbula.

Padrões dinâmicos de expressão genética direcionam as transformações fascinantes observadas ao longo do desenvolvimento dos filhotes. Para entender melhor os caminhos do desenvolvimento, a hibridização in situ é usada para visualizar a expressão genética em embriões inteiros. Para este procedimento, os embriões são coletados, fixos e, em seguida, incubados com uma sonda RNA, que se liga a alvos específicos de mRNA. Os rótulos nas sondas destacam as células em que os mRNAs alvo são abundantes, indicando uma expressão genética robusta.

Vimos como as estruturas neurais primitivas se formam no filhote, mas como elas evoluem para um complexo sistema nervoso vertebrado? Uma abordagem para estudar conexões neurais embrionárias é chamada de rastreamento neural. Pesquisadores injetam corante em neurônios de interesse e permitem que o corante se espalhe pelo axônio. Embriões fixos são então finamente fatiados, e imunossuídos. Os caminhos que os neurônios seguem podem então ser visualizados usando o rótulo de corante, juntamente com marcadores conhecidos do tecido cerebral.

Você acabou de assistir o vídeo do JoVE sobre o desenvolvimento de galinhas. Este vídeo cobriu o básico da formação de ovos, eventos-chave no desenvolvimento de filhotes, e algumas técnicas de pesquisa comuns usadas para obter uma melhor compreensão da fascinante transformação do café da manhã para o jantar. Obrigado por assistir!

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