Rodrigo Ricardo

Cómo las moléculas de señalización controlan la diferenciación

Publicado el 11 septiembre, 2020

Diferenciación

La diferenciación es el proceso por el cual una célula se convierte en una célula madura funcional de un tipo específico. Como recordará, las moléculas de señalización juegan un papel clave en la diferenciación de diferentes tipos de células en el embrión en desarrollo. Pero, ¿cómo funcionan realmente? Una célula no se diferencia automáticamente cuando encuentra una molécula de señalización. Es un poco más complicado que eso, y también por una buena razón. Con cientos de posibles moléculas de señalización que una célula podría encontrar, tiene que ser capaz de responder a una señal real e ignorar un encuentro casual con una molécula perdida.

Además, la célula tiene que incorporar información de más de un tipo de molécula de señalización para activar el programa diferencial correcto. Y luego está la cuestión de qué cambios en una célula hacen que se diferencie. Así que abróchate el cinturón y prepárate, ¡porque vamos a realizar un recorrido relámpago por lo que hace que una célula se diferencie!

Ligandos y receptores

Usemos BMP-4 nuevamente como un ejemplo de molécula de señalización. En términos de biología, BMP-4 se considera un ligando o una molécula que se une a un receptor. BMP-4 es capaz de unirse específicamente a un receptor de BMP; sin embargo, una molécula de BMP-4 que se une a un receptor de BMP no es suficiente para señalar a la célula. En este caso, se necesitan dos moléculas de BMP-4 unidas a cuatro receptores de BMP para activar una vía de señalización dentro de la célula. Esto es bastante típico de la señalización del receptor en las células.

Verá, si solo se necesitara un ligando unido a un receptor para activar una vía de señalización, entonces una molécula de señalización perdida y fuera de lugar o un receptor defectuoso unido al ligando incorrecto podría activar potencialmente la vía de señalización incorrecta. Al requerir más de una molécula de señalización para formar un complejo con más de un receptor, la célula asegura que la molécula de señalización esté disponible en abundancia y que pueda ser reconocida por múltiples receptores.

Cuando el número requerido de ligandos se une al número requerido de receptores, se activa una vía de señalización dentro de la célula. Estas vías están compuestas por una serie de moléculas, principalmente proteínas y lípidos, que se alteran entre sí en una secuencia específica y finalmente conducen a la activación de un tipo de proteína llamada factor de transcripción.


Una vía de señalización que conduce a la activación de un factor de transcripción.
Activación del factor de transcripción

Factores de transcripción

Un factor de transcripción es una proteína que puede unirse a una secuencia de ADN específica y activar la transcripción de un gen. Cada factor de transcripción tiene una secuencia de ADN única que reconoce y a la que se une, denominada sitio de unión del factor de transcripción . Suena bastante simple: un factor de transcripción se une a su sitio de unión y activa la transcripción de un gen, ¿verdad?

Bueno, no tan rápido. Verá, un factor de transcripción por sí solo no es suficiente para activar la transcripción de un gen. Por lo general, se necesitan tres o más factores de transcripción diferentes que se unan todos a sus sitios de unión de factores de transcripción específicos muy próximos entre sí para activar la transcripción de un gen cercano. Ésta es una forma en la que múltiples vías de señalización activadas por múltiples moléculas de señalización pueden integrarse juntas para dirigir un conjunto muy específico de genes a transcribir.

Echemos un vistazo a cómo puede suceder esto. Digamos que tenemos una célula embrionaria que se encuentra en una ubicación donde tres moléculas de señalización diferentes se concentran lo suficiente como para activar sus receptores específicos y activar sus vías de señalización. En aras de la simplicidad, daremos a estas moléculas de señalización los nombres genéricos A, B y C. Digamos también que las vías de señalización activan factores de transcripción llamados TF-A, TF-B y TF-C, que se unen a secuencias de ADN específicas que designaremos como sitios de unión A, B y C respectivamente.


Ejemplo del proceso de activación del factor de transcripción
Diagrama de activación de la transcripción

En este ejemplo, los factores de transcripción TF-A, TF-B y TF-C se activarán y pueden unirse a los sitios de unión A, B y C, que están dispersos por todo el genoma. En áreas muy específicas donde los tres de estos sitios de unión se encuentran lo suficientemente cerca, los factores de transcripción pueden trabajar juntos para iniciar la transcripción de un gen cercano. A menudo, varios genes tendrán el mismo grupo de sitios de unión cerca y todos serán transcritos como resultado de la misma combinación de moléculas de señalización. Sin embargo, un gen que está regulado por una combinación de factores de transcripción hipotéticos TF-B, TF-C y TF-D no se transcribirá porque la combinación de solo TF-B y TF-C unidos al ADN cercano no es suficiente para activar la transcripción del gen.

De esta manera, la combinación específica de moléculas de señalización A, B y C pueden activar juntas la transcripción de varios genes que pueden hacer que la célula se diferencie en un tipo celular específico. Alternativamente, en otra célula que está expuesta a las moléculas de señalización A, B y D, se transcribirá un conjunto de genes totalmente diferente y la célula se diferenciará en un tipo diferente de célula.

En muchos casos, los genes que se transcriben como resultado de estas moléculas de señalización son en sí mismos factores de transcripción que pueden combinarse para activar rondas posteriores de transcripción de un conjunto de genes completamente diferente. Al transcribir y finalmente expresar nuevos conjuntos de factores de transcripción en diferentes momentos, una célula puede diferenciarse en etapas a lo largo del tiempo.

La expresion genica

La expresión génica , o la formación de una proteína codificada por un gen en particular, es extremadamente importante durante el desarrollo. Esto se debe a que, en el nivel más fundamental, lo que hace que una célula cerebral sea diferente de una célula hepática son los genes que expresan. En su mayor parte, todas las células de su cuerpo tienen el mismo ADN que forma todo el genoma humano. Esto significa que, con solo unas pocas excepciones, cada tipo de célula humana tiene todos los genes que codifican todas las proteínas que se encuentran en todo el cuerpo.

Una célula cerebral contiene genes que codifican proteínas que solo se encuentran en las células hepáticas, y las células hepáticas contienen genes que codifican proteínas que solo se encuentran en las células cerebrales, pero cada tipo de célula en el cuerpo humano solo expresa los genes que necesita funcionar correctamente y hacer el trabajo específico que se supone que debe hacer. Como resultado, las moléculas de señalización y los factores de transcripción que activan juegan un papel crítico en la diferenciación de los tipos de células.

Los científicos aún no conocen todas las moléculas de señalización, factores de transcripción y otras moléculas que se necesitan para expresar cada gen humano, pero están trabajando en ello. Quién sabe, tal vez algún día incluso tengamos formas de manipular la expresión genética en pacientes que podrían beneficiarse de la regulación de la expresión de ciertos genes.

Resumen de la lección

Revisemos. Un ligando es una molécula que se une a un receptor. La mayoría de las moléculas de señalización, como BMP-4, son ligandos y pueden unirse a receptores ubicados en la superficie de una célula. Sin embargo, se necesitan dos moléculas de BMP-4 unidas a cuatro receptores de BMP para activar una vía de señalización dentro de la célula. Esto asegura que la molécula de señalización esté disponible en abundancia y pueda ser reconocida por múltiples receptores.

Cuando el número requerido de ligandos se une al número requerido de receptores, se activa una vía de señalización dentro de la célula. Para las moléculas de señalización que regulan el desarrollo, el resultado final de una vía de señalización activada suele ser la activación de un factor de transcripción específico.

Un factor de transcripción es una proteína que puede unirse a una secuencia de ADN específica y activar la transcripción de un gen. Cada factor de transcripción tiene una secuencia de ADN única que reconoce y a la que se une, denominada sitio de unión del factor de transcripción . Por lo general, se necesitan tres o más factores de transcripción diferentes que se unan todos a sus sitios de unión de factores de transcripción específicos muy próximos entre sí para activar la transcripción de un gen cercano. Ésta es una forma en la que múltiples vías de señalización activadas por múltiples moléculas de señalización pueden integrarse juntas para dirigir un conjunto muy específico de genes a transcribir.

Un gen se transcribe si la combinación correcta de factores de transcripción se une a sus sitios de unión específicos en un grupo que se encuentra muy cerca del gen. En este tipo de sistema, combinaciones ligeramente diferentes de factores de transcripción activos en una célula pueden dar como resultado conjuntos de genes completamente diferentes que se transcriben.

La diferenciación es el proceso por el cual una célula se convierte en una célula madura funcional de un tipo específico. Uno de los componentes más importantes de la diferenciación es la expresión génica o la formación de una proteína codificada por un gen en particular. Esto se debe a que, en el nivel más fundamental, lo que hace que una célula cerebral sea diferente de una célula hepática son los genes que expresan.

En su mayor parte, todas las células de su cuerpo tienen el mismo ADN que forma todo el genoma humano. Sin embargo, cada tipo de célula en el cuerpo humano solo expresa los genes que necesita para funcionar correctamente y hacer el trabajo específico que se supone que debe hacer. Como resultado, las moléculas de señalización y los factores de transcripción que activan controlan la expresión génica y, en última instancia, la diferenciación.

Los resultados del aprendizaje

Después de ver esta lección, debería poder:

  • Definir diferenciación, ligando, factor de transcripción y sitio de unión a la transcripción
  • Resumir el proceso de los factores de transcripción que señalan las vías de transcripción en las células.
  • Explicar la expresión génica y en qué se diferencia una célula cerebral de una célula hepática.

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