Fundamentos de Biología del Desarrollo: Mecanismos, Vías y Regulación Génica

Diferencia entre mecanismos y estrategias

Los mecanismos dependen de las moléculas que codifican y ejecutan las distintas funciones celulares; pueden ser finitos y conservados. Las estrategias son los diferentes usos que las células hacen de los mecanismos para generar organismos y son más variadas.

Tipos de segmentación

• Holoblástica completa:
  • Isolecítica: con poco vitelo, da células iguales (ejemplo: ratón).
  • Mesolecítica: con más vitelo distribuido de forma desigual, dando células más pequeñas y más grandes con polo animal y vegetal (ejemplo: Xenopus).
• Meroblástica parcial:
  • Telolecítica: mucho vitelo que se reúne en una masa y un extremo se divide (ejemplo: pez cebra).
  • Centrolecítica: vitelo muy abundante que forma una masa central (ejemplo: Drosophila).

Conceptos clave en biología celular y genética

• Tipos de células madre:
  • Totipotente: forma un organismo completo.
  • Pluripotente: forma células de los tres linajes embrionarios.
  • Multipotente: da células de un único linaje.
  • Unipotente: solo se diferencia en un tipo celular.
• Transgén: Segmento de ADN clonado que contiene el elemento de codificación completo y elementos de control de un gen, además de complementos de cromosomas normales.
• Disco imaginal: Estructura epitelial con forma de saco que se encuentra dentro de la larva de mosca y que sufre metamorfosis para originar la mayoría de las estructuras adultas como cabeza y tórax, pero no el abdomen.
• Knock-in / Knock-out:
  • Knock-in: organismo modificado genéticamente al que se le reemplaza un gen normal por uno alterado con una mutación específica.
  • Knock-out: organismo que carece de la expresión de un gen particular.
• CRISPR: Familias de secuencias de ADN en bacterias que utiliza guías y a la proteína Cas9 para dirigirse a zonas elegidas de ADN y cortar; luego puede inactivar un gen o introducir moldes y modificaciones.

Vías de señalización celular

Vía de Notch

Notch es un receptor transmembrana. Este se puede activar uniéndose a otra molécula transmembrana denominada Delta. La unión se hace entre dos células vecinas. Hay reguladores de esta unión para que sea más fácil o más difícil. En algún momento, cuando se activa, se va a reclutar a una proteasa que va a cortar a Notch y el lado intracelular va a poder ir hacia el núcleo, donde va a poder interaccionar con otras proteínas para activar la expresión de genes diana.

Vía de SHH (Sonic hedgehog)

Cuando no está HH, tenemos a su receptor reprimiendo a otra proteína y toda la vía está reprimida. Cuando HH sí está, se va a unir a su receptor y va a inactivarlo, por lo que la vía estará activa, produciéndose la expresión de genes.

Vía de WNT

WNT es una molécula que se une a su receptor Frizzled, activándose la vía. La β-catenina es importante en esta vía y entra en el núcleo. Por tanto, se activan los genes diana. Cuando esta vía está muy activa, la enfermedad que se produce es el cáncer de colon.

Vía de EGFR

Cuando se activa, por homodimerización o heterodimerización, van a ocurrir fosforilaciones y cascadas de quinasas que activan a factores de transcripción que, a su vez, activan a los genes diana.

Niveles de regulación de la expresión génica

• Modificaciones a nivel genómico: Amplificación o reordenamiento de ADN, descondensar/condensar cromatina y metilación de ADN. La modificación de histonas por metilaciones impide la expresión, mientras que la acetilación la permite.
• Nivel transcripcional: Control por factores de transcripción (activadores, represores, coactivadores y corepresores).
• Nivel de procesamiento de ARN: Selección de ARN que salen del núcleo o mediante splicing.
• Nivel traduccional: Síntesis del polipéptido y control del mismo por factores o represores de traducción.
• Nivel postraduccional: Plegamiento, ensamblaje, escisión del polipéptido, modificaciones covalentes y proteólisis.
• Nivel de degradación de ARN y proteínas: Sujetas a regulación, como añadirle ubiquitina para su degradación.

Inhibición lateral

Es una interacción célula-célula que ocurre dentro de un grupo proneural para determinar y limitar las células que dan lugar a los neuroblastos. Al interaccionar, los neuroblastos nacientes expresan genes proneurales por encima de un umbral y expresan un ligando unido a la membrana llamado Delta; este se une y activa a los receptores Notch expresados en células vecinas. Cuando Notch está activo, la actividad de genes proneurales disminuye en estas células. Cuando se inhibe, los genes proneurales evitan que las células se vuelvan neurales y reduce los niveles de Delta.