- Característiques generals
- Diferenciació cel·lular en els animals
- Encesa i apagada de gens
- Mecanismes que produeixen diferents tipus cel·lulars
- Model de diferenciació cel·lular: el teixit muscular
- gens mestres
- Diferenciació cel·lular en les plantes
- meristemes
- Paper de les auxines
- Diferències entre animals i plantes
- referències
La diferenciació cel·lular és el fenomen gradual pel qual les cèl·lules multipotencials dels organismes arriben certes característiques específiques. Ocorre durant el procés de desenvolupament i s'evidencien canvis físics i funcionals. Conceptualment, la diferenciació ocorre en tres etapes: determinació, diferenciació pròpiament dita i maduració.
Aquests tres processos esmentats tenen lloc de manera contínua en els organismes. En la primera etapa de determinació ocorre l'adscripció de les cèl·lules multipotencials en l'embrió a un tipus d'cel·lular definit; per exemple, una cèl·lula nerviosa o un muscular. A la diferenciació, les cèl·lules comencen a expressar les característiques pròpies de l'llinatge.
Finalment, ocorre la maduració en les últimes etapes de l'procés, on s'adquireixen noves propietats que donen com a resultat final l'aparició de característiques a organismes madurs.
La diferenciació cel·lular és un procés regulat de manera molt estricta i precisa per una sèrie de senyals que comprenen hormones, vitamines, factors específics i fins ions. Aquestes molècules indiquen l'inici de vies de senyalització a l'interior de la cèl·lula.
És possible que passin conflictes entre els processos de divisió i diferenciació cel·lular; per tant, el desenvolupament arriba a un punt en què la proliferació ha de cessar per donar peu a la diferenciació.
Característiques generals
El procés de diferenciació cel·lular involucra el canvi en forma, estructura i funció d'una cèl·lula en un llinatge determinat. A més, implica la reducció de totes les funcions potencials que una cèl·lula pot tenir.
El canvi està governat per molècules claus, entre aquestes proteïnes i ARN missatgers específics. La diferenciació cel·lular és producte de l'expressió controlada i diferencial de certs gens.
El procés de diferenciació no implica la pèrdua de gens inicials; el que passa és una repressió en llocs concrets de la maquinària genètica en la cèl·lula que està experimentant el procés de desenvolupament. Una cèl·lula conté aproximadament 30 000 gens, però només expressa uns 8000 o 10 000.
Per exemplificar l'afirmació anterior es va plantejar el següent experiment: es pren el nucli d'una cèl·lula ja diferenciada de el cos d'un amfibi -per exemple, una cèl·lula de la mucosa intestinal- i s'implanta a l'òvul d'una granota el nucli va ser prèviament extret.
El nou nucli té tota la informació necessària per crear un nou organisme en perfectes condicions; és a dir, les cèl·lules de la mucosa intestinal no havien perdut cap gen a l'experimentar el procés de diferenciació.
Diferenciació cel·lular en els animals
El desenvolupament comença amb la fecundació. Quan ocorre la formació de la mòrula en els processos de desenvolupament de l'embrió, les cèl·lules són considerades totipotents, el que indica que són capaços de formar la totalitat d'un organisme.
Amb el pas el temps, la mòrula es converteix en blàstula i les cèl·lules ara s'anomenen pluripotents, perquè poden formar els teixits de l'organisme. No poden formar l'organisme complet perquè no són capaços de donar origen als teixits extraembrionaris.
Histològicament, els teixits fonamentals d'un organisme són el epitelial, el connectiu, el muscular i el nerviós.
A mesura que s'avança més les cèl·lules són multipotents, perquè es diferencien en cèl·lules madures i funcionals.
En els animals -específicament en els metazoos- ha una via comuna de desenvolupament genètic que unifica l'ontogènia de el grup gràcies a una sèrie de gens que defineixen el patró específic de les estructures corporals, controlant la identitat dels segments en l'eix antero-posterior de l'animal.
Aquests gens codifiquen per proteïnes particulars que comparteixen una seqüència d'aminoàcids d'unió a l'ADN (homeobox en el gen, homodominio en la proteïna).
Encesa i apagada de gens
L'ADN pot ser modificat per agents químics o per mecanismes cel·lular que afecten -indueix o reprim- l'expressió dels gens.
Hi ha dos tipus de cromatina, classificada segons la seva expressió o no: l'eucromatina i l'heterocromatina. La primera està organitzada de manera laxa i els seus gens s'expressen, la segona posseeix una organització compacta i impedeix l'accés a la maquinària de transcripció.
S'ha proposat que, en els processos de diferenciació cel·lular, els gens que no es requereixen per a aquest llinatge específic són silenciats en forma de dominis constituïts d'heterocromatina.
Mecanismes que produeixen diferents tipus cel·lulars
En els organismes pluricel·lulars hi ha una sèrie de mecanismes que produeixen diferents tipus de cèl·lules en els processos de desenvolupament, com la segregació de factors citoplasmàtics i la comunicació cel·lular.
La segregació de factors citoplasmàtics involucra la separació desigual d'elements com proteïnes o ARN missatgers en els processos de divisió cel·lular.
D'altra banda, la comunicació cel·lular entre cèl·lules veïnes pot estimular la diferenciació de diversos tipus cel·lulars.
Tal procés ocorre en la formació de les vesícules oftàlmiques quan es troben amb l'ectoderm de la regió cefàlica i provoquen l'engrossiment que formen les plaques de l'cristal·lí. Aquestes es pleguen a la regió interior i formen el cristal·lí.
Model de diferenciació cel·lular: el teixit muscular
Un dels models millor descrits en la literatura és el desenvolupament de el teixit muscular. Aquest teixit és complex i està compost de cèl·lules amb múltiples nuclis la funció és la contracció.
Les cèl·lules mesenquimals donen origen a les cèl·lules miogénicas, que al seu torn donen origen a el teixit del múscul esquelètic madur.
Perquè aquest procés de diferenciació s'iniciï han d'estar presents certs factors de diferenciació que impedeixin la fase S de l'cicle cel·lular i que actuïn d'estimulants de gens que provoquin el canvi.
Quan aquestes cèl·lules reben el senyal, inicia la transformació cap als mioblasts que no poden experimentar processos de divisió cel·lular. Els mioblasts expressen els gens relacionats amb la contracció muscular, com els codificants per les proteïnes actina i miosina.
Els mioblasts poden fusionar-se entre si i formen un miotubo amb més d'un nucli. En aquesta etapa ocorre la producció d'altres proteïnes relacionades amb la contracció, com la troponina i la tropomiosina.
Quan els nuclis es desplacen cap a la porció perifèrica d'aquestes estructures, es consideren una fibra muscular.
Com va ser descrit, aquestes cèl·lules presenten proteïnes relacionades amb la contracció muscular, però no tenen altres proteïnes com queratina o hemoglobina.
gens mestres
L'expressió diferencial en els gens es troba sota el control de "gens mestres". Aquests es troben en el nucli i activen la transcripció d'altres gens. Com el seu nom indica, són factors claus que s'encarreguen de controlar a altres gens dirigint les seves funcions.
En el cas de la diferenciació muscular, els gens específics són els que codifiquen per a cadascuna de les proteïnes involucrades en la contracció muscular, i els gens mestres són MyoD i Myf5.
Quan falten els gens mestres reguladors, no s'expressen els gens subalterns. En contrast, quan el gen mestre està present l'expressió dels gens blanc és forçada.
Hi gens mestres que dirigeixen la diferenciació de neurones, epitelials, cardíaques, entre d'altres.
Diferenciació cel·lular en les plantes
Com en els animals, el desenvolupament de les plantes comença amb la formació d'un zigot a l'interior de la llavor. A l'ocórrer la primera divisió cel·lular s'originen dues cèl·lules diferents.
Una de les característiques de el desenvolupament vegetal és el creixement continu de l'organisme gràcies a la presència contínua de cèl·lules que posseeixen un caràcter embrionari. Aquestes regions es coneixen com meristemes i són òrgans de creixement perpetu.
Les vies de diferenciació donen origen als tres sistemes de teixits presents en els vegetals: el protodermo que inclou els teixits dèrmics, els meristemes fonamentals i el procambio.
El procambio és l'encarregat d'originar el teixit vascular a la planta, format pel xilema (transportador d'aigua i sals dissoltes) i el floema (transportador de sucres i altres molècules com aminoàcids).
meristemes
Els meristemes es situen en les puntes de les tiges i de les arrels. Així, aquestes cèl·lules es diferencien i donen origen a les diferents estructures que formen els vegetals (fulles, flors, entre d'altres).
La diferenciació cel·lular d'estructures florals passa en un moment determinat de el desenvolupament i el meristema passa a ser "d'inflorescència" que, al seu torn, forma els meristemes florals. D'ençà sorgeixen les peces florals constituïdes per sèpals, pètals, estams i carpels.
Aquestes cèl·lules es caracteritzen per tenir una grandària petita, forma cuboidal, una paret cel·lular fina però flexible i un citoplasma amb una densitat elevada i nombrosos ribosomes.
Paper de les auxines
Les fitohormones tenen un paper en els fenòmens de diferenciació cel·lular, particularment les auxines.
Aquesta hormona influeix en la diferenciació de el teixit vascular en el plançó. Els experiments han demostrat que aplicació d'auxines en una ferida condueix a la formació de teixit vascular.
De la mateixa manera, les auxines estan relacionades amb l'estimulació de el desenvolupament de les cèl·lules de l'cámbium vascular.
Diferències entre animals i plantes
El procés de diferenciació cel·lular i desenvolupament en plantes i animals no passa de manera idèntica.
En els animals han d'ocórrer moviments de cèl·lules i teixits perquè els organismes adquireixin una conformació tridimensional que els caracteritza. A més, la diversitat cel·lular és molt més gran en els animals.
En contrast, les plantes no posseeixen períodes de creixement únicament en les etapes primerenques de la vida d'l'individu; poden augmentar la seva mida per tota la vida de l'vegetal.
referències
- Campbell, NA, & Reece, JB (2007). Biologia. Ed. Mèdica Panamericana.
- Cediel, JF, Cárdenas, MH, & García, A. (2009). Manual d'histologia: Teixits fonamentals. Universitat de el Rosari.
- Hall, JE (2015). Guyton and Hall textbook of medical physiology e-Book. Elsevier Health Sciences.
- Palomero, G. (2000). Lliçons d'embriologia. Universitat d'Oviedo.
- Wolpert, L. (2009). Principis d'al desenvolupament. Ed. Mèdica Panamericana.