Bases Genéticas del Desarrollo

Prof. María Leticia Amésquita C.

Células adquieren características yfunciones diferentes en la diferenciación

por diferente expresióngenes

Igual genoma

Encendido selectivo de ciertos genes

La vida de un sermulticelular comienza apartir de una célula

Construcción de un organismo a partir de una sola célula = desarrolloLleva consigo aumento de célula y complejidad

Principales procesos del desarrollo

A nivel celular

A partir de

Toman decisiones

Expresión de gen OCTA-4

Procesos que gobiernan desarrollo como : proliferación y diferenciación

A nivel: celular, organismo y molecular

pueden generar a cualquier linaje celular del embrión

sólo pueden dar lugar a células de uno de esos tres linajes

células progenitoras de cada tejido

Morfogénesis es el proceso dinámico por el cual el embrión se va reorganizando para dar lugar a estructuras y formas concretas

A nivel del organismo dos procesos fundamentales:

A: anterior P: posteriorIzq; derD: dorsal V: ventral

células van disponiéndose a lo largo de estos tres ejes de modo asimétrico .Creando segmentos que adquieren identidad concreta

Ejes

A nivel moleculara) Expresión de determinados genes en regiones y en momentos concretos

Se logra por factores de transcripción específicos, que a su vez se activan en respuesta al contacto célula-célula, célula-matriz extracelular

b. Linaje celular se establece por posición que ocupa una célula a lo largo de los tres ejes del embrión.

gradiente de concentración de moléculas llamadasmorfógenos, inducen la diferenciación de las células vecinasde modo diferente según concentración local del morfógenoen cada punto, dependiendo de afinidad del morfógeno porsitios de unión en el ADN que actúan como potenciadores dela expresión génica

c. División celular asimétrica. Algunos ARNm y/oproteínas pueden acumularse en determinadospolos de una célula.Al dividirse células hijas tienen distinta cc ARNy/o proteínas, provocará distintas característicasmorfológicas y funcionales.

A

B

C

D

P(a)

P(b)

P( c )

MECANISMO GENERAL DE LOS GENES REGULADORES: CASCADA REGULATORIA

GENES REGULADORES: Productosfuncionan en el núcleo sobre otro gen.Codifican factores de transcripción

GENES BLANCO: Aquellos cuyafunción depende del producto de otrogen.

GENES INTERRUPTORES óCONMUTADORES: Aquellos que dirigen unaserie de procesos bajo una sola señal

Genes del desarrollo codifican proteínas que regulan otros genes, los que a su vez codifican otras proteínas, quepueden a su vez regular a otros genes o funcionar como producto final = cascada regulatoria

Producto de un gen regulatorio1. Factor de transcripción

2. Cofactor de transcripción

3. Represor de transcripción

4. Activador del intensificador

5. Silenciador del gen blanco

Actúan como

FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN•Dominios unión al DNA (diferentes clases)

Proteína homeodominio: Es un tipo de FT que contiene homeodomino con elevado grado deconservación de 60 aas, estructura hélice vuelta hélice 180 nucleotidos que codifican ahomeodominio = homosecuencia u homeobox

Motivo hélice-giro-hélice

Motivo cremallera de leucina

Motivo dedo de zinc

Presente en procariotas y eucariotas

FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN

•GENES HOX

•GENES PAX

•GENES NOTCH

•GENES WNT

•GENES HEDGEHOG

•GENES SMAD

GENES HOXPresentes en animales de simetría bilateralContiene homeosecuencias de 180 pb4 Familias : HOX1 – HOX 4 (HOXA-HOXD) C7p,17q,12q y 2 q

GEN HOXImplicados en:- Segmentación cefalocaudal (o anteroposterior)

- Desarrollo de apéndices( extremidades)- Genitales externos e internos- Riñones / células sanguíneas

Proteína HOX: homeodominio: H-a-H60 aa

Unión al ADN

Conservación evolutiva de los genes homeóticos (Hox)

Sindactilia en individuos mutantes para gen Hox 13 por expansión de 7-14 Ala (ganancia de función)

Heterocigoto Homocigoto (mano y pie)

El Síndrome mano-pie-genital por efecto de mutaciones en HOXA13 ,caracteriza por hipoplasia del quinto dedo de manos y pies y malformacionesgenitourinarias (hipospadias o útero bicorne)

Mutaciones: Ganancia de función alteraciones anteroposteriores

GENES PAX• Compuesto por nueve miembros

• Son homólogos a los genes paired (pair rule ) de Drosophila

• Codifica un dominio Paired box. 128 aa se une al ADN

• Identificados 9 PAX en humanos y ratones

LOCALIZACIÓN CROMOSÓMICA DE LOS GENES PAX HUMANOS

GEN PAX• Función en el desarrollo de:

Órganos de los sentidos

Sistema nerviosos

Diferenciación celular: transición de epitelio mesenquimatosas

• Proteínas PAX pueden actuar:

- Ligándose a promotores

- Interactuar con proteínas intracelulares

- Formar complejo proteínicos represores o activadores

PAX 3: extiende por + de 30kb. Presenta 8 exones representado en ADNc

FUNCIONES DEL GEN PAX3SE EXPRESA EN DESARROLLO TEMPRANO: NEUROEPITELIO DERMOMIOTOMASCRESTA NEURAL

Pax 3 EXON 2 Sindrome Waardenburg

Resumen de las funciones del PAX 3

MUTACIONES DEL GEN PAX

GEN LOCI

CROMOSOMA

ANOMALIA EN DESARROLLO

PAX 2 10q24 Síndrome renal coloboma

(alteraciones renales, retina y

nervio óptico)

PAX 3 2q35 S. de Waardenburg tipo 1

PAX6 11p13 Aniridia (ausencia de iris)

PAX 8 2q12 Gd. Tiroides ausente o ectópica

PAX 9 14q12 Oligodoncia

Sordera sindrómicahereditaria, asimetría bilateral, despigmentación

Síndrome WAGRWills-aniridia-genital- Retraso mental

GEN PAX 6 Y SÍNDROME WAGRDeleciones detectadas al microscopio, fluorescencia

GENES HMG BOX TIPO SRY ó SOX

• Constituyen familia con mas de 50 miembros• Tienen dominio en común: HMG (grupo de

movilidad alta) 79 aa• Actúa junto con otros FTpara modificar la expresión

de genes diana

C17 SOX 9regula gen: Colágeno tipo IIen tejido esquelético. Crestasgenitales y gónadas iniciales

C22 SOX10 S. Waarenburng raroC3 SOX2 anoftalmía o microftalmía

atresia esofágica e hipoplasiagenital

Mutación en gen SOX 9 causa de reversión sexual

Otros factores de transcripción

Genes POU Genes Lim Genes T-Box Genes Dlx

Deriva de:- Gen Pit-1 exp. hipófisis- Oct .1 Octa -2- Homeosecuencia yregión que codifica 75 aa que se unen a H-bucle-HFunción: estadios iniciales de segmentación

Participan en fase de formación de totalidad del cuerpo Falla Lim da embriones sin cabeza

Tiene región conservada T box actúa FTParticipa:

inducción de capa mesodérmica y especificación de miembros anteriores y posteriores

Altamente conservado establece patrón corporal, (esbozos de los miembros), Actúan en pareja, muestran asociación estrecha con Hox.También en morfogénesis de maxilares y oído interno

TGF-β

• Dímero unido por enlaces S-S

• Sintetizado como precursor de 390 aa

• Precursor glucosilado: región NH ter, prorregión, zona de

separación y región CooH

112 aa

FAMILIA TGF-β

Factor de crecimiento de fibroblastosEGF péptido de 53 aa con puentes S-S fundamentalpara unión con su receptorFunción: División, Migración , Diferenciación celular

FGFR

GEN LOCI CROMOSOMA SÍNDROME ANOMALIA EN DESARROLLO

FGFR 1

8p11 Pfeiffer patrón AD y causa

dos tipos de mutaciones, la

que afecta al gen FGFR1

situado en

Acrocefalosindanctilias: anomalías desarrollo

cráneo, fusión de algunos dedos y dedo gordo

del pie y pulgar anormalmente anchos.

Otras alteraciones: hidrocefalia, exoftalmos.

FGFR 2

10q25

Mutación seg. inter IgII y

IgIII exón 7 sustitución ser

x trp( S252w); pro x Arg

(P253R)

Apert AD vía paterna

Mutaciones de Novo vía

paterna

Pfeiffer

Cierre prematuro de suturas craneales =

cabeza puntiaguda

Deformación de cara

Sindactilia de manos y pies

Miembros normales

Pulgares anómalos

Mutación Cis x tir (C342Y)

FGFR 3 4p16 mutación Ala

391Glu

Crouzon Fusión de vértebras

(C2-C3-C5-C6), hidrocefalia,

labio hendido

Displasias esqueléticas

FGFR 34p16.3 GlyArg

Mutación en TM

Acondroplasia

Hipocondroplasia

Extremidades cortas, cabeza grande.

Mutación Gen FGFR 3

Actividad constitutiva y prematura de vía STAT que produce proteína stat 1 la que activaa FT que provocan detención prematura de división celular del condrocito. Resultadocrecimiento óseo inapropiado o fallado .por consiguiente muerte prematura de RNporque caja torácica no se expande al respirar

Gen erizo sónico o sónico Hedgehog SHH

Tres genes

• Erizo sónico SHH tejidos y órganos

• Erizo indico desarrollo cartílago - hueso

• Erizo del desierto célula de sertoli - neurona

Gen humano 7p36

Producto : proteína 462 aa autocatálisis

Peptido 20 kDamorfógeno

Peptido 25 kDA actividad de clivaje y transferasa

de colesterol

Participa en la transducción de señales

VIAS DE SEÑALIZACION VÍA DE SEÑALIZACION DE SONIC HEDGEHOG

Importante : Diferenciación neuronal y de extremidades

A. Ante ausencia de proteína hedgehog , la proteína Ci esta unida a microtúbulospor proteínas Cos2, y Fused, lo que permite de PKA y Slimb segmente a Ci este actúe como represor

B. Hedgehog se une a patched, smoothened activa secuestra a PKA y slimb Ci es liberada de microtúbulos ingresa al núcleo y activa transcripción

VIA DE SEÑALIZACION WNT

Regulación del patrón de las extremidadesDesarrollo mesencéfaloDiferenciación de somitosDiferenciación urogenital

VIA DELTA NOTCHINHIBICION LATERAL Y RECPTOR NOTCH

Diferenciación secundaria. glias

Según su posición la célula crece de forma dominante

La célula emite señales inhibitorias laterales

Célula seleccionada diferencia a un tipo celular diferente a adyacentes

Mecanismo de formación del eje izquierda derecha por el flujo nodal

LAS EXTREMIDADES COMO MODELO DE DESARROLLO

En el desarrollo de extremidades se reconocen 4 fases- Iniciación y Especificación- Diferenciación tisular y crecimiento

- INICIACIÓN Y ESPECIFICACIÓN

Kineseina KIF3A + dineina

Esbozo o yema de un miembro en el embrión de: 5ta Semana de desarrollo, con las regiones especializadasREA: repliegue ectodérmico apicalZMP: Zona mesenquimatosa de progresoZAP: Zona de actividad polarizada

6ta semana: surcos radiales interdigitales

DIFERENCIACION Y CRECIMIENTO

ZONA DE ACTIVIDAD POLARIZANTE Y VIA SHH-PTCH-GLI

MecanismoSeñal de posterioridad a las células del esbozoLa activación de SHH dependen de FGF sintetizado por La REA

SHH se expresa:ZAP

NotocordaEncéfalo

Asociación de los inductores de los ejes Proximal distal REAAntero-posteriorZAP

mantienen el desarrollo

INTERACCION REA Y ZAP (ZONA DE ACTIVIDAD POLARIZANTE )

Inductores

Mantenimiento

ALTERACIONES DE LA VIA SHH-PTCH-GLIDeleciones SHH 7q36

Mutación PTCH 9q22

Mutación SMO 7q31

Mutación GLI 7p13

c. Polidactilia preaxial producto de sobre expresión de SHH

b. Polidactilia postaxial por mutación de GLI3 mantiene constitutivamente represión de gen

MUTACIÓN EN GLI 3

DESARROLLO DE LAS EXTREMIDADES : COORDINACION DE LOS TRES EJES 1. Establecimiento de la ZAP

por la REA por FGF82. Inducción de FGF (REA) por

SHH (ZAP) Bloqueo de BMP que inhibiría a FGF

3. Mantenimiento de SHH por Wnt7a

4. Bloqueo de SHH de GLI3 hacia su gradiente represor

Wnt eje dorso ventralLa deficiencia de Wnt causa transformaciones eje dorsal a ventral de regiones de extremidad en ratones

FUENTES

SOLARICARLSONLODISH-ALBERTSScott GlibertNovo Villaverde(U.Navarra)

PARA REPASAR

1. La totipotencialidad se demuestra cuando:

a. Las mutaciones en genes homeoticos producen el desarrollo de apéndices ubicados en sitios anómalos

b. Una célula aislada se transforma en adultoc. Célula embrionaria se divide y diferenciad. La sustitución del núcleo de un ovulo de un

núcleo no fertilizado por el de la célula intestinale. Los órganos específicos de un segmento se

desarrolla a lo largo de un eje.

2. La diferenciación celular siempre implica.

a. La producción de proteínas especificas del tejido

b. El movimiento de las célulasc. La transcripción del gen myoDd. La perdida selectiva de ciertos genes del

genomae. La sensibilidad de la célula a factores

ambientales como luz o calor

3. Cual de los siguientes es un factor de transcripción:

a. El factor de crecimiento de fibroblastosb. Paxc. El factor de crecimiento transformanted. Notche. Wnt

4. ¿En qué centro señalizador se produce sonichedgehog?

a. En la notocordab. En los extremos intestinalesc. En la placa del suelo del tubo neurald. En la zona de la actividad de polarización en el

esbozo de los miembrose. Todas las anteriores

5. ¿Cuál es la clase de moléculas cuyos miembros muestran de forma característica disposiciones en dedos de zinc o en hélice lazo hélice?

a. Los prooncogenesb. Las moléculas señalizadorasc. Los receptoresd. Los factores de transcripcióne. Ninguna de las anteriores