Diferenciación Celular

Todos los diferentes tipos celulares derivan de una sola célula inicial o cigoto, procedente de la fecundación de un óvulo por un espermatozoide, gracias a la diferenciación celular

Diferenciación Celular: La diferenciación es un mecanismo mediante el cual una célula no especializada sufre modificaciones citológicas, dando lugar a los numerosos tipos celulares que forman el cuerpo como los miocitos (células musculares), los hepatocitos (células del hígado) o incluso las neuronas (células del sistema nervioso), 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.

Las células de un pluricelular, provienen del cigoto o célula huevo que es una célula indiferenciada y totipotencial.

Las células de los mamíferos se clasifican en:

-Células Somáticas Diploides

-Células Germinales Haploides

-Células Troncales Células Madre, que se dividen en:

Células troncales embrionarias (Totipotenciales)

Células Troncales del cordón umbilical

Células Troncales adultas (Indiferenciadas)

Cuando se estudia el desarrollo, deben considerarse los procesos de división, migración, diferenciación y formación de patrones (Agrupación de células distintas relacionadas en forma espacial y específica como tejidos, por ejemplo.)

Las instrucciones de este desarrollo se encuentran contenidas dentro del ADN del cigoto, constituyendo el llamado programa genético (Conjunto de instrucciones para el desarrollo).

La formación y localización de los órganos durante el desarrollo es dirigido principalmente por dos tipos de genes:

Genes del desarrollo Subordinados: Determinan las características estructurales de un órgano.

Genes del desarrollo Homeóticos: Determinan la ubicación corporal de los órganos.

Las proteínas derivadas de los genes Homeóticos se adhieren al ADN en sectores cercanos a los genes subordinados para activar o reprimir su acción.

Los primeros signos de diferenciación morfológica se ven al momento de la gastrulación. Los complejos cambios durante el desarrollo ocurren en un tiempo relativamente corto. (Xenopus Laevis, sus renacuajos tienen la mayoría de sus tejidos diferenciados y comienza a nadar a las 72 horas).

Todas las células poseen todos los genes, por eso, durante la diferenciación, ciertos genes son expresados mientras que otros son reprimidos. Este proceso es intrínsecamente regulado gracias a distintos mecanismos de regulación de la expresión genética de las células. Así, la célula diferenciada expresará ciertos genes y adquirirá determinadas funciones. La célula especializada solo expresa un porcentaje de la totalidad de los genes, por tanto la diferenciación sintetiza preferentemente proteínas específicas para las células diferenciadas (Ej1: Hematíes con hemoglobina, Ej2: Linfocitos B y los anticuerpos, Ej3: Oviducto con la ovoalbúmina). No todos los genes son específicos para un determinado tejido, solo una parte de ellos, los demás, son llamados genes de mantenimiento, de los cuales algunos tienen actividad en todo tipo de células(construcción de membrana, ribosomas, mitocondrias, síntesis de enzima glucolíticas.)

Al principio del desarrollo, todas las células son genéticamente iguales, por lo tanto la diferencia, no debe encontrarse en el núcleo, sino que, en el citoplasma heredado por la célula. Se piensa que el citoplasma de las células huevo, contiene determinantes citoplasmáticos en desarrollo, que en algún momento, se distribuyen de forma desigual entre las células del embrión, modificándolo para la activación de ciertos genes.

Características de la diferenciación:

Es el resultado de acciones escalonadas, controladas genéticamente

El estado diferenciado es estable, una vez que se alcanza, se mantiene. (Ej: Neurona, no varía durante la vida del individuo)

La determinación puede preceder a la diferenciación. En muchos casos, antes de que se pueda reconocer las célula diferenciada, hay un período en el cual se ha comprometido al determinado cambio, una vez formada esa determinación, aquella célula se diferenciara tomando un camino específico.

Experimentos

(Que demuestran que el genoma permanece constante durante el inicio)

1888: Roux dio muerte con una aguja caliente a uno de los primeros dos blastómeros de un embrión de rana. Encontró que siempre obtenía sólo medio embrión: unas veces la mitad delantera, otras la posterior o una de las mitades longitudinales.

1892: Driesch separó los primeros blastómeros de un erizo de mar, como resultado, se formaron dos embriones completos

Como conclusión: Al retirar la célula muerta, nace un embrión completo, sino se retira, se impide la gastrulación.

Spemann comprimió un huevo de rana con un cabello humano, dejando el núcleo en una de las mitades de la célula, dejó que este se replicara 16 veces y luego dejó pasar uno, que se desarrolló en un embrión.

Método “b”: Otro experimento consistió en constreñir un huevo de tal manera que la media luna gris quedara en una de las mitades del huevo.

Resultado “b”: Esta mitad originaba un embrión normal mientras que la otra se convertía en una masa de células amorfas no organizadas

Conclusión: Spemann había logrado probar que, durante los comienzos del desarrollo, cada uno de los núcleos del organismo en desarrollo tiene toda la información genética que existía en el cigote original

Gurdon: destruyó los núcleos de varios huevos de rana con luz ultravioleta, luego les insertó células intestinales de rana, células totalmente diferenciadas. Se desarrollaron ranas hasta la edad adulta, demostrando que las células intestinales poseían todos los genes necesarios para completar el ciclo vital de una rana.

Conclusión: Todas las células poseen todos los genes.

Desde el 1981 que es posible trasplantar núcleos en células de ratón, para esto se procede de la siguiente forma: Se obtiene un blastocito de una hembra donante, enseguida al blastocito se le extrae la masa interna de células, que son disociadas y luego se les extrae el núcleo, dichos núcleos son inyectados en cigotos desprovistos de pronúcleos y obtenidos de otra hembra. Finalmente los cigotos son cultivados hasta blastocitos, cuando son implantados en el útero de una hembra nodriza, obteniéndose así la descendencia.

En un molusco del género Dentalium, el citoplasma del cigoto, se extiende momentariamente durante el 1er y 2do clivaje, formándose un “lóbulo polar” sin núcleo, que después se incorpora a uno de los blastómeros, si se extrae el lóbulo polar en el período de dos células, el embrión resultante nace sin los tejidos y órganos derivados del mesodermo. Dicho lóbulo contiene determinantes mesodérmicos.

La ascidia styela produce huevos que tienen una parte de su citoplasma amarillo, rico en mitocondrias, que da lugar al mesodermo y los músculos. Si se comprimen los embriones de manera que más células de las que corresponden, adquieran el citoplasma amarillo, dichas células generaran células musculares.

Los huevos de los anfibios poseen en su polo vegetativo (donde hay vitelo en mayor concentración) una zona especializada del citoplasma rico en gránulos especiales.

Los huevos de Drosophila también poseen una región equivalente llamada poloplasma, esta región tiene la propiedad de inducir la formación de células germinales.

Experimento (poloplasma):

Se irradia el poloplasma con luz U.V, obteniéndose moscas normales pero infértiles. Si el poloplasma tratado con U.V se reemplaza por uno normal, se obtienen insectos normales.

Inyección de poloplasma en la parte delantera de un huevo normal, se observa que se generan células embrionarias en posición delantera.

Los determinantes citoplasmáticos son importantes para detectar las diferencias tempranas entre células pero no permite explicar todo el desarrollo, a menudo que avanza éste, parece que la interacción entre células y tejidos son cada vez más importantes para lograr la diferenciación. Este fenómeno de interacción es conocido como inducción embrionaria, por ejemplo, en el embrión las vesículas ópticas inducen al ectodermo adyacente a transformarse en el cristalino del ojo. Las inducciones son mediadas por sustancias difusibles.

Interacciones núcleo-plasmáticas

Núcleo y citoplasma son interdependientes, el citoplasma provee energía mediante la glucólisis anaeróbica y la respiración celular, además sintetiza moléculas orgánicas. El núcleo aporta ARNm (mensajero), ADNt (transferencia) y ARNr (ribosomal), todos participantes en la síntesis proteica. La importancia del núcleo ha sido demostrada experimentalmente.

-Waler en 1852, corto nervios por la mitad, al hacerlo observó que la parte donde se hallaban los núcleos celulares, sobrevivían.

-Hämmerling, trabajando con unas algas unicelulares (Acetabularia) una crenulata y una mediterránea. Hamerling extrajo el núcleo de la cepa mediterránea y la implantó en lugar del núcleo de la cepa crenulata. Realizando el cultivo del tallo de crenulata hibrida con nucleo de mediterranea, resultó que Crenulata sintetizó un sombrero de mediterranea. Esto sugería que el nucleo llevaba información hereditaria.

-Boveri trabajó con erizos (sphaerechimus

...