16.13: Regulación de la expresión génica en el desarrollo celular - Diferenciación celular

Objetivos de aprendizaje

• Discutir cómo las células diferenciadas pueden servir a diferentes funciones

Para desarrollar un organismo multicelular, las células deben diferenciarse para especializarse para diferentes funciones. Tres categorías básicas de células conforman el cuerpo de los mamíferos: células germinales, células somáticas y células madre. Cada una de las aproximadamente 100 billones de células en un humano adulto tiene su propia copia o copias del genoma excepto ciertos tipos celulares, como los glóbulos rojos, que carecen de núcleos en su estado completamente diferenciado. La mayoría de las células son diploides; tienen dos copias de cada cromosoma. El proceso de diferenciación celular está regulado por factores de transcripción y factores de crecimiento, y da como resultado la expresión o inhibición de varios genes entre los tipos celulares, lo que resulta en diferentes proteomas entre tipos celulares. La variación en los proteomas entre tipos celulares es lo que impulsa la diferenciación y, por lo tanto, la especialización de las células. La capacidad de los factores de transcripción para controlar si un gen será transcrito o no que contribuya a la especialización y los factores de crecimiento para ayudar en el proceso de división son componentes clave de la diferenciación celular.

Figura\(\PageIndex{1}\): Diferenciación celular: La mecánica de la diferenciación celular puede ser controlada por factores de crecimiento que pueden inducir división celular. En la división celular asimétrica, la célula será inducida a diferenciarse en una célula especializada y los factores de crecimiento trabajarán en tándem.

Las células somáticas son células diploides que conforman la mayor parte del cuerpo humano, como la piel y el músculo. Las células germinales son cualquier línea de células que dan lugar a gametos, huevos y esperma, y por lo tanto son continuas a través de las generaciones. Las células madre, por otro lado, tienen la capacidad de dividirse por periodos indefinidos y de dar lugar a células especializadas. Se describen mejor en el contexto del desarrollo humano normal.

Desarrollo Embrionario

El desarrollo comienza cuando un espermatozoide fertiliza un óvulo y crea una sola célula que tiene el potencial de formar un organismo completo. En las primeras horas después de la fertilización, esta célula se divide en células idénticas. En los humanos, aproximadamente cuatro días después de la fertilización y después de varios ciclos de división celular, estas células comienzan a especializarse, formando una esfera hueca de células, llamada blastocisto. El blastocisto tiene una capa externa de células, y dentro de esta esfera hueca, hay un grupo de células llamado masa celular interna. Las células de la masa celular interna pasan a formar prácticamente todos los tejidos del cuerpo humano. Aunque las células de la masa celular interna pueden formar prácticamente todos los tipos de células que se encuentran en el cuerpo humano, no pueden formar un organismo. Estas células se denominan pluripotentes.

Las células madre pluripotentes se especializan en células progenitoras multipotentes que luego dan lugar a células funcionales. Los ejemplos de células madre y progenitoras incluyen:

1. Células madre hematopoyéticas (células madre adultas) de la médula ósea que dan lugar a glóbulos rojos, glóbulos blancos y plaquetas
2. Células madre mesenquimales (células madre adultas) de la médula ósea que dan lugar a células estromales, células grasas y tipos de células óseas;
3. Células madre epiteliales (células progenitoras) que dan origen a los diversos tipos de células de la piel
4. Células satélite musculares (células progenitoras) que contribuyen al tejido muscular diferenciado

Se crea una vía guiada por las moléculas de adhesión celular a medida que el blastómero celular se diferencia de la blástula de una sola capa a las tres capas primarias de células germinales en mamíferos, a saber, el ectodermo, el mesodermo y el endodermo (enumerados desde la más distal, o exterior, hasta la más proximal o interior). El ectodermo termina formando la piel y el sistema nervioso, el mesodermo forma los huesos y el tejido muscular, y el endodermo forma los tejidos de los órganos internos.

Puntos Clave

• Los tres tipos principales de células en el cuerpo de los mamíferos incluyen células germinales (que se convierten en gametos), células somáticas (células diploides que se desarrollan en la mayoría del cuerpo humano) y células madre (células que pueden dividirse indefinidamente).
• En el desarrollo humano, la masa celular interna exhibe la capacidad de diferenciarse y formar todos los tejidos del cuerpo; sin embargo, no pueden formar un organismo.
• Los diversos tipos de células madre y progenitoras incluidas en el cuerpo que se diferenciarán para desarrollar células más especializadas incluyen: células madre hematopoyéticas, células madre mesenquimales, células madre epiteliales y células satélite musculares.
• Para desarrollar un oragnismos multicelulares, las células deben diferenciarse para especializarse para diferentes funciones.

Términos Clave

• blastocisto: la blástula de mamífero formada durante el desarrollo donde se puede encontrar la masa celular interna que forma el embrión
• masa celular interna: una masa de células dentro de un embrión primordial que eventualmente se convertirá en la forma distinta de un feto en la mayoría de los mamíferos euterianos
• proteoma: el conjunto completo de proteínas codificadas por un genoma particular
• pluripotente: capaz de desarrollarse en más de una célula madura o tipo de tejido, pero no todos