Cooperação entre estruturas pré-cordais no desenvolvimento inicial da cartilagem trabécula no crânio dos gnatostomados

Abstract

O crânio dos vertebrados, uma das aquisições evolutivas mais recentes, é formado por duas populações de células, uma delas derivada do mesoderma e outra das células da crista neural (CN). Elementos do crânio derivados das células da CN desenvolvem em posição anterior à notocorda, na região pré-cordal. Já elementos derivados do mesoderma, desenvolvem na presença da notocorda, na região cordal. Para o mesoderma formar cartilagem é fundamental a presença da notocorda, como ocorre no restante do corpo. A região anterior à notocorda desperta especial interesse, pois nessa região a interação entre diferentes estruturas embrionárias formam um microambiente capaz de estimular a formação de cartilagem pelas células da CN, condição encontrada apenas nessa região. A cartilagem da região pré-cordal localizada imediatamente anterior a região cordal, é a trabécula, que se forma no encontro de três estruturas pré-cordais: a placa pré-cordal (PPC), a células da linha média rostroventral do tubo neural (células da LMRV do tubo neural) e a ectoderma do estomodeu (EE). Este trabalho aborda como essa região pré-cordal participa, molecularmente do desenvolvimento inicial da trabécula nos gnatostomados. Para isso, foi realizado um levantamento de proteínas expressas na região pré-cordal em Gallus gallus, Mus musculus e Danio rerio. Em seguida, foi realizado um extenso levantamento bibliográfico a fim de selecionar as proteínas mais promissoras, que junto com análises in sílico, foram utilizados para traçar interações moleculares da região précordal que cooperam para a formação da trabécula. Os resultados mostraram que SHH secretado pela PPC é capaz de induzir a sua expressão nas células da LMRV do tubo neural; BMP7 em cooperação com SHH secretados pela PPC induzem a expressão de NKX2.1 nas células da LMRV do tubo neural; A ativação da expressão de SHH nas células da LMRV do tubo neural desencadeia um ciclo de feedback positivo com SIX3 e GLI1, presentes na mesma estrutura e SHH secretado nas células da LMRV do tubo neural induz a sua expressão na EE, atuando na formação inicial da trabécula. Estes resultados mostram que a cooperação molecular entre três estruturas pré-cordais distintas, no embrião em desenvolvimento, são fundamentais para o desenvolvimento craniofacial inicial.

Abstract: The vertebrate skull, one of the most recent evolutionary acquisitions, is formed by two populations of cells derived from mesoderm and neural crest (CN) cells. Skull elements derived from CN cells develop anterior to the notochord, in the prechordal region. On the other hand, elements derived from mesoderm develop in the presence of the notochord in the chordal region. For the mesoderm to form cartilage, the presence of the notochord is essential, as it occurs in the rest of the body. The region anterior to the notochord arouses special interest, because in this region the interaction between different embryonic structures forms a microenvironment able to stimulate the formation of cartilage by CN cells, a condition found only in this region. The cartilage of the prechordal region, located immediately anterior to the chordal region, is the trabecula, which is formed at the meeting of three prechordal structures: the prechordal plate (PCO), the rostroventral midline cells of the neural tube (cells of the LMRV of the neural tube) and the ectoderm of the stomodeum (ES). This work discusses how this prechordal region participates, molecularly, during the initial development of the trabecula in gnathostomes. For this purpose, proteins present in the prechordal region in Gallus gallus, Mus musculus, and Danio rerio were recruited. Then, an extensive bibliographic survey was carried out to select the most promising proteins, which, together with in silico analysis, were used to trace molecular interactions in the prechordal region that cooperates in the trabecula formation. The results showed that SHH secreted by PCP can induce its expression in RVM neural tube cells. BMP7 in cooperation with SHH PPC-secreted induce NKX2.1 expression in RVM neural tube cells. The activation of SHH expression in RVM neural tube cells triggers a positive feedback cycle with SIX3 and GLI1 present in the same structure and SHH secreted in the RVM neural tube cells induces its expression in EE, acting in the initial formation of the trabecula. These results show that molecular cooperation among three distinct prechordal structures in the developing embryo is fundamental for early craniofacial development.