BC 2020 Seminario de integracion 12 Diferenciación celular

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Diferenciación celular
SEMINARIO 12
BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR AÑO 2020
ADAPTACIÓN VIRTUAL
Para recordar 
Este seminario forma parte el último bloque : BLOQUE 3
BLOQUE 3: INTEGRACIÓN CELULAR EN UN ORGANISMO PLURICELULAR
Este bloque contiene 4 unidades temáticas. Con sus seminarios y Taller
Seminarios del bloque 3:
• Integración de células en tejidos
• Señalización inter e intracelular
• Diferenciación celular
• Biología celular en las poblaciones de células tumorales. Muerte celular 
Programada
Taller del bloque 3: Taller 6
Este es el presente seminario
Objetivos
1) Conceptualizar el proceso de diferenciación a nivel global y distinguir el concepto de 
diferenciación celular (citodiferenciación)
2) Utilizar el concepto de potencialidad evolutiva para caracterizar a las células según 
su grado de potencialidad en: Totipotentes; Pluripotentes; Restringidas a linaje 
específicos.
3) Distinguir entre divisiones celulares simétricas-asimétricas y su relación con destinos 
celulares.
4) Aplicar los conceptos de potencialidad evolutiva y divisions celulares simétricas y 
asimétricas en células definidas como células madre-troncales (stem cells)
5) Ejemplificar procesos de diferenciación supracelulares a nivel embrionario
resaltando la importancia de la identidad de posición de las células respecto a una 
población de referencia y sensibles a un gradiente de morfógeno.
A la hora de jerarquizar información es 
recomendable tener presente los 
objetivos planteados por el plantel 
docente.
Introductorio a temáticas que 
se desarrollan y evalúan en 
embriología
El término “diferenciación” es frecuentemente usado en la literatura para aludir a fenómenos que 
corresponden a diferentes niveles de organización (celular, tisular, orgánico e incluso de aparato sistema) 
En el presente seminario usaremos el término principalmente aludiendo al nivel celular: 
DIFERENCIACIÓN CELULAR o CITODIFERENCIACIÓN. 
Este modo de concebir la diferenciación, sin embargo, no explica fenómenos correspondientes a niveles de 
organización supracelulares. Al final del presente seminario se introducirá algunos conceptos a 
diferenciación a nivel supracelular que serán desarrollados o profundizados en la cursada de Embriología.
Diferenciación: conceptualización 
DIFERENCIACIÓN EN 
SENTIDO AMPLIO
DIFERENCIACIÓN CELULAR 
O CITODIFERENCIACIÓN
DIFERENCIACIÓN EN NIVELES DE 
ORGANIZACIÓN SUPRACELULAR
Las siguientes diapos 
trataran este concepto
Mecanismo o comportamiento celular que explica la aparición progresiva durante el 
desarrollo de tipos celulares diferentes (con cambios manifiestos en la forma, 
función y/o procesos bioquímicos específicos). 
Hay descriptos en nuestra especie alrededor de 200 grupos de células diferentes.
La diferenciación celular es progresiva y en su último estadio (diferenciación 
terminal) se logra un estado estabilizado en general sin capacidad proliferativa.
.
Diferenciación celular: conceptualización
Si los diferentes tipos celulares provienen del cigoto (célula 
huevo), poseen el mismo genoma ¿Cómo hacen para expresar 
diferentes proteínas, tener formas diferentes, etc…? 
¿Qué procesos están involucrados en la decisión de un destino 
celular en particular?
• Hay descriptos alrededor de 200 grupos de células diferentes
• Diferentes tipos celulares, por ejemplo, expresan diferentes grupos de 
proteínas:
-MELANOCITOS: MELANINA
-CÉLULAS B DE ACINOS PANCREATICOS: INSULINA
-CÉLULAS DEL NODO PRIMITIVO: NOGGIN
-CÉLULAS ECTODÉRMICAS: BMP-4
CONCEPTO: 
ESTO ESTÁ MEDIADO POR LA EXPRESIÓN GÉNICA 
DIFERENCIAL A PARTIR DE UN MISMO REPERTORIO GÉNICO 
NUCLEAR
Esta diapo esta sacada 
del Seminario 3; hay 
conceptos importantes 
del seminario 3 y 4 que 
aplicaremos en este 
seminario. 
Recomendación: revise 
los seminarios 3 y 4
Expresión génica diferencial A nivel molecular ¿esto qué significa?
Los fenómenos moleculares que subyacen a la diferenciación 
celular y la respuesta a las señales ambientales involucran la 
expresión diferencial del genoma en la célula a diferenciarse
Expresión génica diferencial: 
Regulación de la expresión génica 
¿a nivel molecular qué significa?
Importante no olvidar que en procesos de diferenciación hay involucradas 
SEÑALES; aquí ambiente esta aplicado a señales que provengan de otras células 
directa o indirectamente (interacciones célula-célula)
Ejemplo de interacción celular parácrina y destino-diferenciación celular, 
vamos a usar un ejemplo muy visto en embriología 
Este esquema representa una Célula epiblástica con cierto 
compromiso ectodérmico (población embrionaria) y con 
competencia para responder a las señales proteicas difusibles 
Noggin y BMP. 
La proteína llamada Noggin (nogina) fue sintetizada y secretada por 
otro grupo celular cercano en el espacio (el grupo celular que 
constituye al Nodo primitivo), por lo tanto, se observa una 
interacción parácrina. 
El receptor BMPR es un receptor de membrana que tiene como 
ligandos a BMP y a Noggin. Cuando los receptores BMPR se unen 
a BMP se activa una cascada de señalización intracelular que 
produce a nivel nuclear en el favorecimiento de la transcripción 
de productos génicos específicos de tipo celular epidérmico (y 
luego diferenciación a células de epidermis). Pero, cuando los 
receptores BMPR se unen a Noggin no activan la vía de 
señalización antes mencionada (noggin ocupan receptores BMPR, 
no activan vía y no dejan lugar a que se ligue BMP: esto se llama 
antagonismo competitivo), esto favorece que a nivel nuclear se 
expresen productos génicos de fenotipos celulares neurales y que 
los transcriptos de fenotipos epidérmicos estén inhibidos.
Conclusión: estamos viendo un grupo celular que posee 
competencia para distintos destinos celulares que generan distintos 
tipos celulares, por ejemplo: células epidérmicas versus neuronas. 
Qué tipo de células dará como derivados depende de las 
interacciones mediadas por señales que reciba durante el período 
en el cual es competente a ellas. 
Respuesta a las señales ambientales 
Núcleo
Los fenómenos moleculares que subyacen a la diferenciación 
celular y la respuesta a las señales ambientales involucran la 
expresión diferencial del genoma en la célula a diferenciarse
Regulación de la expresión génica 
¿a nivel molecular, qué significa?
La recepción de señales puede operar en distintos puntos de regulación de la 
expresión génica ¿se acuerdan esos puntos? Vea la siguiente diapo
Posibles puntos de regulación de la expresión génica 
DNA
Transcripto 
de ARN
RNAm RNAm
Degradación 
del RNAm
RNAm inactivo
Control de
Traducción
proteína
Proteína 
inactiva
Control de
actividad
proteica
Transporte 
de RNA y 
control de
localización
Control
de 
procesamiento
del RNA
Control 
Pre-transcripcional 
y durante la 
transcripción
CitosolNúcleo
¿A nivel molecular, esto qué significa? Puede haber 
mecanismos moleculares operando en distintos puntos 
de regulación ¿los recuerdan? 
Recordemos ejemplos… (ver resaltado en amarillo)
Regulación de la expresión génica a nivel 
pretranscripcional 
(IMPORTANTE EL ESTADO DE LA CROMATINA en cuanto a permisividad a 
transcripción) 
HAT: histona acetil-transferasa
HDAC: histona desacetilasa
HMT: histona metiltransferasa
SWI/SNF: complejo remodelador de la cromatina (levaduras)
Una población celular A 
puede tener “activo” un gen X 
y la población celular B 
puede tener e gen X silenciado 
“inactivo”
En este esquema las palabras 
activo/inactivo aluden a 
estados cromatínicos 
permisibles (cromatina laxa sin 
promotores-ADN metilados) o 
de baja permisibilidad 
(cromatina condensada con 
promotores-ADN metilados) a 
la transcripción 
Esta diferencia de expresar o 
no el producto del gen X 
puede determinar que tipo de 
destino-tipo celular se obtenga 
Regulación de la expresión génica a nivel 
transcripcional 
(Además de una cromatina permisible ala transcripción hay una combinación de 
proteínas regulatorias que funcionan como una “comisión” que controla el 
contexto de expresión) 
Este 
macrocomplejo 
regulador es 
jerárquico porque 
confluyen en él la 
acción de las 
demás proteínas 
regulatorias
También se puede observar que con la acción de pocos reguladores pero 
jerárquicos y sus combinaciones se pueden generar muchos tipos celulares 
durante el desarrollo embrionario
La regulación génica por combinación puede permitir a los organismos complejos desarrollarse a 
través de la acción de un número relativamente reducido de diferentes proteínas reguladoras 
jerárquicas de la transcripción.
Célula embrionaria
Inducción de proteínas regulatorias 
Inducción de proteínas regulatorias y 
Inducción de proteínas regulatorias y 
División Celular
Célula A Célula B
Célula C Célula D Célula E Célula F
Célula G Célula H Célula I Célula J Célula K Célula L Célula M Célula N
Representa el núcleo
Regulación de la expresión génica a nivel control de la 
traducción o degradación de ARNm
Vamos a utilizar como ejemplo micro ARN (miARN) y su acción en el citosol, 
pero no son el único mecanismo en estos puntos de regulación
En el esquema se observan 2 
mecanismos de interacción 
miRNA-ARNm objetivo.
Uno de los mecanismos lleva a 
la degradación del ARNm y en el 
otro, sin llegar la degradación 
hay inhibición del proceso de 
traducción.
Si en la población celular A y B 
se expresan el producto del gen 
X pero en la población A hay un 
miARN que inhibe la traducción 
del ARN mensajero del gen X, 
esta diferencia de expresar o no 
el producto del gen X puede 
determinar que tipo de destino-
tipo celular se obtenga 
Este proceso es progresivo, pasa tiempo desde las 
interacciones celulares, las modificaciones en la expresión 
génica, y las manifestaciones en los distintos niveles del 
fenotipo celular en las células hijas con restricción de linaje
Entonces ¿cómo se puede detectar si la población celular 
en estudio ya presenta restricción a un determinado linaje 
o sigue con potencialidad de dar múltiples linajes? 
Para poder observar si un grupo celular tiene restricción en su 
potencialidad de dar diferentes linajes o no (si la población ya está o no 
determinada) se realizan experimentos de trasplante, cambiando de 
lugar las células y observando qué ocurre como resultante
Control: 
sin transplante se 
observa la evolución 
natural
Las células 
transplantadas, no 
estaban determinadas, 
se adaptaron al destino 
de su nuevo ambiente
Las células transplantadas 
estaban determinadas, 
mantuvieron el destino de la 
región donde provenian
Las células transplantadas, 
mantuvieron el destino de la 
región donde provenían pero 
en un lugar sin las señales 
del otro ambiente 
Compromiso celular lábil- susceptible (especificación)
o estabilizada (determinación)
Los cambios evidentes en la bioquímica, la morfología y la función celular 
durante el proceso de diferenciación están precedidos por un proceso que implica 
el compromiso de la célula a un destino determinado. 
En este punto, a pesar de que la célula o tejido no aparece fenotípicamente 
diferente de su estado no comprometido, su destino de desarrollo se ha 
convertido restringido. 
El proceso de compromiso puede ser dividido en dos etapas (Harrison 1933; 
Slack 1991):
- La primera etapa es una fase lábil llamado especificación. 
El destino de una célula o un tejido se dice que está especificado cuando es 
capaz de diferenciar de manera autónoma cuando se coloca en un entorno 
neutro, tal como una placa de Petri o tubo de ensayo. (El medio ambiente es 
neutral con respecto a la vía de desarrollo.) En esta etapa, el compromiso es 
todavía capaz de ser invertido. 
- La segunda etapa de compromiso es estable y se llama determinación. Una 
célula o tejido se dice que está determinado cuando es capaz de diferenciar de 
manera autónoma, incluso cuando se coloca en otra región del embrión. Si es 
capaz de diferenciar de acuerdo con su destino original, incluso en estas 
circunstancias, se supone que el compromiso es irreversible
Mire 
nuevamente 
la diapo 
previa para 
distinguir 
entre estas 2 
fases
Hasta ahora vimos que es progresivo e irreversible, 
entones ¿Cómo se mantiene el estado diferenciado? 
¿cómo se hereda en células hijas?
En el seminario 10, habíamos 
empezado a introducir el concepto de 
“memoria celular” ¿lo recuerdan?
Diapo del seminario 10
EL MANTENIMIENTO DEL ESTADO DIFERENCIADO ES TAN 
SIGNIFICATIVO O MÁS SIGNIFICATIVO QUE LA REGULACIÓN DE LA 
EXPRESIÓN GÉNICA 
• PARA QUE LAS CÉLULAS ESTÉN COMPROMETIDAS A UN FENOTIPO EN PARTICULAR, LA 
EXPRESIÓN GÉNICA DIFERENCIAL DEBE SER MANTENIDA
• MODOS (EJEMPLOS):
❑ La señal recibida y traducida generó que en el nuevo tipo celular especificado se incremente 
la expresión de un factor de transcripción especifico (FT); y este FT pueda unirse al propio 
potenciador del gen que lo codifica e independizarse de la señal que lo indujo
❑ Remodelación cromatínica manteniendo la accesibilidad a la secuencia del gen activado
❑ La señal recibida permite que la célula se independice de ella a través de la expresión de la 
señal y su receptor manteniendo la instrucción diferenciante (pasaje de interacción parácrina a 
autócrina)
❑ Grupo celular A especificado secreta una señal que es recibida en un grupo celular B que le 
mantiene el estado diferenciado a B, dentro del estado diferenciado de B una de las funciones 
es que secrete una señal que es recibida en el grupo celular A para mantener estado 
diferenciado de A.
HAY UNA EXCEPCIÓN: linfocitos B reordenamientos génicos por 
recombinación génica sitio específica para la producción de diferentes 
Anticuerpos-inmunoglobulinas (proteínas)
CONCEPTO FUNDAMENTAL: 
ESTO ESTÁ MEDIADO POR LA EXPRESIÓN GÉNICA DIFERENCIAL A 
PARTIR DE UN MISMO REPERTORIO GÉNICO NUCLEAR
Diferenciación celular y su relación con divisiones 
celulares simétricas y asimétricas
Vamos a utilizar este esquema general (nacimiento, linaje y muerte) como guía
¿Qué observa?
Esta representado a modo de árbol 
genealógico distintos destinos 
celulares a partir de una célula 
progenitora marcada con 1
Hay marcado una línea roja que 
identifica la evolución de un linaje
Hay señalado división celulares 
algunas identificadas como 
simétricas y otras como asimétricas
Se ve que la muerte celular también 
puede ser considerada un destino 
celular
1
Juergen A. Knoblich. Asymmetric cell division during animal development. Nature Reviews Molecular Cell Biology 2, 11-20 (January 2001) doi:10.1038/35048085
Stem cell: 
Célula madre o troncal 
que retiene la 
potencialidad de la célula 
que dio origen y tiene 
capacidad de replicarse 
(auto-renovación)
División celular 
simétrica
División celular 
asimétrica
Supongamos que existe ciertas moléculas informativas (MI) distribuidas heterogéneamente en la 
membrana plasmática (POLARIDAD). a | Durante la división asimétrica, la orientación del huso, el plano de 
citocinesis y la localización de los MI en las células hijas da a lugar a una célula diferenciada y a una célula 
madre que retiene en su membrana los MI. b | Durante la división simétrica, la orientación del huso, el plano de 
citocinesis y la localización de los MI en las células hijas se segregan equivalentemente dando lugar a dos 
células iguales (stem cells).
División celular 
simétrica
División celular 
asimétrica
a) Durante las divisiones celulares asimétricas, se mantiene el pool de células stem-madres y posibilitan la 
aparición de céulas diferenciadas 
b) Durante las divisiones celulares simétricas, se amplifica el pool de células stem-madres
Formas de inducir a las células madre a dividirse
asimétricamente
a) En respuesta a una señal externa la célula 
se polariza por segregación de las moléculasdeterminantes del destino celular
b) Las células madre que contactan con un nicho
de células madre orientan el huso mitótico 
originando dos células diferentes.
El concepto de 
Nicho fue trabajado 
en el seminario 10
En relación al concepto de célula madre y su 
capacidad de generar diversos tipos celulares 
a través de sucesivas divisiones, aparece el 
concepto de potencialidad evolutiva (PE)
Potencialidad evolutiva (PE), o potencia, se 
define al conjunto de todas las formas posibles 
de evolución que podría exhibir una población 
celular a partir de un cierto estado del desarrollo. 
Alude entonces a todas las diversas formas de 
expresión del programa de desarrollo que la 
población celular tiene habilitada 
Totipotencialidad
Capacidad de una célula de originar todos los tipos celulares y 
generar sistemas de referencia para la organización corporal de un 
individuo completo.
En los mamíferos, la célula huevo y las blastómeras (hasta el 
estadío de ocho células-E8c) poseen la capacidad de originar todos 
los tipos celulares. Marcados con flechas en la imagen 
FECUNDACION
Pluripotencialidad
Capacidad de ciertas células que poseen grados
diferentes de restricción de linaje que, introducidas
en un sistema en desarrollo, pueden integrarse al
mismo y originar una amplia gama de tipos celulares.
Ejemplo: células del macizo celular interno; epiblasto
Sucesivas divisiones 
mitóticas: Células iguales, 
amplificación del número 
de células (células 
progenitoras)
Proceso de 
diferenciación celular
Células 
enteroendócrinas
Células epiteliales 
absortivas
Célula 
secretora
Una célula madre da lugar a otra 
célula madre y a una célula diferente
CÉLULAS MADRE
Linaje celular en 
hematopoyesis.
La stem cell embrionaria 
es el hemangioblasto
Los linajes celulares estan 
controlados por factores 
internos (historia de 
determinación previa) y 
factores externos (señales 
ambientales)
La diferenciación terminal 
suele ser irreversible y con 
pérdida de la capacidad 
proliferativa
Si bien la pluripotencia es una cualidad de las 
células embrionarias durante las primeras 2-3 
semanas del desarrollo; se pueden obtener 
células con pluripotencia de diferentes 
modos. 
El esquema representa 3 modos (hay 
otros): 
a) Obtener células pluripotentes directamente 
del los estadios embrionarios 
correspondientes blastocistos (macizo 
celular interno /epiblasto)
b) Obtención de blastocistos por proceso de 
CLONACIÓN (transferencia de un núcleo de 
célula somática que es diploide, al citoplasma 
de un ovocito enucleado, el citoplasma del 
ovocito tiene componentes citoplasmáticos 
para iniciar el programa de desarrollo y llegar 
al estadio de balstocisto y de ahí obtener las 
células como en el caso a.
c) En humanos en vez de hacer clonación, se 
induce pluripotencia en células somáticas. 
Eso se logra in vitro, introduciendo factores 
de transcripción especificos que permiten 
reprogramarlas y volver a un estado de 
pluripotencialidad. Estas células se llaman 
celulas madre pluripotenciales inducidas (en 
ingles: induced pluripotent stem cells 
iPScs). 
Utilizada en modelos de estudio por ejemplo de
enfermedades humanas neurodegenerativas 
¿Cómo se obtienen células pluripotentes que puedan utilizarse (in vitro) 
para la modelos investigación de enfermedades y/o medicina 
regenerativa?
En cualquiera de los 3 modos que se obtiene células madre 
pluripotentes, tienen capacidad de dar derivados de cada una de 
las 3 hojas del embrión trilaminar (endodermo, mesodermo, 
ectodermo)
Deteniendo un poco más en el modo C: 
células madre pluripotenciales inducidas (en 
ingles: induced pluripotent stem cells 
iPScs). 
Estamos viendo como la irreversibilidad de 
la diferenciación observada in vivo, puede 
ser reprogramada in vitro.
Al ser reprogramadas se ha observado 
un estado “abierto” “muy permisivo de la 
cromatina” 
Los factores de transcripción que han sido 
descriptos asociados a esta reprogramación 
son: Oct4; Sox2; cMyc; Klf4
Utilizada en modelos de estudio por ejemplo de
enfermedades humanas neurodegenerativas 
¿Cómo se obtienen células pluripotentes que puedan utilizarse (in vitro) 
para la modelos investigación de enfermedades y/o medicina 
regenerativa?
En cualquiera de los 3 modos que se obtiene células madre 
pluripotentes, tienen capacidad de dar derivados de cada una de 
las 3 hojas del embrión trilaminar (endodermo, mesodermo, 
ectodermo)
El término “diferenciación” es frecuentemente usado en la literatura para aludir a fenómenos que 
corresponden a diferentes niveles de organización (celular, tisular, orgánico e incluso de aparato sistema) 
En el presente seminario usaremos el término principalmente aludiendo al nivel celular: 
Este modo de concebir la diferenciación, sin embargo, no explica fenómenos correspondientes a niveles de 
organización supracelulares. Al final del presente seminario se introducirá algunos conceptos a 
diferenciación a nivel supracelular que serán desarrollados o profundizados en la cursada de Embriología.
Diferenciación: conceptualización 
DIFERENCIACIÓN EN 
SENTIDO AMPLIO
DIFERENCIACIÓN CELULAR 
O CITODIFERENCIACIÓN
DIFERENCIACIÓN EN NIVELES DE 
ORGANIZACIÓN SUPRACELULAR
Las siguientes diapos 
trataran este concepto
Diferenciación en niveles de organización 
supracelular 
Un concepto relevante es el INFORMACION POSICIONAL
• La diferenciación celular o citodiferenciación como mecanismo puede explicar el modo que las células se 
especializan para conformar por ejemplo células de músculo estriado versus células del tejido óseo 
(osteoblastos); sin embargo, siguiendo con un ejemplo, en una mano hay grupos de células que conforman 
hueso y músculo pero para cada dedo la organización que tiene los huesos y los músculos es diferente 
(tanto que distinguimos a cada dedo)
• La información posicional no explica la citodiferenciación sino de qué modo las células interpretan 
información para organizarse en el espacio 
• Las células podrían tener su posición especificada mediante varios mecanismos. El más simple se basa en 
el gradiente de un morfógeno
Morfógeno
Fuente: Hilary L. Ashe, and James Briscoe Development 2006;133:385-394
Molécula soluble capaz de cambiar comportamientos 
celulares se llama morfógeno, y un morfógeno puede 
especificar más de un tipo de célula mediante la 
formación de un gradiente de concentración. 
Gradiente de morfógeno y regulación de la 
expresión génica
Diferenciación en niveles de organización 
supracelular 
Un concepto relevante es entonces el de Patterning
“La esencia del concepto de patterning se advierte cuando se comparan entidades 
biológicas integradas con los mismos tipos y subtipos celulares, los mismos tejidos, 
etc., pero que son diferentes debido a que los tejidos y células que los componen 
tienen distintas proporciones, distintos números y distintas disposiciones 
espaciales. Compárense los dedos de la mano entre sí, compárense manos y pies 
o, mejor, compárense los mismos elementos anatómicos del lado derecho con los 
del lado izquierdo y se advertirá que la citodiferenciación no explica dichas 
diferencias. Con el objeto de identificar, analizar y realizar la experimentación 
apropiada para explicar dichas diferencias espaciales se utiliza la noción de 
patterning “
Este fragmento es una cita de Sinopsis conceptual 0.3. LA DIFERENCIACIÓN 
CELULAR Y EL CONCEPTO DE PATTERNING. Autor: Vladimir Flores