Gastrulação e formação das camadas germinativas
A gastrulação é o processo morfogenético fundamental que transforma a blástula numa gástrula multicamada através de reordenamentos celulares altamente coordenados que estabelecem o plano corporal embrionário e iniciam a formação das camadas germinativas. A gastrulação emprega combinações de movimentos morfogenéticos, incluindo epibolia, invaginação, involução, ingresão, delaminação e, em muitos bilaterais, extensão convergente, que reposicionam as células embrionárias enquanto alocam progressivamente o ectodermo, o mesodermo e o endodermo. Embora as estratégias morfogenéticas precisas variem entre as espécies, os princípios celulares e moleculares subjacentes estão conservados e dependem da integração da sinalização indutiva, redes de regulação genética, comportamentos celulares dinâmicos e mecânica tecidular.
Os modelos atuais de gastrulação demonstram que a alocação das camadas germinativas é regida por interações recíprocas entre a sinalização de morfógenos, redes de regulação genética e comportamentos celulares dependentes do contexto. A via de sinalização de Nodal, um membro da superfamília TGF-β, fornece informações posicionais essenciais dependentes de morfógenos que especificam destinos mesodérmicos e endodérmicos através da ativação de programas transcricionais que estabelecem a identidade mesendodérmica. Simultaneamente, a via Wnt/β-catenina contribui para a formação do eixo embrionário e regula a competência para a especificação mesodérmica e endodérmica através de interações com redes transcricionais dependentes de Nodal. A sinalização de BMP, modulada por antagonistas derivados do organizador, incluindo Chordin e Noggin em vertebrados, estabelece ambientes de sinalização graduados que regulam a diferenciação ectodérmica e a padronização mesodérmica. A sinalização de FGF coordena a especificação de linhagem com a morfogénese regulando a motilidade, proliferação e diferenciação celular, enquanto coopera extensivamente com as redes de sinalização de Nodal, Wnt e BMP.
A execução da gastrulação requer comportamentos celulares precisamente coordenados. Em espécies nas quais a gastrulação envolve a transição epitélio-mesenquimatosa (EMT), as células epiteliais reduzem a polaridade ápico-basal, remodelam as junções intercelulares, adquirem propriedades migratórias e internalizam-se no embrião. Estas populações mesenquimatosas sofrem posteriormente uma migração dirigida guiada por pistas da matriz extracelular, sinais quimiotácticos e interações mecânicas ao nível do tecido, mantendo contactos adesivos dinamicamente regulados. A intercalação celular impulsiona a extensão convergente, produzindo um estreitamento tecidular mediolateral acoplado a um alongamento axial que contribui para a formação do eixo corporal. Este rearranjo polarizado é regulado predominantemente através da via de sinalização da polaridade celular planar, evolutivamente conservada, que orienta a organização citoesquelética e os comportamentos celulares direcionais dentro do plano dos tecidos embrionários.
O remodelamento da matriz extracelular fornece um enquadramento mecânico e bioquímico essencial para estes eventos morfogenéticos. A regulação dinâmica de matrizes extracelulares ricas em fibronectina, a organização da laminina, a adesão mediada por integrinas, a atividade de metaloproteinases da matriz e a composição da matriz remodela a arquitetura tecidual, facilita a migração celular coordenada e regula a transmissão de forças durante o remodelamento embrionário em grande escala. Coletivamente, as vias de sinalização indutiva, as redes de regulação genética transcricional, a dinâmica da matriz extracelular e os comportamentos celulares mecanicamente coordenados integram-se para estabelecer as três camadas germinativas primárias, garantindo simultaneamente uma padronização embrionária robusta. Estes princípios celulares e moleculares amplamente conservados estão na base da gastrulação em vertebrados e em muitas linhagens de invertebrados, continuando a fornecer um paradigma central para a compreensão do desenvolvimento embrionário precoce, da especificação de linhagem e da morfogénese tecidular.
