Diferenciación celular

Definición de diferenciación celular

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La diferenciación celular, es el proceso mediante el cual una célula sufre cambios en la expresión génica para convertirse en un tipo de célula más específico. El proceso de diferenciación celular permite a los organismos multicelulares crear tipos de células y planes corporales excepcionalmente funcionales. El proceso de diferenciación celular está impulsado por la genética y su interacción con el medio ambiente.

Todos los organismos parten de una sola célula. Esta única célula lleva el ADN que codifica todas las proteínas que utilizará el organismo adulto. Sin embargo, si esta célula expresara todas estas proteínas a la vez, no sería funcional. Esta célula debe dividirse repetidamente y las células deben comenzar el proceso de diferenciación celular a medida que se dividen. Las líneas celulares comienzan a emerger y las células se vuelven cada vez más específicas. Finalmente, se forma un organismo completo con cientos de tipos de células diferentes a partir de este proceso de diferenciación celular.

La masa original de células, que no se ha diferenciado, se conoce como células madre. A diferencia de la división celular normal, que crea dos células hijas idénticas, la división de las células madre es una división celular asimétrica. En este caso, una de las células permanece idéntica a la célula madre madre. En la otra célula, los desencadenantes químicos activan el proceso de diferenciación celular y la célula comenzará a expresar el ADN de un tipo celular específico. Las células madre que pueden diferenciarse en organismos completos se conocen como células madre embrionarias y se dice que son totipotentes.

Por el contrario, el cuerpo también tiene muchas células que son solo pluripotentes. Estas células ya han sufrido alguna diferenciación celular. Estas células madre solo se pueden dividir en un rango limitado de tipos de células. La médula ósea, por ejemplo, contiene células madre somáticas que solo pueden convertirse en glóbulos rojos. Estas células son necesarias para la reposición constante de las células sanguíneas, que en su mayoría están inactivas además de su capacidad de transportar oxígeno.

Ejemplos de diferenciación celular

En animales

Después del proceso de fertilización en animales, se forma un organismo unicelular llamado cigoto. El cigoto es totipotente y eventualmente se convertirá en un organismo completo. Incluso el animal más grande de la Tierra, la ballena azul, comienza como una sola célula. Los complejos tejidos y sistemas de órganos, que son completamente diferentes en su forma y función, todos provienen del cigoto. El proceso de diferenciación celular comienza temprano en el organismo. Cuando se forma la gástrula, las células ya han comenzado a expresar varias porciones del ADN.

Estos cambios impulsan los primeros procesos de plegamiento dentro del embrión. A medida que los tejidos continúan formándose, algunas células comienzan a liberar hormonas o desencadenantes químicos que indican a varias células que reaccionen. Las señales hormonales dirigen la expresión del ADN en varias partes del cuerpo, lo que impulsa aún más su diferenciación celular. En los seres humanos, solo se necesita poco más de un mes para que se forme un corazón y un sistema circulatorio rudimentarios.

A medida que los sistemas continúan formándose, muchas de las células madre pierden su totipotencia y experimentan diferenciación celular. Esto permite una producción más rápida de células especializadas, que el organismo en crecimiento necesita para mantener su crecimiento y entrar al mundo con éxito. A través de la diferenciación celular, se forman tejidos tan diferentes como el tejido cerebral y el músculo a partir de la misma célula.

En Plantas

Si bien el ciclo de vida de las plantas a veces parece extraño y complejo, el proceso de diferenciación celular es muy similar. Si bien hay diferentes hormonas involucradas, todas las plantas también se desarrollan a partir de una sola célula. Una semilla es simplemente una carcasa protectora para el cigoto, que también proporciona un suministro de alimento. Es muy similar a un huevo en el mundo animal. El cigoto del interior sufre una división celular y se convierte en un pequeño embrión. El desarrollo se detiene, ya que la semilla se distribuye por el mundo.

Después del invierno, o en cualquier momento en que el ambiente sea óptimo, la semilla absorberá la humedad y reiniciará el proceso de desarrollo. El embrión comenzará a formar dos meristemos. Un meristemo es una porción única de células madre, que se diferencian de las células a medida que crecen hacia afuera. Uno crecerá hacia la superficie, mientras que el otro se convertirá en las raíces.

En las raíces se forma una capa de células alrededor del meristemo, formando la capa de la raíz. Esta capa de células se desprende a medida que las raíces se mueven a través del suelo y son reemplazadas constantemente por el meristemo. En el interior del meristemo, la diferenciación celular ocurre en una dirección diferente. Las hormonas y el medio ambiente aquí dirigen a las células a convertirse en tejido vascular y células de soporte. Estos eventualmente llevarán agua y nutrientes a la parte superior de la planta.

En la superficie, el meristemo actúa de manera similar. A medida que se divide hacia arriba, crea células tanto internas como externas. Las células internas experimentan una diferenciación similar a la de las raíces, creando más tejido vascular. En el exterior, las células se diferencian en tallos y hojas. Estos son equivalentes a los diferentes órganos de los animales y son tan diferentes de las células iniciales como las células animales. Si no está convencido, tome una bellota y compárela con el enorme árbol en el que se convertirá. No solo es mucho más pequeño, sino que también contiene tipos de células completamente diferentes. Esto puede explicarse mediante el proceso de diferenciación celular.

Proceso de diferenciación celular

Una de las claves del proceso de diferenciación celular son los factores de transcripción. Estas hormonas y sustancias químicas dirigen las actividades que rodean al ADN, determinando qué se transcribe y qué se ignora. Los factores presentes en las células desde el nacimiento hasta la muerte están determinados por el cuerpo y otras células cercanas.

Por ejemplo, el páncreas o la tiroides pueden liberar una hormona que requiere el crecimiento celular. Este factor de transcripción impacta directamente en las proteínas que transcriben el ADN, convirtiéndolo eventualmente en proteínas funcionales y más células. Sin embargo, cuando las células comienzan a comprimirse, también se comunicarán entre sí que no hay más espacio. Por tanto, el proceso de diferenciación celular tiene multitud de entradas y posibles resultados.

Este complejo proceso aún está en estudio. Los científicos han logrado avances considerables en la comprensión de la diferenciación celular, comenzando con la comprensión completa del nematodo C. elegans. Esta diminuta criatura parecida a un gusano tiene un total de 959 células como hembra adulta. Con un número tan pequeño, es relativamente fácil rastrearlos desde el cigoto hasta el adulto. Al rastrear su linaje celular, los científicos han comenzado a determinar algunas de las fuerzas complejas y epigenéticas que trabajan en la diferenciación celular. En otras palabras, no solo importa qué ADN tiene una célula, sino dónde y cómo se expresa ese ADN.

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