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

Todo organismo pluricelular é composto por diferentes tipos de células Homem adulto  75 trilhões de células  216 tipos diferentes Óvulo fertilizado (zigoto) = ‘célula tronco prototípica’ Célula Totipotente

Definição e aspectos da diferenciação celular Mecanismos que geram as diferenças entre as células Modelo de 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: Diferenciação celular  atividade gênica variada nas células de um organismo Síntese de proteínas específicas Ex. actina-miosina  células musculares

Genes que se expressam de forma diferencial: Proteínas de luxo (célula - específicas) = ‘funções de luxo’ Ex.: actina-miosina = fibras musculares; hemoglobina = hemácias; neurofilamentos = neurônios 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 Fibra muscular lisa Célula nervosa Hemácias Célula epidérmica Célula caliciforme

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 Blastocito = 5 dias “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”

Diferenciação X Potencialidade Células embrionárias: TOTIPOTENTES Blastômeros iniciais = 100% de potencialidade e 0% de diferenciação Células nervosas, fibras estriadas: 100% diferenciadas; potencialidade = zero

Clonagem: transferência nuclear Núcleos de blastômeros  Potencialidade MAMÍFEROS = OITO PRIMEIRAS CÉLULAS SÃO TOTIPOTENTES

Diferenciação celular  não está restrita a vida embrionária Embriogênese, Reposição de células e Regeneração 1) Embriogênese Ovo fertilizado Embrião 8 dias Embrião 14 dias

2) Reposição de células na fase adulta

Hematopoiese Pluripotente X Multipotente Células Multipotentes Pluripotente X Multipotente

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 genética das células ?

Comprovação experimental  Transplante nuclear Diferenciação celular  Não acarreta perda na informação genética  todas as células com o mesmo conjunto de genes ( = célula - ovo) Comprovação experimental  Transplante nuclear Xenopus (anfíbio)

Experimentos de Fusão Nuclear 2) Célula hepática humana x célula muscular de rato 1) Eritrócitos de galinha com células cancerosas (linhagem de células indiferenciadas: carcinoma uterino = HeLa) Núcleo inativo dos eritrócitos  atividade Citoplasma  Controla síntese de DNA e RNA Proteínas musculares humanas e de rato Reversibilidade gênica

 Vias sintéticas bloqueadas até a fase de 1) Divisão celular  início = clivagens  divisões rápidas Desenvolvimento  Vias sintéticas bloqueadas até a fase de Blástula Blastocisto

 células adquirem identidades diferentes Desenvolvimento 2) Formação de um padrão  plano corporal  eixos principais  camadas germinativas  células adquirem identidades diferentes

Citoesqueleto  papel decisivo Desenvolvimento 3) Mudança na forma  gastrulação (Morfogênese) Citoesqueleto  papel decisivo Filamentos de actina

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

Desenvolvimento 4) Diferenciação celular 5) Crescimento (multiplicação e crescimento celular, deposição de matriz extracelular)

Quando e como aparecem as diferenças entre as células durante a embriogênese? Estágios iniciais  diferenças entre as células são sutis Poucos genes  expressão (atividade)

Células determinadas  transmitem característica

Nos animais a diferenciação começa na fase de Gástrula Gástrula – embrião com 3 folhetos 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 Fator extrínseco Transdiferenciação

Manutenção e a herança dos padrões de atividade gênica Diferenciação  alguns genes ativos e outros são mantidos inativos Fatores envolvidos na regulação da atividade de um gene 1) Fatores de transcrição 2) Grau de compactação da cromatina (alteração estrutural) 3) Metilação de citosinas (alterações químicas)

1) Fatores de transcrição Atividade de um gene  afetar vários outros genes

Produto do gene  regula o próprio gene

2) Alterações estruturais na cromatina Célula de mucosa bucal humana (mulher) Cromossomo X inativado (heterocromatina) Corpúsculo de Barr

3) Alterações químicas no DNA Metilação de bases citosinas  ausência de transcrição

Outros fatores podem atuar na regulação da atividade gênica

Sinais externos podem regular genes Fatores Extrínsecos

Fatores Extrínsecos Fatores de crescimento (sinalização parácrina) Morfógenos (parácrina) Hormônios (sinalização endócrina) Fatores ambientais físicos (ex. radiação) químicos (ex. talidomida, drogas) biológicos (ex. infecção viral = rubéola) Agentes teratogênicos  3 primeiros meses (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  processo pelo qual as células de alguns tecidos induzem outras células a se transformar (diferenciar) em outros tipos celulares  Indução de diferenciação depende da interação de células vizinhas  posição

Poucos tipos de células  originam vários tipos distintos Indução seqüencial

Alguns sinais indutores atuam como morfógenos ‘Substâncias difundíveis que provocam respostas diferentes em células iguais de acordo com a concentração com que chega até estas’ Mófogenos  papel fundamental na diferenciação Ex. Mamíferos  é possível que a posição das células na mórula  recepção de morfógenos  Diferenciação

Mórula e Blástula Junções comunicantes Junções oclusivas

Indução por hormônios  etapas mais avançadas do desenvolvimento

MODELO 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! Silvia Helena Sofia Departamento de Biologia Geral/CCB e-mail: shsofia@uel.br

BIBLIOGRAFIA ALBERTS, B. et al. 2002. Molecular Biology of the Cell. 4th ed. Garland Publishing, Inc, New York. (capítulo 21) 2) CARVALHO, ACC. 2001. Células-tronco: a medicina do futuro. Ciência Hoje, 29 (172): 26-31. 3) CARVALHO, HF & RECCO-PIMENTEL, SM. Diferenciação celular, pp. 260-274. In: A célula 2001. Editora Manole Ltda., Barueri, SP. 2001. 4) DE ROBERTIS, EMF & HIB, J. 2001. A diferenciação celular, pp.364-376. In: Bases da Biologia Celular e Molecular. 3ª ed. Editora Guanabara Koogan S.A., Rio de Janeiro. 5) JUNQUEIRA, LC & CARNEIRO, J. 2005. Divisão de trabalho entre células. Diferenciação, pp. 218-228. In: Biologia Celular e Molecular. 8ª ed. Editora Guanabara Koogan S.A., Rio de Janeiro. 6) WOLPERT, L. et al. 2000. Princípios de Biologia do Desenvolvimento. Artmed, Porto Alegre. (capítulos 1 e 9)