IIe Diferenciación Celular

II
Núcleo y división celular.
e. Diferenciación celular.
de
Espermatogénesis-proceso
formación de espermatozoides por
meiosis (en animales, por mitosis
en
plantas)
en
órganos
especializados conocidos como
gónadas (que en los machos se
denominan testículos).
Gametogénesis
Formación de gametos (haploides, n) a partir
de la células haploides de la línea germinal.
Luego de la división las células se
diferencian transformándose en
espermatozoides Las cuatro células
derivadas de la meiosis se
diferencian en espermatozoides.
Primer cuerpo polar
Segundo cuerpo polar
Espermátidas u
ovótida
Primer cuerpo polar dividido
Ovogénesis-proceso
de
formación de un óvulo por meiosis
(en animales, por mitosis en el
gametofito de las plantas) en
órganos especializados conocidos
como ovarios.
El citoplasma y organelas forman
una célula más grande: el óvulo y
las otras tres (llamadas glóbulos
polares) no desarrollan.
• Las células de casi todos los organismos pluricelulares proceden de la
división repetida de una única célula precursora: el óvulo fecundado.
A single ~200 micrometer
(µm) cell, the human egg,
with sperm, which are also
single cells. From the
union of an egg and sperm
will arise the 10 trillion
cells of a human body.
(Lodish, 2004)
• El carácter final de una célula esta determinado por toda la secuencia de
influencias a las que ha estado sometida durante el transcurso del desarrollo.
Es irreversible.
• Vertebrado > 200 tipos celulares, difieren en estructura y función.
• La inmensa mayoría de células animales y vegetales conservan toda la
información genética.
• Solo algunos casos la especialización implica perdida de material genético
Ej. eritrocitos de mamíferos
• Además de las diferencias morfológicas, las células difieren en su habilidad de
moverse, en su organización interna (procariotas vs eucariotas), metabólismo.
Archaebacteria (Methanosarcina).
Células sanguíneas (eritrocitos,
leucocitos y plaquetas).
Huevos de dinosaurio fósil.
Alga verde (Volvox aureus).
Neurona del cerebelo.
Epitelio intestinal.
Células vegetales (esqueleto
rígido de celulosa).
(Lodish, 2004)
Lactobacteria (Lactococcus lactis).
Desarrollo embrionario
Estado de dos células
Estado de cuatro células
Estado de ocho células
Each cell in an eight-cell-stage mouse embryo has the potential to give rise to
any part of the entire animal. Cells with this capability are referred to as
embryonic stem (ES) cells. ES cells can be grown in the laboratory (cultured)
and will develop into various types of differentiated cells under appropriate
conditions.
• La especialización depende de alteraciones de la expresión génica y no de la
perdida o adquisición de genes.
• Los grupos de genes son activados o inhibidos en respuesta a señales tanto
externas como internas.
(Lodish, 2004)
Differential gene expression is readily
apparent in an early fly embryo in
which all the cells look alike until they
are stained to detect the proteins
encoded by particular genes.
It has about 6000 cells covering its surface, most of
which are indistinguishable by simple light
microscopy. We see antibodies tagged with a
fluorescent label bound to proteins that are in the
nuclei; each small sphere corresponds to one
nucleus.
(Lodish, 2004)
Similar genes, conserved during evolution, regulate many developmental processes in diverse
animals. Insects and mammals are estimated to have had a common ancestor about half a billion
years ago. They share genes that control similar processes, such as growth of heart and eyes and
organization of the body plan, indicating conservation of function from ancient times. (a) Hox
genes are found in clusters on the chromosomes of most or all animals. Hox genes encode related
proteins that control the activities of other genes. Hox genes direct the development of different
segments along the head-totail axis of many animals as indicated by corresponding colors.Each
gene is activated (transcriptually) in a specific region along the head-to-toe axis and controls the
growth of tissues there. For example, in mice the Hox genes are responsible for the distinctive
shapes of vertebrae. Mutations affecting Hox genes in flies cause body parts to form in the wrong
locations, such as legs in lieu of antennae on the head. These genes provide a head-to-tail
address and serve to direct formation of the right structures in the right places.
Diferenciación Embrionaria
Weisman, Roux y Brachet:
Importancia del creciente o semiluna gris (cortex) situado entre los polos animal y vegetal del huevo.
Plantean una teoría cromosómica que haría diferentes a las células dorsales de las ventrales.
Seidel y Spemann:
Identidad de la carga cromosómica en todos los núcleos y demuestran la equipotencialidad nuclear.
Morgan:
Heterogeneidad citoplásmica y equipotencialidad nuclear, por lo tanto la diferenciación esta dada por
interacciones núcleo-citoplasma. Activación-desactivación de genes (RNAs)
Briggs y King:
Trasplantes nucleares para evaluar el momento en que se pierde la equipotencialidad nuclear.
Temprana (1 día)
Gurdon:
Algunos experimentos exitosos de transplante nuclear de células adultas en citoplasmas de huevos
vírgenes sin el núcleo.
Scarano:
Metilaciones en el DNA que inducen la diferenciación.
Conclusiones:
9 Interacción citoplasma-núcleo
9 Interacciones de los organelos con DNA y el núcleo
Tipos celulares
• Epitelio
• Tejido conjuntivo
• Músculo
• Tejido nervioso
A menudo se encuentran parecidos familiares entre genes que codifican
proteínas que realizan funciones relacionadas en un mismo organismo.
Estos genes también están relacionados evolutivamente y su existencia revela
una estrategia básica a través de la cual se ha originado la complejidad
creciente de los organismos.
Los genes y las zonas de genes se duplican y las nuevas copias divergen de la
original mediante mutación y recombinación, para realizar nuevas funciones
adicionales.
Los tipos celulares de un organismo pluricelular se diferencian unos de otros
porque sintetizan y acumulan distintos juegos de moléculas de RNA y de
proteínas.
Patrones de bandas similares en
los distintos tipos celulares.
Conjuntos de cromosomas de
todas las células del cuerpo son
idénticos.
La comparación de genomas
diferentes células muestran que
cambios de expresión génica
van acompañados de cambios
las secuencias de DNA.
de
los
no
en
6 Etapas en las que se puede controlar la expresión génica en eucariotas
Las células pueden controlar la síntesis de proteínas:
1 - Regulando el momento y la frecuencia de la transcripción de genes concretos
(control transcripcional).
2 - Controlando el modo de maduración o procesamiento de los transcritos primarios
de RNA (Control o procesamiento del RNA).
3 - Seleccionando los mRNA maduros que van a ser exportados al citoplasma (control
del transporte de RNA).
4 - Seleccionando los mRNA citoplasmáticos que van a ser traducidos por ribosomas
(control traduccional).
5 - Desestabilizando selectivamente algunas moléculas de mRNA citoplasmático
(Control de la degradación de los mRNA).
6 - Activando, inactivando o ubicando de modo selectivo las proteinas ya sintetizadas
(control de la actividad protéica).
Control combinatorio
Una proteína reguladora dada no tiene necesariamente una función única y
claramente definida, como por ejemplo la de activación de un grupo
determinado de genes o la de determinación de un cierto tipo celular.
Puede tener diferentes funciones que se solapan con las de las otras
proteínas reguladoras.
La producción de diferentes tipos de células no es suficiente para hacer un
organismo, los diversos tipos de células deben organizarse y ensamblarse
en todos los tejidos y órganos.
En el organismo en desarrollo, las células crecen y se dividen en algunos
momentos y en otros no, se ensamblan y comunican, previenen o reparan
errores en el proceso de desarrollo, coordinan cada tejido con el resto. En el
organismo adulto, la división celular normalmente se detiene en la mayoría
de los órganos. Si una parte de un órgano talque el riñón es dañado o
removido, la división celular se activa hasta que el órgano es regenerado.
Principales líneas de investigación en Diferenciación Celular
• Morfogénesis y polaridad. Totipotencialidad y células troncales.
• Organización y estructura de los orígenes de replicación de DNA.
• Análisis de los mecanismos moleculares que regulan la expresión y
el funcionamiento de los receptores celulares en procesos de
diferenciación neuronal y en oncogénesis.
• Estructura y biología de los factores de crecimiento
transmembranales.
• Complejo Principal de Histocompatibilidad: regulación de la
expresión.
¿Qué son las células troncales (stem cells)?
•No son especializadas, no están asociadas en su función con otras para
un fin común. Se caracterizan por la presencia de marcadores
específicos (Factor de trascripción Oct-4).
•Son capaces de dividirse (proliferar) y auto-renovarse por periodos muy
largos. Son eventualmente evaluadas (ploidía o daño cromosomal).
•Pueden dar origen a células especializadas (diferenciación). Señales
dentro y fuera de las células se combinan e interactúan para disparar la
diferenciación. Los genes acarrean información acerca de la estructura y
función de la célula y promueven su diferenciación. Las secreciones de
otras células, el contacto físico con células vecinas y algunas moléculas
en el microambiente son también promotores de cambios a nivel
intracelular.
¿Qué clases de células troncales existen?
Totipotenciales: embrionales flexibles.
Pluripotenciales: sin capacidad para formar gametos.
Multipotenciales: varios tipos pero limitada.