Articulo: Crecimiento y Diferenciación Celular

CRECIMIENTO Y DIFERENCIACIÓN CELULAR

CICLO CELULAR

El ciclo celular se describe como la secuencia general de acontecimientos que se producen durante

la vida de una célula eucariota y se divide en cuatro fases diferenciadas:

1) La mitosis o fase M, corresponde a la fase de división celular.

2) Luego viene la fase G1 (del término gap o intervalo) que ocupa la mayor parte del ciclo.

3) Le sigue la fase S, o fase de síntesis de ADN.

4) Durante la fase G2 se prepara la mitosis con una célula tetraploide que entra en la fase M

y en el comienzo de un nuevo ciclo celular.

La duración temporal del ciclo es variable, y aunque en un cultivo de laboratorio, es de 16 a 24 horas , en las células de un organismo pluricelular puede ir de 8 horas a más de 100 días. Algunas células muy diferenciadas como las neuronas o las células musculares nunca se dividen y asumen un estado quiescente conocido como fase G0.

El arranque y desarrollo del ciclo es regulado por, señales tanto internas como externas, y dispone de varios puntos de control que determinan su progreso y si el estado de la célula es correcto, deteniéndole si no se desarrolla de manera exacta.

Las proteínas que regulan estos procesos reciben el nombre de ciclinas y proteincinasas dependientes de ciclinas. Se sintetizan durante una fase del ciclo y se degradan por completo en la fase siguiente. Un ciclina se une específicamente a su o sus proteinacinasas dependientes y fosforilan proteínas nucleares como las histonas para reorganizar el material nuclear y el citoesqueleto y permitir que la fase se desarrolle. Hay también inhibidores de las cinasas dependientes de ciclina que detienen el ciclo celular en respuestas a señales contrarias a la proliferación, como el contacto con otras células, el daño del DNA, la diferenciación terminal y la senescencia (o detención definitiva).

DIFERENCIACIÓN NORMAL

La diferenciación celular es el proceso por el cual una célula cambia su estructura de manera que pueda realizar una función específica. Las células bien diferenciadas son células maduras, completamente relacionadas que están listas para cumplir con su función particular. Cada tipo celular tiene características, funciones, y lapsos de vida específicos, aunque todos se han diferenciado de la célula original o zigoto.

Las primeras células de un ser humano procedentes del zigoto son denominadas células totipotenciales, por ser capaces de diferenciarse en todo tipo de células especializadas; proceso que comienza a los 4 días de desarrollo. De una célula totipotencial se puede obtener un organismo funcional. A medida que se diferencian restringen su potencial y se convierten en células pluripotenciales, que pueden desarrollarse en varios, pero ya no en todos los tipos celulares. De estas células ya no es posible obtener un organismo.

A medida que avanza la diferenciación se van desarrollando los distintos tipos de tejidos del cuerpo. Con la especialización y la maduración muchas células pierden la capacidad de reproducción. En cambio otras denominadas células troncales o células madre conservan la capacidad de división. En los adultos estas células sólo, pueden diferenciarse en un tipo concreto de célula especializada (ej.: las células sanguíneas). A estas células troncales indiferenciadas de un tejido que pueden desarrollarse a células especializadas de dicho tejido se las denomina multipotenciales. (Ej. Las de la médula ósea que darán lugar a células sanguíneas).

Patrones de desarrollo

Están mediados por los genes de los cuales hay varios grupos:

a) Genes de efecto materno: que definen la polaridad del embrión, es decir sus ejes anteroposteriores y dorsoventrales.

b) Genes de segmentación: que definen el número correcto y la polaridad de de los segmentos corporales del embrión.

c) Genes selectores homeóticos: que especifican la identidad de los segmentos, las mutaciones de estos transforman una parte del cuerpo en otra. Algunos de estos se conocen en conjunto como genes Hox y codifican factores de transcripción.

Los factores de crecimiento estimulan la mitosis y la diferenciación celular. Si una célula necesita ser reemplazada (a causa de daño, apoptosis natural, o alguna otra razón), segregará factores de crecimiento que estimulan que la célula se someta a mitosis o se diferencie.

La inhibición del contacto hace que las células dejen de proliferarse. Normalmente, las células individuales mantienen una pequeña cantidad de "espacio personal". Bajo ciertas condiciones, las células que se vuelven atestadas y comienzan a tocarse entre sí, simplemente dejarán de crecer. Exactamente cómo funciona la inhibición de contacto todavía se desconoce. Sin embargo, los científicos creen que el contacto entre las células estimula la liberación de los factores inhibitorios del crecimiento. A diferencia de los factores de crecimiento, los factores de inhibición de crecimiento le dicen a las células que dejen de dividirse.

Articulo: Células Madre

211 REVISTA MEDICA DE COSTA RICA Y CENTROAMERICA

I N T R O D U C C I Ó N

En los últimos 20 años se han presentado cambios importantes en el tratamiento de la cardiopatía isquémica y la subsecuente insuficiencia cardiaca, pero a pesar de estos avances en dichas patologías, sus complicaciones se presentan como la primera causa de morbilidad y muerte alrededor del mundo en lo que respecta a enfermedades no traumáticas.42,50. Hasta la fecha, el tratamiento de la enfermedad arterial coronaria se ha basado en una combinación de agentes farmacológicos (tales como los inhibidores de la glicoproteína plaquetaria IIb/IIIa, trombolíticos, aspirina, clopidogrel, estatinas, inhibidores de la enzima convertidora de angiotensina y los beta bloqueadores), angioplastía coronaria percutánea, injertos coronarios mediante cirugía, el transplante cardiaco y la terapia biomecánica (tales como los marcapasos biventriculares o los desfibriladores internos).

No obstante, mientras estas terapias han mostrado disminuir la progresión de la insuficiencia cardiaca lentamente y promover mejoras clínicas, ninguna de las estrategias citadas “repara” la causa principal que desencadenó la enfermedad, cual es el daño de cardiomiocitos, células endoteliales y músculo liso del tejido cardiaco, con la subsecuente pérdida de miocitos contráctiles, el desencadenamiento del remodelado ventricular y por último, la falla como bomba del corazón. 1,50 Es de esta forma, que la insuficiencia cardiaca continúa siendo el principal problema no resuelto en medicina y hasta hace algunos años atrás, debido al aumento en los factores de riesgo cardiovasculares en la población mundial, no se vislumbraba un mejor futuro en la terapéutica de nuestro gran enemigo. Sin embargo, con el nacimiento de la “medicina regenerativa”, la cual está emergiendo como un campo multidisciplinario involucrando a biólogos celulares y moleculares, patólogos, embriólogos, bioingenieros y clínicos, se abren nuevos horizontes para el tratamiento en base a la terapia con células madre y, por lo tanto, nuevas esperanzas para los enfermos. En esta revisión, se trata este interesante tema en tres partes: la primera que involucra algunos conceptos básicos en fisiología celular y molecular para poder integrar los futuros conocimientos que emergen día a día en esta nueva disciplina; y una segunda parte y tercera parte, en donde se comentan recientes resultados clínicos (ya en humanos) de la terapéutica con células madre, además de algunas consideraciones técnicas a la hora de realizar dicha terapia.

¿Qué es una Célula Madre?

Una célula madre (CM) comparte dentro de su definición las siguientes dos características: la capacidad de diferenciarse dentro de un amplio espectro de tipos celulares y la capacidad de renovarse ellas mismas.

Además, el principio biológico que subyace el uso de CM es el fenómeno de diferenciación dirigida por tejido; es decir, células madre aisladas del tejido hepático y reinyectadas en el hígado llegan a ser hepatocitos, mientras que estas mismas células inyectadas en el miocardio se convierten en miocitos. Las células madre se pueden clasificar según su potencial de diferenciación: las células madre totipotenciales son capaces de producir tejido embrionario y extraembrionario: y en consecuencia un organismo completo ( a partir de un blastocisto y células );las células madre pluripotenciales tienen la habilidad de diferenciarse a tejidos procedentes de cualquiera de las tres capas embrionarias y, por último, las células madre multipotenciales, son capaces de diferenciarse en distintos tipos celulares procedentes de la misma capa embrionaria(52). Las células madre se pueden diferenciar entre ellas por marcadores de superficie que cumplen distintas funciones biológicas en el microambiente intra y extracelular.

C O N C L U S I Ó N

Desde hace aproximadamente seis años existe una gran controversia e interés científico en el área relacionada con la terapia celular en las enfermedades cardiovasculares. Dicho interés radica en la magnitud de las patologías cardiovasculares alrededor del mundo, encontrándose como la primera causa de morbimortalidad en los países industrializados; y lo cual se espera que incremente conforme mejoren los tratamientos de rescate en el infarto agudo de miocardio y por lo tanto, sobrevivan más pacientes con riesgo de desarrollar insuficiencia cardiaca. El descubrimiento de células madre cardiacas residentes también ha cambiado la idea del corazón como un órgano postmitótico y el conocimiento de los mecanismos celulares y moleculares sobre el desarrollo e inducción de estas células residentes o de células madre exógenas hacia nuevos cardiomiocitos presenta un gran interés científico, ya que se convierten en la base para poder perfeccionar esta innovadora y prometedora terapeútica.

Articulo: Canales Iónicos y Fisiopatología Vascular

Canales Iónicos y Fisiopatología Vascular

Responsables del Grupo: José Ramón López López Mª Teresa Pérez García

El interés global de nuestro grupo se centra en el estudio de las propiedades funcionales de los canales iónicos en el sistema vascular y en los quimiorreceptores arteriales, caracterizando su perfil de expresión y estudiando su contribución funcional a diversos procesos fisiopatológicos. En el momento actual, este objetivo global se plasma en tres líneas de investigación concretas:

Evaluación de la contribución funcional de los canales iónicos al desarrollo de la hipertensión esencial. Utilizamos un modelo animal de ratones hipertensos en los que tras cuantificar la expresión de los canales iónicos presentes en distintos lechos vasculares mediante PCR cuantitativa y Western-blott> analizamos su contribución al control del tono vascular mediante técnicas electrofisiológicas y de imagen. Este estudio puede ser relevante para definir nuevas estrategias para el desarrollo de fármacos vasoactivos, diseñados en función de los cambios específicos en la expresión de canales iónicos y que supongan abordajes terapeúticos más racionales para el tratamiento de la hipertensión arterial, cuyas complicaciones son la causa más frecuente de invalidez y muerte en el mundo occidental.

Evaluación de la contribución funcional de los canales iónicos al desarrollo de la hiperplasia intimal. El estudio del papel de los canales iónicos en los procesos de desdiferenciación y migración de las células del músculo liso vascular se esta llevando a cabo tanto en preparaciones de arterias humanas como en modelos animales de hiperplasia intimal. Utilizamos un modelo de arteria uterina humana en el que hemos caracterizado la expresión funcional de los canales iónicos en miocitos vasculares en fenotipo contráctil (tejido fresco) y en miocitos vasculares en fenotipo proliferativo (cultivos celulares primarios obtenidos de explantes), y un modelo de hiperplasia de la intima en arteria femoral de ratón.

Estudio de los determinantes moleculares de la sensibilidad a hipoxia en los canales de potasio de las células quimiorreceptoras. Nuestro grupo tiene una larga trayectoria en el estudio de las bases moleculares de la respuesta a hipoxia en las células quimiorreceptoras, centrado en los últimos años en el papel de los canales de potasio modulados por bajo oxígeno. Dentro de esta línea de investigación, nos hemos enfocado en la caracterización molecular de los canales de potasio de las células quimiorreceptoras del cuerpo carotídeo al objeto de dilucidar los determinantes moleculares de dicha sensibilidad. Para ello caracterizamos el patrón de expresión de estos canales, el efecto de la hipoxia aguda y crónica sobre sus niveles de expresión y el efecto de modificar la expresión de los canales (o de sus subunidades accesorias) sobre la respuesta a la hipoxia de los quimiorreceptores.

Articulo: Calcio y Función Celular

La labor del grupo en este campo se inicia en 1984, al asistir uno de sus miembros (Ana Sánchez) al nacimiento del quin2, el primer indicador de Ca2+ citosólico, durante una estancia sabática en Cambridge, U.K.. Conscientes del potencial de esta nueva herramienta para estudiar los procesos de activación celular, montamos y mejoramos estas técnicas en Valladolid, lo que atrajo la atención de varios jóvenes y entusiastas científicos que se incorporaron al grupo.

En 1988, gracias a una dotación de infraestructura del MEC, pusimos en marcha el primer equipo de microfluorescencia y análisis de imagen de nuestro país, que permitía medidas de Ca2+ en células vivas con resolución a nivel de célula única y que está aún en funcionamiento. Durante los últimos 15 años hemos abordado temas tan diversos como la entrada capacitativa de Ca2+, el control de la secreción en las células beta del páncreas, las células adenohipofisarias o las cromafines, varios aspectos de la fisiología de las células sanguíneas (plaquetas, leucocitos y linfocitos) y la inflamación, la organización de la actividad espontánea en circuitos neuronales, el control de la diferenciación celular o las implicaciones del Ca2+Nature, Nature Cell Biol., FASEB J., Proc. Nat. Acad, Sci. USA) o de las áreas de Fisiología (J. Physiol., Am. J. Physiol., Pflugers Arch., Diabetes), Bioquímica y Biología Molecular (J. Biol. Chem.; Biochem. J.) o Farmacología (Brit. J. Pharmacol.) y a conferencias invitadas en foros tan prestigiosos como la Gordon Research Conference on Calcium Signalling. Entre 1994 y 2000, a través de estancias postdoctorales en otros laboratorios, van incorporándose nuevas técnicas: Biologia Molecular y expresión con vectores víricos (María Teresa Alonso, EMBL, Heidelberg), electrofisiología (Rosalba Fonteriz, Oxford), medida de Ca2+ con ecuorinas dirigidas (Maite Montero, Padova), medidas de quimioluminiscencia y expresión génica en células vivas individuales (Carlos Villalobos y Lucía Nuñez, Charleston, South Carolina, USA).

La conjunción de éstas nuevas ideas y técnicas ha resultado muy productiva, permitiendo estudiar la señal de calcio en los orgánulos intracelulares, con hallazgos inesperados que indican la generación de microdominios subcelulares, con un alto grado de organización espacial durante la activación celular. Hemos realizado también un especial esfuerzo por estudiar las consecuencias de la organización de la señal de Ca2+ en las funciones fisiológicas y la fisiopatología del daño celular. Algunos de los investigadores que se incorporaron en la década de los 90’s lideran hoy sus propios grupos de investigación, integrados también en el CMP. Los objetivos actuales del grupo se resumen más abajo, en el resumen del proyecto Calcio y Función Celular. En los últimos años, el grupo ha dirigido su también su atención hacia la investigación traslacional en Terapia Celular, y es nuestra intención aprovechar las ventajas que ofrece la conjunción de estos dos excitantes campos de trabajo. en el daño isquémico neuronal. Estos estudios han dado origen a numerosas publicaciones en revistas multidisciplinarias.

El grupo tiene también experiencia en Actividades Formativas. Es responsable directo de la elaboración de 12 Tesis doctorales, de las cuales 7 han obtenido premio extraordinario del doctorado, que han dado origen a publicaciones en revistas de difusión internacional de primer orden en su campo. El IBGM ofrece un Programa de Doctorado y acceso a numerosos cursos de especialización, tanto a través de la Universidad como del CSIC. Sus becarios tienen buenas posibilidades de interacción con los otros grupos del IBGM, que abordan líneas complementarias y entre los que surgen frecuentes colaboraciones, y un programa de actividades que incluye seminarios periódicos de investigación. Nuestras colaboraciones y contactos con otros grupos de investigación nacionales y extranjeros, facilitan la programación de estancias cortas en otros laboratorios dentro de su periodo de formación. Nuestro grupo tiene también actividades docentes en las áreas de Fisiología y Bioquímica en la Facultad de Medicina, por lo que los becarios tienen también la oportunidad de entrar en contacto y, eventualmente, colaborar en estas actividades.

Proyecto actual: Calcio y función celular (BFU2004-0265).

El Ca2+ es un segundo mensajero universal y versátil, capaz de regular muchas funciones distintas en una misma célula. Esto último es posible gracias a la compartimentalización de las funciones y a la generación de microdominios subcelulares con diferentes concentraciones de Ca2+ citosólico. El transporte de Ca2+ por los orgánulos intracelulares (retículo endoplásmico, mitocondrias, núcleo) es esencial en la génesis de microdominios. Por otro lado, la concentración de Ca2+ dentro de los orgánulos intracelulares es muy importante para funciones esenciales (síntesis protéica, interacción de chaperonas, apoptosis, control respiratorio, expresión génica). Recientemente hemos desarrollado un sistema basado en la expresión dirigida de la fotoproteína sensible a Ca2+ ecuorina que permite seguir en tiempo real los cambios de [Ca2+] en los orgánulos intracelulares. Utilizando un vector viral (HSV) se consiguen niveles de expresión suficientes para realizar medidas en célula única. En este proyecto se proponen mejoras de las ecuorinas que permiten un mayor rendimiento lumínico o la medida simultánea en dos colores.

Se describe también el desarrollo de una sonda adecuada para seguir niveles altos de Ca2+ en las organellas durante periodos prolongados (pericam de baja afinidad). Utilizando estas herramientas se propone estudiar los siguientes aspectos: i)La homeostasis del Ca2+ nuclear, su dependencia de segundos mensajeros y su influencia en varios procesos fisiológicos; ii)Cuantificar el papel del Ca2+2+ mitocondrial en el control de la secreción de insulina en las células B del páncreas; iv) Evolución del Ca2+ mitocondrial, reticular y nuclear durante el latido cardiaco y papel de éste último en la expresión génica en los cardiomiocitos y en los fenómenos asociados a la regeneración cardiaca. mitocondrial en la muerte celular en sistemas modelo y en cultivos primarios de neuronas y glias; iii)Papel del Ca.

Video: Fisiología Celular