CÉLULAS-TRONCO E A DIFERENCIAÇÃO CELULAR

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1 CÉLULAS-TRONCO E A DIFERENCIAÇÃO CELULAR CÉLULAS-TRONCO E A DIFERENCIAÇÃO CELULAR Plano de Aula -Desenvolvimento embrionário -Diferenciação celular -Células-tronco em diversos tecidos - Profª Juliana Schmidt Medicina 2014 CÉLULAS-TRONCO E A DIFERENCIAÇÃO CELULAR Bibliografia ALBERTS, B.; BRAY, D.; LEWIS, J.; RAFF, M.; ROBERTS, K.; WATSON, J.D. Biologia molecular da célula. 3.ed. Artes Médicas Sul Ltda.: Porto Alegre ALBERTS, B.; BRAY,D.; JOHNSON, A.; LEWIS, J.; RAFF, M.; ROBERTS, K.; WALTER, P. Fundamentos da biologia celular: uma introdução à biologia molecular da célula. Artes Médicas Sul Ltda.: Porto Alegre DE ROBERTIS, E. D. P.; DE ROBERTIS, E. M. F.; Bases da biologia celular e molecular. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, JUNQUEIRA, L.C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 7.ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, LODISH, Harvey (et al.) Biologia celular e molecular. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, Processos essenciais de construção do Embrião Ovo de camundongo fertilizado Secção de um blastocisto Proliferação celular Especialização celular Interação celular Movimento celular Produção de muitas células a partir de uma Formação de células com diferentes características e funções Coordenação do comportamento de uma célula com o de suas vizinhas Rearranjo das células para formar tecidos e órgãos estruturados 1

2 Organismos Multicelulares Quais fatores que influenciam a DIFERENCIAÇÃO CELULAR? contém o mesmo material genético Diferentes tipos celulares Produzem conjunto de proteínas diferentes DIFERENCIAÇÃO CELULAR ESPECIALIZAÇÃO Processo Gradual Desenvolvimento de organelas e estruturas celulares que serão vitais para o desempenho da função celular Extrínsecos (provenientes de outras células, da Matriz extracelular ou do Ambiente) Moléculas sinal (hormônios, fatores de crescimento) Fatores físicos (temperatura, radioatividade,...) Fatores químicos (medicamentos, poluentes,...) Fatores biológicos (infecção viral, bacteriana...) AGENTES TERATOGÊNICOS Modificações no formato da Célula por alterações no Citoesqueleto Quais fatores que influenciam a DIFERENCIAÇÃO CELULAR? Intrínsecos (nas células em diferenciação) DNA celular Material citoplasmático DIFERENCIAÇÃO CELULAR Ocorrem modificações moleculares e morfológicas com aumento da complexidade celular Células passam a exercer eficientemente funções que outras células também realizam, mas com menor eficiência Aumenta eficiência das células, mas torna-as dependentes umas das outras Origem Ectodérmica Céls. Neurônios Melanócito Epiderme Origem Mesodérmica Músculo Músculo Céls. Rim Hemácias Músculo Cardiaco Esquelé Liso Origem Endodérmica tico Cél. Pancreas Cél. Tireóide Cél. Fígado 2

3 A CÉLULA JOVEM NO CONTEXTO TECIDUAL CÉLULA TRONCO Não totalmente diferenciada Pode se dividir várias vezes Baixa frequência de divisão reduz senescência replicativa e mutações Cada célula-filha pode permanecer como célula tronco, ou pode prosseguir para a diferenciação definitiva Para manter estoque 50% das células filhas não deveriam se diferenciar Células-tronco adultas CÉLULA TRONCO Maneiras de uma célula-tronco produzir células filhas com destinos diferentes EPIDERME Sofre ataque frequente e direto do meio externo Renovação contínua Tempo decorrido desde formação da célula na camada basal até sua descamação ~1mês Camada basal deve fornecer células que se diferenciam e por fim descamam e também manter um estoque de células indiferenciadas (célulastronco) Células mortas (ativação parcial da Apoptose) perdem núcleo e organelas Camadas ativas metabolicamente Céls. Dendríticas derivadas da medula óssea Melanócitos derivados da crista neural EPIDERME EPITÉLIO INTESTINAL Células-tronco no topo das papilas dérmicas Células amplificadoras transitórias se dividem por um número limitado de ciclos A renovação é controla por interações com a membrana basal e por sinais das células vizinhas Psoríase renovação em 1 semana Células já comprometidas com a diferenciação se dividem mais 4 a 6 vezes 2 a 5 dias depois das células atingirem a extremidade da vilosidade entram em apoptose e depois descamam na luz intestinal 3

4 EPITÉLIO INTESTINAL 1 tipo de célula-tronco ENDOTÉLIO microvilosidades Secreção de muco Secretam + 15 tipos hormônios que regulam proliferação, digestão,... Sistema imune inato Migram para baixo Persistem por 20 dias (mouse) Sofrem apoptose e são fagocitadas por suas vizinhas Camada fina de células que reveste internamente os vasos e capilares sanguíneos Células endoteliais remodelam a rede de vasos sanguíneos permitem reparo e crescimento dos tecidos No embrião veias e artérias se desenvolvem a partir de pequenos vasos constituídos unicamente de endotélio e membrana basal ENDOTÉLIO ENDOTÉLIO - Angiogênese Células endoteliais no organismo adulto conservam capacidade de divisão e movimento celular -Renovação de endotélio dos vasos sanguíneos (fígado, pulmão meses / cérebro, músculo anos) -Produção de novos vasos sanguíneos (crescimento e desenvolvimento, reparo de endotélio lesado Angiogênese brotamento a partir de vasos já existentes Tecido com baixo O 2 aumenta concentração intracelular de HIF-1 (hipoxia inducible factor 1) que estimula expressão de VEGF (vascular endotelial grow factor) VEGF atua sobre células endoteliais induzindo: -Secreção de proteases para digestão do caminho através da membrana basal -Células migram na direção da fonte do sinal -Células proliferam -Células formam tubos e se diferenciam Com irrigação sanguínea a concentração de O2 no tecido se eleva e atividade de HIF-1 diminui e expressão de VEGF cai parando angiogênese ENDOTÉLIO - Angiogênese 60 HORAS APÓS FERIMENTO Sangue contém vários tipos celulares com diferentes funções Células com tempo de vida limitado produzidas durante toda a vida 4

5 Produz a maioria das células sanguíneas (exceto linfócitos T e alguns macrófagos) Produção de cada tipo é regulada Infecções bacterianas aumentam nº neutrófilos no sangue Infecções por protozoários e outros parasitos aumentam nº eosinófilos no sangu Altas altitudes aumenta nº eritrócitos no sangue Plaquetas brotam dos processos celulares dos Megacariócitos que se estendem através do endotélio dos seios sinusóides Células-tronco hematopoiéticas são pequena fração da população de células da medula óssea (1 em células) Multipotentes células da linhagem mielóide e linfóide Comprometimento ativação de alguns genes e bloqueio de outros comprometimento com linhagem mielóide ou linfóide Células progenitoras comprometidas passam por várias divisões até se tornarem definitivamente diferenciadas amplificação do nº células geradas Baixa taxa de divisão das Células-tronco reduz senescência replicativa e mutações Células-tronco necessitam de sinais para manter seu estado não comprometido (SINAIS PRODUZIDOS PELO CONTATO COM CÉLULAS DO ESTROMA) Células progenitoras se dividem por estímulo de fatores estimuladores de colônia (FATORES DE CRESCIMENTO) Tanto a programação da divisão celular quanto o comprometimento com uma via de diferenciação envolvem acontecimentos parcialmente ao acaso Leucemias células precursoras comprometidas adquirem capacidade de autorenovação ilimitada Medula Óssea Eritropoiese Medula Óssea Corrente Sanguínea Eritropoetina atua sobre células formadoras de colônias de eritrócitos Reticulócito -perde suas mitocôndrias e ribossomos em 1 a 2 dias Eritrócito maduro -no sangue por cerca de 120 dias -São fagocitados por macrófagos no baço e fígado (removem do sangue mais de eritrócitos senis/dia) Mioblastos em cultura TECIDO MUSCULAR ESQUELÉTICO diferenciação Células se fundiram Mioblasto prolifera, ativa genes músculo-específicos e se fundem formando sincícios Fibras musculares diferenciadas não são capazes de se dividir e sobrevivem geralmente por toda a vida Nº de fibras musculares esqueléticas é adquirido antes do nascimento em humanos Células-satélites próximas às fibras musculares podem proliferar e se diferenciar para reparar músculo lesado 5

6 TECIDO MUSCULAR ESQUELÉTICO CÉLULAS-TRONCO EMBRIONÁRIAS Crescimento das fibras musculares Aumento do nº Novas fibras só podem ser produzidas por fusão de mioblastos Aumento do comprimento Recrutamento de mais mioblastos para dentro das fibras já existentes aumenta nº núcleos/célula Aumento do diâmetro Recrutamento de mioblastos Aumento no tamanho e nº de miofibrilas contráteis Miostatina (secretada pelo músculo existente) regula o nº e tamanho das fibras musculares por feedback negativo CÉLULAS-TRONCO ADULTAS NOVOS ESTUDOS Células hematopoiéticas e musculoesquléticas Células-tronco neurais DIFERENCIAÇÃO NATURAL Neurônios e células da glia Células de diversos tipos (pneumócitos, hepatócitos,...) Células-tronco medula óssea Células sanguíneas 6

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