Factores involucrados en la diferenciación celular

Durante la diferenciación celular en organismos multicelulares, las células se especializan y asumen roles como los de los nervios, los músculos y las células sanguíneas. los factores involucrados en la activación de la diferenciación celular incluyen la señalización celular , las influencias ambientales y el nivel de desarrollo del organismo. la diferenciación celular básica se produce después de que una célula espermática fecunda un óvulo y el cigoto resultante alcanza un tamaño determinado. en ese punto, el cigoto comienza a desarrollar diferentes tipos de células y necesita células diferenciadas para asumir las funciones especializadas.

El mecanismo que está en la raíz de la diferenciación celular es la expresión génica . Todas las células de un organismo tienen conjuntos de genes idénticos porque el código genético se copió de la célula de huevo original fertilizada por la célula espermática. para asumir una función especializada, una célula solo expresará o usará algunos de los genes en su código genético e ignorará el resto. por ejemplo, una célula que se diferencia para convertirse en una célula hepática expresará los genes de las células hepáticas, y todas las demás células hepáticas utilizarán el mismo conjunto de genes hepáticos. Se diferenciarán entre sí para formar el hígado.

La diferenciación celular se produce en tres situaciones:

• El crecimiento de un organismo inmaduro en un adulto.
  
• Rotación normal de células como las células sanguíneas en organismos maduros.
• La reparación de tejidos dañados cuando es necesario reemplazar células especializadas.

en cada caso, la señalización celular informa a las células qué tipo de célula especializada se requiere. Las células indiferenciadas expresan los genes correspondientes para satisfacer las necesidades del organismo.

El código genético de las células eucariotas se encuentra en el ADN en el núcleo. el ADN no puede abandonar el núcleo, por lo que la célula debe copiar el gen que desea expresar. messenger rna (mrna) se adhiere al ADN y copia el gen relevante. el mrna puede viajar fuera del núcleo y llevar las instrucciones genéticas a los ribosomas que están flotando en el citoplasma celular o que están unidos al retículo endoplásmico. Los ribosomas producen la proteína codificada por el gen expresado.

Dependiendo de las señales recibidas por la célula, las influencias ambientales y la etapa de desarrollo de la célula, el proceso de expresión génica se puede bloquear en cualquier etapa. Si el organismo no necesita la proteína codificada por el gen, la mrna no copiará el gen y el proceso de expresión génica no comenzará. incluso después de que mrna copie el gen, la molécula de mrna puede estar bloqueada para que no salga del núcleo o no pueda alcanzar un ribosoma. Los ribosomas pueden no producir la proteína requerida, incluso si la mrna entrega el código genético copiado. diferentes factores pueden influir en la expresión génica a lo largo de este proceso de varios pasos.

Los organismos tienen varias formas de asegurar que las células se conviertan en células especializadas y diferenciadas que se necesitan. El factor clave que impulsa la diferenciación celular en el cuerpo es la fabricación de proteínas. Las células se pueden diferenciar dependiendo de qué genes se expresan y qué proteínas se codifican en los genes expresados. Las proteínas producidas ayudan a las células diferenciadas a realizar su función especializada y les permiten decir a otras células lo que están haciendo a través de la señalización celular.

Un mecanismo adicional que puede influir en la diferenciación celular es la segregación asimétrica en la división celular. Sustancias como las proteínas especiales se juntan en un extremo de una célula. cuando la célula se divide, una célula hija tiene más proteínas especiales que la otra. Las células se convierten en diferentes tipos de células debido a la distribución de proteínas diferentes.

a medida que una célula se diferencia, el tipo de especialización que puede adquirir se vuelve más limitado. Las células madre embrionarias pueden convertirse inicialmente en cualquier tipo de célula, pero una vez que la célula está madura y ha adquirido un papel especializado, a menudo ya no puede cambiar. Las células madre embrionarias se denominan células totipotentes porque aún pueden asumir cualquier papel, mientras que las células maduras especializadas que están completamente diferenciadas solo pueden llevar a cabo su función especializada.

La expresión génica es responsable de la especialización celular, pero las células básicas tienen que ser capaces de asumir las funciones especializadas. Antes de que tenga lugar la diferenciación y la especialización celular, debe estar disponible el tipo correcto de celda. La segregación asimétrica puede producir tipos de células tan diferentes. Las células embrionarias totipotentes se convierten en uno de los tres tipos de células pluripotentes que eventualmente se diferencian en los diversos tejidos del cuerpo. Los tres tipos de células pluripotentes son:

• Las células endodérmicas se convierten en el revestimiento de las vías respiratorias y digestivas, así como en la formación del hígado y de muchas de las glándulas principales, como el páncreas.
  
• Las células mesodérmicas se diferencian para formar músculos, huesos, tejido conectivo y el corazón.
• Las células del ectodermo forman la piel y los nervios.

Si bien la señalización celular es responsable de la producción de algunos tipos de células diferentes y de la especialización celular, la segregación asimétrica actúa al comienzo del desarrollo celular para producir células pluripotentes. La transcripción de ADN a mrna se lleva a cabo de manera tal que el mrna produce ciertas proteínas en un extremo de la célula y diferentes proteínas en el otro extremo. los resultados de la división celular son dos tipos diferentes de células hijas que pueden producir células con diferentes especializaciones.

Los mecanismos internos que influyen en la diferenciación celular de las células pluripotentes se basan principalmente en la señalización celular. las células reciben señales químicas que les dicen qué tipo de célula o qué tipo de proteína se necesita. Los mecanismos de señalización celular incluyen:

• Difusión , en la que las células liberan sustancias químicas que se diseminan por los tejidos.
• Contacto directo , en el cual las células tienen químicos especiales en sus membranas celulares.
• Uniones de brecha , en las que los productos químicos de señalización pueden pasar directamente de una célula a otra.

las células continuamente envían mensajes químicos con respecto a sus actividades y reciben señales sobre lo que está sucediendo en su vecindario inmediato, en los tejidos donde se encuentran y en el cuerpo en general. Estas señales son los principales factores que afectan la especialización celular, y la señalización celular es el factor clave que impulsa la diferenciación celular en el cuerpo.

las células se vuelven sensibles a ciertas señales químicas porque tienen receptores en su membrana celular. Los receptores dependen del tipo de célula, cómo se ha desarrollado y qué genes se están expresando. A medida que se activan los receptores, la célula se diferencia aún más.

cuando una célula envía una señal a muchas células cercanas, emite un químico que se difunde a través del tejido en el que está incrustada la célula. la señal química es capturada por los receptores en las membranas celulares de las células circundantes y desencadena una respuesta dentro de cada célula. estas respuestas ayudan a hacer que las células se diferencien de una manera que forma tejido .

por ejemplo, las células que se convertirán en parte de un hígado emiten sustancias químicas que activan los receptores correspondientes en las células cercanas, y todas las células en esa ubicación se diferencian para convertirse en células hepáticas. a medida que se forma el tejido del hígado, la señalización celular adicional hace que algunas células se diferencien en células del conducto o tejido de conexión. Con el tiempo las células diferenciadas forman un hígado completo y funcional.

Para desarrollarse en las células especializadas que necesita el organismo, las células deben saber qué están haciendo otras células en su entorno inmediato. Los receptores especiales para el contacto célula a célula y las uniones entre las células facilitan el intercambio directo de señales entre las células vecinas. Las células pueden asegurar que su entorno corresponda a su especialización diferenciada.

En la señalización de célula a célula , las proteínas receptoras formadas especialmente en la superficie de una célula se corresponden con las proteínas correspondientes en la membrana de una célula vecina. cuando las células entran en contacto, las dos proteínas se unen y se dispara una señal de una célula a otra. La señal pasa a través de la membrana celular y entra en la célula donde causa un comportamiento celular específico. por ejemplo, las células de la piel deben asegurarse de que tengan otras células de la piel a su alrededor, pero algunas células de la piel tendrán las células del tejido subyacente debajo de ellas. La señalización de célula a célula permite que las células se aseguren de que su entorno coincida con su diferenciación.

Las uniones de brecha son enlaces especiales entre células vecinas que permiten un intercambio fácil y directo de proteínas que actúan como mensajes. Al usar uniones, las celdas pueden coordinar sus actividades e intercambiar señales de manera rápida y fácil. por ejemplo, las células nerviosas usan uniones de brecha para establecer vías nerviosas, y las uniones de brecha permiten que las células se diferencien en el tipo de célula nerviosa que sea apropiada para su ubicación en la piel, la médula espinal o el cerebro.

La señalización celular y la diferenciación celular resultante son procesos complejos con muchos pasos. Las señales deben producirse, propagarse, recibirse y aplicarse. Los desencadenantes que resultan de las señales celulares tienen que funcionar como se espera. Los factores que interrumpen cualquiera de los pasos pueden influir en la diferenciación celular y causar cambios en el organismo.

los factores que pueden influir e interrumpir la señalización celular y la diferenciación celular incluyen la falta de nutrientes; Si una célula no puede producir una proteína porque carece de los componentes básicos, no puede diferenciarse. Las mutaciones en el código genético son otro problema. Si el ADN es defectuoso o la transcripción es incorrecta, se interrumpe el proceso de señalización y diferenciación. Además de estos, si los químicos de señalización están bloqueados o los receptores celulares están llenos de enlaces químicos sin señalización, el proceso de señalización no funcionará correctamente.

Las influencias del entorno del organismo que pueden afectar la señalización celular, la expresión génica y la diferenciación celular pueden cambiar, detener o interrumpir el proceso. El organismo utiliza algunos factores ambientales para la adaptación, otros pueden usarse para combatir enfermedades y algunos dañan o matan al organismo.

por ejemplo, la temperatura ambiental puede influir en el desarrollo de algunos organismos. Las temperaturas más altas aceleran el crecimiento de las células y su diferenciación, mientras que las bajas temperaturas disminuyen o detienen el desarrollo. Las drogas pueden alterar la diferenciación celular dañina. por ejemplo, los medicamentos pueden bloquear uno de los pasos del proceso para el crecimiento ilimitado del tumor y detener la expresión de los genes correspondientes.

las lesiones pueden afectar la expresión de genes e influir en qué tipo de célula se necesita para reparar el daño. Los virus y las bacterias pueden influir en la diferenciación celular. por ejemplo, si una madre está infectada con una enfermedad como la rubéola, el feto en desarrollo puede tener influencia en su diferenciación celular y puede desarrollar defectos de nacimiento. Finalmente los químicos tóxicos pueden afectar la diferenciación celular. Las sustancias que atacan o bloquean los productos químicos de señalización o que bloquean las posiciones de los receptores de señal en las membranas celulares pueden detener la actividad de señalización e influir en la diferenciación celular.

En el caso de estos factores ambientales, el organismo trata de responder adaptándose o cambiando los procesos internos. la adaptación es efectiva para algunas de las influencias ambientales, pero para otras, el organismo puede sobrevivir pero exhibir defectos, o el organismo puede morir.