Control

gentico del desarrollo

Organismos multicelulares

Cada clula de un organismo multicelular expresa un

conjunto de genes.

Ej:

- -tubulina: necesaria para la formacin de microtbulos

- opsinas: necesarias para la fototransduccin

Organismos multicelulares

Los organismos multicelulares comparten muchos genes y

muchos mecanismos de sealizacin molecular

involucrados en el desarrollo del zigoto a adulto.

El desarrollo presenta dos sucesos

Determinacin: se fija el destino especfico de desarrollo de

una clula.

Clulas madre (stem cells) no se ha desencadenado la

determinacin hacia un tipo celular particular.

Diferenciacin: la clula alcanza su forma y funcin final.

Se pierde informacin gentica?

Experimentos de clonacin

El material gentico no se altera, ni tampoco se

pierde de forma irreversible

El desarrollo est dado por la expresin

selectiva de los genes

Clonacin de plantas

1950, F. Steward: disgregado de floema de raz de

zanahoria.

1 clula cultivada = 1 planta completa, comestible

El material gentico no se pierde, ni se altera en forma

irreversible durante el desarrollo.

Clonacin de vertebrados

Rana pipiens (1952, Briggs y King) y Bufo arenarum (60s)

Ovocito enucleado

Ncleo de blastocisto

El material gentico no se pierde, ni se altera en forma

irreversible durante el desarrollo.

1996, Roslin Institute: se transfiere ncleo de clula

diferenciada de animal adulto

Somatic cell nuclear transfer

madre

Dolly sustituta

Acortamiento de telmeros

edad de la donante?

Clonacin de mamferos

Control gentico del desarrollo

vulo fecundado

Cigoto

Divisiones nucleares

Clulas embrionarias iniciales totipotentes

Destino celular especfico: determinacin

Control gentico del desarrollo en Drosophila

Estudio de mutantes

del desarrollo

Control gentico del desarrollo en Drosophila

Fecundacin

Mltiples divisiones del ncleo sin

divisin celular= cl. multinucleada

los ncleos migran a la periferia

capa de clulas en la periferia del

embrin, por invaginacin de la mb

celular

Grupos de genes que controlan el desarrollo

en Drosophila

Genes Estado del desarrollo

de polaridad del huevo principales ejes del cuerpo

de segmentacin nmero y polaridad de los

segmentos del cuerpo

Hometicos estructuras del adulto en cada

segmento

Control gentico del desarrollo en Drosophila

Morfgenos: protenas expresadas durante el desarrollo.

Se establecen gradientes de concentracin que afectan

el destino de la regin en que se encuentran

Polaridad y direccin del huevo por distribucin

asimtrica de morfgenos en el citoplasma

Polaridad del huevo: Determinacin del eje dorsoventral

Gen Dorsal:

-Expresin durante el desarrollo del

vulo

- Distribucin asimtrica de la protena

en el citoplasma del embrin

- Dorso: en citoplasma

- Vientre: en ncleo

Polaridad del huevo: Determinacin del eje dorsoventral

Gen Expresin Accin

dorsal vulo regula expresin twist y

decapentaplegic

cactus vulo ancla prot. Dorsal al citoplasma

toll vulo disocia Cactus y Dorsal ingresa

al ncleo

twist embrin desarrollo de tejidos ventrales

decapentaplegic embrin desarrollo de tejidos dorsales

Polaridad del huevo: Determinacin del eje anteroposterior

Gradiente de concentracin de morfgenos

ARNm de bicoid en vulo

Se traduce luego de la fecundacin

Polaridad del huevo: Determinacin del eje anteroposterior

Gradiente de concentracin de morfgenos

ARNm de nanos en vulo

Se traduce luego de la fecundacin

Polaridad del huevo: Determinacin del eje anteroposterior

Gradiente de concentracin de morfgenos

Bicoid: Hunchback Nanos: Caudal

Caudal Hunchback

formacin estrs. anteriores formacin estrs. posteriores

Segmentacin

Genes de polaridad del huevo

Genes gap

Genes de regla de pares

Genes de polaridad segmentaria

Genes de

segmentacin

Segmentacin en Drosophila

Transcripcin luego de la fecundacin

Bajo control de bicoid y nanos

Informacin posicional para las clulas del embrin

Nmero y orientacin de los segmentos

Accin de manera secuencial

Segmentacin

Grupo de genes Accin Genes (ej.)

Genes gap divisin en grandes hunchback, Krppel, giant,

regiones de segmentos tailless. Son factores de transcr,

adyacentes y control

genes de regla de pares

Genes de la regla de divisin en segm. hairy, fushi tarazu, odd paired, even

pares alternados y control paired, skipped paired

genes de polaridad muchos fact.transcr.

Genes de polaridad polaridad de los engrailed, wingless, patched,

segmentaria segm. individuales hedgehog, fused

definicin de identidad algunos son fact.

celular en cada segm. transcr.

Segmentacin: genes de la regla par

Even skipped: represin transcripcional en segmentos

impares

Fushi tarazu: activador de transcripcin en segmentos pares

El embrin queda dividido en bandas verticales alternadas:

establecen los lmites de los segmentos del adulto para la

correcta diferenciacin.

Genes hometicos (Hox)

- determinan las estructuras del adulto en cada

segmento

- codifican protenas que se unen al ADN y activan

otros genes= factores de transcripcin

- el dominio de unin al ADN es la caja hometica u

homeobox: secuencia conservada que codifica 60 aa.

= tipo hlice-giro-hlice

Genes hometicos (Hox) en eucariotas

Secuencias hometicas en todas las

especies animales con plan corporal

segmentado. No en porferos:

Hallazgo de genes con cajas hometicas

en nematodes, colepteros, equinodermos,

vertebrados.

Tambin en hongos y plantas.

Conclusin: aparicin temprana de la caja

hometica en la evolucin de los eucariotas

Genes hometicos en Drosophila

2 grupos de genes hometicos:

Complejo Antennapedia: desarrollo de cabeza y

segmentos anteriores del trax

Complejo Bithorax: segm. posteriores del trax y abdomen

Genes hometicos en Drosophila

Activados por los genes de segmentacin.

Todos localizados en cromosoma 3, se activan en

orden secuencial

Genes hometicos en Drosophila

Antennapedia:

Alelo normal = determina la pata

en el 2do segmento torcico.

Antp = mutacin dominante con

ganancia de funcin, formacin

de una pata en la cabeza, en

lugar de la antena.

++ Antp

Genes hometicos en Drosophila

Bithorax

Genes hox en vertebrados

En vertebrados 4 grupos de genes Hox:

Homologa de genes hometicos

Cascada de regulacin gentica

Genes de polaridad del huevo

Genes gap

Genes de regla de pares

Genes de polaridad segmentaria

Genes hometicos

Morfognesis

Efecto materno

segmentacin

Modelo de desarrollo embrionario:

Danio rerio

- Embriones transparentes:

permite observar al

microscopio los estadios del

desarrollo, las primeras

divisiones celulares y la

formacin de las capas

embrionarias (ectodermo,

mesodermo y endodermo)

Modelo de desarrollo embrionario:

Danio rerio

- Ciclo vital corto: 3 meses

- Desarrollo rpido:

- a las 24 horas se

aprecia la segmentacin

- a los 5 das se

formaron los ojos y odos

-100-200 huevos por pareja

por semana

Modelo de desarrollo embrionario:

Danio rerio

Tcnicas:

- localizacin de protenas in vivo por GFP

- apagado especfico de genes por ARN antisentido

- ablacin y transplante de clulas

- mutagnesis

Modelo de desarrollo embrionario:

Danio rerio

Mutagnesis:

- Christiane Nsslein-Volhard: por

mutagnesis qumica obtuvo 1200

mutantes que afectan el desarrollo (Nobel

1995)

http://www.google.com.ar/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=imgres&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwirs-G0qtXPAhXEG5AKHQI4BsMQjRwIBw&url=http%3A%2F%2Fwww.youbioit.com%2Fes%2Farticle%2F22566%2Fchristiane-nuesslein-volhard%3Fsize%3D_original&psig=AFQjCNEikRr2yYKUuy0PFy85nHbkqrmtqg&ust=1476363943021935

Modelo de desarrollo embrionario:

Danio rerio

Mutagnesis:

- Nancy Hopkins: mutagnesis

insercional con retrovirus

Obtuvo 50.000 mutantes, 500 de ellos

para genes de desarrollo

El caso de los peces tetra ciegos

Astyanax jordani Astyanax mexicanus

(aguas subterrneas) (aguas superficiales)

Tienen el mismo conjunto de genes para la formacin

del ojo. Se diferencian slo en la expresin gnica