The Embryo Project Encyclopedia

Early in the process of development, vertebrate embryos develop afold on the neural plate where the neural and epidermal ectoderms meet,called the neural crest. A crista neural produz células de crista neural (CCN), que se tornam múltiplos tipos de células diferentes e contribuem para os tecidos e órgãos à medida que um embrião se desenvolve. Alguns dos órgãos e tecidos incluem neurônios periféricos e entéricos (gastrointestinais) e glia, células pigmentares, cartilagem e osso do crânio e face, e músculo liso. A diversidade de CCNs que a crista neural produz incomoda os pesquisadores a propor a crista neural como uma quarta camada germinativa, ou seja, uma das estruturas celulares primárias nos embriões iniciais dos quais todos os tecidos adultos e os órgãos de origem animal surgem. Além disso, os biólogos evolutivos estudam a crista neural porque é um novo caráter evolutivo compartilhado (sinapomorfia) de todos os vertebrados.

Embora a crista neural apareça primeiro no embrião duringgastrulation, o processo de invaginação e disseminação pelo qual a ablastula se torna uma gastrula, ela se torna distinguível durante o estágio de theneurula. O estágio de desenvolvimento da neurula ocorre quando a placa neural se dobra e se transforma em tubo neural, a estrutura que eventualmente se desenvolverá no sistema nervoso central. A crista neural surge em duas junções, uma de cada lado da linha média da placa neural, entre o ectoderme neural e o ectoderme não neural. Conforme a neurulação progride e o tubo neural se forma, as duas junções se encontram na parte superior do tubo neural. Então a crista neural separa-se do neuraltubo, um processo chamado delaminação, e subsequentemente migra para longe do tubo neural.

Alguns pesquisadores argumentam que a interação entre o ectoderme neural e epidérmico estimula a gênese da crista neural. Entretanto, a maioria dos cientistas trata o ectoderma neural como o progenitor das células da crista neural, já que a crista neural dá origem aos neurônios e aos gânglios, os últimos dos quais são feixes de neurônios que se encontram na periferia do sistema nervoso, fora do cérebro e da medula espinhal. Os pesquisadores estudaram os CCNs por causa da diversidade de tipos celulares que a crista neural dá origem. Por exemplo, os CCNs fornecem um modelo útil para estudar as células-tronco porque, assim como as células-tronco, elas têm o potencial de se diferenciarem em diversos tipos de células.

Este gráfico mostra como as células da crista neural se formam e migram em diferentes tipos de animais vertebrados.

Uma vez formado o tubo neural, as células da crista neural (CCN) se diferenciam em CCNs cardíacos (CCNs), CCNs de tronco (CCNs), CCNs cranianos (CCNs), ou CCNs vagais e sacrais. A diferenciação submete os CCNs a diferentes ambientes químicos, resultando no seu desenvolvimento em diferentes tipos de células e tecidos. Primeiro, os CCNs vagais e sacrais migram para longe do tronco do tubo neural através de células soltas, calledmesenchyme, que estão entre o tubo neural, epiderme, e somites da mesoderme. Estas células tornam-se gânglios gastrointestinais entéricos e os gânglios parassimpáticos do pescoço. Alguns tNCCs migram através da via onesub que viaja dorsolateralmente para o ectoderma e eventualmente para a linha média do ventre, para as células pigmentares. Outros tNCCs migram lateralmente, eventualmente tornando-se parte do cérebro em desenvolvimento, especificamente neurônios sensoriais e simpáticos, células de Schwann e célulasadrenomedulares. cNCCs se desenvolvem em células pigmentares, neurônios e gânglios também, mas estes são os únicos NCCs que contribuem para a cartilagem e osso da face e crânio. cNCCs são responsáveis pelo desenvolvimento da cartilagem e tecido conjuntivo na face, bem como das glândulas tireoidianas. Os CCNCCs, na região posterior da crista neural, migram dorsolateralmente e formam o septo da artéria pulmonar e aorta, bem como o endotélio nas arcadas aórticas.

Os pesquisadores estudaram a crista neural em meados do então século XIX. Em 1868, Wilhelm His, um embriologista em Basiléia, Suíça, estudando embriões de galinha, ou Gallus gallus, identificou uma camada de células acima do tubo neural como progenitores da espinha dorsal e cranialganglia. Ele a chamou de Zwischenstrang (medula intermediária). Em 1874, ele a chamou de região germinal formadora de órgãos. No entanto, o que ele identificou não foi a crista neural, mas um subconjunto de CCNs que tinha migrado da crista neural para uma posição acima do tubo neural. Os historiadores traçam o primeiro uso do termo crista neural para um artigo publicado em 1879 por Arthur Marshall, um professor da OwensCollege em Manchester, Inglaterra. Em 1878, enquanto também estudava as cristas neurais, ele usou o termo crista neural para descrever as mesmas células que ele havia descoberto acima do tubo neural, mas mais tarde ele revisou a sua definição. Marshall cunhou o termo crista neural para descrever as duas junções entre o ectoderme neural e o ectoderme epidérmico que surgem antes que o tubo neural esteja completo. Ele proclamou que doravante o termo crista neural deve ser usado apenas para identificar a faixa de células que se elevam da crista neural, que migram acima da onceneurulação do tubo neural está completa.

Em 1893, Julia Platt identificou os CCNs fromectoderm como progenitores de cartilagem na face e no esqueleto do arco da faringe dos dentes dos filhotes de lama (Necturusmaculosus). Ela pesquisou em várias instituições no século XVI, incluindo o Laboratório Biológico Marinho, em WoodsHole, Massachusetts, e a Universidade de Friburgo, em Friburgo, Alemanha.Muitos pesquisadores rejeitaram a interpretação de Platt; em parte porque a Teoria GermLayer, então uma teoria arraigada, afirmava que cada uma das camadas de triegérmicos se desenvolveu nos mesmos tipos de estruturas através de muitos tipos de organismos. Pesquisadores afirmaram que a teoria de Platt sobre a crista neural e, portanto, os esqueletos do arco faríngeo derivados de ectoderma eram impossíveis porque os tecidos esqueléticos se originavam unicamente da mesoderme.40 anos mais tarde, nas décadas de 1920 e 1930, os pesquisadores confirmaram a conclusão de Platt. Na década de 1950, os pesquisadores começaram a aprofundar os tecidos do esqueleto estudantil que se desenvolveram a partir da crista neural.

Em 1950, SvenHörstadius publicou The Neural Crest: Suas Propriedades e Derivados na Luz da Pesquisa Experimental. Nesta monografia, que Hörstadius baseou em palestras dadas na Universidade de Londres em Londres, Inglaterra, ele revisou experimentos na crista neural. Seus dados foram compilados de mais de duzentos e cinqüenta artigos. O trabalho de Hörstadius referia-se a experimentos que verificaram as conclusões de Platt e entrincheiraram a crista neural como uma área de investigação biológica.

Nos anos 60, os pesquisadores da crista neural examinaram como o tronco e os CCNs cranianos migram e dão origem a outros tecidos. Em 1963, James Weston da Universidade de Yale em New Haven, Connecticut, publicou “A Radioautographic Analysis of the Migration andLocalization of Trunk Neural Crest Cells in the Chick” (Uma Análise Radioautográfica da Migração e Localização das Células de Crista Neural do Tronco no Pintinho). Nesse artigo, Weston argumentou que os melanoblastos integentais migraram da crista neural para o ectoderma. Em 1966, Malcolm Johnston, da Universidade de Rochester em Rochester, Nova York, publicou um estudo semelhante sobre cNCCs intitulado “A Radioautographic Study of the Migration and Fate of CranialNeural Crest Cells in the Chick Embryo”, no qual ele traçou o ponto final de mais NCCs, descobrindo, por exemplo, que alguns se transformaram em tecidos conjuntivos na face. Durante a década de 1960, os pesquisadores começaram a usar os embriões de avianembryos em vez dos embriões anfíbios usados anteriormente.

Pesquisadores nos anos 70 compuseram mapas que relatavam os movimentos dos CCNs.Pesquisadores descobriram que os diferentes ambientes químicos nos quais os CCNs se originaram fizeram com que eles se diferenciassem em tipos diferentes de células e viajassem através dos embriões. Eles também identificaram anormalidades em organismos que surgem de defeitos no desenvolvimento da crista neural, chamados neurocristopatias.

Na década de 1980, os pesquisadores descobriram genes Hox, genes que ajudam a causar o desenvolvimento do embrião de acordo com os principais eixos do corpo. Estes genes guiam os padrões migratórios das células. A descoberta dos genes Hox permitiu aos investigadores totalizar a causa molecular dos diferentes padrões de migração dos CCN, levando a outras subdivisões na classificação dos CCNs. Estas classificações incluem os CCNs vagais e sacrais que contribuem para os gânglios e neurônios parassimpáticos do sistema nervoso. Pesquisadores também descobriram que os CCNs cardíacos contribuíram para a formação de lesões no coração em desenvolvimento.

Durante as décadas de 1980 e 1990, os pesquisadores compararam o desenvolvimento da crista neural através dos táxons para testar hipóteses sobre a ascendência revolucionária. Por exemplo, os biólogos começaram a argumentar que os vertebrados desenvolveram seus corações e cabeças distintos somente após seus ancestrais terem evoluído para ter cristas neurais. Isso resultou em manypublications, um dos quais é “NeuralCrest and the Origin of Vertebrates: a New Head” de Carl Gans e Glen Northcutt, publicado em 1983, enquanto os dois trabalhavam na Universidade de Michigan em Ann Arbor, Michigan. Neste artigo, Gans e Northcutt argumentam que os vertebrados se tornaram vertebrados após uma mudança de modos de predação passivos para modos ativos de predação, concentrando características de vertebrados na cabeça.

Os pesquisadores começaram a argumentar que a crista entérica é uma camada germinativa na virada do século XXI. Anteriormente, os pesquisadores reconheceram três camadas germinativas: a ectoderme, mesoderme e endoderme. Em 1999, Brian Hall, da Dalhousie University, na Nova Escócia, Canadá, publicou The Neural Crest And Neural CrestCells In Vertebrate Development And Evolution, no qual ele argumentou que a crista neural satisfaz os requisitos para ser uma camada germinativa. Primeiro, ele afirma que as camadas germinativas são definidas como tecidos primários a partir dos quais se desenvolve o anembrião. Hall observa que existem dois tipos de camadas germinativas, primária e secundária. As camadas germinativas primárias, o ectoderme e o endoderme aparecem primeiro no embrião do vertebrado em desenvolvimento, antes da fertilização. Alguns animais, que os cientistas chamam de diploblásticos, só têm estas duas camadas germinativas. Este grupo inclui organismos como as medusas e as esponjas. Os animais tripoblásticos, no entanto, têm uma terceira camada germinativa, chamada mesoderme, que evoluiu em animais cujos antepassados werediploblastos. Estes animais, chamados triploblastos, também pertencem a uma bilateria agrupada, que inclui vermes planos e humanos, todos eles com um eixo primário de simetria no centro do corpo da cabeça à cauda.

Pesquisadorsconsidera a mesoderme uma camada germinativa secundária porque ela surge a partir das interações das duas primeiras camadas germinativas. Hall argumenta que, como a mesoderme, a crista neural é uma camada germinativa secundária. Ele diz que, semelhante à mesoderme, a crista neural surge cedo no desenvolvimento a partir das interações em uma camada germinativa primária, a ectoderme. Além disso, ela contribui para um grande número de tecidos e órgãos. Além disso, a crista neural é uma sinapomorfia de vertebrados, como a mesoderme é uma bilateriansinapomorfia. Hall afirma que a crista neural aparece após a evolução dos tripoblastos. Portanto, ele argumenta que os animais que vieram posteriormente, os vertebrados, devem ser chamados de tetrablásticos, ou seja, quatro camadas. Hall argumenta que como a crista neural parece estar em desenvolvimento, porque é de origem ectodérmica e porque é uma sinapomorfia de vertebrados, ela deve ser considerada uma camada germinativa secundária.

Nas primeiras décadas do século XX, pesquisadores traçaram anormalidades faciais, pigmentares, cardíacas, visuais e auditivas, incluindo palato e albinismo, a um desenvolvimento anormal da crista neural e dos CCNs. Os pesquisadores também debateram as propriedades dos mecanismos pelos quais os CCNs migram. Além disso, os pesquisadores de câncer estudaram a crista neural devido à similaridade entre os CCNs e as células cancerígenas. Os mecanismos pelos quais os CCNs migram durante o desenvolvimento, as vias de sinalização específicas e os fatores de transcrição utilizados pelos CCNs são os mesmos das células cancerígenas, fazendo dos CCNs um modelo para estudar como as células cancerígenas proliferam.