diferenciación celular electivo 4°
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Diferenciación celular
Fenotipos dinámicos
Plan electivo Biología: Célula, genoma y organismo.4° MedioProfesora 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.
Un ejemplo seria la célula animal y la vegetal que aunque tienen características semejantes también tienen muchas diferencias
La diferenciación celular se obtiene simplemente de las diferentes características de cada una de las células
Las células embrionarias
Son capaces de
transformarsus
características
Estructurales y funcionales
Estímulos
Bajo la presencia de determinados
Especializadas Para serPotencial
inicial
Perdiendo su
Determinación
Proceso llamado
Los factores determinantes
Diferenciacióncelular
Determinantes Citoplasmáticos
localizados
De la
Moléculas son
Conocidas como
En el cigoto Los organelos y moléculas Distribuidos
No homegénea
Al dividirse genera
Células
Composición citoplasmática
Con distinta
Lo que contribuye a una
Primera etapa En la generación de Células diferentes
están
En forma
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 a una trayectoria específica del desarrollo.
Así…Los determinantes citoplasmáticos
localizadosPrimera señal Diferenciación
Desarrollo
Constituyen la de
Durante el
Que son complementadas con
Procesos Células vecinas
Relacionados con la interacción de
Por ejemplo
La inducción
Que ocurre cuando
2 células fenotipoDe distinto contactotoman
Inducción
Célula que cambia su fenotipo
influenciada por otra
Célula inductoraCélula respondedora
Célula que causa el cambio para modificar a otra
Que las células vecinas adquieran un patrón de desarrollo similar y de forma
coordinada
Hay 2 tipo de células
Su interacción permite
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
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.
Comprobando la inducción:
Las células mesenquimáticas
Inducen la
formación deramificacionesCélulas
Epiteliales delbrote uretral
En las
Que se diferencian en
Túbulos colectores
Los cuales
Inducen aCondensación
celular
Para que formen una
Que deriva en
Células epiteliales
Que formaran
Túbulos proximalesTúbulos distales
Glomérulo
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 específicos de estas señales.
En la inducción…
Las señales de inducción son moléculas de diferente naturaleza, como:
Hormonas. Factores de
crecimiento. Citoquinas.
Los efectos pueden ser:
Cambios en la producción de moléculas de adhesión (célula- matriz) importante en la formación y determinación de las características de los tejidos.
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.
Diferenciación de células troncales
Las células troncales
Se encuentran en los
Organismos pluricelulares
Que se caracterizan por
Autorrenovación Potencialidad
limitada
Capacidad de experimentarnumerosos 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
blastocistos
células troncales adultas
Del cordón umbilical
Las células troncales
En embriones En adultos
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 deLa proliferación de células del mismo
tipo celular ya diferenciadas
Por ejemplo
hepatocitos
En la mayoría de los tejidos la
Recuperación de células dañadas
Es efectuada por
Proliferación y diferenciación de células troncales que se encuentran formando parte de dichos tejidos
Células madre unipotentes
Es decir
En el intestino…
Las células troncales se encuentran en el fondo de las criptas, formando parte del tejido epitelial que recubre al intestino.Criptas: cavidades ubicadas entre las
vellocidades intestinales.
En el intestino… 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.
Criptas: cavidades ubicadas entre las vellocidades intestinales.
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
Estudio del desarrollo embrionario y la diferenciación celular
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
Mutante bithóraxMutante antennapedia
Mutante “ojo en pata”
Normales
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
Grupo metilo (-CH3)Metilasa
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/