Diferenciación celular y genes homeóticos

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Durante el desarrollo se establece un esquema que define las principales regiones del cuerpo (cabeza, tronco, cola) y luego se producen una diferenciación en las celulas del embrión, generándose una gran de variedad de fenotipos celulares con formas y estructuras especializadas en distintas funciones. La definición del plan corporal y la diferenciación celular ocurre por la expresión dedistintos genes como resultado de un complejo programa de desarrollo.

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Un gen homeotico es un gen que intervienen el programa de desarrollo que determina la localización de órganos a lo largo de del eje anterior-posterior (cabeza-cola). La determinación del eje anterior-posterior del embrión constituye la piedra angular del desarrollo porque proporciona una línea central a lo largo de la cual sedesarrollara el resto de las estructuras. Los genes homeoticos constituyen una familia de genes que determina la forma del cuerpo. Son genes de posición o selectores de posición de las estructuras que se desarrollan. Expresan sus actividades en regiones diferentes del embrión, subdividiendo al embrión a lo largo del eje anterior-posterior en campos celulares con diferentes potenciales dedesarrollo, que se transformaran en miembros y otras estructuras. Estas subdivisión del cuerpo embrionario procede a la formación de órganos o estructuras específicas.
Una mutación homeotica provoca la sustitución de una parte del cuerpo por una estructura cuya ubicación normal correspondería a otro sitio.
Se necesitan cientos de genes activos para crear las alas y patas con ubicación normal. Los geneshomeoticos actúan como genes RECEPTORES o MAESTROS, ya que dirigen la actividad de varios de genes subordinados. Por ejemplo en la drosofila existe un gen homeotico que dirige la formación del ojo, para lo cual debe regular la expresión de alrededor de 2500 genes que codifican las proteínas que dan estructura y función al ojo.

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El producto de los genes homeoticos son proteínas reguladoras degenes. Los genes homeoticos tienes una secuencia muy conservada llamada caja homeotica, que en la proteína da origen a una región llamada homeodominio, cuya función consiste en reconocer y unirse a una secuencia de ADN en los genes subordinados.
Las proteínas con homeodominios activan o reprimen la expresión de los genes subordinados.

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El resultado de la diferenciación es una diferenciacuantitativa y cualitativa en la expresión de genes distintos, controlada en su mayor parte a nivel de la trascripción.
Durante la incubación de núcleos con el precursor radiactivo del ARN se transcriben alrededor de 300-500 nucleótidos. El ARN marcado radiactivamente durante la trascripción es luego capturado por hibridación con el ADN clonado (ADNc) de un gen específico. Así se puede saber elnivel de trascripción comparativamente con otros genes.

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Es necesario explicar que ciertas enzimas llamadas METILASAS son capaces de introducir un grupo metilo en la citosina del ADN y que esta modificación es un mecanismo general para impedir la expresión de genes.
En el experimento, la 5-azacitidina inhibe la metilacion del ADN y por lo tanto los genes que antes se encontraban apagados porla mitilacionahora se activan. En estas condiciones los fibroplastos se convierten en células musculares. Estos hechos proveen un modelo para buscar los genes que se activaron.

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Aunque no se entiende el proceso completo de la diferenciación para ningún tipo celular, existen modelos de estudio, tales como el del músculo esquelético en mamíferos, que han revelado algunos principios básicos quepermiten intuir la existencia de procesos similares en otras células. El estudio del programa de diferenciación y desarrollo de órganos en distintos organismos han demostrado que dependen de combinaciones de factores que regulan la expresión de genes específicos de una manera sensible a la interacción de las células en el medio. Esta interacción involucran señales y receptores de señales...