DIFERENCIACIÓN

CELULAR

MARLENE BOCAZ B.

La diferenciación celular se define como la actividad génica variada entre las células de un mismo organismo.

La especialización de las células implica la síntesis de proteínas específicas, de modo que en cada tipo celular se expresa un conjunto de genes distintos.

Tipos de genes que participan

en la diferenciación celular:

a).- Genes de mantenimiento: Genes que se encuentran activos en todos los tipos celulares, es decir genes necesarios para el funcionamiento de diferentes células por ejemplo: Construcción de membranas, síntesis de diferentes organelos celulares.

b).- Genes diferenciales: Genes que dan origen a estructuras específicas de distintos tejidos, por ejemplo: anticuerpos, hemoglobina, etc.

Diferentes experimentos se han desarrollado para

comprobar que la diferenciación celular no produce

perdida de la información genética, tal es el caso de

experimento realizado con Xenopus ( rana ) donde:

1.-Se aplica luz uv a un huevo de Xenopus para destruir el

núcleo y obtener una célula Enucleada.

2.-Se toma una célula somática diferenciada y se

transplanta el núcleo de esta a el huevo enucleado.

3.-El resultado es el desarrollo de un organismo Xenopus.

4.- El resultado comprueba que los genes se conservan.

Otro experimento fue realizado en ratón donde:

1.-Se toma el núcleo de una célula somática de

ratón y se transplanta a un huevo recién

fertilizado, al cual se extrajo los pro núcleos.

2.-Se Implanta en ratón.

3.-El resultado es el nacimiento de ratón.

INTERACCIÓN

NUCLEOPLASMÁTICA

La fusión celular es otra técnica utilizada en el estudio

del comportamiento de la diferenciación celular.

La fusión permite establecer que el núcleo no sobrevive

sin citoplasma.

La fusión o hibridación de células somáticas

demuestran que sustancias presentes en el citoplasma

modifican la expresión de los genes en el núcleo y la

producción de los correspondientes ARN.

EXPERIMENTO DE FUSIÓN

Utilizando un virus

denominado

SENDAI, permite

colocar a los núcleos

en ambientes

citoplasmáticos ajenos

a ellos cuyo producto

es denominado

Heterocarion

Otro experimento de fusión celular se realizó en el año 1965, el que consistió en:

1.-Se tomaron núcleos de eritrocitos inactivos de pollo, los cuales a diferencia de los nuestros con la maduración no pierden el núcleo, pero estos son incapaces de sintetizar ARN.

2.-Se fusionan con célula HeLa, célula derivada del carcinoma de una paciente.

3.-Se genera el heterocarion.

4.-El eritrocito comienza a replicar, lo que indica la reanudación de la síntesis de ARN y ADN.

Si se utiliza una droga ( citocalasina B ), que inhibe a los filamentos de actina, lo que significa que la célula HeLa pierde el núcleo.

Por centrifugación se obtienen núcleos con una pequeña caja de citoplasma denominada CARIOPLASTOS ( que son viables por 2 días y que mantienen funciones normales que no dependen del núcleo, por ejemplo: Pinocitosis.)y citoplasma solo denominado CITOPLASTOS.

Carioplasto + Citoplastos por medio de virus Sendai, permite que se sintetice ARN.

Como el citoplasma contiene componentes capaces de regular la actividad de los genes, es muy importante la distribución de éstos, ya que desempeña un papel fundamental en el establecimiento de las primeras diferenciaciones celulares del embrión.

Existen factores de trascripción específicos que activan determinados genes denominados “RECTORES”, que participan en la segmentación.

Factores de transcripción

1.-Grado de enrollamiento de cromatina.

2.-La metilación de las citosinas sobre el ADN.

3.-Reparto asimétrico de los componentes del citoplasma.

Además la diferenciación depende de factores Postranscriptacional como por ejemplo: procesamiento del ARN y de esta manera se regula la síntesis de proteínas y su procesamiento.

Determinantes citoplasmáticos se reparten

asimétricamente

Los organismos multicelulares se desarrollan a partir

de una célula huevo, que tras sucesivas divisiones y

diferenciaciones, da origen a la totalidad de las células

que componen los tejidos corporales.

A continuación en la segmentación se forma un

embrión trilaminar con citoplasma que contiene

moléculas asimetricamente distribuídas denominadas “

Determinantes citoplasmáticos”, que se cree que son

proteínas que actúan como factores de transcripción

específicos.

Segmentación o Clivaje

Se forma una estructura compuesta por células denominada

MORULA, donde las células se encuentra comunicadas por uniones

en hendiduras y las periféricas por uniones estrechas.

Posteriormente es posible observar una esfera hueca denominada

BLASTOCISTO, formado por una capa celular que recibe el

nombre de TROFOBLASTO, que dará origen a la placenta y un

conglomerado celular que dará origen al individuo.

A continuación en la segmentación se forma un embrión

trilaminar con citoplasma que contiene moléculas

asimetricamente distribuídas denominadas “ Determinantes

citoplasmáticos”, que se cree que son proteínas que actúan como

factores de transcripción específicos.

SEGREGACIÓN DE DETERMINANTES

CITOPLASMÁTICOS

Los ovocitos acumulan sustancias para ser utilizadas durante el desarrollo embrionario; por lo tanto:

-Se omite la fase G1 y G2.

-La fase S es más rápida.

En Xenopus la corteza se contrae en la dirección de entrada del espermatozoide, esto se produce en el lado opuesto un área denominada medialuna gris que da origen al blastoporo ( invaginación que da origen al mesoderma). Además la entrada del espermatozoide determina la posición del eje dorsoventral del embrión.

En mamíferos al formarse 8 células aun no hay diferenciación, lo que se denomina TOTIPOTENTES, esto permite la formación de gemelos idénticos; por lo tanto hasta 8 células es posible que existan moléculas citoplasmáticas parejas.

Durante el viaje hacia el útero, la posición de las células recibe un efecto diferente, en cada célula que forma la mórula, lo que constituye la PRIMERA DIFERENCIACIÓN CELULAR.

Cuando adquiere 16 células las sustancias ingresan al embrión célula por célula.

La calidad de la respuesta describe la activación de genes diferentes según la concentración de sustancias que recibe el nombre de MORFÓGENO. Además dejan las condiciones para las futuras diferenciaciones en las capas embrionarias.

Otro aspecto que debemos considerar es que la posición celular permite que se produzca influencia de células vecinas, emitiendo señales que permiten la diferenciación.

En mamíferos la Notocorda ( Nodo de Hansen ), permite establecer los diferentes ejes (dorsoventral, mediolateral y cefalocaudal )

L a primera diferenciación de células en órganos se produce en el cardiovascular, por la importancia hormonal.

INDUCTORES Células de un tejido inducen a otras para que se diferencien, mueran,

cambien de ritmo su proliferación o se movilicen.

De acuerdo al mecanismo biológico existen diferentes grupos celulares:

1.- Inductores.

2.-Inducidos.

3.-No inducen ni se dejan inducir.

En algunos casos una misma célula puede seguir diferentes vías de diferenciación de acuerdo al momento en que se influye el inductor.

En algunos casos tejidos inductores tienen un tiempo limitado para ejercer sus acciones.

Ej: Notocorda ( ejemplo de inducción y competencia). La notocorda carece de acción inductiva sobre el endodermo y el resto del mesodermo, ya que estos tejidos no son competentes, pero si sobre el ectodermo; Por lo tanto distintos grupos celulares dependen de los determinantes citoplasmáticos asimétricamente heredados de la célula huevo.

INDUCCIONES TEMPRANAS EN

EL EMBRIÓN

1.-Por secreción Paracrina.( mediante células

vecinas )

2.-Por secreción Endocrina.( mediante

torrente sanguíneo )

INDUCCIÓN PARACRINA

Si las células presentan receptores específicos para la sustancia, estas reaccionan y son competentes.

La ACTIVINA es una molécula con probada capacidad para generar inducción, esto fue detectado en embrión temprano de Xenopus, que induce al labio dorsal del blastoporo (organizador Spemann), equivalente al nódulo de Hansen de vertebrados superiores.

La Activina pertenece a la superfamilia de los factores de crecimiento TGF – B al igual que Vgl.

Los factores de crecimiento FGF del fibroblasto también están relacionados con inducción del desarrollo embrionario.

Otra molécula inductiva es la DORSALINA, pertenece a la superfamilia TGF - B, una familia de moléculas llamadas Wnt, necesaria para la formación de mesodermo y SNC.

La proteína Noggina y Slug inducen el tejido

neural.

El ácido retinoico induce varias estructuras

embrionarias.

Las proteínas Shh y BMP promueven el

desarrollo de los miembros.

INDUCTORES SCOMO

MORFÓGENOS

Después de ser secretadas por el tejido inductor, su

concentración decrece a medida que fluyen por el

citoplasma de las células; por lo tanto según su posición

reciben diferentes concentraciones de morfógeno,

convirtiéndose en tipos celulares distintos.

Cada umbral de concentración del morfógeno le otorga

un valor posicional singular que se mantiene ya sean

células que se mantengan juntas o se ubiquen en

distintos puntos del embrión.

Los valores posicionales crean bases para conductores

celulares futuros, incluida la futura diferenciación.

INDUCCIÓN ENDOCRINA

Etapas avanzadas del desarrollo producen inducciones entre

tejidos distantes.

En etapas más avanzadas aparece la inducción por hormonas

Célula inductora

hormona

Receptor específico

Estas respuestas permanecen toda la vida,

ya que son imprescindibles para el correcto funcionamiento del organismo.

La determinación de cambiar se fija antes de

que revelen estar diferenciadas

La determinación es irreversible y puede ser

fijado, de acuerdo con el momento del

desarrollo por un determinante citoplasmático o

sustancia inductora.

Existe latencia entre la determinación y la

diferenciación.

POTENCIAL EVOLUTIVO Condición biológica que permite a una célula generar un número

determinado de células distintas.

A mayor número de tipos celulares, mayor Potencialidad; por lo tanto el huevo es la célula que presenta mayor Potencialidad Evolutiva.

A medida que avanza el desarrollo disminuye la Potencialidad.

El significado evolutivo final se alcanza, cuando la célula alcanza su máximo grado de diferenciación.

La médula ósea contiene células MULTIPOTENTES, que dan origen a eritrocitos, granulocitos, linfocitos, monocitos, plaquetas.

Otro ejemplo es el hígado, aquí las células diferenciadas se desdiferencian, esto no es posible realizar para diferentes tejidos, debido a la memoria celular ( esta memoria se hereda durante la etapa S, los elementos que controlan la expresión genética se duplican de modo que células hijas presentan los mismos factores de transcripción ) , que depende de:

-Factores de transcripción.

-Metilación.

-Grado de enrollamiento de la cromatina.

PLAN CORPORAL

El plan corporal de Drosophila melanogaster, se halla controlado por genes reguladores:

1º genes de la polaridad de la célula huevo.( pertenecen a la madre y tienen por función establecer ejes del cuerpo)

2º 3 conjuntos de genes llamados GENES SEGMENTARIOS ( dan origen a los segmentos larvarios)

a).-De hendidura.

b).-Regla par.

c).-Polaridad de los segmentos.

3º Genes homeóticos ( forman discos imaginales que forman estructuras exteriores como: ojos, antenas, torax,etc.)

Los 3 tipos de genes tienen como misión no tan sólo diferenciarse sino también activar al que actuará a continuación.

CAJA HOMEÓTICA

Genes que participan en la formación del plan corporal

pertenecen a la categoría de genes RECTORES.

Los genes rectores controlan la expresión de genes

subordinados.

Además codifican factores de transcripción específico,

cuya moléculas proteicas suelen ser diferentes entre si,

pero con un tramo de 60 aa muy parecido al que se da

el nombre de homeodominio.