Una célula encuentra su destino: la diferenciación celular en animales

Neurona humana . Licencia Creative Commons.

Cada órgano del cuerpo realiza tareas diferentes, por ejemplo el intestino se especializa en procesar los nutrientes de los alimentos. Distintos tipos de células componen estos órganos y tienen tareas específicas que permiten el funcionamiento de nuestros órganos. Un tipo celular es una célula que realiza una función específica en un órgano o sistema del cuerpo. Por ejemplo las neuronas procesan señales de órganos como los ojos y la piel. Pero, ¿cómo surgen todos estos tipos celulares que forman los tejidos?

Una célula reproductiva materna llamada óvulo contiene la mitad del material genético necesario para desarrollar un nuevo individuo. La otra mitad la tiene la célula reproductiva paterna o espermatozoide. Cuando estas dos células se unen durante el proceso de fecundación se reunen todos los componentes necesarios para que un nuevo individuo se desarrolle. Esta célula inicial a partir de la cuál se desarrollará un nuevo individuo se conoce como cigoto. Es del cigoto de donde surgirán todo los órganos del cuerpo durante el proceso de desarrollo del embrión que aumenta su número de células gradualmente hasta ir formando tejidos. Antes de que surgan órganos completos primero se forman capas de células llamadas capas germinales durante el proceso de gastrulación que divide al embrión en tres capas: endodermo o capa interna, mesodermo o capa media y ectodermo o capa externa. Los tejidos que forman los órganos surgen de estas capas germinales. El intestino por ejemplo se desarrolla a partir del endodermo, los músculos del mesodermo y el sistema nervioso del ectodermo. Luego de que estas capas se forman hay grupos de células que adquieren un destino celular en dos pasos. El primer paso se denomina especificación y se puede revertir, por ejemplo un grupo de células que formarán tejido muscular en fase de especificación pueden colocarse en otra región del embrión y adoptarán el estado de las células en esa región. La determinación ocurre cuando una célula ya no puede revertir su estado y al dividirse solo genera células de su misma identidad, además esta identidad se mantiene a pesar de cambiar a la célula de región en el embrión. Tanto la especificación como la determinación dependen de procesos moleculares internos y señales externas provenientes de otras células. Cuando una célula se determina se dice que está diferenciada y ha alcanzado su destino celular.

Entender la diferenciación y como se mantiene es importante para enteder dos procesos biológicos importantes para la salud humana: la regeneración de tejidos y el cáncer. En el caso de la regeneración se sabe que para que un tejido se regenere, las células deben ser capaces de perder su estado diferenciado para poder sustituir las células dañadas con nuevas células sanas, a este proceso se le conoce como desdiferenciación [1]. Un proceso similar ocurre en el cáncer, en el cuál también hay desdiferenciación pero combinada con otros procesos que inducen la formación de tumores [3]. Actualmente ya es posible estudiar la actividad molecular de células individuales. Estas tecnologías podrían utilizarse para comparar los mecanismos de diferenciación en distintas especies [2], o para entender cuáles son las diferencias entre tipos celulares de organismos distintos [4].

Alexander Ramos Díaz.

Referencias

1. Alvarado & Yamanaka. Rethinking Differentiation: Stem Cells, Regeneration, and Plasticity. Cell 157, 110–119 (2014).

2. Briggs et al. The dynamics of gene expression in vertebrate embryogenesis at single-cell resolution. Science 360 (2018).

3. Friedmann-Morvinski & Verma. Dedifferentiation and reprogramming: origins of cancer stem cells. EMBO reports 15 244–253 (2014).

4. Sebé-Pedrós et al. Early metazoan cell type diversity and the evolution of multicellular gene regulation. Nat Ecol Evol 2, 1176–1188 (2018).

*Neurona motora humana cultivada a partir de células de un paciente con esclerosis lateral amiotrófica. Los colores han sido modificados para facilitar la visualización. Disponible en: http://cellimagelibrary.org/images/41025 .

Vídeos recomendados

 Diferenciación en la embriogénesis por Alejandra Fernández, Universidad de Buenos Aires.

 Diferenciación celular en tejidos por Alejandra Fernández, Universidad de Buenos Aires.

 Diferenciación celular, KhanAcademyEspañol.

What are stem cells? by  Craig A. Kohn and animated by Qa'ed Mai, TED-Ed  con subtítulos en español (¿Qué son las células madre? ) . Recomendado para entender las ideas básicas sobre diferenciación celular en cáncer y procesos de regeneración de tejidos.