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Diferenciação Celular

O que é diferenciação celular? diagrama de Waddington

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

Embriogênese: orquestrando a diferenciação celular

Simplificado...

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

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

O desenvolvimento de um organismo complexo

O desenvolvimento de um organismo complexo

O desenvolvimento de um organismo complexo Caenorhabditis elegans

Desenvolvimento de C elegans =

Desenvolvimento de C elegans

Desenvolvimento de C elegans

Desenvolvimento de C elegans AB P1

Desenvolvimento de C elegans AB P1 AB EMS P2

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!

Divisão simétrica e assimétrica

Divisão simétrica e assimétrica

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

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

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

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

controle interno sinais externos

Sinais externos

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

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

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:

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:

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

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);

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);

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)

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

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

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:

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:

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

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

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.

Oct-4 e a pluripotência Fatores de transcrição

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

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

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

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

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

relative expression Fatores de transcrição Oct-4 e a pluripotência Oct-4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 days Stelling, MP, Berkeley, CA

Fatores de transcrição Expressão gênica precede mudanças morfológicas.

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

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

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

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

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:

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

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

Modificação de histonas

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

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

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

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