diferenciação e células tronco Biomol da célula

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Células-tronco e 
Diferenciação celular 
Nathalie Cella
15/06/2023
Departamento de Biologia Celular
 e do Desenvolvimento
Instituto de Ciências Biomédicas – USP
ncella@usp.br
Colina de Waddington
Colina de Waddington
Célula-tronco
O que é uma célula-tronco?
Célula-tronco
Auto-renovação
Células especializada
Ex.: célula muscular, neurônio, etc..
Diferenciação
(especialização)
https://www.eurostemcell.org/
zigoto
células-tronco embrionárias
AUTO-RENOVAÇÃO
DIFERENCIAÇÃO
células-tronco
Multipotentes =
Hierarquia das Células-Tronco
células-tronco
ADULTAS
Os diferentes tipos de células-tronco diferem 
no seu POTENCIAL de diferenciação
Zigoto
oligodendrócito
neurônio
O Nicho da Célula-Tronco
O Nicho da 
Célula-Tronco
Quais são as “opções” das célula-tronco?
• manter-se quiescente (e portanto, tronco)
• Proliferar
• Diferenciar
• morrer
Divisão SImétrica de células-tronco:
No embrião, a divisão simétrica de células-
tronco promove o seu crescimento
Divisão ASSImétrica de células-tronco:
Divisão assimétrica de células-tronco:
O que regula o tipo de divisão (simétrica ou 
assimétrica) de uma célula?
• A natureza do estímulo (intra ou extracelular)
• A maquinaria de polaridade
• O posicionamento do fuso mitótico (e consequentemente, o plano de 
clivagem)
Primeiras clivagens no embrião de Xenopus:
Biologia Celular & Molecular - Junqueira & Carneiro 2023
As proteínas Par definem a polaridade celular
LGN – lisina, glicina e asparagina
NuMa – nuclear mitotic apparatus
Caenorhabditis elegans
Outro exemplo:
A polarização do embrião resulta na segregação 
dos grânulos P somente para uma das células
Caenorhabditis elegans
núcleo
grânulos P – moléculas regulatórias
O citoesqueleto é responsável pela separação 
(polarização) de proteínas Par no embrião
Par6 e 3
Diferenciação da epiderme em mamíferos:
Biologia Celular & Molecular - Junqueira & Carneiro 2023
Orientação do fuso mitótico
 pode definir o destino da célula
O Nicho da Célula-Tronco pode se 
apresentar de diferentes formas
O papel do nicho das células-tronco na 
diferenciação celular 
Síntese de unpaired nas células hub
Testículo de Dosophila
O papel do nicho das células-tronco na 
diferenciação celular - 2
Unpaired → ativação de JAK-STAT nas GSC → AUTORENOVAÇÃO
Adesão entre células hub e GSC orienta a direção das fibras do fuso → célula-filha 
não aderida à célula hub (e distante de unpaired) → DIFERENCIAÇÃO 
Diferenciação de células-tronco adultas 
como sabemos que elas existem?
Uma célula-tronco marcada na cripta dá origem às demais células
Rastreamento de linhagem
Rastreamento de linhagem – como ?
ISC – células-tronco intestinais
Equivalência 
genômica
Se todas as células têm 
exatamente os mesmos genes, o 
que as faz ser diferentes?
O que é necessário para que um gene ser expresso?
Como é possível identificar um 
enhancer no organismo?
Enhancer ativo na retina
enhancer ativo em precursores
 de células musculares
Se as sequências dos enhancers estão presentes 
em todas as células, porque eles estão ativos 
somente em algumas células ? 
Mesmo gene expresso 
na retina e no pâncreas
Pax6 é essencial no desenvolvimento 
de diferentes órgãos
Regulação da expressão gênica por enhancers
Promotor L1 – promotor do gene 
L1, específico de neurônios
Que tipo de fator deve ser ligar na sequência NRSE?
 Por que?
Quais células expressam esse fator?
NRSE = Neural restrictive silencer elemento
Promotor L1 – promotor do gene 
L1, específico de neurônios
Que tipo de fator deve ser ligar na sequência NRSE?
Um silenciador
 Por que?
Porque a deleção dessa sequência resulta na 
expressão de β-gal e vários outros tipos celulares
Quais células expressam esse fator?
Todas menos os neurônios
O papel das sequências silenciadoras
NRSE = Neural restrictive silencer elemento
NRSF = neural restrictive silencer factor 
Conclusão
Sequências enhancer e silenciadoras permitem que determinados 
genes usem uma combinação de vários fatores de transcrição para 
controlar a sua expressão
Genes e proteínas são regulados 
em diferentes níveis
• Alterações na cromatina
• Transcrição gênica
• Processamento de RNA (splicing, meia-vida)
• Síntese proteica (taxa de síntese)
• Meia-vida de proteínas
• Modificações pós-traducionais
• Localização subcelular (moléculas podem estar restritas 
espacialmente na célula)
DNA, histonas e nucleossomos
Cromossomos 
condensados
Cromossomos 
descondensados
Regulação da cromatina
Exemplo:
Processamento diferencial de RNA
Controle da tradução de proteínas
A diferenciação celular é 
reversível ? 
Células-tronco pluripotentes induzidas (iPSC)
Células-tronco pluripotentes induzidas (iPS)
célula
de adulto
‘reprogramação genética’
Células iPS
Comporta-se como uma célula-
tronco embrionária
Todos os tipos
de células especializadas
células iPS em cultura
diferenciação
https://www.eurostemcell.org/
Aplicação e importância das iPSC
1. Gerar iPSC derivadas de células de pacientes para estudar a patologia
2. Utilizar terapia gênica em células iPSC para tratar doenças
3. Gerar células progenitoras a partir de células iPSC derivadas de pacientes 
para propósito de transplantes, evitando assim a rejeição
4. Utilizar células diferenciadas a partir de iPSC de pacientes para screening 
de drogas
Plasticidade das células-tronco
Para saber mais:
Capítulos 3 e 5
Nathalie
ncella@usp.br
Caps 22 e 23 (só em pdf) capítulo 17
biblioteca digital da USP
https://acesso.abcd.usp.br/
	Slide 1
	Slide 2: Colina de Waddington
	Slide 3: Colina de Waddington
	Slide 4
	Slide 5: Hierarquia das Células-Tronco
	Slide 6: Os diferentes tipos de células-tronco diferem no seu POTENCIAL de diferenciação 
	Slide 7
	Slide 8: O Nicho da Célula-Tronco
	Slide 9
	Slide 10
	Slide 11
	Slide 12
	Slide 13: No embrião, a divisão simétrica de células-tronco promove o seu crescimento
	Slide 14
	Slide 15
	Slide 16: O que regula o tipo de divisão (simétrica ou assimétrica) de uma célula?
	Slide 17
	Slide 18
	Slide 19
	Slide 20: As proteínas Par definem a polaridade celular
	Slide 21: Outro exemplo:
	Slide 22: A polarização do embrião resulta na segregação dos grânulos P somente para uma das células
	Slide 23: O citoesqueleto é responsável pela separação (polarização) de proteínas Par no embrião
	Slide 24
	Slide 25
	Slide 26
	Slide 27: O papel do nicho das células-tronco na diferenciação celular 
	Slide 28: O papel do nicho das células-tronco na diferenciação celular - 2
	Slide 29: Diferenciação de células-tronco adultas como sabemos que elas existem?
	Slide 30: Rastreamento de linhagem
	Slide 31: Rastreamento de linhagem – como ?
	Slide 32
	Slide 33
	Slide 34: Se todas as células têm exatamente os mesmos genes, o que as faz ser diferentes?
	Slide 35
	Slide 36: Como é possível identificar um enhancer no organismo?
	Slide 37: Se as sequências dos enhancers estão presentes em todas as células, porque eles estão ativos somente em algumas células ? 
	Slide 38: Pax6 é essencial no desenvolvimento de diferentes órgãos
	Slide 39: Regulação da expressão gênica por enhancers
	Slide 40
	Slide 41: O papel das sequências silenciadoras
	Slide 42: Conclusão
	Slide 43: Genes e proteínas são regulados em diferentes níveis
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	Slide 45
	Slide 46
	Slide 47: Processamento diferencial de RNA
	Slide 48: Controle da tradução de proteínas
	Slide 49: A diferenciação celular é reversível ? 
	Slide 50
	Slide 51
	Slide 52
	Slide 53
	Slide 54: Aplicação e importância das iPSC
	Slide 55: Plasticidade das células-tronco
	Slide 56: Para saber mais: