A especialização celular (diferenciação) | Biologia do desenvolvimento | Biologia | Khan Academy

RKA8JV Você provavelmente deve ter ouvido falar sobre as células-tronco. Cada célula do nosso corpo, seja ela uma célula muscular, um neurônio, uma célula da pele, um glóbulo vermelho ou qualquer outro tipo de célula, vieram do mesmo grupo de células-tronco durante o desenvolvimento. Todas as células especializadas, como a célula muscular com pequenas proteínas contráteis, o neurônio, que pode enviar sinais, a célula da pele, que é à prova de água, o glóbulo vermelho, que transporta o nosso oxigênio, vieram dessas células-tronco, que eram completamente não especializadas.

Mas como é que isto acontece? É um processo muito interessante. Vou fazer uma analogia.

Vamos imaginar uma biblioteca, certo? Como a que você foi em algum momento da sua vida ou que você ainda deseja ir. Eles têm todos os livros que você pode imaginar, mas dependendo de quais livros você reserva e quais livros você lê, você tem acesso a um subconjunto de informações.

Você acaba conhecendo um subconjunto totalmente diferente de coisas comparado com alguém que leia livros diferentes do que você leu, certo? Mas todos os livros que vocês dois leram ainda estão nesta mesma biblioteca. Na verdade, há um sistema muito semelhante com o nosso DNA e nossos genes.

Lembre-se, que no interior do núcleo de cada célula está o seu DNA, ele é a nossa biblioteca, este é o nosso conjunto de instruções genéticas para a construção de todo o nosso corpo. Dentro de nossa biblioteca de DNA nós temos nossos livros, que são segmentos de nosso DNA, que chamamos de genes. Os genes dão às nossas células instruções específicas sobre como fazer diferentes tipos de proteínas.

As proteínas diferentes mudam a forma como as células parecem e agem, por isso, nossas células possuem habilidades muito distintas. Com exceção dos glóbulos vermelhos do sangue, que não possuem núcleos, cada célula somática em seu corpo contém o mesmo DNA exato. No entanto, essa célula muscular aqui parece e age de forma diferente que esse neurônio aqui, isso porque essas células foram produzidas da leitura de diferentes livros em nossa biblioteca de DNA, elas estão usando diferentes genes para fazer suas proteínas.

Quando uma célula está usando ativamente determinados genes, é dito que está acontecendo a expressão gênica. Se um gene está sendo expresso, dizemos que ele está ativo. Se um gene não está sendo expresso dizemos que ele está inativo, mantenha isso em mente.

Por que eu estou dizendo tudo isso? Porque no fim, tudo se relaciona à forma como as nossas células-tronco acabam se diferenciando em nossas células especializadas aqui embaixo. Por exemplo, essa célula-tronco aqui ativa seus genes das células musculares.

Bom, aqui está o seu DNA e eu estou destacando os genes das células musculares que foram ativadas. Vou destacar também os outros genes que estão inativos. Ativando seus genes das células musculares, agora proteínas são produzidas, o que muda a forma como a célula se parece e a função que desempenha.

Agora, nossa célula muscular tem proteínas contráteis para ajudá-la a ser uma célula muscular útil e agradável para a nossa movimentação. O mesmo aconteceu com nosso neurônio aqui, as nossas células-tronco ativaram os seus genes e inativaram também alguns outros. A partir disso, a célula começou a produzir todas as proteínas que precisava para se transformar em um neurônio.

As proteínas o tornaram alongado e com pequenas coisas pontiagudas, chamadas dendritos. Lembre-se que nossas células-tronco aqui, elas são pluripotentes. Depois de especializadas, essas células não podem se diferenciar, e elas também não podem voltar a ser células-tronco.

Agora você deve estar se perguntando o que determina quais são os genes das nossas células que serão ou não desativados. Em outras palavras, como as células-troncos sabem que é a hora de se especializar em um tipo de célula diferente. Acontece que as células decidem como vão crescer com base em pistas que recebem.

Essas pistas podem vir do seu ambiente interno ou externo. Deixa eu mostrar para você as duas principais maneiras como podem acontecer essas pistas. O desenvolvimento dos diferentes organismos, inclusive de nós seres humanos, começa a partir de uma célula, o zigoto.

Nosso zigoto tem essas proteínas pequenas, chamadas fatores de transcrição, flutuando no citoplasma. Os precursores desses fatores de transcrição também estão lá, são pequenos pedaços de RNA mensageiro, ou mRNA. Duas coisas vão acontecer.

Em primeiro lugar, fatores de transcrição irão ativar certos genes e estes serão expressos, isso é o que os fatores de transcrição fazem. Em segundo lugar, observe que todos estes fatores de transcrição estão agrupados em torno de uma área, isso é importante porque quando o zigoto começa a dividir, esses fatores de transcrição acabam ficando isolados. Como você pode ver aqui, eles só acabam nas células que dividiram naquela região original, onde todos eles foram agrupados, assim, essas células, até aqui, não têm qualquer ou não têm muitos fatores de transcrição, e essas células aqui embaixo têm muitos fatores de transcrição.

Agora você pode imaginar que os genes vão ser ativados nessas células diferentes, isso vai determinar a especialização de cada uma dessas células, já que elas irão fazer proteínas diferentes. Podemos chamar esse mecanismo de segregação assimétrica dos determinantes celulares. "Segregação assimétrica" porque os fatores de transcrição não estão distribuídos simetricamente entre as células filhas.

E "dos determinantes celulares" porque os fatores de transcrição e seus precursores determinam a maneira que as células podem se especializar. A segunda maneira de especialização que eu vou falar se chama indução. Indução é um processo pelo qual uma célula, ou geralmente um grupo de células, pode induzir um outro grupo a se diferenciar usando apenas alguns sinais.

Os sinais podem ser passados de maneiras diferentes. Pode ser por difusão, onde poderiam ser liberados sinais de algumas células que se ligam a receptores de outras células, fazendo com que esta se diferencie, ou a indução pode ser feita pelo contato direto entre as células por meio de pequenas proteínas de superfície, como essas aqui, isto é o contato direto. Ou você poderia ter sinais transmitidos através de junções gap, que são pequenas conexões entre as células que estão conectadas, e que poderiam induzir a célula a se especializar.

Essas proteínas, que fazem parte de uma junção gap, são chamadas coletivamente de conexinas. De qualquer forma, a indução é absolutamente fundamental na formação de muitas partes do nosso corpo. Nossos membros são parcialmente ou completamente formados por indução, nossos ouvidos, nossos olhos, e outras partes do nosso corpo são formados por meio da indução durante o desenvolvimento embrionário.

Assim, a indução é realmente importante na especialização celular. Lembre-se que o objetivo dos fatores de transcrição que falei anteriormente e os sinais recebidos na indução, é mudar a expressão gênica da célula para ativar e desativar certos genes, que, em última instância, é o que faz com que as células se diferenciem em outras células mais especializadas.