Célula germinativa é qualquer célula que dá origem aos gametas de um organismo que se reproduz de maneira sexuada.
Nos organismos multicelulares, as células germinativas primordiais dão origem às células germinativas, e estas, à linhagem germinativa (gametas, que, no caso dos animais, são o espermatozoide e o óvulo).Cesario, M. D. Embriologia, no site da Universidade Estadual Paulista acessado a 7 de junho de 2009
Em muitos animais, as células germinativas primordiais diferenciam-se nas primeiras fases de desenvolvimento do embrião, migram para a região onde se formarão as gônadas e iniciam o processo da gametogênese. Nas plantas, elas só se diferenciam, a partir de células meristemáticas durante o desenvolvimento dos órgãos sexuais, como a flor, nas angiospérmicas. Mutações nas células germinativas são mais importantes do que nas demais células, pois elas podem ser passadas aos descendentes durante a reprodução sexuada.
As células germinativas primordiais são especificadas de forma autônoma por determinantes citoplasmáticos (plasma germinativo) do ovo, que são divididos de forma específica durante a clivagem do embrião. Evidências sugerem que, na maioria das espécies, as células germinativas são especificadas pela interação com suas células vizinhas. Os blastômeros que se tornam células-tronco embrionárias podem ser precursores de células germinativas primordiais. Tanto as células germinativas primordiais quanto as células-tronco embrionárias são caracterizadas por sua capacidade de gerar qualquer tipo de célula no embrião. Uma ideia emergente é que algumas células descendentes de células pluripotentes - como as de teratocarcinoma ou as células-tronco embrionárias, que formam as células germinativas primordiais - podem sofrer meiose para formar óvulos ou espermatozoides.
Durante os estágios embrionários iniciais, as células germinativas primordiais polarizam-se e adquirem motilidade. Sua movimentação é guiada pela produção de moléculas específicas pelas células somáticas encontradas ao longo de sua rota de migração. Essas moléculas podem atrair ou repelir essas células, direcionando-as para a região da gônada.Paksa, A. and Raz, E. (2015) Zebrafish germ cells: motility and guided migration. Curr.Opin.Cell.Biol., 36:80-5
Proteínas ligadoras de RNAs São proteínas que possuem domínio capaz de interagir com regiões específicas de RNAs, servindo como um mecanismo de regulação gênica. Existem diversas famílias de proteínas desse grupo que são expressas durante o desenvolvimento das células germinativas. Dentre elas, podemos citarQi, H. (2016) RNA-binding proteins in mouse male germline stem cells: a mammalian perspective Cell Regeneration, 5:1 DOI 10.1186/s13619-015-0022-y:
Família NANOS Possui 3 proteínas (NANOS1, NANOS2 e NANOS3), importantes na manutenção das células germinativas e espermiogênese Possuem zinc finger NANOS1 está envolvido no processamento de mRNA durante a fase tardia da espermiogêneseGinter-Matuszewska, B.; Kusz, K.; Spik, A.; Grzeszkowiak, D.; Rembiszewska, A.; Kupryjanczyk, J.; Jaruzelska, J.; (2011) NANOS1 and PUMILIO2 bind microRNA biogenesis factor GEMIN3, within chromatoid body in human germ cells. Histochem Cell Biol., 136:279–87. NANOS2 é importante na inibição da expressão de genes necessários para a meiose e manutenção das células germinativas da espermatogônia A deleção de NANOS3 em camundongos causa o aumento de apoptose em células germinativas primordiais
Família DAZ Família de proteínas cuja ausência leva à azoospermia, ausência de espermatozoides no sêmen Possui 3 membros (DAZL, DAZ e BOULE), com homologia entre si superior a 80%. Expressas nas células germinativas de ambos os sexo, sendo importantes na determinação e regulação de seu desenvolvimento A super-expressão das proteínas DAZ induz a formação de células haplóides in vitro O knockdown de DAZL reduz em 50% a concentração de VASA intracelular DAZL se liga a regiões específicas no 3’-UTR de mRNAs de células germinativas, facilitando a tradução desse RNA
Dead end homologue 1 (DND1) Mutações pontuais nesse gene são responsáveis pela formação do tumor testicular das células germinativas (TTCG), causado pela ação aberrante dessas células durante o desenvolvimento do animal Se prende a regiões 3’-UTR, dificultando a ação de miRNAs Pode ter sua expressão regulada por miRNAs Pode ter sua ação reduzida pela competição com a enzima APOBEC3, que se liga à mesma região do RNA que DND1
Família PIWI Inibição de elementos transponíveis (transposons) a nível pós-transcricional Prevenção de problemas na integridade genômica causada por transposons
Família TUDOR Importante na diferenciação das células germinativas Participa da regulação de retrotransposons e na metilação do DNA Suas proteínas possuem domínio de interação com proteínas PIWI Em camundongos, tudor é expresso em células espermatogênicas, em espermatócitos e em espermátides Mutações nos genes dessa família causam defeitos no desenvolvimento das células germinativas em machos e instabilidade de mRNA e transposons
Família DDX Possuem função durante o crescimento e diferenciação de células germinativas Contem regiões conservadas do tipo DExH ou DExD box, para interação com RNA, que modulam a estrutura do ácido nucleico e alteram a expressão do gene em que estão atuando Frequentemente dependem de ATP para sua atividade como helicases Afetam o metabolismo de RNA em múltiplos níveis, devido a sua diversidade funcional Participação na regulação gênica, ligando-se diretamente tanto ao DNA quanto ao RNA. Várias proteínas DDX se ligam diretamente a miRNAs e mRNAs Recrutam complexos proteicos para as regiões 5’- e 3’- UTRs de mRNAs, regulando sua estabilidade e eficiência durante a tradução Nenhuma proteína DDX foi detectada na participação direta da regulação de células-tronco em mamíferos DDXs de planárias (MVH e Spoltod) foram encontradas em células-tronco, sendo importantes na autorrenovação e proliferação de neoblastos Em humanos, existem mais de 90 genes de helicases da famíla DDX, dos quais dois terços possuem relação com o RNAUmate, P.; Tuteja, N.; Tuteja R. (2011) Genome-wide comprehensive analysis of human helicases. Commun Integr Biol., 4:118–37 DDX21 regula a expressão de genes ribossomais a nível transcricional e pós-traducionalCalo, E.; Flynn, R.A.; Martin, L; Spitale, R.C.; Chang, H.Y.; Wysocka, J. (2015) RNA helicase DDX21 coordinates transcription and ribosomal RNA processing. Nature; 518:249–53 (Calo E, Flynn RA, Martin L, Spitale RC, Chang HY, Wysocka J. RNA helicase DDX21 coordinates transcription and ribosomal RNA processing. Nature. 2015;518:249–53) MVH (ou DDX4): Proteína da família DDX mais conhecida atualmente Interação com RNAs que possuem regiões conservadas do tipo DEAD box (Asp-Glu-Ala-Asp) Age modificando a estrutura secundária de RNAs durante splicing alternativo e início da tradução Sua expressão se inicia nas células germinativas primordiais e encerra no final da meiose das células germinativas Pode regular a proliferação e pluripotência das células germinativas primordiais Oncogene, pois está implicado na progressão de tumores
Família LIN28 Possui duas isoformas (LIN28A e LIN28B) Importante no crescimento e diferenciação celular. Descrita primeiramente em C.elegans, modulando o metabolismo e crescimento tanto de células somáticas como de células pluripotentes LIN28A: Possui zinc finger Reconhecida como um fator de pluripotência. Quando combinada com OCT4, SOX2 e NANOG, induz a pluripotência em fibroblastos humanosYu, J.; Vodyanik, M.A.; Smuga-Otto, K.; Antosiewicz-Bourget, J.; Frane, J.L.; Tian, S.; Jonsdottir, G.A.; Ruotti, V.; Stewart, R.; Slukvin, I.I.; Thomson, J.A. (2007) Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells. Science, 318:1917–20. Aumenta a taxa de conversão de células-tronco embrionárias em células germinativas primordiais Sua deleção em camundongo gerou uma população com baixa quantidade de células germinativas primordiais e fertilidade reduzidas. Suas crias, quando nascidas, não chegavam a idade reprodutiva, devido a defeitos no metabolismo e no crescimento Interage com RNAs que possuem motivos 5’GGAGA-3’, podendo agir tanto na sua inibição quanto na promoção de sua tradução LIN28B: Possui domínio de reconhecimento de RNAs de cold shock Oncogene, pois está implicado na progressão de tumores
Outros tipos de proteínas Rgs14 Regulador da sinalização da proteína G, pois ativa as proteínas GAP (GTPase ativating protein), aumentando a taxa de conversão de GTP em GDP Responsável pela inibição da migração de células germinativas primordiais, células dendríticas e linfócitos B Seus níveis no interior da célula diminuem gradualmente até o início da migração Sua ação está relacionada com o controle de E-caderinas. Envolvido também no controle da plasticidade em neurônios, devido à regulação das proteínas de adesão celular
NanogWang, H.; Liu, Y.; Ye, D.; Li, J.; Liu, J.; Deng, F. (2016) Knockdown of zebrafish Nanog increases primordial germ cells during early embryonic development. Dev.Growth.Differ., 58(40):355-66 Fator de transcrição que responsável pela manutenção da pluripotência e auto-renovação de células-tronco embrionárias em mamíferos. Foi identificado em células do interior da morula, em blastocistos e em células germinativas jovens de camundongos, sendo ausente em células diferenciadasChambers, I.; Colby, D.; Robertson, M.; Nichols, J.; Lee, S.; Tweedie, S.; Smith, A. (2003) Functional expression cloning of Nanog, a pluripotency sustaining factor in embryonic stem cells. Cell, 113:643–655. Presente em células germinativas primordiais de zebrafish durante o desenvolvimento embrionário e em indivíduos adultos (machos e fêmeas) Inibe proliferação durante os estágios iniciais do desenvolvimento
Os volvocáceos Os volvocáceos são um grupo de protistas que apresentam provavelmente a diferenciação mais simples entre células somáticas e germinativas que se conhece. Nos grupos mais basais, todas as células aparentam ser iguais e podem diferenciar-se em células germinativas, sendo, portanto considerados organismos coloniais. Diferentemente, os grupos mais derivados apresentam grupos de células que são separadas muito cedo no desenvolvimento e que darão origem às células germinativas, e por isso são considerados organismos multicelulares.
Os volvocáceos são formados por um conjunto de células em um formato esférico e que quando produzem as gonídias (células germinativas), essas se destacam por formarem protuberâncias. Em V. carteri As gonídias podem ser usadas no processo de reprodução assexuada, dando origem a um novo indivíduo, ou sofrer indução sexual e produzir gametas, que no caso dos espermatozoides nadam em direção a uma gonídia que produziu óvulos em outro individuo. Outro fator importante na reprodução de volvocáceos é a indução da apoptose nas células adultas após a formação de zigoto, um processo que teria uma importante vantagem evolutiva, uma vez que libera os nutrientes dos adultos (que morreriam durante o inverno) para a prole (que suportará o inverno na forma de zigoto).
Determinação e migração das células somáticas em Drosophila