Diferenciación celular: qué es, proceso, ejemplos
¿Qué es la diferenciación celular?
La diferenciación celular es el proceso por el cual una célula cambia de un tipo celular a otro. Generalmente se trata de la transformación de una célula inmadura y poco especializada en un tipo de célula especializada que expresa ciertos genes, que cambia de morfología y que es capaz de cumplir funciones diferentes a las de la célula ‘inicial’.
Por ejemplo, las células de un organismo multicelular como un ser humano están organizadas de tal forma que se agrupan entre sí para formar distintos tipos de tejidos y órganos con funciones específicas, las cuales usualmente no pueden ser desempeñadas por las células de otros tejidos.
La identidad y función de estos tejidos y órganos depende del tipo de células que los conforma, y dicha identidad, a su vez, está dada por un programa transcripcional específico, es decir, está controlada genéticamente.
En otras palabras, la existencia de los tejidos y órganos es posible gracias al proceso de diferenciación celular que, en esencia, consiste en una expresión selectiva del genoma, controlada tanto a nivel temporal como espacial.
La diferenciación celular suele ser un proceso irreversible, particularmente si nos referimos al ser humano y a muchos animales vertebrados de los que conocemos -en las plantas no siempre es el caso- aunque en ciertas condiciones y solo en ciertas células puede revertirse, proceso denominado desdiferenciación.
Durante la diferenciación celular una célula no solo adquiere una forma y función especial, sino que también puede distinguirse de otras células respecto a su tasa de división o multiplicación. Mientras más diferenciada y especializada, una célula se hace menos capaz de dividirse.
Células madre y diferenciación
Si nuestros órganos y tejidos están formados por células que han pasado por un proceso de diferenciación para adquirir su identidad ¿de dónde provienen las células no-diferenciadas que les dieron origen? ¿Cómo se mantienen los tejidos de nuestro cuerpo?
Muchas de las células pertenecientes a un tejido pueden ‘reemplazarse’ a sí mismas al dividirse, aunque la tasa de recambio varía considerablemente de un tejido a otro y depende del tipo de tejido: las neuronas en un cerebro adulto, por ejemplo, se dividen escasamente, caso contrario al de las células epiteliales.
Sin embargo, como ya lo mencionamos, algunas células considerablemente diferenciadas pierden su capacidad de división, por lo que sus poblaciones son mantenidas gracias a un ‘reservorio’ corporal de células no diferenciadas: las células madre.
Las células madre son células con la capacidad de ‘madurar’ o diferenciarse en distintos tipos celulares y muchos tejidos contienen un número de estas que se encarga de mantenerlos.
Existen dos tipos de células madre:
- Células madre embrionarias: son las que se encuentran en el embrión temprano. Se dividen constantemente y pueden dar lugar a todos los tipos celulares del cuerpo: son totipotentes. Estas células son fundamentales para el crecimiento.
- Células madre de tejidos: son aquellas que se encuentran en los organismos adultos o maduros y su función principal es proveer las células que reemplacen a las células diferenciadas de distintos tejidos. A diferencia de las células madre embrionarias, las células madre de tejidos no pueden dar origen a todos los tipos de células del cuerpo, sino que están limitadas a formar uno o más linajes del tipo de células del tejido al que pertenecen; por esto se dice que son multipotentes y posteriormente oligopotentes.
¿Cómo se mantienen las células madre?
Si todas las células madre de un tejido se diferenciaran para reemplazar aquellas células que, por uno u otro motivo, necesitan ser reemplazadas, dicho tejido rápidamente quedaría desprovisto de células madre.
Es por esta razón que las células madre, cuando el tejido amerita de recambio celular, se dividen asimétricamente: una de las células hijas comienza a diferenciarse de acuerdo con el tipo de célula que se necesite y la otra permanece como célula madre, manteniendo la población del tejido en cuestión.
Proceso de diferenciación celular
La diferenciación celular es un proceso relativamente complejo que involucra gran cantidad de factores internos y externos.
El cigoto
Podemos decir que los primeros eventos de diferenciación celular ocurren durante el desarrollo embrionario.
El cigoto, la primera célula totipotente de un organismo multicelular, comienza a dividirse y eventualmente se definen las diferentes capas embrionarias, cuyas células adquieren funciones diferentes dependiendo de su ubicación.
A partir de las capas embrionarias se forman las cavidades corporales, los epitelios y los sistemas de órganos.
Todas las células que derivan del cigoto contienen exactamente la misma combinación de genes que resultó de la fusión de los núcleos haploides femenino y masculino de los progenitores, producidos por meiosis en sus estructuras reproductoras.
Expresión selectiva de genes
Si bien las células del embrión (y de un individuo adulto) tienen prácticamente el mismo contenido genético, una serie de factores moleculares se encarga de promover la expresión de algunos genes e inhibir permanente o transitoriamente la de otros, dando lugar a un programa transcripcional específico para cada célula dependiendo de su función.
Recordemos que la expresión genética es el proceso por medio del cual se ‘lee’ la información contenida en los genes, que son los fragmentos de ácido desoxirribonucleico (ADN) enrollados y compactados en el núcleo formando los cromosomas.
Los genes son las entidades responsables de todas las características funcionales, morfológicas y metabólicas de las células y su expresión está controlada por factores endógenos y exógenos.
Compromiso
Durante el proceso de diferenciación las células eventualmente se ‘comprometen’ a un linaje y tipo celular determinado, lo que quiere decir que adquieren especificación.
En el desarrollo embrionario, por ejemplo, los eventos de compromiso tienen lugar en las células dependiendo de aquellos componentes citosólicos que reciban durante la división del cigoto o de las células que forman al embrión. Entre estos componentes hay proteínas, ARN mensajeros, etc.
Por otra parte, el medio extracelular también tiene una poderosa influencia sobre los procesos de diferenciación, compromiso y especificación, pues usualmente ‘envía’ distintas señales que son interpretadas por las células de forma diferencial.
Ejemplos de diferenciación celular
Hematopoyesis
La hematopoyesis es el proceso por el cual se forman las células sanguíneas y del sistema inmune a partir de la diferenciación de un conjunto de células madre multipotentes.
Estas células, las células madre hematopoyéticas que se encuentran en la médula ósea, son capaces de dividirse para mantener su población y para producir distintos tipos de células que se comprometen a uno de dos linajes celulares: el mieloide y el linfoide.
Las células del linaje mieloide, al dividirse, producen precursores para los eritrocitos (glóbulos rojos), los mastocitos, los megacariocitos y los mieloblastos.
Los megacariocitos pueden producir trombocitos, mientras que los mieloblastos pueden dividirse para formar basófilos, neutrófilos, eosinófilos y monocitos, estos últimos capaces de dar lugar a macrófagos y células dendríticas.
Las células progenitoras del linaje linfoide, en cambio, se dividen para dar lugar a las células asesinas naturales (Natural Killer Cells) o linfocitos granulares grandes, y a linfocitos pequeños que sirven de precursores para los linfocitos T y los linfocitos B.
A lo largo de la diferenciación estas células sufren importantes cambios de tamaño, forma, actividad metabólica y función. Los eritrocitos, por ejemplo, pierden el núcleo y se achatan, formando las células sanguíneas con aspecto de disco bicóncavo que se especializan en el transporte de oxígeno por la sangre.
Diferenciación de los osteocitos
Los osteocitos son uno de los tipos celulares que forman los huesos de los animales vertebrados. Estas células derivan de unas células precursoras conocidas como osteoblastos.
Cuando ciertas condiciones están dadas y distintas señales son percibidas por los osteoblastos, algunos de estos se diferencian dramáticamente:
De ser células con aspecto de cubo, capaces de secretar matriz extracelular constantemente, los osteoblastos adquieren una forma alargada y pequeña, con una estructura embebida en el tejido óseo, encapsuladas por un material orgánico formado por fibras de colágeno y proteínas fibrosas.
Este proceso tiene lugar durante la formación del hueso y está controlado por factores de transcripción que no solo modifican el perfil de expresión genética de las células que se diferencian, sino también el de las células vecinas, induciendo la producción de los componentes de la matriz donde serán encapsuladas.