DIFERENCIAÇÃO CELULARDIFERENCIAÇÃO CELULAR

CONCEPÇÃO E FORMAÇÃO DO SER HUMANO – 6 MOD 102CONCEPÇÃO E FORMAÇÃO DO SER HUMANO – 6 MOD 102

Todo organismo pluricelular é composto Todo organismo pluricelular é composto por diferentes tipos de célulaspor diferentes tipos de células

Homem adulto 75 trilhões de células 216 tipos diferentes

Þ Óvulo fertilizado (zigoto) = ‘célula tronco prototípica’

Célula Totipotente

Definição e aspectos da diferenciação Definição e aspectos da diferenciação celularcelular

Mecanismos que geram as diferenças Mecanismos que geram as diferenças entre as célulasentre as células

Modelo de diferenciação celularModelo de diferenciação celular

Diferenciação celular Diferenciação celular

• Células tornam-se diferentes entre si

• Células identidades distintas e funções especializadas

• Células com identidade definida = ex.: células musculares, células nervosas, células adiposas etc.

• Aumenta a eficiência das células / interdependência

Termos moleculares:Termos moleculares:

Diferenciação celular atividade gênica

variada nas células de um organismo

® Síntese de proteínas específicas

Ex. actina-miosina células musculares

Þ Genes que se expressam de forma diferencial:

Proteínas de luxo (célula - específicas) = ‘funções de luxo’

Ex.: actina-miosina = fibras musculares; hemoglobina = hemácias; neurofilamentos = neurônios

Þ Genes de manutenção (“housekeeping”): Proteínas comuns às diferentes células (ex.: enzimas glicolíticas)

Célula diferenciada Caracterizada pelas proteínas que contém

• Mamíferos = mais de 200 tipos de células

Célula caliciforme Célula epidérmica

Fibra muscular lisaCélula nervosa

Hemácias

Célula diferenciada Caracterizada pelas proteínas que contém

Ex. expressão de uma proteína na célula alterar sua forma célula transfectada com DNA que codifica vilina

Vilina proteína que se liga com actina

Diferenciação celular

® ocorrem modificações moleculares e morfológicas

• aumento da complexidade celular

• ponto de vista morfológico organelas

Potencialidade = capacidade que a célula possui de se transformar em algum tipo celular específico

“O potencial das células para desenvolvimento (diferenciação) nos estágios iniciais do embrião é geralmente muito maior que seu destino normal,

mas este potencial torna-se mais restrito à medida que o desenvolvimento prossegue”

Blastocito = 5 diasBlastocito = 5 dias

Diferenciação X Potencialidade

Células embrionárias: TOTIPOTENTES TOTIPOTENTES

Blastômeros iniciais = 100% de potencialidade e 0% de

diferenciação

Células nervosas, fibras estriadas: 100% diferenciadas;

potencialidade = zero

Clonagem: transferência Clonagem: transferência nuclearnuclear

Núcleos de blastômeros

Potencialidade

MAMÍFEROS = OITO MAMÍFEROS = OITO PRIMEIRAS CÉLULAS PRIMEIRAS CÉLULAS SÃO TOTIPOTENTESSÃO TOTIPOTENTES

Diferenciação celular não está restrita a vida Diferenciação celular não está restrita a vida embrionáriaembrionária

Ovo fertilizado

Embrião8 dias

Embrião14 dias

1) Embriogênese

Embriogênese, Reposição de células e RegeneraçãoEmbriogênese, Reposição de células e Regeneração

2) Reposição de células na fase adulta

Hematopoiese

Células Multipotentes

PluripotentePluripotenteXX

MultipotenteMultipotente

Stem cells = células-tronco capazes de multiplicação (‘estoque’) e diferenciação

Determinadas

A divisão das células-tronco embrionárias segue dois modelos

• Determinístico

• Aleatório (Estocástico)

3) Regeneração celular

Ex. células satélites (‘mioblastos’)

A diferenciação celular causa perda na informação A diferenciação celular causa perda na informação genética das células ? genética das células ?

Comprovação experimental Transplante nuclearXenopus (anfíbio)

Diferenciação celular Não acarreta perda na informação genética todas as células com o mesmo conjunto de genes ( = célula - ovo)

1) Eritrócitos de galinha com células cancerosas (linhagem de células indiferenciadas: carcinoma uterino = HeLa)

Núcleo inativo dos eritrócitos atividade

Experimentos de Fusão NuclearExperimentos de Fusão Nuclear2) Célula hepática humana x célula muscular de rato

® Citoplasma Controla Citoplasma Controla síntese de DNA e RNAsíntese de DNA e RNA

Reversibilidade Reversibilidade gênicagênica

Proteínas musculares

humanas e de rato

DesenvolvimentoDesenvolvimento 1) Divisão celular início = clivagens divisões rápidas

Blastocisto

Vias sintéticas bloqueadas até a

fase de

Blástula

2) Formação de um padrão plano corporal eixos principais camadas germinativas

Desenvolvimento

células adquirem identidades diferentes

Desenvolvimento

3) Mudança na forma gastrulação (Morfogênese)

Citoesqueleto papel decisivo

Filamentos de actina

Migração de células primordiais apoiadas na Migração de células primordiais apoiadas na matriz extracelular matriz extracelular (laminina em vermelho)(laminina em vermelho)

Desenvolvimento

4) Diferenciação celular

5) Crescimento (multiplicação e crescimento celular, deposição de matriz extracelular)

Quando e como aparecem as diferenças Quando e como aparecem as diferenças entre as células durante a embriogênese?entre as células durante a embriogênese?

Þ Estágios iniciais diferenças entre as células são Estágios iniciais diferenças entre as células são sutissutis• Poucos genes expressão (atividade)Poucos genes expressão (atividade)

Células determinadasCélulas determinadas transmitem característica transmitem característica

Þ Nos animais a diferenciação começa na fase Nos animais a diferenciação começa na fase de de GástrulaGástrula

Þ Gástrula – embrião com 3 folhetos

Þ Gastrulação

• início de síntese: proteínas, RNA

• movimentos celulares intensos

• Fixação do destino das células embrionárias (determinação)

• Estado diferenciado = estável

fundamental s funções celulares

• Em alguns tipos celulares a reversibilidade é possível

Transdiferenciação

Fator extrínseco

Manutenção e a herança dos padrões de Manutenção e a herança dos padrões de atividade gênica atividade gênica

Þ Diferenciação alguns genes ativos e outros são mantidos inativos

Fatores envolvidos na regulação da Fatores envolvidos na regulação da atividade de um geneatividade de um gene

1) Fatores de transcrição2) Grau de compactação da cromatina (alteração estrutural)3) Metilação de citosinas (alterações químicas)

1) Fatores de transcrição1) Fatores de transcrição

Atividade de um gene afetar vários outros genes

Produto do gene regula o próprio geneProduto do gene regula o próprio gene

2) Alterações estruturais na cromatina2) Alterações estruturais na cromatina

Cromossomo X inativado

(heterocromatina)

Corpúsculo de Barr

Célula de mucosa bucal humana

(mulher)

3) Alterações químicas no DNA3) Alterações químicas no DNA

• Metilação de bases citosinas ausência de Metilação de bases citosinas ausência de transcriçãotranscrição

Outros fatores podem atuar na Outros fatores podem atuar na regulação da atividade gênicaregulação da atividade gênica

Sinais externos podem regular genesSinais externos podem regular genes

Fatores ExtrínsecosFatores Extrínsecos

Fatores ExtrínsecosFatores Extrínsecos

- Fatores de crescimentoFatores de crescimento (sinalização parácrina) (sinalização parácrina)

- Morfógenos Morfógenos (parácrina)(parácrina)

- HormôniosHormônios (sinalização endócrina) (sinalização endócrina)

- Fatores ambientais Fatores ambientais

• físicos (ex. radiação)físicos (ex. radiação)

• químicos (ex. talidomida, drogas)químicos (ex. talidomida, drogas)

• biológicos (ex. infecção viral = rubéola)biológicos (ex. infecção viral = rubéola)

Agentes teratogênicos 3 primeiros mesesAgentes teratogênicos 3 primeiros meses

(processos de diferenciação mais freqüentes)(processos de diferenciação mais freqüentes)

Nas etapas iniciais do desenvolvimento embrionário as células poderiam se diferenciar de acordo com suas posições

Mórula – a partir de 16 células

Indução de diferenciação Indução de diferenciação depende da interação de células depende da interação de células vizinhas posiçãovizinhas posição

INDUÇÃO processo pelo qual as células de alguns INDUÇÃO processo pelo qual as células de alguns tecidos induzem outras células a se transformar tecidos induzem outras células a se transformar (diferenciar) em outros tipos celulares(diferenciar) em outros tipos celulares

Indução seqüencial

Poucos tipos de células originam vários tipos distintos

Alguns sinais indutores atuam como Alguns sinais indutores atuam como morfógenosmorfógenos

‘‘Substâncias difundíveis que provocam Substâncias difundíveis que provocam respostas diferentes em células iguais respostas diferentes em células iguais de acordo com a de acordo com a concentraçãoconcentração com que com que chega até estas’chega até estas’

Mófogenos Mófogenos papel fundamental na diferenciação

Ex. Mamíferos é possível que a posição das células na mórula

recepção de morfógenos Diferenciação

Mórula e BlástulaMórula e Blástula

Junções comunicantesJunções comunicantesJunções Junções oclusivasoclusivas

Indução por hormônios etapas mais avançadas do desenvolvimento

MODELO DE DIFERENCIAÇÃO CELULARMODELO DE DIFERENCIAÇÃO CELULAR

Gene myoD expressa em células determinadas a se tornarem fibras musculares esqueléticas

Experimento com fibroblastos em cultura expressam proteínas músculo-específicas

MUITO OBRIGADA!MUITO OBRIGADA!

Silvia Helena SofiaDepartamento de Biologia Geral/CCBe-mail: shsofia@uel.br

BIBLIOGRAFIABIBLIOGRAFIA

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