Diferenciacin celular Fenotipos dinmicosPlan electivo Biologa: Clula, genoma y organismo.4 Medio

Ladiferenciacin celulares el proceso, en virtud del cual, las clulas sufren modificaciones citolgicas dando lugar a una forma y una funcin determinada durante el desarrollo embrionario o la vida de un organismo pluricelular, especializndose en un tipo celular

Hasta la dcada de1950, se planteaban dos posibleshiptesisque podran explicar la diferenciacin celular en los organismos pluricelulares. 1. Una de ellas, es que a partir del embrin, los distintos tipos celulares perdan genes, regiones de sugenoma, de forma que en el individuo adulto los distintos tipos celulares presentaran distinto genoma..2 .La otra, defenda que manteniendo todos los tipos celulares el mismo genoma, exista una expresin diferencial de los distintos genes segn el tipo celular

Ya quedrosophila melanogasteres unorganismo modelo, su desarrollo embrionario con sus mecanismos de diferenciacin estn bien estudiados, y se describen correctamente en su artculo.

Un ejemplo seria la clula animal y la vegetal que aunque tienen caractersticas semejantes tambin tienen muchas diferenciasLa diferenciacin celular se obtiene simplemente de las diferentes caractersticas de cada una de las clulas

Las clulas embrionariasSon capaces detransformarsuscaractersticasEstructurales y funcionalesEstmulos Bajo la presencia de determinadosEspecializadas Para serPotencial inicialPerdiendo suDeterminacin Proceso llamado

Los factores determinantesDiferenciacincelularDeterminantes Citoplasmticos localizadosDe laMolculas sonConocidas como

En el cigotoLos organelos y molculasDistribuidos No homegneaAl dividirse generaClulas Composicin citoplasmticaCon distintaLo que contribuye a unaPrimera etapaEn la generacin deClulas diferentesestnEn forma

Es decirLas clulas hijas del cigoto no son idnticas entre s. Las diferencias citoplasmticas entre ellas (blastmeros), determinan diferentes patrones de expresin gnica y cada clula queda entonces confinada a una trayectoria especfica del desarrollo.

AsLos determinantes citoplasmticos localizadosPrimera sealDiferenciacin Desarrollo Constituyen ladeDurante elQue son complementadas conProcesos Clulas vecinasRelacionados con la interaccin dePor ejemploLa induccinQue ocurre cuando 2 clulasfenotipoDe distintocontactotoman

Induccin Clula que cambia su fenotipo influenciada por otraClula inductoraClula respondedoraClula que causa el cambio para modificar a otraQue las clulas vecinas adquieran un patrn de desarrollo similar y de forma coordinadaHay 2 tipo de clulasSu interaccin permite

Inductores en la formacin del ojo en vertebrados

La capacidad de una clula de modificar su fenotipo, es decir, de responder frente a la presencia de una clula inductora se denomina COMPETENCIA

Por ejemplo, al transplantar clulas que dan origen al ojo (clulas del primordio ptico) hacia una regin diferente del ectodermo (una de las principales capas embrionarias) se observa la formacin del cristalino en la respectiva zona ectodermica.Comprobando la induccin:

Las clulas mesenquimticasInducen la formacin deramificacionesClulasEpiteliales delbrote uretralEn lasQue se diferencian enTbulos colectoresLos cuales Inducen aCondensacin celularPara que formen unaQue deriva enClulas epitelialesQue formaranTbulos proximalesTbulos distalesGlomrulo

Diferenciacin del rin

En estos procesos de morfognesis renal participan un gran nmero de seales solubles, incluyendo protenas de la familia del factor de crecimiento transformante beta, y tambin seales ancladas a la superficie celular (integrinas; se vera ms adelante). Algunas seales son expresadas por el epitelio mientras otras son producidas por las clulas del mesnquima.Tambin participan receptores especficos de estas seales.

En la induccinLas seales de induccin son molculas de diferente naturaleza, como:Hormonas.Factores de crecimiento.Citoquinas.Los efectos pueden ser:Cambios en la produccin de molculas de adhesin (clula- matriz) importante en la formacin y determinacin de las caractersticas de los tejidos.

Las citoquinas (o citocinas) son un grupo de protenas de bajo peso molecular que actan mediando interacciones complejas entre clulas de linfoides, clulas inflamatorias y clulas hematopoyticas.

Diferenciacin de clulas troncales

Las clulas troncalesSe encuentran en losOrganismos pluricelularesQue se caracterizan porAutorrenovacin Potencialidad limitadaCapacidad de experimentarnumerosos ciclos de divisinManteniendo su carcter indiferenciadoCapacidad de diferenciarse en otros tipos celulares

Las clulas troncalesCorresponden a 3 clases de clulas derivadas deblastocistosclulas troncales adultasDel cordn umbilical

Las clulas troncalesEn embrionesEn adultosDan origen a todos los tipos celularesParticipan en la mantencin de tejidos en renovacinPiel o tubo digestivoReparacin de tejidos

A medida que las clulas 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 clulas de su propia capa o linaje embrionario de origen. 4 son unipotentes: capaces de autorrenovarse y originar un solo tipo celular.

Las clulas troncales pueden ser cultivadas en condiciones de laboratorio y su diferenciacin puede ser estimulada in vitro, para producir, por ejemplo, clulas musculares o nerviosas. Tambin pueden utilizarse con fines mdicos.

En tejidos adultosLa prdida de clulasSe compensa a travs deLa proliferacin de clulas del mismo tipo celular ya diferenciadasPor ejemplohepatocitosEn la mayora de los tejidos laRecuperacin de clulas daadasEs efectuada porProliferacin y diferenciacin de clulas troncales que se encuentran formando parte de dichos tejidosClulas madre unipotentesEs decir

En el intestinoLas clulas 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 intestinoA medida que las clulas del extremo superior de las criptas mueren se desprenden hacia el lumen del intestino.Al mismo tiempo , las clulas que se encuentran ms abajo ascienden, remplazando a las perdidas.Esto es llevado a cabo por la proliferacin y posterior diferenciacin de clulas troncales en clulas epiteliales diferenciadas.Criptas: cavidades ubicadas entre las vellocidades intestinales.

Organismos usados como modelo de estudio:Plantas: Arabidopsis thalianaInvertebrados: Mosca de la fruta Drosophila melanogasterGusano nemtodo Caenorhabditis elegansErizos de mar (varias especies)Vertebrados:Rana Xenopus laevisRata Rattus rattusEstudio del desarrollo embrionario y la diferenciacin celular

Estadios del desarrollo

Tipos de clivaje

Desarrollo embrionario: invertebrado

Desarrollo embrionario: etapas comunes

Desarrollo embrionario en invertebrados: Gastrulacin

Desarrollo embrionario en vertebrados: Gastrulacin

Desarrollo embrionario: vertebrado

Inicio de la morfognesis (pollo)

Organognesis (pollo)

Organognesis (humana)

Organognesis (humana)

Genes y desarrollo embrionario

Experimentos en Drosophila melanogasterMutante bithraxMutante antennapediaMutante ojo en pataNormales

Cariotipo de Drosophila

Genes de segmentacin y hometicos

Mutacin en genes hometicos

Conservacin de genes hometicos

Conservacin de genes hometicos

Genes y planes corporales

ResumenLa diferenciacin involucra varios procesos:Activacin de genes de segmentacinActivacin de genes hometicos

Estructura y funcin en fenotipos celulares

Fenotipos celulares

Ejemplos de fenotipos de clulas digestivas

Ejemplos de fenotipos de clulas sanguneas

Ejemplos de fenotipos de clulas nerviosas

Problema de fondo= ADN Fenotipos

Hacia la solucin: entendiendo el proceso de transcripcin

Hacia la solucin: obtencin de ADN clonado (ADNc)

Hacia la solucin: marcacin radiactiva de nucletidos

Experimento: mtodoObtencin de ADNc del gen A, desde clulas hepticas (hgado)Marcacin de ARNm en clulas hepticas, renales y cerebralesHibridacin de ADNc del gen A con ARNm de los 3 tipos de clulasContabilizar la radiactividad total de los hbridos desde pocillos individuales para cada tipo de ARNm

Experimento: resultadoConclusin:An cuando comparten el ADN, las clulas de un mismo organismo transcriben distintos ARNm

Hiptesis ms probable:El fenotipo de cada clula depende de la sntesis de protenas diferenciales

Modelos de diferenciacin

Estructura clula muscular estriada

Etapas bsicas en la miognesis

Mioblastos

Problema: hay genes especficos que controlan la miognesis? Micrografa de miognesis en embrin humano

Antecedente: fibroblastos

Antecedente: Inhibicin de la transcripcin mediante metilacinMetilasa

Antecedente: Inhibicin de la metilacin mediante 5-azacitidinaMetilasa5-Azacitidina

Experimento 1: Obtencin de mioblastos a partir de fibroblastos

Experimento 2: Rastreo de los genes modificados por la 5-azacitidina

(Autorradiografa)Ejemplo 1: comprobacin de la va RER Golgi - ExocitosisEjemplo 2: marcacin selectiva de clulas secretoras de TSH en la hipfisisPrincipales istopos usados: 32P, 131I, 35S, 14C, 45Ca y 3H

Experimento 3: verificacin del rol del gen MioD

ResumenLa diferenciacin involucra varios procesos:Activacin de genes de segmentacinActivacin de genes hometicosMetilacin diferencial

Desarrollo en pollo

Diferenciacin y comunicacin celular

Copa ptica al MEB

Cmo probar la comunicacin?

Otra evidencia: diferenciacin de clulas renales

Diferenciacin de clulas renales

ResumenLa diferenciacin involucra varios procesos:Activacin de genes de segmentacinActivacin de genes hometicosMetilacin diferencialInduccin simple o recproca

Diferenciacin de clulas troncales

Origen de las clulas troncales o stem: embrionariasLas stem embrionarias o masa celular interna son TOTIPOTENCIALES

Origen de las clulas troncales o stem: adultasLas stem adultas son PLURIPOTENCIALES

Ejemplo: tejido epitelial intestinal

Ejemplo: tejido epitelial de la piel

Uso teraputico de las clulas troncales embrionarias

Problemas ticos derivados del uso de clulas troncales

Uso teraputico de clulas troncales adultas

Clulas troncales en la prensa

Informacin sobre clulas troncaleshttp://stemcells.nih.gov/