Tópicos especiais em Biologia Celular

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AULA 12: Diferenciação Celular

Importância da Diferenciação celular

• _{Em seres pluricelulares existe uma divisão} do trabalho entre as células.

• _{A distribuição de funções entre as células} é consequência da diferenciação celular.

• A diferenciação celular leva ao surgimento de células especializadas para realizar

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Conceito de Diferenciação

• _{A diferenciação celular é um conjunto de processos que transforma uma} célula indiferenciada em uma célula especializada.

• _{Diferenciação de uma célula é seu grau de especialização.} • Quanto maior a diferenciação, maior é sua especialização.

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Conceito de Potencialidade celular

• Potencialidade de uma célula é sua capacidade de originar outros tipos celulares.

• Células que apresentam grande diferenciação têm pouca potencialidade e vice-versa.

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Graus de Potencialidade celular

Quanto à sua potencialidade as células podem ser:

• _{Oligopotentes} • _Unipotentes

• _Totipotentes • Pluripotentes

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Diferenciação celular em animais

• _{Nos animais a diferenciação celular começa durante o desenvolvimento embrionário.} • Todos os animais se formam a partir de uma célula totalmente indiferenciada: o zigoto. • _{O zigoto é a célula que possui grau máximo de potencialidade, podendo originar}

qualquer célula do corpo de um indivíduo.

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Diferenciação celular na gastrulação

• _{A gastrulação é o primeiro momento do desenvolvimento embrionário em} que ocorre diferenciação celular.

• As células resultantes das divisões do zigoto se diferenciam em três folhetos embrionários.

Folheto Embrionário

Tecidos adultos

Ectoderma Tecido nervoso e epitelial (pele) Mesoderma Tecidos conjuntivos, musculares,

sanguíneo e epitelial

Endoderma Tecidos epiteliais (sistema digestório e respiratório)

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Mecanismo de diferenciação celular

A diferenciação celular depende, principalmente, da expressão de determinados genes e repressão de outros genes.

• _{O controle é, portanto, transcricional, pois interfere} na transcrição dos genes.

• O controle transcricional é específico para cada tipo de célula e varia do silenciamento total de um gene até sutis diferenças na atividade transcricional.

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Mecanismo de diferenciação celular

DNA

mRNA

Proteína

Transcrição

Replicação

Tradução

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Mecanismo de diferenciação celular

• Em um eritroblasto são mantidas as

funções dos genes envolvidos na produção de hemoglobina, enquanto muitos outros são inativados.

• Em um neurônio, embora existam os genes que produzem a hemoglobina, não há produção desta proteína, mas produzem outras importante para exercer a sua função.

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Mecanismo de diferenciação celular

• Células musculares são diferentes das

células nervosas porque os genes ativos são diferentes.

• _{O cromossomo X inativado nas fêmeas} é um exemplo de inativação gênica como a que ocorre na diferenciação celular, por compactação da cromatina. • _{A inativação gênica também pode}

ocorrer por metilação de nucleotídeos do DNA.

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Mecanismo de diferenciação celular

• _{Os fatores que interferem na diferenciação celular podem ser} intracelulares ou extracelulares.

• _{Requer uma intensa comunicação entre as células e o ambiente.} Os fatores intracelulares derivam do programa que existe no DNA da célula.

• _{Participam inúmeras substâncias chamadas de fatores de transcrição,} que se ligam a locais específicos do DNA permitindo a transcrição de determinados genes.

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Mecanismo de diferenciação celular

A sinalização entre as células ocorre por meio de substâncias secretadas por uma célula que vai se ligar a um receptor na célula-alvo e induzir a sua diferenciação.

A sinalização pode ser:

• Por meio do contato célula-célula • _{Comunicação parácrina}

• _{Comunicação por meio de um hormônio}

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Diferenciação celular em tecidos adultos

• _{A diferenciação celular também ocorre após o desenvolvimento} embrionário.

• _{Muitos órgãos e tecidos abrigam células com capacidade de se} diferenciar em outras, mesmo após o término de sua formação.

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Diferenciação celular em tecidos adultos

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Diferenciação celular reversível

• _{A diferenciação celular não é um processo irreversível.} • _{É possível promover uma desprogramação nuclear, em}

que todos os genes são ativados, voltando a ser uma célula embrionária.

• _{No processo de regeneração, como no fígado, por} exemplo, também ocorre a desprogramação nuclear das células.

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Diferenciação celular reversível

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AULA 13: Biologia das células-tronco

O que são células-tronco?

Células-tronco são células que ainda não se diferenciaram,

com capacidade de autorreplicação e que, quando estimuladas, podem se diferenciar.

Muitos tecidos possuem células-tronco, que se multiplicam para manter a sua própria população e originar células mais especializadas.

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Importância das células-tronco

Michael Hartnett jogador de basquete da Austrália.

Existe um interesse muito grande sobre essas células, devido à possibilidade de serem utilizadas na medicina regenerativa.

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Diferenciação Celular

As células-tronco são capazes de se transformar em uma célula diferenciada por meio do processo de diferenciação celular.

• A diferenciação celular depende, principalmente, da expressão de determinados genes e repressão de outros genes.

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Diferenciação Celular

Durante a diferenciação celular, dois fatores indicam quais fenótipos celulares vão surgir:

• _{Potencialidade da célula-tronco: quanto maior for sua}

potencialidade maior o número de tipos celulares que vai originar. • _{Ambiente em que a célula se encontra: cada ambiente fornece}

uma composição de fatores que direciona a diferenciação para tipos celulares distintos.

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Potencialidade das células-tronco

Potencialidade de uma célula é sua capacidade de originar outros

tipos celulares.

As células-tronco podem ser: • _Totipotentes

• Pluripotentes • _{Multipotentes} • _{Oligopotentes}

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Zigoto: Esquema de um zigoto (à esquerda) e micrografia

eletrônica com o zigoto apresentando os dois pró-núcleos (materno e paterno) no centro da célula (à direita).

Células-tronco totipotentes

As células-tronco totipotentes podem gerar qualquer tipo de célula. • _{O zigoto (célula formada pela fusão dos gametas)}

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Células-tronco totipotentes

• Os blastômeros, células produto das clivagens, são células-tronco totipotentes. • _{São capazes de originar tanto tecidos embrionários como placentários.}

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Blastocisto

Células-tronco pluripotentes

As células-tronco pluripotentes podem originar uma grande quantidade de tipos celulares diferentes.

• _{As células do embrioblasto do blastocisto são células-tronco pluripotentes, pois} podem originar qualquer tipo celular do corpo do indivíduo.

Embrioblasto

Trofoblasto

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Células-tronco multipotentes

Na gastrulação, as células do embrioblasto se diferenciam em três folhetos embrionários:

• Ectoderma • Mesoderma • _Endoderma

Essas células são multipotentes, porque já possuem um grau de diferenciação que só lhes permite se diferenciar em determinados tecidos.

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Células-tronco multipotentes

Folheto Embrionário

Tecidos adultos

Ectoderma Tecido nervoso e epitelial (pele) Mesoderma Tecidos conjuntivos, musculares,

sanguíneo e epitelial

Endoderma Tecidos epiteliais (sistema digestório e respiratório)

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Células-tronco mesenquimais

As células-tronco mesenquimais fazem parte do tecido sanguíneo, junto com as células hematopoiéticas.

As células-tronco mesenquimais originam células do tecido conjuntivo, cartilaginoso, ósseo, endoteliais e musculares lisas.

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Células-tronco tecido específicas

Os tecidos adultos possuem células-tronco, para sua renovação e regeneração, chamadas de células-tronco tecido específicas.

As células hematopoiéticas da medula óssea são tecido específicas, pois originam diversas células do sangue.

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Células-tronco embrionárias

Células-tronco embrionárias pluripotentes têm sido obtidas de blastocistos e utilizadas em terapia

celular, para reparar diferentes órgãos que sofreram perdas celulares, como o coração, a medula espinhal e etc.

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Células-tronco embrionárias

No Brasil a lei 11.105/05 regulamenta o uso de células-tronco embrionárias em terapia celular.

Art. 5o_{É permitida, para fins de pesquisa e terapia, a utilização de células-tronco}

embrionárias obtidas de embriões humanos produzidos por fertilização in vitro e não utilizados no respectivo procedimento, atendidas as seguintes condições: I – sejam embriões inviáveis; ou

II – sejam embriões congelados há 3 (três) anos ou mais, na data da publicação

desta Lei, ou que, já congelados na data da publicação desta Lei, depois de completarem 3 (três) anos, contados a partir da data de congelamento. § 1o_{Em qualquer caso, é necessário o consentimento dos genitores.}

§ 2o_{Instituições de pesquisa e serviços de saúde que realizem pesquisa}

ou terapia com células-tronco embrionárias humanas deverão submeter

seus projetos à apreciação e aprovação dos respectivos comitês de ética em pesquisa.

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Células-tronco de medula óssea

Células-tronco tecido específicas multipotentes também estão sendo testadas na terapia celular de diferentes órgãos e tecidos.

O transplante de medula óssea, há muito tempo utilizada no tratamento de leucemias, é um exemplo de sua aplicação.

Células-tronco obtidas da medula óssea também estão sendo testadas em terapia celular em órgãos como o coração e a medula espinhal.

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Células-tronco de medula óssea

Sistema circulatório

Sistema nervoso

Sistema imune

A figura mostra a capacidade de diferenciação que possuem as células-tronco multipotentes da medula óssea.

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Células-tronco de dente

Sistema circulatório

Sistema nervoso

Sistema imune

Células-tronco adultas têm sido obtidas de diferentes locais e tecidos. Estudos demonstraram que a polpa de dentes de leite são boas fontes dessas células.

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Células-tronco de cordão umbilical

O cordão umbilical também tem sido utilizado como fontes de células-tronco, porque são consideradas pluripotentes e com várias aplicações na medicina regenerativa.

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A figura mostra a obtenção de células-tronco pluripotentes induzidas.

Células-tronco pluripotentes induzidas

Devido aos problemas éticos na obtenção de células-tronco embrionárias,

pesquisadores desenvolveram a técnica de transformar células adultas, somáticas, em células embrionárias.

As células obtidas desta forma foram chamadas de células-tronco pluripotentes induzidas (iPS).

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Clonagem terapêutica

A clonagem terapêutica consiste em uma técnica em que clones de um indivíduo são produzidos para que, dos embriões, sejam retiradas células-tronco com seu mesmo material genético.

• A obtenção de células-tronco, desta forma, enfrenta grande resistência legal.

• _{A Lei 11.105/05 proíbe este tipo de procedimento no} Brasil.

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Clonagem terapêutica

Sistema nervoso Sistema circulatório

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A morte celular

Durante o desenvolvimento embrionário é comum ocorrer a morte de células que já cumpriram seu papel (tecidos provisórios), ou para originar estruturas como ductos, cavidades etc.

No organismo adulto também ocorre a morte de células danificadas, envelhecidas, redundantes ou perigosas (cancerosas).

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Necrose: morte celular acidental

A morte celular pode ocorrer de forma acidental, sendo chamada, neste caso, de necrose. A necrose pode ocorrer devido à afecções vasculares, traumatismo, substâncias toxicas e outras causas.

Necrose na perna por picada de aranha.

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As células podem morrer de forma fisiológica e programada, sob o comando de genes presentes em seu núcleo.

Este tipo de morte celular, em que a própria célula se destrói sob o comando nuclear, é chamada de apoptose.

Apoptose: morte celular programada

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Apoptose: morte celular programada

As figuras mostram falhas da apoptose. União dos dedos (sindactilia). Veja a radiografia da mão esquerda.

É comum ocorrer apoptose durante o desenvolvimento embrionário, como por exemplo para individualização dos dedos.

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Apoptose: morte celular programada

A apoptose também ocorre em

células de tecidos adultos, como os neutrófilos, células tumorais, células autorreativas.

Célula entrando em apoptose.

Em apoptose

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O Câncer

• Câncer é o nome dado a um conjunto de doenças em que as células se multiplicam de forma desordenada, comprometendo a harmonia do tecido e até mesmo invadindo tecidos vizinhos.

• _{As células de um tecido normal crescem, se} multiplicam e morrem. No câncer estes mecanismos estão anormais.

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Desenvolvimento do Câncer

• Mutação nestes genes são responsáveis pelo câncer.

• _{Os processos de divisão e morte celular são} regulados por vários genes.

• _{Sendo assim, o câncer é sempre uma doença} genética, independentemente de ocorrer de forma esporádica ou hereditária, pois sempre se inicia com danos no DNA.

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Crescimento controlado das células

Normal

A figura mostra as fase de um câncer. Normal Hiperplasia Displasia

Leve

Carcionoma in stiu (displasia severa)

Cancêr Invasivo

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Genética do câncer

As mutações genéticas que desencadeiam o câncer ocorrem, basicamente, em dois tipos de genes:

• _{Proto-oncogenes;}

• _{Genes supressores tumorais.}

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Genética do câncer

Os proto-oncogenes são genes normais que, quando sofrem mutações, originam os oncogenes. Estes genes estimulam a proliferação celular e quando sofrem as mutações, passam a estimular de forma descontrolada, levando ao câncer.

Célula normal

Proto-oncogene

Célula cancerígena

Agente cancerígenos

(Químicos, UV) Oncogene

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Genética do câncer

Os genes supressores tumorais controlam a divisão celular, induzindo à apoptose, por exemplo. Quando estes genes sofrem as mutações, deixam de funcionar e as células se multiplicam de forma descontrolada, levando ao câncer.

Divisão celular controlada Gene supressor tumoral

Proteína que inibe a divisão celular

Proteína que inibe

não funcional

Gene supressor tumoral mutado

Divisão celular

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Colo do útero.

Crescimento controlado das células

O crescimento controlado das células ocorre quando um estímulo fisiológico ou patológico faz com que a proliferação celular ocorra e cessa quando o estímulo é retirado.

• _{Exemplo: o que acontece na} hiperplasia, metaplasia e displasia.

Normal Displasia

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Crescimento descontrolado das células

O crescimento descontrolado das células faz com que ocorra um acúmulo anormal de células no tecido e esta proliferação não cessa mesmo quando o estímulo é retirado.

O estímulo que faz estas células proliferarem de forma descontrolada é proveniente das mutações que ocorreram nos seus genes. Neste caso, formam-se os tumores ou neoplasias.

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Tumores ou neoplasias

As neoplasias, ou tumores, são decorrentes do acúmulo de células anormais no tecido. • _{Eles podem ser considerados benignos ou malignos.}

Esquema mostrando um tumor benigno (crescimento organizado) e um tumor maligno (crescimento desorganizado).

Mamografia mostrando um seio com células saudáveis (esquerdo) e um seio com células cancerosas.

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Tumores ou neoplasias

As neoplasias benignas são de crescimento lento e organizado. Apresentam limites visíveis e não invadem os tecidos vizinhos.

As neoplasias malignas são de crescimento rápido e desordenado, invadindo tecidos vizinhos (metástase) e até levando à morte.

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Carcinogênese ou oncogênese

Carcinogênese ou oncogênese é o nome dado ao

processo de formação de um câncer.

• Chamamos de agentes carcinogênicos aqueles que são capazes de desencadear o desenvolvimento de um câncer, causando mutações nos genes.

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