Clivagem (embriologia)

A célula em desenvolvimento (1902)

Em embriologia, clivagem é o desenvolvimento de um organismo multicelular através de uma série de divisões mitóticas, onde o grande volume de citoplasma do embrião é dividido em numerosas pequenas células nucleadas, chamadas blastômeros.

O zigoto é dividido inicialmente ao meio, depois em quartos, oitavos, e assim por diante. Essa divisão sem crescimento do volume citoplasmático ocorre pela ausência das fases G1 e G2 da interfase, entretanto a divisão nuclear ocorre em níveis extremamente altos.

Há dois tipos de clivagem, a holoblástica (clivagem total) e a meroblástica (clivagem parcial), que possuem subtipos de clivagem, entre elas radial, espiral, rotacional e superficial. O tipo da clivagem está diretamente ligado a distribuição de vitelo no ovo, sendo alguns tipos o isolécito, centrolécito e telolécito.

O Processo

A transição da fertilização para clivagem é causada pela ativação do fator promotor de mitose (MPF). O MPF tem um papel  que foi observado inicialmente nos sapos durante a produção de gameta feminino, e após a fertilização, ela regula o ciclo celular dos primeiros blastômeros.

Os blastômeros geralmente progridem através de dois ciclos celulares: M (mitose) e S (síntese de DNA). A transição entre as fases M e S nos blastômeros é dirigida unicamente pelo ganho ou perda da atividade de MPF.

MPF contém duas subunidades: ciclina B e quinase ciclina-dependente (CDK). A primeira apresenta comportamento cíclico que é a chave para a regulação da mitose, acumulando durante a fase S e sendo degrada depois que as células atingem a fase M. Além disso, ela é codificada por ARN mensageiro (mRNAs) presentes no citoplasma do oócito, e se a tradução dessa mensagem é inibida, a célula não irá entrar em mitose. Já a CDK ativa a mitose por fosforilação de proteínas, incluindo histonas e a subunidade regulatória da miosina citoplasmática. São essas ações que causam a condensação da cromatina, despolimerização do envelope nuclear, e a organização do fuso mitótico (processos necessários para que a mitose ocorra normalmente) mas sem a ciclina B, a subunidade CDK não funciona.

A presença de ciclina B é controlada por várias proteínas que garante a síntese e degradação periódica. Na maioria das espécies, os reguladores de ciclina B estão no citoplasma do ovo, então os ciclos celulares se mantem independentes do genoma por um número de divisões celulares. Essas divisões tendem a ser rápidas e sincronizadas, entretanto, conforme os componentes citoplasmáticos são utilizados e começam a se esgotar, o núcleo começa a sintetiza-los. Em várias espécies, algumas alterações são observadas nas divisões celulares do embrião, como a adição das fases G1 e G2 do ciclo celular, a perda de sincronismo na divisão celular, e novos mRNA são transcritos. Várias dessas mensagens codificadoras de proteínas serão necessárias para a gastrulação.

Tipos de ovos

Diferentes organismos sofrem clivagem de diferentes formas, sendo esse padrão determinado por dois principais parâmetros: A quantidade e distribuição do vitelo no citoplasma, e fatores no citoplasma do embrião que influenciam no ângulo do fuso mitótico e no tempo da sua formação.

Quanto ao primeiro parâmetro, a quantidade e distribuição do vitelo influencia no tamanho dos blastômeros. Quando um pólo do embrião possui menos vitelo, as divisões ocorrem numa taxa mais rápida do que no pólo oposto. O pólo com maior quantidade de vitelo é chamado de pólo vegetal, enquanto o pólo com menor quantidade de vitelo é chamado de pólo animal. O núcleo é frequentemente deslocado para o pólo animal.

A distribuição do vitelo dentro do embrião é classificada em quatro categorias:

Há dois tipos básicos de clivagem, embora existem muitos intermediários, que se distinguem devido a quantidade de vitelo do embrião e sua disposição. Clivagem holoblástica ou completa é típica de embriões isolécitos e mesolécitos, onde o fuso de clivagem se estende por todo o embrião, enquanto clivagem meroblástica ou parcial é típica de embriões telolécitos ou centrolécitos, onde somente uma porção do citoplasma do embrião sofre clivagem.

Clivagem em diferentes organismos

Os organismos de estudo na biologia do desenvolvimento foram escolhidos por características que agradavam os pesquisadores, como no caso do ouriço-do-mar, já que seus gametas eram facilmente obtidos em grande número, os oócitos, óvulos e embriões são transparentes, e a fertilização e desenvolvimento podem ocorrer em condições laboratoriais. Tais organismos foram estudados ao decorrer dos anos por diversos cientistas, que permitiu adquirir ricas informações do processo de clivagem.

Ouriço-do-mar

Ouriços-do-mar possuem clivagem holoblástica radial.

-       A primeira e segunda clivagem são sempre meridionais e são perpendiculares uma a outra.

-       A terceira clivagem é equatorial, perpendicular aos dois primeiros planos de clivagem, e separa os pólos animais e vegetais um do outro.

-       A quarta clivagem, entretanto, é muito diferente das outras três, na qual as quatro células do pólo animal se dividem meridionalmente em oitos blastômeros (chamados de mesômeros). O pólo vegetal passa por uma divisão equatorial desigual que produzem quatro grandes células (macrômeros) e 4 pequenas células (micrômeros).

-       Na quinta clivagem, os oitos mesômeros se dividem equatorialmente produzindo duas camadas, an1 e an2. Os macrômeros se dividem meridionalmente, formando uma camada de oitos células abaixo de an2. Os micrômeros também se dividem, formando um pequeno aglomerado abaixo da camada maior.

-       Na sexta clivagem, as células do pólo animal se dividem meridionalmente, enquanto as células do pólo vegetal se dividem equatorialmente, sendo que esse padrão é invertido na sétima clivagem. A partir disto, o embrião é uma blástula de 128 células, onde o padrão de divisões se torna menos regular.

Caracol

Caracóis são organismos que apresentam clivagem espiral holoblástica.

-    As duas primeiras clivagens são próximas de meridional, produzindo 4 grandes macrômeros.

-      Em cada clivagem sucessiva, cada macrômero gera um pequeno micrômero no pólo animal. Cada quarteto de micrômeros é deslocado para a direita ou esquerda do seu macrômero-irmão, criando um padrão espiral.

Tunicados

Os tunicados apresentam clivagem bilateral holoblástica.

-       A característica mais marcante desse tipo de clivagem é que o plano de clivagem da primeira divisão estabelece o eixo de simetria inicial do embrião, separando o embrião nos futuros lados direito e esquerdo.

-       A segunda clivagem é meridional, como a primeira, mas não passa pelo centro do embrião como ocorre na primeira, criando duas grandes células anteriores e duas pequenas células posteriores. Cada lado agora tem um blastômero grande e um pequeno.

-       Durante as três próximas clivagens, diferenças no tamanho da célula e formato são destacam a simetria bilateral desses embriões. No estágio de 64 células, uma pequena blastocele é formada e a gastrulação inicia do pólo vegetal.

Caenorhabditis elegans

C. elegans apresenta clivagem rotacional holoblástica, que durante as primeiras clivagens, cada divisão assimétrica produz uma célula fundadora (denominada AB, E, MS, C e D) que produz diferentes descendentes e uma célula-tronco (linhagem P1-P4).

-       Na primeira clivagem, o fuso mitótico é localizado assimetricamente ao longo do eixo antero-posterior do embrião, próximo no que será o pólo posterior, formando uma célula fundadora anterior (AB) e uma célula-tronco posterior (P1).

-       Durante a segunda clivagem, a célula fundadora (AB) divide-se equatorialmente enquanto a célula P1 divide-se meridionalmente para produzir outra célula fundadora (SEM) e uma célula-tronco posterior (P2). A linhagem de células-tronco sempre passa por divisões meridionais para produzir uma célula fundadora anterior e uma célula posterior que irá continuar a linhagem da célula-tronco.

Drosophila melanogaster

D. melanogaster, assim como a maioria dos insetos, passam por clivagem superficial, onde uma massa de vitelo concentrada centralmente confina a clivagem nas bordas do citoplasma do embrião.

-       O núcleo do zigoto passa por várias divisões mitóticas na porção central do embrião, produzindo 256 núcleos. Os núcleos então migram para a periferia do embrião, onde a mitose continua.

-       Durante a nono ciclo de divisão, cinco núcleos alcançam a superfície da parte posterior do embrião, que serão enclausurados pela membrana celular e gerarão células polares, que se tornarão os gametas do adulto. A maioria dos outros núcleos alcançam a periferia do embrião no décimo ciclo. Durante esse estágio de divisão nuclear, o embrião é chamado de blastoderme sincicial, já que todas as divisões nucleares dividem o mesmo citoplasma, existindo somente a membrana celular do próprio embrião.

-       No décimo terceiro ciclo de divisão, a membrana plasmática do oócito dobra para dentro entre os núcleos, eventualmente particionando cada núcleo somático em uma única célula. Esse processo cria o blastoderma celular, em que todas as células estão arranjas em uma capa única que circunda o centro do embrião que contém o vitelo. Esse blastoderma celular é composto aproximadamente de 6000 células e é formada em após 4 horas da fertilização.

Anfíbios

Clivagem na maioria dos sapos e salamandras é do tipo radialmente simétrica e holoblástica, como nos ouriços-do-mar. Entretanto, o embrião do anfíbio possui muito mais vitelo, que está concentrado no pólo vegetal, que impede a clivagem.

-       A primeira divisão começa no pólo animal e se estende vagamente até o pólo vegetal.

-       A segunda clivagem é meridional e perpendicular a primeira, mas enquanto ocorre no pólo animal, no pólo vegetal ainda está ocorrendo a primeira clivagem.

-       A terceira clivagem é equatorial, mas graças ao pólo vegetal possuir muito vitelo, o fuso é deslocado para o pólo animal, dividindo o embrião em quatro pequenos blastômeros (micrômeros) no pólo animal e quatro grandes blastômeros (macrômeros) no pólo vegetal.

-       Conforme a clivagem progride, o pólo animal se torna um pacote de numerosas células pequenas, enquanto o pólo vegetal contém um número menor de grandes macrômeros cheios de vitelo.

Peixes

A maioria dos peixes ósseos possuem clivagem discoidal meroblástica, onde o embrião é formado a partir de uma fina região do citoplasma do pólo animal do embrião chamada blastodisco, já que o resto do embrião é ocupado por vitelo.

-       As primeiras divisões seguem um padrão de clivagens meridionais e equatoriais, formando um amontoado de células que senta no pólo animal sobre a grande massa de vitelo. Esse amontoado de células constitui a blastoderme.

-       Começando por volta da décima divisão celular, o começo da transição de meio-blástula pode ser detectada: transcrição gênica zigótica começa, a divisão celular desacelera e os movimentos celulares tornam-se evidentes. Nesse ponto, três tipos de células podem ser distinguidas: a camada sincicial vitelínica, que é formada por celular do pólo vegetal da blastoderme que se fundiram com células vitelínicas subjacentes; a camada do envelope, que é feita de células superficiais da blastoderme, sendo uma cobertura protetora extra-embrionária; e as células profundas, que são as células que gerarão o embrião em si.

Aves

Assim como os peixes, as aves possuem uma clivagem discoidal meroblástica, ocorrendo somente no blastodisco.

-       O primeiro fuso de clivagem aparece centralmente no blasto disco, e as outras clivagens a seguem, criando uma blastoderme com única camada. Assim como nos peixes, a clivagem não passa pelo vitelo.

-       Depois disso, clivagens equatorial e verticais dividem a blastoderme em um tecido com 5 a 6 camadas de células, conectadas por junções apertadas. Entre a blastoderme e o vitelo há um espaço chamado de cavidade subgerminal, que é criado quando as células da blastoderme absorvem água do albúmen e secretam um fluido entre elas e o vitelo.

-       Nesse estágio, as células que estão no centro da blastoderme morrem, criando a área pelúcida, parte responsável pela formação da maior parte do embrião. A anel periférico das células da blastoderme que não morreram constituem a área opaca. Entre a área pelúcida e a área opaca está uma fina camada chamada zona marginal. Algumas células da zona marginal se tornam muito importantes para a determinação do destino da célula durante o desenvolvimento inicial das aves.

Mamíferos

Mamíferos possuem clivagem rotacional, ou seja:

-       a primeira clivagem é uma divisão meridional normal;

-       na segunda clivagem, um dos dois blastômeros divide-se meridionalmente enquanto o outro divide-se equatorialmente.

-       Os blastômeros não se dividem ao mesmo tempo, então, seus embriões não aumentam de número exponencialmente de 2 para 4 e de 4 para 8 células, mas sim possuí uma quantidade estranha de células. Além disso, o genoma do embrião está ativo desde as primeiras clivagens, então ele próprio produz as proteínas necessárias para as clivagens e desenvolvimento.

Bibliografia

GILBERT, Scott. Developmental Biology. Eight Edition. Sunderland, Massachussetts USA. Sinauer Associates, Inc. 2006.