Diferenciación celular Fenotipos dinámicos Plan electivo Biología: Célula, genoma y organismo. 4° Medio Profesora Estefanía Fernández B. Contenidos Desarrollo embrionario Genes y desarrollo embrionario Estructura y función en fenotipos celulares Miogénesis como modelo Diferenciación y comunicación celular Diferenciación de células troncales Desarrollo embrionario La diferenciación celular es el proceso, en virtud del cual, las células sufren modificaciones citológicas dando lugar a una forma y una función determinada durante el desarrollo embrionario o la vida de un organismo pluricelular, especializándose en un tipo celular . Hasta la década de 1950, se planteaban dos posibles hipótesis que podrían explicar la diferenciación celular en los organismos pluricelulares. Una de ellas, es que a partir del embrión, los distintos tipos celulares perdían genes, regiones de su genoma, de forma que en el individuo adulto los distintos tipos celulares presentaran distinto genoma. La otra, defendía que manteniendo todos los tipos celulares el mismo genoma, existía una expresión diferencial de los distintos genes según el tipo celular La impronta genómica es la expresión diferencial del alelo paterno o materno de un mismo gen debido simplemente a su procedencia. Este fenómeno juega un importante papel en el proceso de diferenciación celular. Un ejemplo claro del importante papel que juega este fenómeno en la diferenciación celular se puede observar en el trabajo de J.A. Uranga (1994). Ya que drosophila melanogaster es un organismo modelo, su desarrollo embrionario con sus mecanismos de diferenciación están bien estudiados, y se describen correctamente en su artículo. La diferenciación celular se obtiene simplemente de las diferentes características de cada una de las células Un ejemplo seria la célula animal y la vegetal que aunque tienen características semejantes también tienen muchas diferencias Las células embrionarias Son capaces de transformar su s características Estructurales y funcionales Potencial inicial Proceso llamado Determinación Perdiendo su Bajo la presencia de determinados Especializadas Para ser Estímulos Los factores determinantes De la Diferenciación celular son Moléculas Conocidas como Determinantes Citoplasmáticos localizados En el cigoto Los organelos y moléculas están Distribuidos Al dividirse genera Células En forma No homegénea Con distinta Composición citoplasmática Lo que contribuye a una la generación Primera etapa En de Células diferentes Es decir… Las células hijas del cigoto no son idénticas entre sí. Las diferencias citoplasmáticas entre ellas (blastómeros), determinan diferentes patrones de expresión génica y cada célula queda entonces confinada Así… Los determinantes citoplasmáticos localizados Constituyen la Primera señal de Diferenciación Durante el Desarrollo Que son complementadas con Por ejemplo La inducción Células vecinas Relacionados con la interacción de Que ocurre cuando 2 células De distinto fenotipo toman contacto Procesos Inducción Hay 2 tipo de células Célula respondedora Célula inductora Célula que cambia su fenotipo influenciada por otra Célula que causa el cambio para modificar a otra Su interacción permite Que las células vecinas adquieran un patrón de desarrollo similar y de forma coordinada Inductores en la formación del ojo en vertebrados La capacidad de una célula de modificar su fenotipo, es decir, de responder frente a la presencia de una célula inductora se denomina COMPETENCIA Comprobando la inducción: Por ejemplo, al transplantar células que dan origen al ojo (células del primordio óptico) hacia una región diferente del ectodermo (una de las principales capas embrionarias) se observa la formación del cristalino en la respectiva zona ectodermica. Las células mesenquimáticas En las Inducen la formación deramificaciones Para que formen una Condensación celular Que deriva en Células epiteliales Que formaran Túbulos proximales Túbulos distales Glomérulo Células Epiteliales del brote uretral Que se diferencian en Los cuales Inducen a Túbulos colectores Diferenciación del riñón En estos procesos de morfogénesis renal participan un gran número de señales solubles, incluyendo proteínas de la familia del factor de crecimiento transformante beta, y también señales ancladas a la superficie celular (integrinas; se vera más adelante). Algunas señales son expresadas por el epitelio mientras otras son producidas por las células del mesénquima. También participan receptores En la inducción… Las señales de inducción son moléculas de diferente naturaleza, como: Hormonas. Factores de crecimiento. Citoquinas. Las citoquinas (o citocinas) son un grupo de proteínas de bajo peso molecular que actúan mediando interacciones complejas entre células de linfoides, células inflamatorias y células hematopoyéticas. Los efectos pueden ser: Cambios en la producción de moléculas de adhesión (célula- matriz) importante en la formación y determinación de las características Diferenciación de células troncales Las células troncales Se encuentran en los Organismos pluricelulares Que se caracterizan por Autorrenovación Potencialidad limitada Capacidad de experimentar numerosos ciclos de división Manteniendo su carácter indiferenciado Capacidad de diferenciarse en otros tipos celulares Las células troncales Corresponden a 3 clases de células derivadas de Del cordón umbilical blastocistos células troncales adultas Las células troncales En adultos En embriones Dan origen a todos los tipos celulares Participan en la mantención de tejidos en renovación Piel o tubo digestivo Reparación de tejidos A medida que las células se diferencian pierden su potencialidad de transformarse en otros tipos celulares. 1° son totipotentes: capaces de originar cualquier tipo celular. 2° son pluripotentes: capaces de originar un subconjunto de tipos celulares. 3° son multipotentes: capaces de generar células de su propia capa o linaje embrionario de origen. 4° son unipotentes: capaces de autorrenovarse y originar un solo tipo celular. Las células troncales pueden ser cultivadas en condiciones de laboratorio y su diferenciación puede ser estimulada in vitro, para producir, por ejemplo, células musculares o nerviosas. También pueden utilizarse con fines médicos. En tejidos adultos… La pérdida de células Se compensa a través de La proliferación de células del mismo tipo celular ya diferenciadas En la mayoría de los tejidos la Recuperación de células dañadas Por ejemplo hepatocitos Es efectuada por Proliferación y diferenciación Es decir de células troncales que se encuentran formando parte de dichos tejidos Células madre unipotentes En el intestino… Criptas: cavidades ubicadas entre las vellocidades intestinales. Las células troncales se encuentran en el fondo de las criptas, formando parte del tejido epitelial que recubre al intestino. En el intestino… Criptas: cavidades ubicadas entre las vellocidades intestinales. A medida que las células del extremo superior de las criptas mueren se desprenden hacia el lumen del intestino. Al mismo tiempo , las células que se encuentran más abajo ascienden, remplazando a las perdidas. Esto es llevado a cabo por la proliferación y posterior diferenciación de células troncales en células epiteliales diferenciadas. Estudio del desarrollo embrionario y la diferenciación celular Organismos usados como modelo de estudio: Plantas: Arabidopsis thaliana Invertebrados: Mosca de la fruta Drosophila melanogaster Gusano nemátodo Caenorhabditis elegans Erizos de mar (varias especies) Vertebrados: Rana Xenopus laevis Rata Rattus rattus Estadios del desarrollo Tipos de clivaje Desarrollo embrionario: invertebrado Desarrollo embrionario: etapas comunes Desarrollo embrionario en invertebrados: Gastrulación Desarrollo embrionario en vertebrados: Gastrulación Desarrollo embrionario: vertebrado Inicio de la morfogénesis (pollo) Organogénesis (pollo) Organogénesis (humana) Organogénesis (humana) Genes y desarrollo embrionario Experimentos en Drosophila melanogaster Normales Mutante “ojo en pata” Mutante bithórax Mutante antennapedia Cariotipo de Drosophila Genes de segmentación y homeóticos Mutación en genes homeóticos Conservación de genes homeóticos Conservación de genes homeóticos Genes y planes corporales Resumen La diferenciación involucra varios procesos: Activación de genes de segmentación Activación de genes homeóticos Estructura y función en fenotipos celulares Fenotipos celulares Ejemplos de fenotipos de células digestivas Ejemplos de fenotipos de células sanguíneas Ejemplos de fenotipos de células nerviosas Problema de fondo = ADN ≠ Fenotipos Hacia la solución: entendiendo el proceso de transcripción Hacia la solución: obtención de ADN clonado (ADNc) Hacia la solución: marcación radiactiva de nucleótidos Experimento: método •Obtención de ADNc del gen A, desde células hepáticas (hígado) •Marcación de ARNm en células hepáticas, renales y cerebrales •Hibridación de ADNc del gen A con ARNm de los 3 tipos de células •Contabilizar la radiactividad total de los híbridos desde pocillos individuales para cada tipo de ARNm Experimento: resultado Conclusión: Aún cuando comparten el ADN, las células de un mismo organismo transcriben distintos ARNm Hipótesis más probable: El fenotipo de cada célula depende de la síntesis de proteínas diferenciales Modelos de diferenciación Estructura célula muscular estriada Etapas básicas en la miogénesis Mioblastos Problema: ¿hay genes específicos que controlan la miogénesis? Micrografía de miogénesis en embrión humano Antecedente: fibroblastos Antecedente: Inhibición de la transcripción mediante metilación Grupo metilo (-CH3) Metilasa Antecedente: Inhibición de la metilación mediante 5-azacitidina Metilasa Grupo metilo (-CH3) 5-Azacitidina Experimento 1: Obtención de mioblastos a partir de fibroblastos Experimento 2: Rastreo de los genes modificados por la 5-azacitidina (Autorradiografía) Ejemplo 1: comprobación de la vía RER – Golgi Exocitosis Ejemplo 2: marcación selectiva de células secretoras de TSH en la hipófisis Principales isótopos usados: 32P, 131I, 35S, 14C, 45Ca y 3H Experimento 3: verificación del rol del gen MioD Resumen La diferenciación involucra varios procesos: Activación de genes de segmentación Activación de genes homeóticos Metilación diferencial Desarrollo en pollo Diferenciación y comunicación celular Copa óptica al MEB ¿Cómo probar la comunicación? Otra evidencia: diferenciación de células renales Diferenciación de células renales Resumen La diferenciación involucra varios procesos: Activación de genes de segmentación Activación de genes homeóticos Metilación diferencial Inducción simple o recíproca Diferenciación de células troncales Origen de las células troncales o stem: embrionarias Las stem embrionarias o masa celular interna son TOTIPOTENCIALES Origen de las células troncales o stem: adultas Las stem adultas son PLURIPOTENCIALES Ejemplo: tejido epitelial intestinal Ejemplo: tejido epitelial de la piel Uso terapéutico de las células troncales embrionarias Problemas éticos derivados del uso de células troncales Uso terapéutico de células troncales adultas Células troncales en la prensa Información sobre células troncales http://stemcells.nih.gov/
