Modelo com bandeira francesa - French flag model

Modelo de formação de gradiente de concentração; finos contornos amarelo-laranja são os limites das células.
A bandeira da França é uma tribanda de três cores

O modelo da bandeira francesa é uma definição conceitual de um morfogênio , descrito por Lewis Wolpert na década de 1960. Um morfogênio é definido como uma molécula sinalizadora que atua diretamente nas células (não por indução serial ) para produzir respostas celulares específicas dependentes da concentração de morfogênio. Durante o desenvolvimento inicial, os gradientes do morfogênio geram diferentes tipos de células em ordem espacial distinta. O padrão da bandeira francesa é freqüentemente encontrado em combinação com outros: o desenvolvimento dos membros dos vertebrados é um dos muitos fenótipos que exibem Turing sobreposto a um padrão complementar (neste caso, o padrão de Turing ).

Visão geral

No modelo da bandeira francesa, a bandeira francesa é usada para representar o efeito de um morfogênio na diferenciação celular: um morfogênio afeta os estados celulares com base na concentração, esses estados são representados pelas diferentes cores da bandeira francesa: altas concentrações ativam um "azul "gene, concentrações mais baixas ativam um gene" branco ", com" vermelho "servindo como o estado padrão nas células abaixo do limite de concentração necessário.

O modelo da bandeira francesa foi defendido pelo principal biólogo da Drosophila , Peter Lawrence . Christiane Nüsslein-Volhard identificou o primeiro morfogênio, Bicoid , um dos fatores de transcrição presentes em um gradiente no embrião sincicial de Drosophila . Dois laboratórios, o de Gary Struhl e o de Stephen Cohen , demonstraram que uma proteína sinalizadora secretada, Decapentaplégica (o homólogo da Drosophila do fator de crescimento transformador beta ), agia como morfogênio durante os estágios posteriores do desenvolvimento da Drosophila . A substância governa o padrão de desenvolvimento do tecido e, em particular, as posições dos vários tipos de células especializadas dentro de um tecido. Ele se espalha de uma fonte localizada e forma um gradiente de concentração em um tecido em desenvolvimento.

Morfógenos bem conhecidos incluem: fator de crescimento decapentaplégico / transformador beta , Hedgehog / Sonic hedgehog , Wingless / Wnt , fator de crescimento epidérmico e fator de crescimento de fibroblastos .

Alguns dos primeiros e mais bem estudados morfógenos são fatores de transcrição que se difundem nos embriões iniciais de Drosophila melanogaster (mosca da fruta). No entanto, a maioria dos morfógenos são proteínas secretadas que sinalizam entre as células.

Os morfogênios são definidos conceitualmente, não quimicamente, portanto, produtos químicos simples, como o ácido retinóico, também podem atuar como morfogênios.

Dificuldades

A base do modelo da bandeira francesa é a ideia de que um morfogênio forma autonomamente um gradiente com células individuais lendo a concentração do gradiente. As células então respondem a um nível específico de gradiente com uma diferenciação específica para corresponder à posição em que o gradiente indica que estão. Embora amplamente aceito como um modelo importante para a compreensão da morfogênese , não é universalmente aceito por todos os biólogos do desenvolvimento. As dificuldades com todos os modelos de morfogênese baseados em gradiente foram extensivamente revisadas por Natalie e Richard Gordon e incluem sete pontos específicos:

  1. Para manter um gradiente em estado estacionário, deve haver um sumidouro, ou seja, uma maneira pela qual as moléculas em difusão são destruídas ou removidas ao longo do caminho e / ou em alguns limites. Raramente, ou nunca, os coletores são considerados quando o modelo de gradiente é invocado.
  2. A difusão deve ocorrer em um espaço confinado se um gradiente deve ser estabelecido. No entanto, muitos organismos, como o axolotl, desenvolvem-se normalmente, mesmo que a membrana vitelina e as camadas de gelatina sejam removidas e o desenvolvimento ocorra em água corrente.
  3. A difusão depende da temperatura, embora o desenvolvimento possa ocorrer normalmente em uma ampla variedade de temperaturas em animais cujos ovos se desenvolvem externamente à mãe.
  4. Gradientes de difusão não escalam bem, mas os embriões vêm em uma variedade de tamanhos.
  5. Os gradientes de difusão seguem o princípio de superposição. Isso significa que um gradiente de uma substância em uma direção e um gradiente da mesma substância em uma direção perpendicular resultam em um único gradiente unidimensional na direção diagonal, não em um gradiente bidimensional. Os biólogos do desenvolvimento freqüentemente invocam um gradiente bidimensional, embora um sistema de gradiente bidimensional exija dois gradientes de morfogênio com duas fontes e sumidouros diferentes colocados aproximadamente perpendiculares um ao outro.
  6. Flutuações nos gradientes sempre ocorrem, especialmente nas baixas concentrações comumente encontradas durante a embriogênese, tornando problemática uma resposta específica de uma célula individual a determinados limites de concentração.
  7. Cada célula deve ser capaz de “ler” a concentração de morfogênio com precisão, caso contrário, os limites entre os tecidos se tornam irregulares. No entanto, essas fronteiras irregulares são raras no desenvolvimento.

Referências

links externos