Diferenciación celular para niños
La diferenciación celular es un proceso increíble en el que las células de un ser vivo cambian para volverse más especializadas. Imagina que una célula es como un aprendiz que, con el tiempo, aprende a ser un experto en algo específico, como una célula muscular, una célula nerviosa o una célula de la piel.
Para que una célula se diferencie, su expresión génica cambia. Esto significa que algunos de sus genes se "encienden" y otros se "apagan", lo que le permite adquirir una forma y funciones únicas.
Cualquier célula que tiene la capacidad de diferenciarse en otros tipos de células se llama célula madre. Estas células son muy importantes y se clasifican según cuántos tipos de células pueden formar.
La diferenciación ocurre muchas veces mientras un organismo multicelular se desarrolla. Por ejemplo, un cigoto (la primera célula de un nuevo ser vivo) se transforma en un complejo de tejidos y órganos especializados.
Este proceso cambia mucho el tamaño y la forma de la célula, cómo usa la energía y cómo responde a las señales de su entorno.
Contenido
Células madre y su capacidad de cambio
Código de colores (abajo) A= célula madre; B= célula del progenitor; C= célula diferenciada.
1- división simétrica de la célula madre.
2- división asimétrica de la célula madre.
3- división de la célula del progenitor.
4- diferenciación terminal.
Las células en desarrollo tienen diferentes niveles de "potencia celular", que es su habilidad para convertirse en otros tipos de células. Cuanta más potencia tiene una célula, más tipos de células diferentes puede producir.
- Una célula totipotente puede producir todos los tipos de células de un organismo, incluyendo los tejidos que forman la placenta. En los mamíferos, solo el cigoto y las primeras células después de la fecundación son totipotentes.
- Una célula pluripotente puede diferenciarse en cualquier tipo de célula que se encuentra en el cuerpo de un adulto, pero no en los tejidos de la placenta. Un ejemplo son las células madre embrionarias.
- Una célula multipotente solo puede convertirse en unos pocos tipos de células, generalmente del mismo grupo. Por ejemplo, las células madre de la sangre pueden formar diferentes tipos de células sanguíneas.
- Finalmente, una célula unipotente solo puede producir un único tipo de célula. Un ejemplo son las células madre que forman los espermatozoides.
¿Cómo se pueden "reprogramar" las células?
Los científicos han descubierto que es posible hacer que células ya especializadas regresen a un estado menos diferenciado, como si volvieran a ser células pluripotentes. Esto se logra usando ciertas "instrucciones" genéticas. Por ejemplo, los factores descubiertos por el científico Yamanaka pueden convertir células de la piel en células pluripotentes inducidas (iPS). Esto es muy útil para la investigación y posibles tratamientos.
¿Cómo funciona la diferenciación celular?
Cada tipo de célula especializada en nuestro cuerpo usa solo una parte de la información genética que tenemos. La diferenciación es un cambio en cómo se "leen" y usan esos genes.
El control epigenético: más allá de los genes
Además de los genes, hay mecanismos que ayudan a mantener los patrones de expresión génica a lo largo de muchas divisiones celulares. Esto se llama control epigenético. Son como "interruptores" que se añaden o quitan a nuestro ADN o a las proteínas que lo envuelven (llamadas histonas), cambiando si un gen se activa o se desactiva.
La metilación del ADN
Uno de los mecanismos más comunes es la metilación del ADN. En este proceso, unas enzimas añaden pequeños grupos químicos al ADN, lo que puede impedir que los genes se "lean". En las células embrionarias, la mayoría de los genes están "abiertos" para ser leídos. A medida que la célula se diferencia, algunos genes se metilan para que su expresión disminuya.
Factores clave para las células madre
Existen factores especiales, como Oct4, Sox2 y Nanog, que son muy importantes para mantener a las células embrionarias en su estado no diferenciado (pluripotente). Estos factores pueden modificar las histonas y el ADN para permitir o bloquear la lectura de los genes. Un equilibrio adecuado de estos factores es crucial; si se altera, la célula puede empezar a diferenciarse en un tipo específico.
El acceso a los genes y las histonas
Todas las células de nuestro cuerpo tienen el mismo genoma (toda la información genética). Lo que las hace diferentes es qué genes se activan o desactivan. Las histonas, que son proteínas que envuelven el ADN, pueden facilitar o bloquear el acceso a los genes.
- Cuando el ADN está muy apretado alrededor de las histonas, se llama heterocromatina y los genes no se pueden leer.
- Cuando el ADN está más relajado, se llama eucromatina y los genes sí se pueden leer.
La adición de grupos químicos a las histonas, como los grupos acetilo, generalmente "abre" el ADN y permite una mayor lectura de los genes. Otros cambios, como la metilación de histonas, pueden activar o reprimir la expresión de los genes, dependiendo de dónde ocurran.
Complejos que "silencian" genes
Existen complejos de proteínas, como el complejo represivo Polycomb (PRC2), que "silencian" genes al añadir grupos químicos a las histonas. Esto impide que la maquinaria celular lea esos genes. Si estos complejos no funcionan bien, las células embrionarias no pueden diferenciarse correctamente.
Proteínas que "activan" genes
Por otro lado, las proteínas del grupo Tritórax (Trx) hacen lo contrario: activan los genes. Una vez que comienza la diferenciación celular, estas proteínas se unen a las zonas activas del ADN y modifican las histonas para que los genes se "enciendan".
Los grupos Polycomb y Tritórax son como dos equipos que compiten: uno silencia y el otro activa. Esto permite que los genes se activen o desactiven rápidamente según las necesidades de la célula.
La comunicación entre células
Para que los tejidos y órganos se formen correctamente, las células necesitan comunicarse entre sí. Esto se logra a través de "señales" químicas llamadas morfógenos o factores de crecimiento.
Una célula produce una señal que se une a un "receptor" en la superficie de otra célula. Este receptor activa una serie de reacciones dentro de la célula, que amplifican la señal y finalmente cambian la forma de la célula o la expresión de sus genes.
Algunos morfógenos importantes son las proteínas morfogenéticas óseas (BMP) y los factores de crecimiento fibroblásticos (FGF). Otras señales, como el ácido retinóico, también pueden inducir la diferenciación celular.
El entorno de la célula: la matriz extracelular
Las células no están solas; están rodeadas por una red de proteínas y otras sustancias llamada Matriz extracelular. Esta matriz también puede influir en la diferenciación celular.
Por ejemplo, se ha demostrado que las células madre pueden diferenciarse de manera diferente según la rigidez del material en el que se encuentran. Las células "sienten" estas propiedades físicas de su entorno, y esta información puede activar cascadas de señales dentro de la célula que modifican la expresión de sus genes.
La diferenciación celular a lo largo de la evolución
En los animales
El estudio del desarrollo animal ha sido clave para entender la diferenciación. Organismos como la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) y un pequeño gusano (Caenorhabditis elegans) han sido muy útiles para descubrir cómo funcionan estos procesos. Muchos de los morfógenos y mecanismos que se encontraron en estos organismos también son importantes en otros animales, incluyendo los ratones y los humanos.
En las plantas
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En las plantas, la diferenciación ocurre a partir de células especiales llamadas meristemáticas. Estas células se transforman para formar las diferentes partes de la planta, como las hojas, el tallo y las raíces. Los cambios afectan la forma de las células, su contenido y cómo se relacionan con las células vecinas.
Se ha visto que ciertos genes, como los de la familia WOX, son importantes para organizar los grupos de células durante el desarrollo de la planta. Por ejemplo, en la planta Arabidopsis thaliana, la reducción de la expresión de un gen WOX4 hace que las plantas sean más pequeñas y que sus tejidos de transporte (floema y xilema) no se diferencien bien.
¿Qué es la dediferenciación?
La dediferenciación es un proceso en el que una célula ya especializada regresa a un estado menos diferenciado. Esto es común en animales como los anfibios y en las plantas, y a menudo está relacionado con la capacidad de regenerar partes del cuerpo.
Véase también
En inglés: Cell differentiation Facts for Kids
