Redimensionamento de camadas germinativas embrionárias durante a evolução de Drosophila : investigação da dinâmica do gradiente de dorsal

Abstract

A padronização ao longo do eixo dorso-ventral (DV) embrionário resulta na formação das camadas germinativas e representa um dos processos de desenvolvimento mais conservados entre os animais bilaterais. Muitos dos princípios básicos desse sistema de coordenadas foram inicialmente descobertos em Drosophila melanogaster, cujos mecanismos de formação de gradientes morfogenéticos e regulação da expressão gênica são hoje conhecidos em grande detalhe genético e bioquímico. No entanto, uma pergunta fundamental pouco investigada é como este sistema se adapta a alterações de tamanho de embriões em espécies distintas. Estudos clássicos de neuroanatomia demonstraram há mais de vinte anos que insetos divergentes possuem o neuroectoderma com tamanho conservado, apesar de grandes diferenças de tamanho embrionário. Mais recentemente, verificou-se que o escalonamento das camadas germinativas de espécies relacionadas de Drosophila ocorre de forma desigual, com grande variação do mesoderma devido a mudanças na distribuição do gradiente nuclear do morfógeno Dorsal/NF-κB, que controla a padronização do eixo DV em Drosophila. Neste trabalho, investigamos o mecanismo de escalonamento do gradiente de Dorsal em resposta a mudanças no tamanho do embrião e na cinética da rede bioquímica envolvida na formação do gradiente. Para isto, utilizamos uma combinação de métodos experimentais e computacionais. Primeiramente, nós reproduzimos um modelo matemático da formação do gradiente de Dorsal e utilizamos resultados experimentais de mutantes e espécies-irmãs de Drosophila para melhorar o modelo. Nosso modelo modificado foi capaz de reproduzir os gradientes experimentais após ajustes no tamanho do embrião, no número de núcleos ao longo do eixo DV, e em parâmetros envolvidos na cinética da formação do complexo Dorsal-Cactus/Iκ-B. Nossos resultados sugerem que a distribuição do gradiente de Dorsal é mais sensível à geometria e à organização dos núcleos do embrião do que ao volume e ao número total de núcleos do embrião. Adicionalmente, nossos resultados sugerem que mudanças na amplitude do gradiente de Toll, que regula a translocação nuclear de Dorsal, poderiam ser responsáveis pelas diferentes formas do gradiente Dorsal observadas em espécies-irmãs de Drosophila.