Il Differenziamento cellulare I segnali di sopravvivenza rimangono mentre quelli della divisione cellulare sono sostituiti da nuovi segnali (F, G) per l’attivazione dei Programmi Differenziativi.

Il Differenziamento descrive i processi attraverso i quali una cellula acquisisce un nuovo fenotipo o dà origine a cellule della progenie il cui fenotipo è diverso da quello parentale. Una cellula differenziata: 1. non si modifica più 2. svolge una funzione specializzata 3. si divide di rado 4. è pronta a morire per usura

Lo Sviluppo di un organismo è il processo attraverso il quale una singola cellula iniziale (ovocita fecondato = zigote) dà origine, attraverso una sequenza di divisioni cellulari, a un organismo costituito da molti tipi cellulari diversi. Lo Zigote dunque è una cellula totipotente, ha cioè la capacità (informazioni) di dare origine a tutti i tipi di cellule di cui è composto un organismo.

Cellula uovo fecondata Proliferazione Embrione precoce EMBRIONE Differenziamento Cellule differenziate = Tessuti = organi

Le cellule appartenenti ai tessuti diversi differiscono notevolmente per il loro fenotipo sia dal punto di vista della forma, sia dal punto di vista delle funzioni biologiche che svolgono Cellula muscolare Cellula nervosa

Se si analizzano i tipi di proteine presenti nelle cellule appartenenti a tessuti diversi, ci si accorge che essi differiscono. Allora è naturale chiedersi: ma queste cellule che differiscono per il fenotipo (forma, contenuto proteico), differiscono anche per il loro genotipo????? Globuli rossi Cell. Epidermiche Cell. muscolari Emoglobina Cheratina Actina e miosina

Una prima risposta può essere data se si ha ben presente cosa succede al corredo genetico nel corso della proliferazione cellulare, con particolare riferimento alla fase S e alla fase M del ciclo cellulare. DISCUSSIONE

Sulla base di quanto emerso dalla discussione è evidente che cellule diverse dello stesso organismo hanno fenotipo diverso, ma identico genotipo. Questo è confermato da esperimenti di clonazione.

Clonazione di un girino Cellule di epidermide adulta in coltura Trapianto del nucleo Sviluppo di una larva di girino nell’uovo L’irradiazione UV distrugge Prelievo del nucleo da una cellula il DNA del nucleo dell’uovo di epidermide adulta e dell’uovo non fecondato privato del suo nucleo 1,7%

Dunque le cellule embrionali, ma anche le cellule somatiche differenziate conservano tutte le informazioni (geni) per lo sviluppo e la formazione dei diversi tipi di cellule che compongono l’individuo. Questo vuol dire che il meccanismo molecolare alla base del differenziamento è l’espressione differenziale di gruppi di geni.

Quali sono i fattori che provocano l’espressione differenziale dei geni e quindi il differenziamento cellulare (acquisizione di proteine specifiche per svolgere determinate attività biologiche)?

La risposta può essere dedotta dai risultati ottenuti coltivando cellule staminali in terreno contenente mediatori chimici diversi. Le cellule staminali sono cellule che, se non determinate, esprimono totipotenza cioè la capacità di dare origine ad un nuovo individuo Le cellule staminali si trovano nell’embrione ma anche nell’individuo adulto (midollo spinale, epiteli, cervello e in alcuni altri distretti).

Quindi l’espressione differenziale di gruppi di geni non è altro che la risposta delle cellule staminali a mediatori chimici esterni (segnalazione). Sulla base di questa conclusione, il differenziamento può essere considerato un processo durante il quale si realizzano limitazioni successive alle capacità potenziali delle cellule staminali in modo che esse possano dare origine solo ad un tipo di cellula dell’organismo.

Un meccanismo importante alla base dell’espressione differenziale di gruppi di geni è l’attivazione di fattori di trascrizione i quali possono attivare o disattivare determinati geni. Un esempio lo abbiamo già visto:

Attivazione di un gene da parte di un segnale (ormone steroideo) lipofilico. In questo caso il recettore dell’ormone è il fattore di trascrizione per il gene responsabile della risposta cellulare alla segnalazione.

I gene attivato dall’ormone steroideo potrebbe codificare per un altro fattore di trascrizione il quale a sua volta attiverà e inibirà altri geni

Fattori di trascrizione miogenici nello sviluppo del muscolo

CONCLUSIONI Nello Zigote e nelle cellule staminali che da esso derivano: Sono presenti tutti i geni necessari per lo sviluppo dell’individuo (sopravvivenza, proliferazione, differenziamento) Tra questi, i geni che codificano per proteine responsabile del differenziamento sono inattivi Tali geni saranno attivati nelle cellule in maniera differenziale e solo a seguito di specifiche segnalazioni esterne