Niveles de diferenciación celular y su control.
Niveles de diferenciación celular y su control!
Todos los procesos celulares están controlados por enzimas (proteínas). Estos son sintetizados dentro de la célula por genes.
La expresión de los genes, es decir, la proteína sintetizada por ellos puede controlarse en tres niveles diferentes y este control se ejerce por los factores presentes en el citoplasma. Estos son:
I. Diferenciación efectuada en el genoma:
A. Cambio en el cuanto de ADN:
La cantidad de ADN se puede aumentar o disminuir y, por lo tanto, se puede lograr la diferenciación. El aumento o disminución puede ser provocado por los siguientes métodos.
1. Disminución de la cromatina:
Boveri (1889) observó una disminución de la cromatina en el cigoto del nematodo Parascaris, y descubrió que después de la primera escisión, desde la célula más cercana al polo animal, parte del material cromosómico se derrama hacia el citoplasma durante la segunda escisión.
En la etapa de 32 células, solo dos células tienen el complemento genético completo (células germinales primordiales), mientras que las restantes han sufrido una disminución de la cromatina (células somáticas presuntivas). Así, diferentes células de la blastula tienen diferente contenido de cromatina y tienen diferenciación cuantitativa. El cuántico diferencial de ADN tiene una interacción diferencial nucleopitásmica. Un fenómeno similar se ha notado en algunos dípteros.
2. Amplificación de genes:
En los ovocitos de anfibios, la síntesis de ARNr es muy activa. Para esto existe el gen para rRNA en un gran número de copias. El genoma diploide de Xenopus laevis contiene cerca de 1600 copias de los genes para el ARNr y todos ellos están agrupados en la región organizadora del núcleo.
Cada uno de estos nucleolos sintetiza activamente el ARNr. Los cromosomas del cepillo de lámpara de los ovocitos de anfibios tienen copias adicionales de los genes de ARNt y ARNm que sintetizan gran cantidad de estas moléculas. Estos tienen una influencia reguladora sobre el proceso de desarrollo.
3. Lesiones genéticas:
Una variedad mutante de Xenopus laevis poseía solo un nucleolo en lugar de dos normales. Esta deficiencia de material nucleolar no impide el desarrollo normal. Cuando estos mutantes se aparearon, los descendientes fueron de tres tipos: forma normal (2 nu), heterocigoto (1 nu) y mutante homocigoto (0. nu) en la proporción mendeliana típica de 1: 2: 1. No se desarrolla más allá de las primeras etapas. El mutante (Onu) se forma debido a la eliminación de los genes de ARN de 28 S y 18 S de uno de los cromosomas.
(B) Cambios químicos en el ADN:
El ADN puede modificarse químicamente por alquilación o metilación para las cuales las enzimas necesarias están presentes dentro de la célula. Las reacciones afectan a determinadas bases de nucleótidos del ADN que, a su vez, alteran otros resultados. De estos, la metilación tiene lugar solo después de la replicación del ADN, por lo que esta reacción tiene que ocurrir cada vez que se completa la replicación del ADN.
II. Control de la diferenciación a nivel de transcripción:
A nivel de transcripción durante el proceso de síntesis de proteínas, los diversos genes presentes en los cromosomas de un embrión en desarrollo pueden controlarse mediante los siguientes métodos.
1. Regulación génica por histonas:
La molécula bicatenaria de ADN tiene grupos ácidos libres de ácido fosfórico en su superficie externa y estos pueden establecer enlaces firmes con los grupos NH + 2 de los aminoácidos básicos de las cadenas de histonas. Esta asociación íntima de ADN e histonas evita que el ADN interactúe con otras sustancias en el citoplasma, por lo que sirven como plantillas para la producción de ARN. Las histonas inhiben la síntesis de ARN cebada con ADN para disminuir la actividad de la ADN polimerasa. Así, las histonas sirven como represores.
2. Regulación génica por proteínas ácidas:
Estas son fosfoproteínas sin histonas, con triptófano y tirosina como los principales constituyentes. Estas proteínas permanecen íntimamente asociadas con el ADN (complejo libre de histonas) y se consideran más vitales para las histonas de regulación de genes.
El complejo ADN-histona permanece inerte a la transcripción, de modo que las proteínas ácidas interactúan con las histonas básicas, y ponen las histonas de ciertos genes críticos como promotores para que los genes puedan transcribirse.
3. Regulación génica por heterocromatización:
La heterocromatina de interfase tiene algún papel específico en la regulación de genes. Por ejemplo, la síntesis de proteínas es muy inferior en los seres humanos donde las células sanguíneas contienen grandes masas de heterocromatina condensada, mientras que en las células blancas de la sangre, la síntesis de proteínas es mucho menor debido a la falta de heterocromatina condensada.
III. Control de diferenciación a nivel de traducción:
El mensaje transmitido por el ARNm debe decodificarse y los aminoácidos requeridos deben recogerse para formar las diversas proteínas. Esto implica varios pasos, por lo que siempre existe la posibilidad de que existan varios controles en cada nivel.
Los mecanismos reguladores importantes que existen a nivel de traducción son los siguientes:
1. Movimiento del ARNm desde el núcleo al citoplasma:
Es posible que todo el ARNm que sale del núcleo no alcance el citoplasma. Puede haber pérdida de bits de ARNm, lo que significa que la traducción puede no ser correcta. Si se evita que parte del ARNm llegue al citoplasma, entonces también la traducción puede ser diferente.
2. Retención de la degradación del ARNm dentro del núcleo:
El ARNm puede pasarse al citoplasma o puede degradarse o degradarse debido a diversos factores. La degradación puede ocurrir en algunas partes de las cadenas de ARNm que producen una traducción diferencial.
3. Enmascaramiento de ARNm:
Una vez que el ARNm está enmascarado, la traducción no es posible. El enmascaramiento requiere el trabajo de otro agente para actuar. El enmascaramiento puede no ser completo pero parcial, lo que provoca diferencias en la traducción.
4. Efecto de moléculas reguladoras específicas sobre el ARNm:
Ciertas moléculas reguladoras presentes en el citoplasma pueden asociarse con el ARNm y, por lo tanto, evitar que el ARNm desempeñe su papel en la traducción. La asociación puede ser parcial o completa.
5. Destrucción del ARNm:
A veces, el ARNm puede llegar a los ribosomas intactos, pero puede ser destruido debido a ciertas fuerzas que pueden existir. Esto evita o altera el trabajo de traducción, provocando así una diferenciación.
6. Inactivación ribosomal:
Los ribosomas que normalmente desempeñan un papel importante en la síntesis de proteínas pueden inactivarse, por lo que es posible que no se forme una proteína en particular. Después de algún tiempo el ribosoma también puede activarse. Este fenómeno provoca interrupciones temporales en la traducción.
7. Cambios en el plegamiento de cadenas polipeptídicas nacientes:
Durante la síntesis de proteínas, las cadenas polipeptídicas forman el precursor de las proteínas. Esto sucede mediante el plegado. Cualquier alteración en el patrón de plegado puede alterar la estructura y provocar la diferenciación.
8. Cambio provocado en los factores que influyen en la síntesis de proteínas:
Muchos factores como las hormonas, las enzimas, etc. producen una diferenciación al influir en el camino de la síntesis de proteínas. Las hormonas son muy efectivas en esta dirección y producen estos cambios a través de diferentes vías.
Pueden actuar como depresores de genes. Cuando se administró una inyección de hidrocortisona a ratas, la tasa de síntesis de ARN aumentó en el hígado. De manera similar, si se inyectan estrógenos, el endometrio uterino muestra una gran actividad. Se ha observado que la cortisona estimula las secreciones de las cuatro enzimas: triptófano pirrolasa, tirosina transaminasa, glutámica alanina transaminasa y arginasa. Las hormonas también pueden influir en la actividad enzimática en el nivel de traducción. Las hormonas afectan la actividad de los genes cromosómicos al localizarse en el núcleo. Las hormonas son más específicas de órganos que específicas de genes.
