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.