DIFERENCIACION CELULAR. Paula Vissio DBBE/IBBEA, UBA-CONICET

Transcripción

1 DIFERENCIACION CELULAR Paula Vissio DBBE/IBBEA, UBA-CONICET

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4 Si todas las células tienen el mismo genoma, como es que se diferencian en células distintas? - Cada núcleo contiene el genoma completo establecido en la fecundación. El ADN de las células diferenciadas es idéntico. - Los genes no usados en una célula diferenciada no son destruidos ni mutados, y retienen su potencialidad de expresión. - Solo un pequeño porcentaje del genoma se expresa en cada célula y una porción del ARN sintetizado en cada célula es específico de cada tipo celular.

5 oocito Evidencias de la equivalencia genómica

6 EN QUE PUNTOS SE PUEDE REGULAR LA EXPRESIÓN GÉNICA?. 1) A nivel de Transcripción génica. 2) Regulando el procesamiento del ARN nuclear. 3) Regulando la traducción selectiva de los ARNm. 4) Regulando las modificaciones de las proteínas Modificaciones postraduccionales

7 1) Regulando la transcripción génica diferencial

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9 Lisinas metiladas Represión Activación Ejemplo: Metilación de histona H3 en diferentes posiciones

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11 Collinearity during trunk extension and chromatin dynamics at Hox clusters. Thomas Montavon, and Denis Duboule Phil. Trans. R. Soc. B 2013;368:

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13 Familia de factores de transcripción: - Proteínas homeodominio (Hoxa1, Oct-2, Pax1, Lim1, etc) - Proteínas con dedos de Zn (Wt1, engrailed, etc) - Receptores nucleares de hnas. (receptor de estrógenos, de glucocorticoides, de ácido retinoico, etc.), Sry-Sox - HLH (MyoD, MITF, etc.) - Proteínas con bzip (cremallera de leucina básica) C/EBP, AP1

14 Mitf Oct1 y Sox2

15 Concepto de Factores de transcripción pioneros Fundamental para iniciar la diferenciación muscular!!!! Pero no puede actuar si no está Pbx Ejemplo: Fox A1 (diferenciación de hepatocitos), Pax 7 (diferenciaciób muscular), Pbx (diferenciación muscular). Pbx unido en un sitio del DNA (compactado), y unido a un inhibidor de la transcrpción. MyoD unido al cofactor E12 es capaz de unirse a Pbx y reemplazar al inhibidor. El complejo MyoD/E12 puede reclutar histonas acetiltransferasas y hacer el DNA más accesible. Otros FT pueden ahora unirse al DNA (Mef3 and Mef2) y la RNA polimerasa, entonces comienza la transcripción.

16 Estabilidad del patrón de transcripción: Metilación del ADN

17 Como la metilación bloquea la transcripción? 1 2 Reconoce citosinas metiladas y permite actuar a histonas desacetilasas o metiltransferasas Si el enhancer está metilado ciertos FT no pueden unirse y no pueden inducir la transcripción. Compactación del DNA

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19 2) Regulando el procesamiento del ARN nuclear - Importante para la unión al ribosoma. -Estabilidad del ARNm -Le permite salir del núcleo -Le permite la traducción de proteínas

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22 3) Regulando la traducción selectiva de los ARNm - La estabilidad de los mensajeros puede variar en diferentes tiempos y en distintos tipos celulares. - Estabilidad de los mensajeros depende de la cola de polia

23 Otras estrategias: - En algunos los RNA mensajeros son estabilizados en momentos específicos en células específicas (Ej. Caseína en glándula mamaria de 1 hora a 28,5 por prolactina). - Oocito de un gusano X mrna sin casquete 5 metilado, en la F! una metiltransferasa completa la formación del casquete y entonces se puede traducir. - En Drosophila la proteína Smaug (proteína inhibitoria) se une al 3 UTR de ARNm de nanos e impide su traducción hasta la fecundación. También en Drosophila bicoide se une a una región del 3 UTR y como masquina bloquea el inicio de la traducción. - En C. elegans transcripción de ARNm antisentido para uno de sus propios mensajeros. Hoy se ve que sería un mecanismo conservado.

24 Regulación de la traducción por microrna

25 Algunos ARN se ubican en ciertas regiones de la célula Mecanismos: 1) Difusión en el citoplasma y posterior anclaje por proteínas específicas. 2) Degradación de proteínas en regiones específicas. 3) Transporte activo en el citoplasma (extremo UTR 3 reconocido por proteinas que lo anclan a proteínas motoras).

26 4) Regulando las modificaciones de las proteínas Las proteínas en el citoplasma no necesariamente son funcionales: algunas deben ser clivadas, localizadas en el espacio intracelular para funcionar, ensamblarse con otras proteínas, algunas requieren calcio u otro ión, fosfatos y acetatos.

27 El ambiente donde se desarrolla el embrión puede ser por ejemplo una charca, un estanque, el útero. La trayectoria del desarrollo puede ser modificada por el medioambiente. El ambiente de una célula en particular son las células que lo rodean. La diferenciación celular depende de las interacciones con su entorno.

28 Especificación celular - Competencia (Cuando son expuestas a señales adecuadas) - Especificación (Se recibe la señal pero puede reprimirse por otras señales) REVERSIBLE - Compromiso o determinación ( Se ha iniciado el camino de diferenciación y lo harán aún con señales inhibitorias) IRREVERSIBLE - Diferenciación (Dejan el ciclo mitótico y expresan genes característicos)

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30 Especificación autónoma vs. condicional Especificación autónoma: Desarrollo en mosaico (moluscos, anélidos, tunicados). Presencia de determinantes citoplasmáticos. Especificación condicional: Desarrollo regulativo (la mayoría de los vertebrados). Especificación sincitial: La interacción no es entre células sino entre partes de una célula. El citoplasma no es homogéneo. Insectos.

31 Gradiente de morfógeno

32 Efecto del tiempo en la diferenciación

33 Comunicación celular Interacciones parácrinas Interacciones yuxtacrinas Interacciones por conexinas

34 FGF: Más de 20 de genes de la familia FGF. Receptores tipo tirosin quinasa. Hedgehog: Shh Wnt: familia de glucoproteínas ricas en cisteína. Receptores frizzled TGFβ: Más de 30. BMP, activina, FIM, Vg1, GDNF, DPP (BMP1 proteasa!!). Via smad

35 Inducción

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38 Mantenimiento de la diferenciación

39 Cuando comienza la heterogeneidad celular? En muchos vertebrados no mamíferos la distribución desigual de los componentes citoplasmáticos determinará el tipo celular. En mamíferos estos determinantes no se han encontrado y entonces la pregunta es: Cuando comienza esta heterogeneidad celular? Cuando se especifica el trofoectodermo y el MCI? Se plantearon dos modelos: Modelo estocástico (Todas las células tienen la misma potencialidad) vs Modelo de Heterogeneidad sesgada ( biased heterogeneity») (Antes de la preimplantación ya las células son «diferentes»). Los trabajos de Goolan et al., 2016 y White et al., 2016 dan sustento al modelo 2.

40 La metilación de arginina H3 en mínima en células que darán trofoblasto y máxima en células de MCI. Sobreexpresión de CARM 1 resulta en upregulación de Sox2 y Nanog

41 Cell 165, 61 74, March 24, 2016 Cell 165, 75 87, March 24, 2016