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Diferenciación celular4 e mdif

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Diferenciación celular4 e mdif

  1. 1. DIFERENCIACIÓN CELULAR Y DESARROLLO.Una de las cosas que más maravilla a la mente humana es cómo surge una nueva vida;cómo desde la unión entre dos células surge un organismo completo, con lascaracterísticas de sus progenitores o progenitor, en el caso de la reproducción asexual.La rama de la Biología que se ocupa de entender y profundizar en los fenómenos oprocesos que involucran la formación de un individuo es la Biología del Desarrollo o,como se conocía anteriormente, la Embriología.Entenderemos por desarrollo al proceso por el cual un huevo fecundado se transformaen un organismo adulto, pero lo más interesante es llegar a comprender cómo las célulasse diferencian en un tipo especializado que forma los distintos tejidos del organismo, loscuales en su conjunto forman los órganos, que se organizan en los sistemas necesariospara la existencia del individuo, entonces podemos decir que un organismo adulto es unarreglo ordenado de tipos celulares específicos.El proceso de diferenciación celular está controlado genéticamente. Dado esto, debeexistir una expresión diferencial de genes por medio de reguladores maestros quedeterminan tipos celulares y regiones anatómicas específicas.DIFERENCIACIÓN CELULAR: EXPRESIÓN DIFERENCIAL DE GENES.Como ya se estableció, un organismo es un conjunto ordenado de tipos celulares(células nerviosas, musculares, epiteliales, etc.), para que surja esta especializaciónexiste un control de una serie de proteínas específicas que deben ser producidas por unacierta cantidad de genes, por tanto, para que estas proteínas especificas se sinteticen, ungrupo de genes tienen que estar prendidos y otro grupo de genes debe estar apagado oreprimidos.Se ha comprobado que ciertos genes codificaban factores de transcripción queactuarían sobre otros genes, es decir, que inducirían la diferenciación celular mediantela regulación de una segunda línea de genes específicos. Por esta razón, a esos factoresde transcripción se les dio el nombre de reguladores maestros y, a los genes que loscodifican, el de genes maestros. Tal como una llave maestra de una cañería cierra elpaso a muchas otras válvulas subsidiarias, los reguladores maestros controlan laexpresión de numerosos genes subalternos.En ausencia de reguladores maestros funcionales, se reprime la expresión de numerososgenes subalternos mientras que si el regulador maestro está presente, estos genessubalternos son forzados a expresarse.En conclusión, la clave por la que se generan distintos tipos celulares reside, entonces,en que distintas células contienen diferentes proteínas reguladoras específicas.GENES HOMEÓTICOS.Los genes homeóticos son genes maestros que no determinan tipos celulares, sinoregiones anatómicas completas, por ejemplo, segmentos. Cada gen homeótico dirige eldesarrollo de un segmento o grupo de segmentos en particular mediante la regulación deinfinidad de genes subalternos.Se demostró que los genes homeóticos no se expresan en una única célula sino enbloques de células que coinciden con segmentos o grupos de segmentos y que,efectivamente, regulan la expresión de otros genes. Sus productos –los reguladoresmaestros– son factores de transcripción.Cuando uno de estos genes homeóticos es activado fuera de su dominio normal deacción, activa sus genes subalternos en el lugar que ha invadido, forzando la apariciónde características anatómicas propias de su dominio de origen. 1
  2. 2. Los genes maestros que gobiernan regiones anatómicas se llaman selectores. Los geneshomeóticos reciben pues el nombre de selectores homeóticos. Por otra parte, un grupode células que expresan un selector particular se define como compartimiento.Es posible que se produzcan divisiones celulares en las que las células hijas seandiferentes de la célula progenitora. Células inicialmente equivalentes pueden serconducidas a expresar selectores distintos por comunicación entre las células. Comotodas las células del organismo derivan, en última instancia, del huevo fertilizado, enalgún momento deben producirse divisiones que produzcan dos células diferentes: unacon un regulador maestro y otra sin éste; son divisiones asimétricas.Existen varios mecanismos que generan células o poblaciones de células diferentes apartir de una célula. En uno de estos mecanismos, una célula puede tener unadistribución asimétrica de moléculas en su citoplasma. Por ejemplo, un extremo puedecontener el RNA mensajero correspondiente a un regulador maestro, y el otro extremocarecer de él. Si una división celular separa estas dos fracciones de citoplasma en doscélulas hijas, se produce una división asimétrica y se obtienen, naturalmente, dos célulasdiferentes. Este mecanismo simple recibe el nombre de segregación de factorescitoplasmáticos. Las divisiones celulares asimétricas son aquellas en las cuales las doscélulas hijas son diferentes –en su estructura o en sus propiedades biológicas– de lacélula progenitora.Existen varios mecanismos que dan como resultado divisiones celulares asimétricas: a) Segregación de factores citoplasmáticos: La célula madre contiene ciertas sustancias distribuidas asimétricamente en su citoplasma. Al producirse la citocinesis, cada célula hija (A y B) lleva sustancias diferentes. Éstas pueden ser factores de transcripción o moléculas de mRNA que codifican factores de transcripción. En consecuencia, cada célula hija expresará un grupo diferente de genes.b) Comunicación celular: Las células hijas pueden ser idénticas en un principio y distinguirse luego (en células C y D, por ejemplo) por la acción de sustancias químicas que actúan como señales exógenas. En la figura, en un primer momento, la célula de color gris está rodeada por dos células, azul y roja. La célula gris se divide y da dos células hijas iguales (grises). La célula hija de la izquierda recibe de su vecina (azul una señal química. En principio, las dos células hijas grises son capaces de responder a la señal, pero sólo lo hará aquella que se encuentre físicamente cerca de la fuente de la señal química y pueda así entrar en contacto con esa señal. Las señales exógenas pueden ser producidas por otras células o por el medio circundante, como la matriz 2
  3. 3. celular de tejidos vecinos. c) Detalle del mecanismo celular que traduce una señalexterna en una respuesta interna. La señal es una molécula con una estructuratridimensional específica. La membrana de la célula ubicada a la derecha posee unreceptor, una proteína con una porción extracelular y otra intracelular. La porciónextracelular posee afinidad específica por la señal (similar a la afinidad de una enzimapor su sustrato). Cuando el receptor se une a la señal, se operan cambios en la porciónintracelular, la cual es entonces capaz de activar la expresión de un gen maestro queredundará en la síntesis de un regulador maestro.Por otra parte, una división o serie de divisiones celulares puede producir un conjuntode células idénticas, que luego sean estimuladas diferencialmente por su entorno. Elentorno de las células hijas puede ser diferente, por ejemplo, por tener distintas célulasvecinas. Las células en principio idénticas reciben distintas señales del exterior queprovocan la activación o inactivación de un regulador maestro específico. A estemecanismo, muchas veces llamado inducción, también se lo denomina comunicacióncelular.Cuestionario:De acuerdo a la información entregada, responde las siguientes preguntas: a) ¿Cuál es el papel que desempeñan los factores de transcripción en el desarrollo de un organismo? b) Establezca la importancia de determinar una región anatómica en los organismos en desarrollo. c) ¿Qué efectos tendría una mutación en un gen maestro? Fundamente su respuesta. d) Usted desea comprobar si la diferenciación celular está influenciada por un cierto tipo celular, para ello extrae una porción de tejido que forma la copa óptica (forma no diferenciada del ojo) de un embrión y la transplanta en la zona toráxica de otro embrión. Detalle cuáles serían los resultados esperados con su respectiva fundamentación. e) Se conoce que los genes homeóticos determinan la posición anteroposterior del embrión, también se sabe que estos genes se encuentran en la gran mayoría de los vertebrados e invertebrados. Los genes homeóticos de distintas especies animales ¿Son distintos o son iguales? En el caso que fueran distintos, ¿Qué sucedería si insertáramos un gen homeótico distinto a un individuo? Y en el caso que fuesen iguales ¿Qué efectos esperaría si cambiara un gen homeótico homólogo entre especies? Fundamente su respuesta con una búsqueda bibliográfica. 3

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