Introdução à Genética
13.1 Abordagem genética do desenvolvimento
conectados àqueles já apresentados nos Capítulos 11 e 12, determinantes do controle fisiológico da expressão gênica em bactérias e eucariotos unicelulares.
13.1 Abordagem genética do desenvolvimento
Durante muitas décadas, o estudo do desenvolvimento embrionário envolveu sobretudo a manipulação física de embriões, células e tecidos. Foram estabelecidos diversos conceitos-chave a respeito das propriedades de embriões em desenvolvimento por meio de experimentos nos quais parte de um embrião foi transplantada em outra. Por exemplo, o transplante de uma parte de um embrião de anfíbio em desenvolvimento para outro local em um embrião receptor induz o tecido adjacente a formar um segundo eixo
corporal completo (Figura 13.2 A). De modo semelhante, o transplante da parte posterior de um membro de pintinho em desenvolvimento para a anterior pôde induzir dedos extras, mas com polaridade reversa em relação
aos dedos normais (Figura 13.2 B). Essas regiões transplantadas do embrião de anfíbio e do membro de galinha em desenvolvimento foram denominadas organizadores, em virtude de sua extraordinária capacidade de organizar o desenvolvimento de tecidos adjacentes. Foi postulado que as células nos organizadores produzem morfógenos, moléculas que induziam diversas respostas no tecido adjacente de modo dependente da concentração.
Embora esses resultados experimentais fossem espetaculares e
fascinantes, não houve progresso adicional na compreensão da natureza dos organizadores e dos morfógenos após a sua descoberta na primeira metade da década de 1900. Era praticamente impossível isolar as moléculas responsáveis por essas atividades com a utilização de técnicas de separação bioquímica. As células embrionárias produzem milhares de substâncias — proteínas, glicolipídios, hormônios e assim por diante. Um morfógeno pode ser qualquer uma dessas moléculas, mas estaria presente em quantidades minúsculas — uma agulha no palheiro dos produtos celulares.
O longo impasse na definição da embriologia em termos moleculares foi
rompido por abordagens genéticas — principalmente o isolamento sistemático de mutantes com defeitos discretos no desenvolvimento e a subsequente caracterização e estudo dos produtos gênicos que eles codificavam. A abordagem genética para o estudo do desenvolvimento apresentou muitas vantagens sobre as estratégias bioquímicas alternativas. Primeiramente, o geneticista não precisa realizar quaisquer presunções a respeito do número ou da natureza das moléculas necessárias para um processo. Em segundo lugar, a quantidade (limitada) de um produto gênico não é um impedimento: todos os genes podem sofrer mutação, independentemente da quantidade de produto produzido por um gene. Em terceiro lugar, a abordagem genética pode revelar fenômenos para os quais não existe ensaio bioquímico ou outro bioensaio.
Do ponto de vista genético, existem quatro questões-chave a respeito do
número, da identidade e da função dos genes que participam no desenvolvimento:
1. Quais genes são importantes no desenvolvimento? 2. Onde no animal em desenvolvimento e em quais ocasiões esses genes
estão ativos?
3. Como a expressão dos genes do desenvolvimento é regulada? 4. Por meio de quais mecanismos moleculares os produtos gênicos
afetam o desenvolvimento?
Para abordar essas questões, precisaram ser planejadas estratégias para identificar, catalogar e analisar os genes que controlam o desenvolvimento. Uma das primeiras considerações na análise genética do desenvolvimento animal foi qual animal deveria ser estudado. Dentre os milhões de espécies vivas, quais eram as mais promissoras? A mosca-das-frutas Drosophila melanogaster surgiu como o modelo genético líder do desenvolvimento animal, em virtude de sua facilidade de criação, do rápido ciclo de vida, da citogenética e das décadas de análise genética clássica (incluindo o isolamento de muitos mutantes notáveis), que proporcionavam vantagens experimentais importantes (ver Organismo-modelo, Drosophila). O nematódeo Caenorhabditis elegans também apresentava diversas características atraentes, mais particularmente sua estrutura simples e linhagens celulares bem-estudadas. Entre os vertebrados, o desenvolvimento das técnicas de alteração de genes-alvo disponibilizou o camundongo de laboratório para estudos genéticos mais sistemáticos e o peixe-zebra Danio rerio recentemente se tornou um modelo favorito em virtude da transparência do embrião e dos avanços no seu estudo genético. Entre as plantas, a Arabidopsis thaliana tem desempenhado um papel semelhante ao da Drosophila no esclarecimento dos mecanismos fundamentais no desenvolvimento das plantas.