16.12: Regulación de la Expresión Génica en el Desarrollo Celular - Expresión Génica en Células Madre

Objetivos de aprendizaje

• Discutir los tipos de división celular que pueden ocurrir para agregar células durante el desarrollo

Adición de células a través de división celular

Las células madre son células biológicas indiferenciadas que se encuentran en organismos multicelulares, que pueden diferenciarse en células especializadas (división asimétrica) o pueden dividirse para producir más células madre (división simétrica). En los mamíferos, existen dos tipos amplios de células madre: las células madre embrionarias, que se aíslan de la masa celular interna de los blastocistos, y las células madre adultas, que se encuentran en diversos tejidos. En organismos adultos, las células madre y las células progenitoras actúan como un sistema de reparación para el cuerpo al reponer los tejidos adultos. En un embrión en desarrollo, las células madre pueden diferenciarse en todas las células especializadas (incluidas las células de ectodermo, endodermo y mesodermo) pero también mantener el recambio normal de órganos regenerativos, como la sangre, la piel o los tejidos intestinales. La vía que se lleva a las células especializadas producidas incluyó: las células embrionarias se desarrollan a partir de células totipotentes, a células pluripotentes que experimentan diferenciación y se vuelven más especializadas. Sin embargo, el componente clave en la capacidad de mantener los tejidos es la capacidad de mantener una clave de células madre.

Figura\(\PageIndex{1}\): Células madre: Las células madre embrionarias pluripotentes se originan como células de masa celular interna (ICM) dentro de un blastocisto. Estas células madre pueden convertirse en cualquier tejido del cuerpo, excluyendo una placenta. Sólo las células de una etapa anterior del embrión, conocida como la mórula, son totipotentes, capaces de convertirse en todos los tejidos del cuerpo y la placenta extraembrionaria.

Existen tres fuentes accesibles de células madre adultas autólogas en humanos: (1) médula ósea, que requiere extracción por extracción (es decir, perforación en hueso); (2) tejido adiposo (células lipídicas), que requiere extracción por liposucción; y (3) sangre, que requiere extracción mediante aféresis (donde la sangre es extraído del donante, pasado a través de una máquina que extrae las células madre, y regresó al donante). Las células madre también se pueden tomar de la sangre del cordón umbilical justo después del nacimiento. De todos los tipos de células madre, la recolección autóloga implica el menor riesgo. Por definición, las células autólogas se obtienen del propio cuerpo, del mismo modo que se puede acumular su propia sangre para procedimientos quirúrgicos electivos. Las células madre adultas altamente plásticas se utilizan rutinariamente en terapias médicas, por ejemplo en el trasplante de médula ósea. Las células madre ahora pueden cultivarse artificialmente y diferenciarse en tipos de células especializadas con características consistentes con las células musculares o nerviosas a través del cultivo celular. Las líneas celulares embrionarias y las células madre embrionarias autólogas generadas a través de la clonación terapéutica también se han propuesto como candidatos prometedores para futuras terapias.

División celular simétrica y asimétrica

Para asegurar la autorrenovación, las células madre se someten a dos tipos de división celular: simétrica y asimétrica. La división simétrica da lugar a dos células hijas idénticas, ambas dotadas de propiedades de células madre. La división asimétrica, por otro lado, produce solo una célula madre y una célula progenitora con potencial limitado de autorrenovación. Los progenitores pueden pasar por varias rondas de división celular ellos mismos antes de diferenciarse terminalmente en una célula madura.. Es posible que la distinción molecular entre división simétrica y asimétrica radica en la segregación diferencial de proteínas de la membrana celular entre las células hijas. Una teoría alternativa es que las células madre permanecen indiferenciadas debido a las señales ambientales en su nicho particular. Las células madre se diferencian cuando salen de ese nicho o ya no reciben esas señales.

Figura\(\PageIndex{1}\): División simétrica y asimétrica: Este diagrama ilustra la división y diferenciación de células madre, a través de los procesos de (1) división simétrica de células madre, (2) división asimétrica de células madre, (3) división progenitora y (4) diferenciación terminal. Las células madre están indicadas por (A), las células progenitoras por (B) y las células diferenciadas por (C).

Una división celular asimétrica produce dos células hijas con diferentes destinos celulares. Esto contrasta con las divisiones celulares simétricas normales, que dan lugar a células hijas de destinos equivalentes. En particular, las células madre se dividen asimétricamente para dar lugar a dos células hijas distintas: una copia de la célula madre original así como una segunda hija programada para diferenciarse en un destino no celular madre.

En principio, existen dos mecanismos mediante los cuales se pueden conferir propiedades distintas a las hijas de una célula en división. En una, las células hijas son inicialmente equivalentes pero se induce una diferencia mediante la señalización entre las células, de las células circundantes o de la célula precursora. Este mecanismo se conoce como división celular asimétrica extrínseca. Los factores extrínsecos implican interacciones con las células vecinas y el micro y macro entorno de la célula precursora.

En el segundo mecanismo, las células hijas prospectivas son inherentemente diferentes en el momento de la división de la célula madre. Debido a que este último mecanismo no depende de las interacciones de las células entre sí o con su entorno, debe basarse en la asimetría intrínseca. El término división celular asimétrica generalmente se refiere a tales divisiones asimétricas intrínsecas. Los factores intrínsecos generalmente implican diferentes cantidades de determinantes del destino celular que se distribuyen en cada célula hija.

Los animales están formados por una gran cantidad de distintos tipos de células. Durante el desarrollo, el cigoto sufre muchas divisiones celulares que dan lugar a diversos tipos celulares, incluidas las células madre embrionarias. Las divisiones asimétricas de estas células embrionarias dan lugar a una célula de la misma potencia (autorrenovación), y otra que puede ser de la misma potencia o estimulada para diferenciarse aún más en tipos celulares especializados como las neuronas. La división asimétrica de las células madre juega un papel clave en el desarrollo al permitir la diferenciación de un subconjunto de células hijas mientras se mantiene la pluripotencia de las células madre. Dado que puede ser controlado por factores tanto intrínsecos como extrínsecos, al delinear estos factores particulares puede ser posible utilizar este conocimiento en aplicaciones de generación de tejidos y órganos enteros.

Puntos Clave

• La división celular simétrica de las células madre asegura que un conjunto constante de células madre esté disponible al dar lugar a dos células hijas idénticas, ambas dotadas de propiedades de células madre.
• La división asimétrica de las células madre da como resultado la producción de una sola célula madre y una célula progenitora con potencial limitado de autorrenovación.
• Las células progenitoras que se producen a través de la división celular asimétrica pasarán por rondas adicionales de división celular hasta que se diferencien terminalmente en una célula madura y especializada.
• La división asimétrica puede ser controlada por factores tanto intrínsecos como extrínsecos.
• Los factores intrínsecos implican diferentes cantidades de determinantes del destino celular que se distribuyen en cada célula hija, mientras que los factores extrínsecos implican interacciones con las células vecinas y el entorno micro y macro de la célula precursora.

Términos Clave

• totipotencia: la capacidad de una célula para producir células diferenciadas tras la división
• célula progenitora: una célula biológica que, como una célula madre, tiene tendencia a diferenciarse en un tipo específico de célula, pero ya es más específica que una célula madre y es empujada a diferenciarse en su célula “diana”.
• autólogo: derivado de parte del mismo individuo (es decir, del receptor y no del donante)
• mórula: una masa esférica de blastómeros que se forma después de la división de un cigoto; se convierte en la blástula
• pluripotente: capaz de desarrollarse en más de una célula madura o tipo de tejido, pero no todos