Especificación de las Células Germinales Primordiales

Las células germinales primordiales se especifican por factores localizados en lugares concretos del citoplasma (el plasma germinal). Estos factores tienen su localización controlada por las células nodrizas que rodean al óvulo.

Ejemplos de Especificación del Plasma Germinal

• C. elegans: El plasma germinal (llamado gránulos P) se va restringiendo a una única célula (P4) que dará luego a las células germinales, lejos de la línea somática.
• Drosophila: El plasma se acumula en la parte posterior. El embrión sufre divisiones nucleares sincrónicas sin citocinesis. Los núcleos que llegan al lado posterior son los primeros en celularizarse, formando células polares que incluyen el plasma.
• Xenopus: El plasma está en el polo vegetal y se divide equitativamente entre los 4 primeros blastómeros. Durante el estadio de blástula, el plasma está en unas 20 células que se posicionan en la parte inferior del blastocele.
• Pollo: Las células con plasma se detectan en etapa de blastodisco; se encuentran formando una media luna germinal en un polo del blastodisco, alejado del surco primitivo.
• Ratón: Las células con plasma se encuentran en un área del epiblasto próximo al surco primitivo y se diferencian mediante señales.

El Plasma Germinal

El plasma germinal es un conjunto de proteínas y ARNm localizado en una zona concreta del citoplasma del óvulo. Conforme hay mitosis en el cigoto, el plasma termina migrando a las gónadas. Este plasma determina las células germinales primordiales.

Detalles Específicos por Organismo

En C. elegans

Las células madre al dividirse darán otra célula madre y una fundadora. La P4 dará las células germinales. Los gránulos P están distribuidos por todo el citoplasma; al dividirse, van a la parte posterior, dando una célula P1 con gránulos y otra sin ellos. Tras divisiones se obtiene la P4 que dará las germinales.

En Drosophila

Las células nodrizas fabrican el componente que se deposita en el citoplasma del oocito, como el plasma germinal (gránulos polares). Estos gránulos se mandan al futuro extremo posterior del embrión donde se almacenan. El núcleo diploide, tras fecundarse, se divide por mitosis dentro del citoplasma (sincitio). Estos núcleos van a la superficie, debajo de la membrana plasmática. Serán recubiertos por invaginación y darán células individualizadas; las primeras serán las que englobarán al plasma germinal, por tanto, las primeras que se forman son las células germinales o células polares.

El gen Oskar determina la acumulación del plasma germinal en el polo posterior. Su ARNm se localiza en el polo posterior del futuro oocito; al traducirse, la proteína resultante atrae al plasma germinal a este lado.

Mecanismos de Control de la Expresión Génica

Control a Nivel Genómico

Incluye la condensación/descondensación de cromatina, modificación del ADN (metilaciones), amplificación génica y reordenamiento de segmentos de ADN.

• La acetilación de histonas permite la transcripción y la metilación la impide.
• Los genes de zonas condensadas no se transcriben, y los de zonas descondensadas sí.
• Condensación: Metilación e histonas y desacetilación de histonas.
• Descondensación: Desmetilación y acetilación.
• El ADN también se puede metilar causando una inactivación. Se puede metilar el promotor e impedir la transcripción, o metilar secuencias reguladoras e impedir la unión de factores de transcripción.
• Las proteínas condensan la cromatina.

Control a Nivel Transcripcional

Existen factores de transcripción generales que ayudan a la polimerasa a transcribir, y otros factores específicos que son los que regulan y determinan el camino de la célula.

Cuando un gen se transcribe, hay factores generales que reconocen la secuencia promotora basal y provocan que la polimerasa llegue y transcriba. Esta transcripción basal está regulada en cada tejido por factores específicos; hay factores activadores y represores, y estos actúan junto a los coactivadores o corepresores.

Acción de Activadores y Represores

• Los activadores se unen al ADN y reclutan a coactivadores y a la maquinaria de inicio, pudiendo promover la descondensación de cromatina, lo que permite el acceso a factores generales y a la polimerasa.
• Los represores provocarían que el ADN se condense más o ocuparían una secuencia donde el activador no funcione (inhibición de activadores).

Si un gen no se expresa, la cromatina suele estar condensada, y si se tiene que expresar, una serie de factores de transcripción específicos descondensan y se inicia la transcripción. La mayoría de genes tienen regulación con secuencias enhancer y silencers (silenciadores = represores que impiden la transcripción del gen).

Un enhancer puede favorecer la transcripción o no tener función; la misma secuencia puede ser reconocida por activadores o represores.

Enhancers y Aisladores

Un enhancer es una secuencia de ADN a la cual se le unen proteínas (factores de transcripción) y activa la transcripción de genes. Tiene una secuencia que el factor de transcripción reconoce y puede activar genes que están lejos.

Aisladores o delimitadores (Insulators): Secuencia que actúa como barrera. La proteína que se une impide la acción del enhancer en una dirección, ya sea por condensación o por un *loop* que impide la interacción ADN-enhancer.

Control a Nivel Post-transcripcional

Implica la selección de los ARNm que salen del núcleo. Este tendrá una serie de procesamientos como quitarles los intrones. La maquinaria de *splicing* es compleja, con muchas subunidades que son ribonucleoproteínas nucleares pequeñas con diferentes isoformas según el tejido, y dan la expresión de las proteínas.

Control a Nivel Traduccional

Se refiere a la longevidad del ARNm; la estabilidad del mensajero depende de la longitud de la cola poli A, que depende de la secuencia 3’UTR.

• En el oocito hay ARNm que no se traduce hasta que no se fecunda; se acumula y puede estar inhibido por maskina.
• Esta (maskina) se une a CPEB y bloquea la traducción. Si se fertiliza el huevo, se fosforila CPEB y aunque haya maskina, se traducirá el ARNm.
• Bicoid inhibe la traducción de caudal, y solo se traducirá el ARNm en el polo posterior.

Control a Nivel Post-traduccional

Controla la función de la proteína mediante modificaciones covalentes como glicosilaciones o fosforilación. La proteólisis, el transporte y el plegamiento de la proteína también pueden ser reguladores.

Ejemplos de Vías de Regulación Post-traduccional

• Vía Hedgehog (Hh): Proteólisis de un factor de transcripción en ausencia de señal lo convierte en un represor.
• Ubiquitinaciones: Se añade una ubiquitina a la proteína para su degradación, o para activar o cambiar su función.
• Vía de Notch: Notch es una proteína de membrana que, al activarse, se une a su ligando y lleva a cabo una proteólisis, liberándose su parte intracelular, que es un factor de transcripción que va al núcleo y realiza su función.
• Vía SHH: Cuando no hay Hedgehog, la proteína Cubitus se activa por proteólisis y se reprime la transcripción.
• Vía WNT: Regulada por fosfatasas y quinasas; si la vía está activa, $\beta$-catenina pasa al núcleo y se transcriben los genes.

Control a Nivel de Degradación

Se puede añadir una cola de ubiquitina a la proteína que se quiere degradar para enviarla al proteasoma, como ocurre en la vía WNT.