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Biología del
Desarrollo
Interacción Celular I
Biol 3019 - JA Cardé, PhD
Universidad de Puerto Rico - Aguadilla
Enero - Mayo 2014
Objetivos
• Al terminar la conferencia los estudiantes
estarán capacitados para:
•
Describir 3 procesos de comunicación celular y
establecer su importancia en el desarrollo, a
saber:
•
•
•
Adhesión celular
Migración celular
Señalización celular
Introducción
•
•
•
•
•
En el desarrollo los distintos tipos de células no existen al azar
Forman estructuras organizadas : corazón, pulmones, apéndiices
Ej: el mismo tipo de célula forma: huesos, piel, neuronas, sanguíneas
De alguna manera las células que se generan en segmentación son
organizadas en formas y establecen distintas conecciones entre si
Morfogénesis: proceso por el cual se forman las células de un tejido dan
forma a estructuras organizadas.
Introducción
•
Como es que la materia sola se organiza a sí misma en tejidos
embrionarios?
•
•
•
•
•
•
•
Como se forman tejidos separados de poblaciones de células?
Como se construyen organos a partir de tejidos?
Como se forman los organos en lugares particulares y como las
células migradoras llegan a sus destinos?
Como los organos y sus celulas crecen y este crecimiento es
coordinado?
Como los organos adequieren polaridad?
Remak 1850 – todas las células vienen del cigoto
Just y Holtfreter (1940) – diferencias a nivel de membrana celular
podria ser responsible de morfogenesis, organizacion de las 3 capas G
Adhesión celular
-Diferenciación se enfoca a nivel nuclear
- Expresión diferencial del genoma
-Morfogenesis se enfoca a nivel membranal (superficial)
- Hipótesis: Membrana celular igual en todas las células
- Estudios de fecundación y desarrollo temprano : NO
-Interacción o comunicación celular
- Larga distancia: control hormonal
- Paracrina vs endocrina
- Corta distancia: contacto célula a célula.
Células reagregadas se segregan espacialmente?
Townes y Holfreter 1955
•Epidermo presumtivo: pigmentadas / Mesodermo (Placa neural): no pigmentada
Diseño  Racional
•
Desagregarlas por pH
•
•
•
Mezclarlas
Restaurar el pH
Estudiar el comportamiento
•
Se segregan y
organizan
Segregación y Organización espacial
Conclusión?
Programada!!
La posición final de las células
segregadas refleja su lugar en el
embrión
El mismo experimento
-Mesodermo migra hacia el
centro con respecto a ectodermo
y mesodermo (A y B)
-Las tres juntas: endodermo se
separa de las otras y es envuelto
por estas
-Migración e interacción celular
Afinidad selectiva – regiones de
una capa son afines a regiones de
otra capa
-Positiva
-Negativa
De alguna manera las células tienen la forma de
ubicarse donde les corresponde en el embrión
Que fuerzas mueven las células durante Morfogénesi
Hipótesis de adhesión
diferencial
-Embrion + tripsina
-Dos tipos de celula de retina
- Pigmentadas vs neurales
-Mezclarlas e Incubar por horas y observarlas
-Se agregan al azar
-20 hrs: no pigmentadas en la periferia
-48 hrs: segregación en 2 grupos
-Las pigmentadas internas a las neurales
-Si la posición de célula A es interna a las de B y las
de B es interna a las de C entonces:
-Las de C siempre seran internas a la de A
Que fuerzas mueven las células durante Morfogénesi
Termodinámica de interacción celular
•
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•
•
•
•
•
Células interactúan en agregados con el menos costo de energía libre
Si la fuerza de adhesión de A-A es mas fuerte que la de A-B, entonces las
células con la mayor atracción superficial (A-A) migran central
Si la fuerza de adhesión entre A-A es igual a la de A-B, entonces se
organizan al azar
Si la fuerza entre A-A es mucho mayor que la de A-B, o sea la fuerza entre
A-B es descartable entonces se formaran agregados AA y BB
El embrión es una masa de células en equilibrio de fuerzas
Este equilibrio se cambia por la expresión diferencial del genoma a nivel
de superficie celular
Este cambio cambiará las fuerzas de adhesión lo que permite: migración
•
Que fuerzas mueven las células durante
Morfogénesis?
Distintos tipos de tejidos migran central
de acuerdo a la fuerza de su cohesión
superficial
• A menor tensión mas central la
• Todas las células pueden tener las mismas
migración
proteinas de superficie o “pega”
•
•
•
•
•
La expresión diferencial de estas, crea mas
o menos adhesión y PLT mas o menos
atracción entre ellas
Las diferencias son por la expresión
diferencial de moléculas de adhesión
Cadherinas – moléculas de adhesión
dependientes de Ca+2
Cruciales en segregacion y organizacion
Expresión diferencial :
•
tipos y concentraciones
• Cadherinas y Cateninas
•
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•
•
•
•
Cad externas se anclan por Cat internas
Forman complejo que mantienen juntos
los epitelios
Se unen al citoesqueleto vía actina y PLT
integrando el epitelio a la unidad mecánica
del citoesqueleto (A)
Sin caderina células dispersan
Con caderina permanecen asociadas
Ovocitos + antisense de mRNA
cadherina: masa celular interna se
dispersa al abrir el embrión (B)
• Cadherinas
•
•
•
•
Se agregan entre si
Conectan al citoesqueleto lo que permite fuerzas mecanicas para formar capas y
pliegues y tubos
Moleculas de señalización para regular expresión genetica
Varios tipos en embriones de vertebrados
•
•
•
•
•
E – temprano en todas, tarde en epitelio
P - placenta, unirse al utero
N - células del SNC
R – formación del ojo; retina
Proto – independiente del citoesqueleto, variantes de esta se asocian a:
•
comigración vs segregacion y diferenciación (notocordio vs somitas)
• Cadherinas
•
•
Importancia de cantiad de caderinas
producida para el sorteo celular o sea la
morfogénesis correcta
Dos tipos de celulas identicas excepto en
la razon de sintesis de cadherinas
•
Las de mayor síntesis  mayor tensión
PLT migraban al centro
Cadherinas
Tipo (A-C)
Tiempo
Interelación
- R y B cad - no se unen entre si
- N cad – importante separando precursores neurales de precursores
epidermales
- Apagar la N en células neurales o expresarla en las epidermales = no se
forma borde entre piel y SNervioso (DE)
-E cad – presente en todas las células de embrión temprano; las que seran
cresta neural la apagan y expresan la N
-Tiempo
-N cad – expresadas en mesénquima justo en el momento de su
condensación y aparición de cartílago, no antes, no despues
-Si Inyecto AB vs Ncat antes? de condensación de mesenquima?
Cadherinas
Sistemas de Adhesión
-Tiempo
-Fecundación – Segmentación –
Implantación
-Embrión 1er evento de
diferenciación:
-Masa celular interna – Embrión Morfogénesis
-Trofoblasto – capa externa –
adhesión al utero
- Integrinas – receptor para
colágeno, para sufato de
heparan del útero
- E cad
- P cad
Adhesión celular
BACK
•
•
•
Migración Celular
Característica común de epitelio y
mesénquimas
Combinación de mobilidad y guía
(ambas)
1. Polarización por quimiotaxis
(polo anterior/posterior)
2. Protrusión de el borde –
polimerización de actina, forman
filopodia, lamelopodia
3. Adhesión a sustrato extracelular
vía integrinas unidas a actinas
intracelulares
formando adhesiones focales
4. Liberación de adhesiones del polo
posterior.
Proteasas activadas por canales de
Ca2+ sensitivos a estress degradan
las adhesiones focales: migración
BACK
Señalización Celular
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•
•
•
•
•
•
Ejemplo de la importancia de interacción
celular en la organizacieon de tejidos
Como funciona el ojo de vertebrados?
LuzCórnealentediámetromúsculos
enfoque  retina neural
Como se consigue el arreglo con tal
presición?
Coordinada células induciendo a otras a
cambios
Señalización está presente en adhesión,
segmentación, migración y diferenciación
Estas señales pueden ser recíprocas
Clave para la construcción de órganos
Señalización Celular
•
•
•
PLT un grupo de células puede modifcar en
otras su: forma, frecuencia mitótica, destino
final
Inducción: interacción a corta distancia
entre diferentes tipos de células o tejidos (con
origenes, historia y propiedades distintas)
Inductor: productor de señal
•
•
Factor paracrino: factor secretado por
inductor que afecta tejidos adyacentes
Ej: Branchless (Bnl) en Drosophila
(desarrollo de tráqueas)
Inducido: tejido afectado, receptor
(Breathless (Btl))
•
Competencia: habilidad de la celula del
tejido para responder al inductor
•
Señalización Celular
OJO:
Inductorinducidocompetencia:
habilidad de la célula para
responder
•
•
•
Vesículas ópticas salen, ectodermo de
cabeza es competente para formar lentes
del ojo.
Lentes sobre vesículas para forma retina
Cambio vesícula óptica de lugar y?
•
•
•
Ectodermo de cabeza si se induce ojo
Ectodermo del tronco no se induce ojo
Implantes de otros tejidos tampoco
inducen ojos.
Figura 3.14
Asignada
Asignada – Figura 3.14 B
Señalización Celular - Recíproca
•
•
•
Inducción es Recíproca  Inductor es inducido por el inducido
Lente induce otros tejidos; como a la vesícula óptica
Vesícula óptica se convierte en la copa óptica
•
•
Su pared diferencia enretina pigmentada y retina neural
Vesícula induce ectodermo en lente y luego a ella el lente la
convierte en retina
Señalización Celular - Recíproca
•
•
•
•
Inducción puede ser instructiva o permisiva
Instructiva: una señal del inductor es necesaria para inducir
expresión genética de novo
Sin esa señal la célula inducida no se diferencia
Permisiva: el tejido inducido ya fue previamente determinado, solo
necesita un ambiente para expresar el rasgo o diferenciarse (matriz
extracelular)
Señalización Celular
Ej de inducción mas estudiados
Organo
Componente Mesenquima
Componente Epitelial
Hair, feathers,
sweat/mammary
glands
Limb
Dermis (mesod)
Epidermis (ectoderm)
Mesenchyime (mesod)
Epidermis (ectoderm)
Liver, pancreas,
salivary glands
Lungm Timo, Tirodes
Mesenchyime (mesod)
Epithelium (endodermo)
Mesenchyme (mesod)
Epithelium (endodermo)
Kidney
Mesenchyme epithelium
(mesod)
Mesenchyme (neural crest)
Ureteric bud (mesod)
Tooth
Jaw epithelium (Ectod)
Todos los órganos consisten de epitelios asociados con mesénquima
Propiedades de las inducciones
1) Inducción es regional-específica
-Células dela dermis
(mesénquima)
-combinadas con epitelios
(epidermis)
Mesénquima del ala:
plumas de vuelo
Mesénquima del muslo
plumas de muslo
Mesénquima del pie:
escamas y garras
PLT
La estructura cutánea
resultante depende del
origen del mesodermo
2da : Inducción es genético-específica
- Transplantes recíprocos de presunto
ectodermo oral de gástrula de
salamandra y a sapos en gástrula
- Resultan en quimeras:
- Salamandras con rasgos de
renacuajo
- Renacuajos con rasgos de
salamandras
- Mesénquima puede dar
instrucciones a epitelio, intrucciones
cruzan especies
- Epitelio puede responder dentro de
su limitación genómica, respuesta es
especie específica
Como se comunican Inductor e
Inducido?
Algunas inducciones son bloqueadas por filtros
entre epitelio y mesénquima; otras no
- Tipos de Inducciones
- Juxtacrinas –
membranas celulares
juxtapuestas
- Paracrinas – factores
difundibles entre 40200um
- Autocrinas –
- Tipo de paracrina
- Citotrofoblasto PDGF
- Mitosis acelerada
Resumen
• Adhesión celular
• Afinidad
• Adhesiónadherinas
• Migración celular
• Señalización celular
• Inducción/competencia
• Recíproca
• Gen específica
• Paracrinos/Endocrinos/Autocri
nos