O olho é um órgão formado por uma protrusão de parte do cérebro durante o desenvolvimento. Da parte anterior da vesícula cerebral primitiva, surgem duas protuberâncias que se tornam a vesícula óptica primitiva. A retina neural e o cérebro originam-se do mesmo ectoderma neural, podendo ser considerados “parte do cérebro”.
O desenvolvimento ocular começa com a gastrulação. A blástula transforma-se em gástrula, formando-se as três camadas germinativas: endoderma, mesoderma e ectoderma. Até a 3ª semana de desenvolvimento, as três camadas constituem o disco embrionário trilaminar.
Imediatamente após a gastrulação, ocorre a neurulação. A placa neural dobra-se para dentro formando o tubo neural, e por volta do 22º dia de gestação, o sulco óptico (optic groove) aparece nas pregas neurais. Até o 25º dia, o sulco óptico evolui para a vesícula óptica (optic vesicle).
Quando a extremidade distal da vesícula óptica aproxima-se do ectoderma superficial, este se espessa formando a placa do cristalino (lens plate). A parede anterior da vesícula óptica invagina-se aproximando-se da parede posterior, formando uma estrutura em forma de taça de parede dupla chamada taça óptica (optic cup).
A parte tubular que conecta a taça óptica ao ventrículo cerebral é chamada de pedículo óptico (optic stalk). O pedículo óptico eventualmente torna-se o nervo óptico.
O olho e anexos são compostos pelos seguintes quatro tecidos:
Ectoderma Superficial
Epitélio da córnea: Diferencia-se após a separação da vesícula do cristalino
Cristalino: Formado pela invaginação do ectoderma superficial
Epitélio palpebral e conjuntival: Derivado do ectoderma superficial
Glândula lacrimal e glândula de Meibômio: Desenvolvem-se a partir do epitélio conjuntival
Ectoderma neural
Retina e epitélio pigmentar da retina: Diferenciam-se das lâminas interna e externa da taça óptica
Epitélio da íris e corpo ciliar: Derivados da borda anterior da taça óptica
Nervo óptico: Formado pelos axônios das células ganglionares da retina
Vítreo: Maior contribuição em volume relativo
Mesoderma
Músculos extraoculares: Formados a partir dos somitos pré-óticos
Gordura orbitária e tecido conjuntivo: Derivados do mesoderma
Rede vascular coroidal: Induzida a partir do mesoderma ao redor da taça óptica
Tecido ao redor do músculo ciliar: Contribuição do mesoderma
Células da crista neural (quarta camada germinativa)
Estroma e endotélio da córnea: Formados pela migração de células da crista neural
Estroma da íris: A concentração de melanócitos determina a cor da íris
Esclera e malha trabecular: Derivados da crista neural
Ossos da órbita: Ossificam-se principalmente a partir da linhagem da crista neural
A crista neural é uma estrutura que se forma temporariamente entre o ectoderma superficial e a placa neural durante a formação do tubo neural em vertebrados, e é chamada de “quarta camada germinativa” devido à sua importância. As células da crista neural migram para várias partes do embrião através de desepitelização e transição epitélio-mesenquimal, desempenhando um papel crucial no desenvolvimento ocular.
O desenvolvimento do olho começa na 3ª semana de gestação (por volta do 22º dia) com o aparecimento do sulco óptico na placa neural. Por volta do 25º dia, evolui para a vesícula óptica, depois passa pela formação do cálice óptico para a diferenciação dos vários tecidos. A estrutura básica do globo ocular é formada durante o período fetal, e a conclusão da mácula continua até 16 semanas após o nascimento.
O desenvolvimento normal do olho é precisamente regulado por múltiplos genes e sinais moleculares. Anormalidades nesses fatores causam doenças oculares congênitas.
| Gene | Função e Doenças Associadas |
|---|---|
| PAX6 | Gene mestre da formação ocular. Mutações causam aniridia, coloboma, microftalmia e anomalia de Peters |
| SHH | Divide o campo visual único em dois olhos. Mutações causam ciclopia (olho único) |
| PAX2 | Essencial para a formação do pedículo ocular e fechamento da fissura embrionária |
O gene PAX6 é um gene mestre essencial para a formação do olho, descoberto a partir de pesquisas sobre o desenvolvimento da mosca-das-frutas. Em humanos, foi identificado como o gene causador da aniridia. O gene PAX6 está adjacente ao gene supressor tumoral WT1 no cromossomo 11p13, e a deleção de ambos resulta na síndrome WAGR (tumor de Wilms, aniridia, anomalias geniturinárias, retardo mental).
O ácido retinoico (RA) é uma molécula sinalizadora essencial para o desenvolvimento ocular 1). O retinol (vitamina A) é convertido em retinal pela RDH10 e, em seguida, em RA pelas ALDH1A1, ALDH1A2 e ALDH1A3 1).
Em humanos, mutações em quatro genes da via de sinalização do RA: RBP4, STRA6, ALDH1A3, RARB, bem como em PITX2, FOXC1 regulados pelo RA, estão associadas à anoftalmia e microftalmia 1).
Mutações no PITX2 causam a síndrome de Axenfeld-Rieger, e mutações no FOXC1 causam anomalias do segmento anterior do olho 1).
Coloboma é uma anomalia congênita resultante do fechamento incompleto da fissura embrionária. A fissura embrionária começa a fechar a partir da parte central por volta da 6ª semana gestacional e se completa na 7ª semana. Se o fechamento for impedido, permanece uma fenda que se estende da pupila para baixo, causando coloboma de íris, coloboma coroidal, coloboma gigante, frequentemente acompanhado de microftalmia.
O gene PAX6 é um gene mestre na formação do olho. Mutações causam aniridia, coloboma, microftalmia, anomalia de Peters e hipoplasia macular. Além disso, a deleção simultânea do gene WT1 adjacente causa a síndrome WAGR (tumor de Wilms, aniridia, anomalias geniturinárias, retardo mental).
Esta seção detalha o processo de desenvolvimento de cada tecido ocular em ordem cronológica.
No início da 3ª semana de gestação, um sulco óptico surge na parte central da placa neural. Este é o início do desenvolvimento do órgão visual. No final da 3ª semana, ambos os lados da fosseta óptica se expandem como vesículas e formam a vesícula óptica.
Na 4ª semana de gestação, a parede anterior da extremidade distal da vesícula óptica aproxima-se do ectoderma superficial, formando a placa do cristalino. Em seguida, a parede anterior da vesícula óptica sofre invaginação formando a taça óptica, e a placa do cristalino espessa-se e invagina-se formando a vesícula do cristalino dentro da taça óptica até a 5ª semana.
Uma fenda aparece na parte inferior da taça óptica (fenda óptica), e uma fenda também aparece na parede inferior do pedículo óptico (fenda do pedículo óptico). Ambas são chamadas juntas de fissura embrionária. A artéria hialóidea, ramo da artéria óptica dorsal, entra na taça óptica através da fissura embrionária. O fechamento começa na parte central por volta da 6ª semana e se completa na 7ª semana.
As lâminas interna e externa da taça óptica são inicialmente ambas epitélio colunar pseudoestratificado, mas depois seguem destinos diferentes.
A lâmina interna espessa-se devido à intensa divisão celular e diferencia-se em retina sensorial (retina neural). No entanto, na área próxima à borda pupilar, não se espessa e permanece como epitélio cúbico simples, formando as partes epiteliais do corpo ciliar e da íris.
A lâmina externa torna-se mais fina com a expansão da taça óptica, e grânulos de melanina aparecem no final da 5ª semana para diferenciar-se em epitélio pigmentar da retina. Vale notar que o epitélio pigmentar da retina é o único tecido pigmentar do corpo que não se origina de células da crista neural.
A parte onde a lâmina interna se dobra sobre a externa forma uma abertura circular regular voltada para frente, que será a futura pupila.
Quando a vesícula do cristalino se separa do ectoderma superficial e é envolvida pela parte anterior da taça óptica, a membrana basal das células epiteliais simples torna-se a cápsula do cristalino. As células da parede anterior permanecem como epitélio do cristalino simples, enquanto as células da parede posterior se alongam para frente como fibras primárias do cristalino.
Na 6ª a 7ª semana, a cavidade da vesícula do cristalino desaparece e forma-se o núcleo fetal interno. As células da região equatorial dividem-se e proliferam formando o núcleo fetal externo, e então fibras secundárias do cristalino são adicionadas sucessivamente externamente a ele. As fibras secundárias do cristalino continuam a se desenvolver ao longo da vida.
O cristalino origina-se do epitélio ectodérmico, e o tecido mesenquimal não participa de sua formação. Durante o período fetal, é nutrido pela membrana vascular do cristalino (derivada da artéria hialóidea).
Da lâmina interna da taça óptica formam-se a retina neural, o epitélio da íris e o epitélio não pigmentado do corpo ciliar; da lâmina externa formam-se o epitélio pigmentar da retina, o epitélio pigmentado do corpo ciliar e os músculos dilatador e esfíncter da pupila.
A diferenciação da retina neural ocorre em duas etapas.
Etapa 1 (diferenciação por gradiente vertical): A camada de neuroblastos se diferencia em camadas de neuroblastos interna e externa. Da camada interna, as células ganglionares diferenciam-se primeiro, seguidas pelas células de Müller, células bipolares, células amácrinas e células horizontais. Da camada externa, os fotorreceptores se diferenciam. Os cones aparecem no terceiro mês de gestação, os bastonetes no quarto mês.
Etapa 2 (diferenciação por gradiente horizontal): A diferenciação progride do polo posterior para a periferia. O desenvolvimento da retina está quase completo no nono mês de gestação, exceto pela mácula. A diferenciação da mácula começa no sexto mês de gestação, a formação da fóvea começa no sétimo mês, e a histogênese continua até a 16ª semana após o nascimento.
O vítreo é formado em três estágios.
| Estágio | Período | Características |
|---|---|---|
| Vítreo primário | A partir da 6ª semana de gestação | Inclui a artéria hialoide. Após a regressão, o canal de Cloquet permanece. |
| Vítreo secundário | A partir da 9ª semana de gestação | Rede acelular. Constitui a maior parte do vítreo maduro. |
| Vítreo terciário | Final da gestação | Forma a zônula ciliar (zônula de Zinn). |
Quando a artéria hialoide degenera e desaparece no final da gestação, o vítreo primário também desaparece. Os ramos que correm ao longo da superfície da lâmina interna da taça óptica permanecem como artéria e veia centrais da retina.
Na 6ª semana de gestação, as células ganglionares da retina aparecem. Seus axônios passam pela camada mais interna da retina, perfuram a lâmina interna da taça óptica no disco óptico e se estendem para dentro do pedúnculo óptico. Na 7ª semana, atingem o quiasma óptico e se estendem através do corpo geniculado lateral até o lobo occipital.
No 3º mês de gestação, a pia-máter é formada a partir de células da crista neural ao redor do pedúnculo óptico. No 5º mês, a dura-máter aparece, e no 6º mês, a aracnoide se diferencia. A mielinização começa no 5º mês no corpo geniculado lateral e progride em direção à retina.
Após a separação da vesícula do cristalino na 4ª semana de gestação, o ectoderma superficial se diferencia em epitélio corneano. Na 6ª semana, células da crista neural entram entre o epitélio corneano e o cristalino para formar a membrana de Bowman e o endotélio corneano. Em seguida, células da crista neural entram novamente para formar o estroma corneano.
Na 7ª semana de gestação, células da crista neural entram entre o endotélio corneano e o cristalino para formar a membrana pupilar e o estroma da íris. No 3º ao 4º mês, o canal de Schlemm se forma, a câmara anterior aparece, e a malha trabecular do ângulo também se forma a partir de células da crista neural.
Íris: No 3º mês de gestação, o epitélio da íris em duas camadas (anterior e posterior) se forma a partir da borda anterior da taça óptica. O músculo esfíncter da pupila começa a se diferenciar no 4º mês e se completa no 8º mês. O músculo dilatador da pupila começa a se diferenciar no 6º mês e se completa após o nascimento. Os músculos intrínsecos da íris são derivados do ectoderma neural.
Corpo ciliar: No 3º mês de gestação, dobras se formam nas lâminas interna e externa da taça óptica para formar os processos ciliares. O estroma do corpo ciliar e o músculo ciliar se formam a partir de células da crista neural.
Coroide: Na 5ª semana de gestação, grânulos de melanina aparecem no epitélio pigmentar da retina, e uma rede capilar é induzida a partir do tecido mesenquimal ao redor da taça óptica. No 4º mês, a rede vascular coroidal se forma.
Esclera: Na 7ª semana de gestação, sua formação começa a partir de células da crista neural na borda anterior da taça óptica, estendendo-se posteriormente e atingindo o polo posterior no 5º mês.
Pálpebras: Na 6ª semana de gestação, duas dobras se formam acima e abaixo do olho. No 3º mês, elas se fundem temporariamente, e a separação recomeça no 6º mês e se completa no 7º mês. O epitélio conjuntival, os cílios e várias glândulas (glândulas de Moll, Zeis, Meibômio) se desenvolvem a partir do ectoderma superficial, enquanto o músculo orbicular do olho e o tarso se desenvolvem a partir do mesoderma.
Glândula lacrimal: Na 10ª semana de gestação, células basais do epitélio conjuntival na região do fórnice superior temporal invadem o tecido mesenquimal para formar a glândula. A secreção lacrimal reflexa pode não começar até 1-3 semanas após o nascimento.
Músculos extraoculares: Na 4ª semana embrionária, o tecido mesenquimal ao redor do cálice óptico se agrega para formar o primórdio. Na 8ª semana, os 4 músculos retos e 2 oblíquos se diferenciam, e o músculo levantador da pálpebra superior se separa do músculo reto superior.
Órbita: Os ossos orbitários são derivados principalmente da crista neural, e a ossificação membranosa começa na 6ª semana embrionária. Os ossos esfenoide e etmoide se desenvolvem por ossificação endocondral.
O ácido retinoico (RA) controla duas etapas importantes no desenvolvimento ocular 1).
Etapa 1: Formação do cálice óptico (equivalente a E8.5–E10.5 em camundongos) O RA é essencial para a formação do cálice óptico por invaginação (dobramento) da vesícula óptica 1). Especificamente, a invaginação da vesícula óptica ventral é inibida na deficiência de RA 1). Aldh1a2 produz RA no mesênquima perióptico em E8.5–E9.5, e a perda da síntese de RA neste estágio leva à falha na formação do cálice óptico 1).
Etapa 2: Morfogênese do segmento anterior (após E10.5 em camundongos) O RA é produzido na retina dorsal (Aldh1a1) e ventral (Aldh1a3) e se difunde para o mesênquima perióptico derivado da crista neural fora do cálice óptico 1). A perda de RA causa proliferação excessiva do mesênquima, resultando em microftalmia, anormalidades da córnea e anormalidades palpebrais 1).
O RA ativa Pitx2 no mesênquima perióptico, e Pitx2 induz Dkk2 (antagonista de WNT) para suprimir a sinalização WNT, limitando a proliferação excessiva do mesênquima 1).
O ácido retinoico (RA) é um metabólito ativo da vitamina A, que controla duas etapas no desenvolvimento ocular: formação do cálice óptico e morfogênese do segmento anterior. O RA é produzido na retina e se difunde para o mesênquima perióptico derivado da crista neural, suprimindo a sinalização WNT pela via Pitx2-Dkk2. Mutações em genes da via de sinalização do RA causam doenças oculares congênitas como anoftalmia e microftalmia.
A sinalização do RA funciona através da ligação dos receptores nucleares de RA (RAR) aos elementos de resposta ao RA (RARE) para controlar a transcrição 1). No entanto, os genes alvo diretos do RA no desenvolvimento ocular ainda não foram identificados 1). Existem milhares de RARE nos genomas de camundongos e humanos, e a expressão de milhares de genes flutua com a perda de RA, tornando a identificação de alvos diretos desafiadora 1).
Em pesquisas recentes, um método foi desenvolvido para detectar a deposição dependente de RA de H3K27ac (marca de ativação gênica) e H3K27me3 (marca de repressão gênica) usando ChIP-seq, e integrar com dados de RNA-seq para restringir genes alvo diretos 1). Este método, demonstrado em tecidos do tronco, se aplicado ao desenvolvimento ocular, espera-se que identifique de forma abrangente os genes alvo do RA 1).
RDH10 é a única enzima responsável pela primeira etapa da síntese de RA (conversão de retinol em retinal), e camundongos knockout para Rdh10 podem sobreviver até E10.5, não apresentam atividade de RA na vesícula óptica e mostram malformação do cálice óptico 1). Este modelo é mais fácil de manipular experimentalmente do que o knockout triplo de Aldh1a1/Aldh1a2/Aldh1a3 e será um modelo útil para elucidar os mecanismos de formação do cálice óptico no futuro 1).
