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3 Diferenciação Celular

4 O que é diferenciação celular? diagrama de Waddington

5 O que é diferenciação celular? diagrama de Waddington O conceito de diferenciação está intimamente ligado a organismos multicelulares.

6 Embriogênese: orquestrando a diferenciação celular

7 Simplificado...

8 ...e como é de verdade: embriogênese humana... Winslow, 2001

9 ...e como é de verdade: embriogênese humana A embriogênese envolve os seguintes processos celulares: -proliferação -diferenciação -migração -morte... Winslow, 2001

10 O desenvolvimento de um organismo complexo

11 O desenvolvimento de um organismo complexo

12 O desenvolvimento de um organismo complexo Caenorhabditis elegans

13 Desenvolvimento de C elegans =

14 Desenvolvimento de C elegans

15 Desenvolvimento de C elegans

16 Desenvolvimento de C elegans AB P1

17 Desenvolvimento de C elegans AB P1 AB EMS P2

18 O destino de uma célula Em sua primeira divisão o C elegans já passa por um dos mais conhecidos processos de diferenciação: a divisão assimétrica!

19 Divisão simétrica e assimétrica

20 Divisão simétrica e assimétrica

21 Divisão assimétrica: orientação do fuso mitótico Na divisão assimétrica o fuso mitótico não se encontra perpendicular ao plano de clivagem.

22 Divisão assimétrica: polarização celular Com a célula parental polarizada, as células filhas receberão diferentes cargas de moléculas.

23 Divisão simétrica e assimétrica Ao longo de seu desenvolvimento o SNC passa por séries de divisoes simétricas e assimétricas. Huttner e Kosodo, 2005

24 Simétrica proliferativa Simétrica diferenciadora A A + A A B + B Assimétrica mono-diferenciadora Assimétrica bi-diferenciadora A A + B A B + C

25 controle interno sinais externos

26 Sinais externos

27 Controle interno 1) herança do mrna materno 2) fatores de transcrição: ativação e inibição gênica 3) alteração da cromatina

28 Controle interno 1) herança do mrna materno 2) fatores de transcrição: ativação e inibição gênica 3) alteração da cromatina

29 mrna materno O ovócito possui um estoque de mrna que será utilizado pelo zigoto durante todo o processo de clivagem até a formação da blástula:

30 mrna materno O ovócito possui um estoque de mrna que será utilizado pelo zigoto durante todo o processo de clivagem até a formação da blástula:

31 mrna materno Evidências: 1) ouriços-do-mar híbridos apresentavam apenas características maternas até o estágio de blástula (Tennant, 1914);

32 mrna materno Evidências: 1) ouriços-do-mar híbridos apresentavam apenas características maternas até o estágio de blástula (Tennant, 1914); 2) ovos de ouriço-do-mar enucleados foram capazes de sofrer clivagem até o estágio de blástula (Harvey, 1936);

33 mrna materno Evidências: 1) ouriços-do-mar híbridos apresentavam apenas características maternas até o estágio de blástula (Tennant, 1914); 2) ovos de ouriço-do-mar enucleados foram capazes de sofrer clivagem até o estágio de blástula (Harvey, 1936); 3) inibição da transcrição em zigotos não impede a clivagem (Browder, 1991);

34 mrna materno Evidências: 1) ouriços-do-mar híbridos apresentavam apenas características maternas até o estágio de blástula (Tennant, 1914); 2) ovos de ouriço-do-mar enucleados foram capazes de sofrer clivagem até o estágio de blástula (Harvey, 1936); 3) inibição da transcrição em zigotos não impede a clivagem (Browder, 1991); 4) inibição da tradução em zigotos impede a clivagem! (Browder, 1991)

35 Controle interno 1) herança do mrna materno 2) fatores de transcrição: ativação e inibição gênica 3) alteração da cromatina

36 Controle interno 1) herança do mrna materno 2) fatores de transcrição: ativação e inibição gênica 3) alteração da cromatina

37 Fatores de transcrição A herança do mrna materno pelo zigoto pula uma etapa fundamental na dinâmica celular que é a transcrição. Para que um gene seja transcrito, gerando um mrna, é necessário que o seu fator de transcrição atue:

38 Fatores de transcrição A herança do mrna materno pelo zigoto pula uma etapa fundamental na dinâmica celular que é a transcrição. Para que um gene seja transcrito, gerando um mrna, é necessário que o seu fator de transcrição atue:

39 Fatores de transcrição Um fator de transcrição pode ativar um gene...

40 Fatores de transcrição Um fator de transcrição pode ativar um gene......enquanto outro fator de transcrição pode inibir o mesmo gene...

41 Fatores de transcrição Um fator de transcrição pode ativar um gene......enquanto outro fator de transcrição pode inibir o mesmo gene......ou ainda o mesmo fator de transcrição pode ativar e inibir diferentes genes.

42 Oct-4 e a pluripotência Fatores de transcrição

43 Fatores de transcrição Oct-4 e a pluripotência -Oct-4 materno

44 Fatores de transcrição Oct-4 e a pluripotência -Oct-4 materno -regula genes ligados à manutenção da pluripotência

45 Fatores de transcrição Oct-4 e a pluripotência -Oct-4 materno -regula genes ligados à manutenção da pluripotência -atua junto a Nanog e SOX-2, regulando-se entre si

46 Fatores de transcrição Oct-4 e a pluripotência -Oct-4 materno -regula genes ligados à manutenção da pluripotência -atua junto a Nanog e SOX-2, regulando-se entre si Confocal image of diapause blastocyst immunostained for Oct-4 (pink) and Nanog (green) J Nichols, University of Cambridge

47 Fatores de transcrição Oct-4 e a pluripotência -Oct-4 materno -regula genes ligados à manutenção da pluripotência -atua junto a Nanog e SOX-2, regulando-se entre si -cai durante a diferenciação de células-tronco embrionárias

48 relative expression Fatores de transcrição Oct-4 e a pluripotência Oct-4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, days Stelling, MP, Berkeley, CA

49 Fatores de transcrição Expressão gênica precede mudanças morfológicas.

50 Controle interno 1) herança do mrna materno 2) fatores de transcrição: ativação e inibição gênica 3) alteração da cromatina

51 Controle interno 1) herança do mrna materno 2) fatores de transcrição: ativação e inibição gênica 3) alteração da cromatina

52 Alteração da cromatina: controle epigenético Na diferenciação a abertura e o fechamento de genes específicos fazem parte do remodelamento celular.

53 Alteração da cromatina: controle epigenético Na diferenciação a abertura e o fechamento de genes específicos fazem parte do remodelamento celular.

54 Alteração da cromatina: controle epigenético Na diferenciação a abertura e o fechamento de genes específicos fazem parte do remodelamento celular. Este controle é chamado de epigenético e se dá por vários mecanismos:

55 Alteração da cromatina: controle epigenético Na diferenciação a abertura e o fechamento de genes específicos fazem parte do remodelamento celular. Este controle é chamado de epigenético e se dá por vários mecanismos: -metilação do DNA (conversão de citosina a 5-metilcitosina) -modificação de histonas

56 Metilação do DNA Regiões ricas em citosinas metiladas tendem a ser silenciadas.

57 Modificação de histonas

58 Modificação de histonas As histonas podem ser modificadas da seguinte forma: -acetilação -metilação -ubiquitinação -fosforilação -sumoilação

59 Modificação de histonas As histonas podem ser modificadas da seguinte forma: -acetilação -metilação -ubiquitinação -fosforilação -sumoilação

60 Acetilação de histonas HAT (histone acetyltransferase) HDAC (histone deacetylase) Acetil-CoA (doador do grupamento acetil)

61 Alteração da cromatina: controle epigenético gêmeos idênticos Mesmo gêmeos idênticos podem apresentar expressão gênica diferente devido à diferenças epigenéticas.

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