Biología del Desarrollo Desarrollo: proceso lento de cambios por el cual se origina un organismo multicelular a partir de una sola celula (huevo, ovulo fecundado) o cigoto. Interacción Celular I Biol 3019 - JA Cardé, PhD Universidad de Puerto Rico - Aguadilla Enero - Mayo 2014

Objetivos Al terminar la conferencia los estudiantes estarán capacitados para: Describir 3 procesos de comunicación celular y establecer su importancia en el desarrollo, a saber: Adhesión celular Migración celular Señalización celular

Introducción En el desarrollo los distintos tipos de celulas no existen al azar sino que forman estructuras organizadas Las mismas que forman nuestros dedos forman nuestras piernas Las celulas que se generan en segmentacion deben ser organizadas en formas y establecer distintas conecciones Morfogenesis: proceso por el cual se forma las estructuras organizadas. Como es que la materia sola se organiza a si misma en tejidos embrionarios? Estructuras organizadas: apendices organos etc Hueso cartilago, sangre, neuronas, etc

Introducción Como es que la materia sola se organiza a si misma en tejidos embrionarios? Esta pregunta se puede subdividir para su analisis? Remak 1850 Como se forman tejidos separados de poblaciones de celulas? Just y Holtfreter (1940) Como se construyen organos a partir de tejidos? Como se forman los organos en lugares particulares y como las celulas migran hasta esos puntos? Como los organos y sus celulas crecen y este crecimiento es coordinado? Como los organos adequieren polaridad? Teoria celular: todas las celulas salen del cigoto Robertt Remak Diferencias en las membranas celulares que da lugar a organos E Just y Johannes Holtfreter 1980s… matriz extracelular, gap junctions, Hoy sabemos que epitelios se conectan para cubrir y formar tubos Mesenqima forma tejido conectivo con matrizes q separan celulas

Adhesión celular Diferenciación se enfoca a nivel nuclear Morfogenesis se enfoca a nivel membranal (superficial) Interacción celular Larga distancia: control hormonal Corta distancia: contacto célula a célula.

Celulas reagregadas se segregan espacialmente? Epidermo presumtivo pigmentadas Mesodermo (Placa neural) no pigmentada Desagregarlas por pH Mezclarlas Restaurar el pH Estudiar el comporta-miento Se segregan y organizan La epidermis presuntiva rodea al mesodermo

La posición final de las células segregadas refleja su lugar en el embrión El mismo experimento Mesodermo migra hacia el centro con respecto a ectodermo y mesodermo (A y B) Las tres juntas: endodermo se separa de las otras y es envuelto por estas Afinidad selectiva – regiones de una son afines a regiones de otra capa Esta cambia durante el desarrollo Afinidad selectiva Ectodermo tiene afinidad + por mesodermo y afinidad – por el endodermo Mesodermo tiene afinidad + por los dos De alguna manera las celulas tienen la forma de ubicarse donde les corresponde en el embrion

Hipotesis de adhesión diferencial Surface Tension Dyne/cm Limb bud – Green (20.1) Termodinámica de interacción celular Células con la mayor atracción superficial migran central Todas las células pueden tener las misma proteinas de superficie La expresión diferencial de estas, crea mas o menos adhesión y PLT mas o menos atracción Cadherinas – moléculas de adhesión dependientes de Ca+2 Cruciales en segregacion y organizacion BUD Pigmented Epithelium – Red 12.6 Epit Jerarquia de sorteo celular en orden de disminusion de intreracion y tension superficial entre ellos Las celulas con la mayor cohesion segrega hacia el interior de la que tiene mejor Segregas las celulas y le das color por la cohecion y luego la comp los organiza Heart –yellow 8.5 Heart Liver- Blue 4.6 Liver Neural Retina – orange 1.6

BACK Cadherinas y Cateninas Cad externas y Cat internas Forman complejo que mantienen juntos los epitelios Se unen al citoesqueleto, relacionados a unidad mecanica Sin caderina celulas disgregan Con caderina permanecen asociadas Importancia de cantiad de caderinas para morfogenesis correcta N, R, B – bloquearlas con anticuerpos y ver que pasa RNA interference apaga el gen de caderina por antisense celulas de ovocito pierden agregacion Clonos con y sin caderina BACK

Adhesión celular Cadherins depend on Ca2+ for their function: removal of calcium abolishes adhesive activity, renders cadherins vulnerable to proteases and, in E-cadherin, induces a dramatic reversible conformational change in the entire extracellular region. The cadherins mediate cell adhesion and play a fundamental role in normal development. In adults, cell-cell adhesion plays an essential role in the homeostasis of healthy tissues. Importantly, during tumor progression, disruption of cell-cell contacts plays a pivotal role in metastasis as well as in the differentiation process that accompanies the malignant phenotype: for example, reduced levels of E-cadherin correlate with increased invasiveness in many human tumor cell types.   BACK

Migración Celular BACK Característica común de epitelio y mesénquimas Combinación de mobilidad y guía 1. Polarización por quimiotaxis 2. Protrusión – polimerización de attina filopodia, lamelopodia, 3. Adhesión a sustrato extracelular vía integrinas unidas a actina 4. Liberacion de adhesiones posteriores Ocurre por instrucciones internas (núcleo) o por instrucciones externas (quimiotaxis extracelular) Adhesiones focales – conceccion actina/ integrina Miosina interactua con actina BACK

Señalización Celular Como funciona el ojo de vertebrados? LuzCórnealentediámetromúsculos enfoque  retina neural Como se consigue el arreglo con tal presición? Señalización está presente en adhesión, segmentación, migración y diferenciación Estas señales pueden ser recíprocas Clave para la construcción de órganos

Señalización Celular PLT un grupo de células modifica en otras su forma, frecuencia mitótica, destino celular Inducción: interacción a corta distancia entre diferentes tejidos (historia y propiedades) Inductor: productor de señal Factor paracrino: factor secretado que afecta tejidos adyacentes Ej: Branchless en Drosophila (traqueas) Inducido: tejido afectado Receptor (Breathless) Competencia: habilidad de la celula del tejido para responder al inductor Paracrino vs Endocrino? Paracrino afecta tejico adyacente, secrecion espacio extracelular Endocrino afecta tejido a distancia, secrecion en sangre plasma (Esteroides excepcion) Transplante de vesicula a otras partes del ectodermo de cabezaz  lente Transplante de vesiculo a ectodermo del tronco nada

Señalización Celular Figura 3.14 Asignada Vesiculas sobre ectodermo se forma lente, si remuevo vesicula no lente Lente sobre vesiculas para formar retina Transplante de vesicula a otras partes del ectodermo de cabezaz  lente Transplante de vesiculo a ectodermo del tronco nada Solo ectodermo de cabeza es competente OJO: Inductorinducidocompetencia: habilidad de la célula para responder Vesículas ópticas salen, influyen sobre ectodermo para formar lentes Lentes sobre vesículas para forma retina Cambio vesícula óptica de lugar y? Ectodermo de cabeza si se induce ojo Ectodermo del tronco no se induce ojo Figura 3.14 Asignada

Señalización Celular - Recíproca Vesiculas sobre ectodermo se forma lente, si remuevo vesicula no lente Lente sobre vesiculas para formar retina Transplante de vesicula a otras partes del ectodermo de cabezaz  lente Transplante de vesiculo a ectodermo del tronco nada Solo ectodermo de cabeza es competente Inducción es Recíproca Inductor es inducido por el inducido Lente induce otros tejidos Vesícula óptica se convierte en la copa óptica Su pared retina pigmentada y retina neural Vesícula induce ectodermo en lente antes de ser retina

Señalización Celular - Recíproca Vesiculas sobre ectodermo se forma lente, si remuevo vesicula no lente Lente sobre vesiculas para formar retina Transplante de vesicula a otras partes del ectodermo de cabezaz  lente Transplante de vesiculo a ectodermo del tronco nada Solo ectodermo de cabeza es competente Inducción puede ser instructiva o permisiva Instructiva: una señal del inductor es necesaria para inducir expresión genética de novo Sin esa señal la célula inducida no se diferencia Permisiva: el tejido inducido ya fue previamente determinado, solo necesita un ambiente para expresar el rasgo o diferenciarse (matriz extracelular)

Señalización Celular Ej de inducción Organo Componente Mesenquima Componente Epitelial Hair, feathers, sweat/mammary glands Dermis (mesod) Epidermis (ectoderm) Limb Mesenchyime (mesod) Liver, pancreas, salivary glands Epithelium (endodermo) Lungm Timo, Tirodes Mesenchyme (mesod) Kidney Mesenchyme epithelium (mesod) Ureteric bud (mesod) Tooth Mesenchyme (neural crest) Jaw epithelium (Ectod) Iinteracciones entre epitelios y mesenquimas entre los mejores casos de induccion 2 propieddes de estas intereacciones Todos los órganos consisten de epitelios asociados con mesénquima

1ra: Inducción regional-específica -Células de diferentes regiones de la dermis (mesénquima) -recombinadas con epitelios (epidermis) Mesénquima del ala: plumas de vuelo Mesénquima del muslo plumas de muslo Mesénequima del pie: escamas y garras PLT La estructura cutánea resultante depende del origen del mesodermo Interaccion Mesenquima Epitelio tiene varias propiedadas 1ra: Especificidad regional Epidermis del pollo influye en mesenquima Mesenquima induce Epidermis a formar estructura

2da : Inducción genético-específica Transplantes recíprocos de ectodermo oral de salamandra y sapos en gástrula Resulta en: Salamandras con rasgos de renacuajo Renacuajos con rasgos de salamandras Mesénquima puede dar instrucciones a epitelio, Epitelio puede responder dentro de su limitación genómica Interaccion Mesenquima Epitelio tiene varias propiedadas 1ra: Especificidad regional Epidermis del pollo influye en mesenquima Mesenquima induce Epidermis a formar estructura

Como se comunican Inductor e Inducido? Algunas inducciones son bloqueadas por filtros entre epitelio y mesénquima; otras no Inducciones Juxtacrinas – membranas juxtapuestas Paracrinas – factores difundibles entre 40-200um Autocrinas -