Durante a embriogénese, as células tornam-se progressivamente comprometidas para diferentes destinos através de um processo de duas etapas: especificação seguida de determinação. A especificação é demonstrada removendo um segmento de um embrião inicial, “neutralmente” colocando o tecido em cultura in vitro—por exemplo, em uma placa de petri com meio simples—e, em seguida, observando os seus derivados. Se a região em cultura der origem a tipos celulares que normalmente geraria no embrião, isso significa que ela é especificada. Em contraste, a determinação ocorre se uma região do embrião é removida e colocada em um ambiente “não neutro”—como em uma placa contendo meio complexo suplementado com uma variedade de proteínas, ou mesmo uma área diferente do embrião em si—e ainda origina os derivados esperados. Especificação e determinação são duas etapas sequenciais na via de desenvolvimento de uma célula, que precedem o estágio final de diferenciação, durante o qual tecidos maduros com morfologias e funções únicas são produzidos.

Demonstração de Especificação In Vitro

Para estudar a especificação, os investigadores devem primeiro entender os derivados normais de diferentes regiões de um embrião. Para isso, mapas de destino são frequentemente usados, que são criados por marcação ou rotulagem de células precocemente no desenvolvimento embrionário, colocando embriões inteiros em cultura e monitorizando onde as células marcadas terminam. Por exemplo, tais técnicas empregues em galinha demonstraram que regiões distintas localizadas fora do centro no embrião (aproximadamente nas posições das 9 horas e 3 horas) dão origem a células da crista neural, que são capazes de migrar e gerar o sistema nervoso periférico.

É importante ressaltar que essas áreas destinadas à crista neural podem ser excisadas durante os estágios iniciais da gastruação (quando o embrião é transformado em uma estrutura de três camadas)—antes de começarem a expressar marcadores proteicos ou quaisquer características distintas do tipo celular. Quando qualquer tecido subjacente que pode ser uma fonte de fatores de sinalização é retirado, e esses explantes são colocados em cultura dentro de gotas de colagénio em um meio simples, eles geram células que expressam fatores típicos de transcrição da crista neural. Curiosamente, algumas células são até observadas a migrar para longe do corpo do fragmento de tecido, que é outra característica desse destino celular. Essas experiências demonstraram que a especificação da crista neural ocorre precocemente durante o desenvolvimento embrionário, e embora grande parte deste trabalho tenha sido realizado em galinha, evidências mais recentes sugerem um padrão semelhante de especificação no coelho; ambos os organismos são usados como modelos para o desenvolvimento embrionário humano.

Compreender a Sinalização por Trás da Especificação

Uma vez demonstrada a especificação de uma região de um embrião, os investigadores também estão interessados em determinar como os sinais proteicos—e a posição do tecido no próprio embrião—resultam em uma célula a ser enviada por um caminho específico de desenvolvimento. Para a crista neural, os investigadores determinaram que uma combinação de proteínas, entre elas proteínas morfogenéticas ósseas e fatores de crescimento do fibroblasto, emanando de tecidos adjacentes ou subjacentes à prospectiva crista neural induzem esse destino celular. Tais sinais, por sua vez, provocam a expressão de proteínas especificadoras nessas células, que as enviam para a via da crista neural.