DIFFERENZIAMENTO E
COMUNICAZIONE TRA
CELLULE
LE CELLULE STAMINALI
www.fisiokinesiterapia.biz
sito dell’NIH sulle cellule staminali in genere
http://stemcells.nih.gov/info/basics/basics4.asp
sito completo su sviluppo embrionale,
differenziamento tissutale e regolazione
dell’accrescimento
http://classes.aces.uiuc.edu/AnSci312/
sito sul controllo genico del differenziamento
http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL
3530/DB_Ch09/DBNDiff.html
Cosa è il differenziamento?
Con questo termine si intende il processo che porta
una cellula a un fenotipo “maturo” e funzionale,
ossia che la porta a svolgere le sue funzioni
specifiche, che di norma sono dipendenti
dall’acquisizione di una specifica morfologia e
localizzazione corporea.
Come differenziano le cellule? (1)
L’acquisizione del differenziamento è di norma un
processo a più passaggi, che porta a un progressivo
restringimento delle potenzialità differenziative di
una cellula pluripotente (ossia con molteplici
potenzialità differenziative)
Di norma tale processo è accompagnato da una
progressiva perdita di potenziale moltiplicativo
Il differenziamento è un processo di norma
irreversibile, anche se vi sono “eccezioni”*
*“eccezioni -1”
• le cellule cancerose spesso “fanno un passo
indietro”, nel senso che perdono alcuni aspetti
terminali del differenziamento, divenendo
morfologicamente poco riconoscibili e perdendo
funzionalità, mentre acquisiscono nuovamente
capacità illimitate di proliferazione
Una cellula di un
tumore mammario
Cellule normali della
ghiandola mammaria
*“eccezioni -2”
•La clonazione riproduttiva delle pecora Dolly (e, in
seguito, di altri mammiferi) è stato eseguito
sostituendo il nucleo di una cellula somatica
differenziata (una cellula mammaria) al posto del
nucleo di una cellula uovo matura.
•Se si fanno fondere globuli rossi di pollo (nuclei
presenti ma inattivi) con cellule umane cancerose, le
cellule ibride cominciano ad esprimere proteine di
pollo precedentemente non espresse
Questi esperimenti dimostrano che il
differenziamento è regolato da elementi (proteine,
RNA) presenti nel citoplasma
La storia della
pecora Dolly
Cellule totipotenti, pluripotenti,
multipotenti, unipotenti
Cellule staminali
Sono dotate di capacità di autorinnovamento
Sono in grado di differenziare dando luogo a
uno o più tipi di cellule mature
Le cellule staminali embrionali derivano da
blastocisti (stadio precoce pre-impianto) e sono
toti- o pluri-potenti
Le cellule staminali adulte o somatiche derivano
da tessuti adulti e sono pluri- o multi-potenti
Entrambi i tipi di cellule possono essere
coltivati in vitro e indotti a differenziare
Le tappe differenziative delle
cellule emopoietiche
Alcune tappe del
differenziamento di un neurone
Come differenziano le cellule? (2)
Questo processo è governato da segnali che
provengono da altre cellule dell’organismo (segnali
solubili, ormoni o fattori di crescita), da cellule vicine
(segnali cellula-cellula) o dalla matrice extracellulare
Di norma i vari passaggi del differenziamento sono
governati da diversi segnali
Spesso la cellula risponde con altri segnali: il
differenziamento embrionale è un processo di
progressiva acquisizione di specializzazione di tutta la
regione interessata e si attua in loco
I segnali cellulacellula
un esempio di segnale cellulacellula nel differenziamento
Un esempio: l’interazione tra
cellule linfoidi
I segnali cellula-matrice influenzano il
comportamento delle cellule
Il network di molecole di segnalazione all’interfaccia
cellula-matrice
segnali cellula-matrice
Interazioni tra cellule stromali, matrice e cellule
tumorali
Segnali e citoscheletro
Segnali specifici delle cellule endoteliali
Un esempio: lo sviluppo dell’occhio (1)
http://www.erin.utoronto.ca/~w3bio
380/lecture/Lect17/L17.htm
Un esempio: lo sviluppo dell’occhio (2)
Come differenziano le cellule? (3)
Il differenziamento viene trasmesso alle cellule
figlie
I segnali influiscono sull’espressione genica della
cellula, per lo più agendo su fattori di trascrizione o
su repressori
In ultima analisi, il differenziamento deriva
dall’espressione differenziale dei geni che
determinano una specializzazione della cellula
stessa
Il differenziamento stabilisce un
pattern di espressione genica
La regione di controllo dei geni specifici del
differenziamento può comprendere numerosi siti di
legame con fattori di trascrizione e con regolatori negativi
Per mantenere lo specifico pattern di espressione genica, i
regolatori devono essere sempre espressi (la regolazione
comprende un feedback positivo)
Il differenziamento può comportare l’inattivazione di
alcune regioni di cromatina (metilazione del DNA, ecc.)
Le cellule figlie ereditano tale pattern di espressione e di
repressione
Il differenziamento non è un processo
esclusivamente embrionale
Schema del differenziamento delle cellule emopoietiche
Il differenziamento delle cellule linfoidi dipende anche
dall’incontro con l’antigene
Differenziamento e proliferazione
Per lo più, con l’aumentare del differenziamento
diminuisce il potenziale proliferativo di una
popolazione staminale
differenziamento
proliferazione
Differenziamento e apoptosi
In alcuni casi, si formano più cellule staminali di
quelle che sono necessarie nell’organismo maturo “a
regime”.
In condizioni di equilibrio, l’eccesso è destinato a
morire per apoptosi. Tuttavia, in caso di necessità, tali
cellule “in più” costituiscono una preziosa riserva.
L’organismo regola la sopravvivenza, la
proliferazione e il differenziamento di tali cellule
attraverso la DISPONIBILITÀ LIMITATA dei fattori
di crescita.
Le cellule staminali COMPETONO TRA LORO per
assicurarsi un apporto sufficiente di tali fattori.
Fattori di crescita
I fattori di crescita hanno spesso più funzioni:
•Segnale proliferativo
•Segnale differenziativo
•Segnale di sopravvivenza
Lo stesso fattore può svolgere più ruoli in momenti
diversi nel corso del differenziamento di una data
filiera
In altri casi, la cellula, differenziando, acquisisce
recettori per fattori diversi
Il recettore
del G-CSF
apoptosi
Proliferazione e differenziamento
Stato stazionario: i fattori di crescita non bastano per tutte le cellule
apoptosi
Necessità di ampliare il numero delle cellule differenziate secondo una data
filiera: aumenta la produzione dei fattori di crescita specifici e ulteriori
cellule si salvano dall’apoptosi, entrando in ciclo e differenziandosi
