DIFERENCIACIÓN CELULAR Y GENES HOMEÓTICOS

¿A que nos referimos cuando hablamos de tipos celulares?

Organismo pluricelular Cigoto En el ser humano se encuentran alrededor de 210 tipos celulares A través de Divisiones celulares Se originan diferentes Tipos celulares en Estructura Funciones

¿QUIÉN ES EL RESPONSABLE DE GENERAR ESTA DIFERENCIACIÓN CELULAR? es una secuencia ordenada de nucleótidos en la molécula de ADN Genes Inactivan Expresan Que definen el tipo de Proteínas Que determinan Características estructurales y funcionales Como por ejemplo Forma Tamaño Fisiología

Tipos celulares Unipotentes Multipotentes Pluripotentes Totipotentes Origina un tipo celular. Su capacidad de Auto-renovación Es ideal para uso Terapéutico. Regeneración de Piel (quemaduras) Genera células de su propia capa o linaje embrionario de origen. Funcionan para reponer las células del cuerpo (transplantes) (regeneración de células neuronales) Origina un Subconjunto de tipos celulares son aquellas que tienen características pluripotentes, es decir, que son capaces de generar prácticamente todo tipo de tejidos, menos el embrión. Se diferencian en muchos tipos Celulares. pueden convertirse en cualquier tipo de célula. Pueden crecer y Formar un Organismo Completo.

Células madres adultas Son aquellas células madre no diferenciadas que tienen la capacidad de "clonarse" y crear copias de sí mismas para regenerar órganos y tejidos. Ejemplo: Células madre hematopoyéticas , que se encuentran tanto en la médula ósea como en el cordón umbilical del bebé. Células madres embrionarias Sólo existen en las primeras fases del desarrollo embrionario y son capaces de producir cualquier tipo de célula en el cuerpo. Bajo las condiciones adecuadas, estas células conservan la capacidad de dividir y hacer copias de sí mismas indefinidamente.

Funcionan para reponer las células del cuerpo a lo largo de la vida de un individuo.

Células totipotentes Animales Vegetales Troncales Meristemáticas Tienen la capacidad de multiplicarse indefinidamente y generar células especializadas. Troncales Meristemáticas Cigoto Raíces y ápices de brotes Mantiene su potencial proliferativo por largos períodos

Otros tipos de células animales Las células somáticas son aquellas que conforman el crecimiento de los tejidos y órganos de un ser vivo pluricelular, las cuales proceden de células madre originadas durante el desarrollo embrionario y que sufren un proceso de proliferación celular y apoptosis Otros tipos de células animales Somáticas Germinales Diploides Haploides

GENES CONTROLADORES DEL DESARROLLO EMBRIONARIO

Se expresan durante la ovogénesis. GENES MATERNOS Se expresan durante la ovogénesis. Actúan en la maduración del ovocito, tras la fecundación. DE SEGMENTACIÓN Se expresan tras la fertilización. Mutaciones alteran el número o polaridad de los segmentos. Hay tres clases de genes que actúan secuencialmente. HOMEÓTICOS Controlan la identidad de cada segmento. Mutaciones cambian la identidad segmentaria.

GENES MATERNOS Se expresan antes de la fertilización y actúan tanto en células nutricias como en el ovocito. Se identifican cuatro sistemas de genes que definen los ejes del embrión. Cada sistema actúa localizando una señal dentro del huevo, llamada morfógeno. - Sistema anterior: cabeza y tórax - Sistema posterior: segmentos del abdómen - Sistema terminal: acron y telson - Sistema dorso-ventral: desarrollo dorso-ventral

GENES DE SEGMENTACIÓN Genes gap: son los primeros en actuar y dividen el embrión en 4 regiones ancha. Los mutantes carecen de un grupo continuo de segmentos Genes de regla par: se expresan después de los genes gap y dividen las amplias regiones establecidas por los genes gap. Los mutantes afectan a los segmentos pares o impares. Genes de polaridad de segmento: se activan en una única banda de células dentro de cada segmento después de la acción de los genes de la regla par. Los mutantes pierden una parte de cada segmento.

GENES HOMEÓTICOS Determinan la identidad de cada segmento. Regulan la expresión de otros genes homeóticos o de otros genes. En Drosophila se agrupan en dos complejos ubicados sobre el cromosoma 3: Complejo Antennapedia: controla la identidad de los segmentos de la cabeza y de los 2 primeros segmentos torácicos. Complejo Bithorax: controla la identidad del tercer segmento torácico y de los segmentos abdominales.

Contiene la codificación de los genes homeóticos ADN Contiene la codificación de los genes homeóticos Genes homeóticos Genes que controlan la localización de los órganos y codifican proteínas (proteínas homeóticas) Contienen la secuencia conservada de los genes homeóticos Cajas homeóticas u Homeobox Proteínas Homeóticas Contienen Controlan Homeodominio Genes Subordinados Códigos del gen homeótico Genes que ubican los órganos según pautas de los genes homeóticos

GENES HOMEÓTICOS EN VERTEBRADOS Existen también en vertebrados y cuando se comparan los genes de la mosca con los del ratón, por ejemplo, se encuentran grandes homologías en las secuencias. Esto nos demuestra que en el transcurso de la evolución los insectos y los vertebrados heredaron genes homeóticos desde un ancestro común. Es una prueba más que la evolución existe.

Ubicación de los genes homeóticos Se agrupan en complejos o grupos dentro de un cromosoma. La ubicación en el cromosoma tiene correspondencia con el lugar donde se expresa en el cuerpo.

Localización corporal Programa genético Dirige la Expresión genética Durante la Organogénesis A través de 2 grupos de Genes Que determinan Localización corporal de los órganos Características Estructurales de los órganos

Mutación Homeótica ¿Qué observas en esta imagen?

¿Cómo se denominan las mutaciones mostradas? Se denominan mutaciones “HOMEÓTICAS” Provocan transformaciones de partes del cuerpo, en estructuras adecuadas de otras posiciones. Por ej: patas en lugar de antenas

¿QUÉ TIPOS DE GENES ESTÁN INVOLUCRADOS EN ESTAS MUTACIONES? Actúan grupos de genes selectores denominados homeóticos: Los genes del complejo bithorax: controlan las diferencias entre los segmentos torácicos y abdominales del cuerpo. Los del complejo Antennapedia: controlan las diferencias entre los segmentos torácicos y los de la cabeza.

Son genes que controlan la posición de los órganos Genes homeóticos Son genes que controlan la posición de los órganos en el eje antero posterior (cabeza- cola). Mutaciones que afectan a los genes homeóticos Mutaciones homeóticas

EVOLUCIÓN DE LOS GENES HOMEÓTICOS Así los genes Hox se expresan sobre todo en el ectodermo y neuroectodermo, contribuyendo al desarrollo del sistema nervioso central de los vertebrados. Los genes del complejo NK contribuyen a establecer patrones en el mesodermo, especialmente en Drosophila y son fundamentales para el desarrollo del corazón en los vertebrados. Por último, los genes ParaHox se expresan sobre todo en el endodermo posterior y medio.

ENFERMEDADES POR ALTERACION EN LOS GENES Hipervitaminosis A durante el embarazo La vitamina A causa la expresión de los genes Hox 1-4 en grupos de células que habitualmente no expresan estos genes. El ácido retinoico, un derivado de la vitamina A presenta también un efecto teratogénico (defecto congénito provocado durante el embarazo) Las anomalías más frecuentes son el labio leporino y malformaciones del cuello y de la cabeza. Otras alteraciones son malformaciones severas congénitas como hidrocefalia, lesiones en la columna vertebral y enfermedades cardíacas.

Síndrome de Waardenburg (H) El síndrome de Waardenburg está causado por un defecto en un gen homeótico. Es una enfermedad muy rara que afecta a uno de cada 42.000 niños nacidos. Sus principales síntomas son sordera, defectos en el esqueleto facial y una pigmentación alterada del iris.

Aniridia (PH) La aniridia es una mutación humana en la cual se pierde el iris y la retina es hipoplásica en heterocigotos. En homocigotos hay letalidad fetal y pérdida completa de los ojos o del epitelio olfatorio.

Megacolon (PH) Malformación del colon. Esta condición implica un agrandamiento de determinadas partes del colon.

Costillas extra (NK) La aparición de costillas extras en la región del cuello, adheridas a la séptima vértebra cervical es otro ejemplo de alteración debido a mutaciones en los genes homeóticos. Esta alteración ocurre con cierta frecuencia en las poblaciones humanas y no suele ser deletérea.

Síndrome mano-pie-genital Es una enfermedad hereditaria dominante causada por una mutación que altera el gen Hox. Los varones presentan hipospadias (abertura de la uretra está ubicada en la cara inferior del pene) y en las hembras defectos en la pared del útero, al igual que malformaciones uretrales. Estas afecciones se solucionan mediante cirugía. Otra característica que presenta es que los pulgares y el dedo gordo del pie están acortados.

Cardiopatías congénitas Algunas anomalías cardiacas congénitas están causadas por una mutación del gen NK, el cual se encuentra en el cromosoma 5. Unos de los síntomas que presenta esta mutación es la presencia de un orificio que comunica el corazón izquierdo con el derecho. Este tipo defecto provoca que el corazón trabaje con más carga de la normal, que haya un flujo anormal de la sangre y que la sangre oxigenada se mezcle con la desoxigenada. La solución para este tipo de alteraciones es la cirugía.

Actividad: Responda las interrogantes que fueron planteadas en el inicio: ¿Las células intestinales de un individuo tienen la misma información genética que las células del músculo o las neuronas? ¿Qué promueve la diferenciación celular? ¿Pueden dejar de ser especializadas las células que se han especializado en cumplir una función? ¿Cómo es posible que la mutación de uno o dos genes produzca una transformación fenotípica tan notable como la aparición de un órgano completo en un sitio que no corresponde?