1. Faixa primitiva e gastrulação
Gastrulação Humana e Modelos Experimentais
A análise direta de embriões humanos identificou populações transcricionalmente distintas associadas à linha primitiva e à formação precoce das camadas germinativas, incluindo células que expressam TBXT (Brachyury), EOMES e outros reguladores mesendodérmicos. Estes dados fornecem evidências da organização espacial e transcricional da gastrulação humana precoce, embora a expressão de marcadores e as relações de linhagem sejam dependentes do estádio. Uma vez que o acesso experimental a embriões humanos limita a manipulação genética causal, muitos mecanismos moleculares e celulares da formação da linha primitiva, da transição epitélio-mesenquimatosa (EMT), da ingresão, da especificação das camadas germinativas e da morfogénese tecidular têm sido definidos principalmente em embriões de murganho e de galinha.
Redes de Sinalização que Estabelecem a Linha Primitiva
No murganho, a padronização do eixo embrionário posterior e a formação da linha primitiva dependem de uma sinalização coordenada de Nodal, Wnt, BMP e FGF, com funções distintas para cada via. O Wnt3 é essencial para a formação da linha primitiva, enquanto a sinalização de Wnt canónica através de CTNNB1/β-catenina e da transcrição dependente de TCF/LEF regula a expressão genética associada à linha primitiva. A sinalização de Nodal é necessária para a padronização do epiblasto posterior e a especificação do mesendodermo. O Nodal é sintetizado como um percursor e sofre ativação proteolítica envolvendo Furin e PACE4; a sua atividade é adicionalmente regulada por antagonistas, incluindo Lefty1 e Lefty2.
Os tecidos extraembrionários contribuem para a padronização espacial. O endodermo visceral anterior expressa antagonistas, incluindo Cer1 e Dkk1, restringindo as atividades de posteriorização das regiões embrionárias anteriores. O BMP4 do ectodermo extraembrionario participa na rede reguladora que controla a sinalização do epiblasto posterior e a formação da linha. A sinalização de FGF contribui para a EMT, a migração celular e a morfogénese do mesodermo.
EMT, Ingressão e Formação das Camadas Germinativas
Na linha primitiva, as células do epiblasto sofrem remodelação epitelial e ingresão, envolvendo alterações na adesão e polaridade celular, remodelação da membrana basal, delaminação e aquisição de propriedades migratórias. O Snai1 contribui para a regulação da adesão epitelial, incluindo a repressão de Cdh1/E-caderina. O Eomes funciona em progenitores associados à linha primitiva durante a especificação do endodermo definitivo e a geração de populações mesodérmicas específicas.
A gastrulação estabelece as três camadas germinativas primárias. As células que entram na linha primitiva geram progenitores mesodérmicos e endodérmicos definitivos, enquanto as células do epiblasto que permanecem fora da linha não sofrem ingresão e contribuem predominantemente para o ectodermo. A formação da linha primitiva separa, portanto, espacialmente as populações que sofrem especificação mesendodérmica das células epiteliais que retêm potencial ectodérmico; as interações de sinalização subsequentes padronizam ainda mais o ectodermo neural e não neural.
Destino dos Progenitores e Morfogénese Tecidular
O TBXT e o EOMES têm funções de desenvolvimento distintas. O TBXT é necessário para o desenvolvimento normal do mesodermo posterior e a morfogénese axial, enquanto o Eomes é essencial para a especificação do endodermo definitivo e contribui para populações de progenitores mesodérmicos específicos. O mapeamento de destinos e as análises temporais mostram que os destinos dos progenitores emergem em padrões espaciais e temporais característicos durante a passagem através da linha, consistentes com a resposta diferencial à sinalização, estados transcricionais e histórico dos progenitores.
Em embriões de galinha, o mapeamento de destinos, enxertos, eletroporação e imagiologia em direto resolveram a ingresão celular e os rearranjos mediolaterais. A sinalização da polaridade celular planar dependente de Wnt contribui para comportamentos celulares orientados, intercalação e extensão convergente.
Abordagens Experimentais
Estes mecanismos têm sido investigados utilizando a rutura genética, embriões quiméricos, rastreio de linhagem, hibridação in situ, imunomarcação, alelos repórter e imagiologia quantitativa em direto. A sequenciação de ARN de célula única e a transcriptómica espacial alargam estas análises a embriões humanos e de outros vertebrados. Colónias de células estaminais pluripotentes humanas micropadronizadas e gastrulóides permitem a perturbação controlada utilizando CHIR-99021, XAV939, LDN-193189, WNT3A, BMP4, Activin A e ligandos FGF. Estes modelos reproduzem aspetos definidos da sinalização associada à linha primitiva e da especificação das camadas germinativas, mas complementam, em vez de substituírem, a análise direta da formação da linha primitiva e da gastrulação embrionária.