La diferenciación de células precursoras visiblemente indiferenciadas ocurre durante el desarrollo embrionario, durante la metamorfosis de formas larvarias y después de la separación de partes en la reproducción asexual. También ocurre en organismos adultos durante la renovación de tejidos y la regeneración de partes faltantes. Por lo tanto, la diferenciación celular es un proceso esencial y continuo en todas las etapas de la vida.
la diferenciación visible de células es solo la última de una secuencia progresiva de Estados., En cada Estado, la célula se compromete cada vez más hacia un tipo de célula en la que puede desarrollarse. Los estados de compromiso a veces se describen como » especificación «para representar un tipo reversible de compromiso y como» determinación » para representar un compromiso irreversible. Aunque los estados de especificación y determinación representan la actividad génica diferencial, las propiedades de las células embrionarias no son necesariamente las mismas que las de las células completamente diferenciadas. En particular, las células en estados de especificación generalmente no son estables durante períodos prolongados de tiempo.,
dos mecanismos provocan compromisos alterados en las diferentes regiones del embrión temprano: la localización citoplasmática y la inducción. La localización citoplasmática es evidente en las primeras etapas del desarrollo del embrión. Durante este tiempo, el embrión se divide sin crecimiento, experimentando divisiones de escisión que producen células separadas llamadas blastómeros. Cada blastómero hereda una determinada región del citoplasma del óvulo original, que puede contener una o más sustancias reguladoras llamadas determinantes citoplásmicos., Cuando el embrión se ha convertido en una masa sólida de blastómeros (llamada mórula), generalmente consiste en dos o más poblaciones de células comprometidas de manera diferente, como resultado de que los blastómeros han incorporado diferentes determinantes citoplásmicos. Los determinantes citoplasmáticos pueden consistir en ARNm o proteína en un estado particular de activación. Un ejemplo de la influencia de un determinante citoplasmático es un receptor llamado Toll, ubicado en las membranas de los huevos de Drosophila (mosca de la fruta)., La activación del Toll asegura que los blastómeros se desarrollarán en estructuras ventrales (inferiores), mientras que los blastómeros que contienen Toll inactivo producirán células que se desarrollarán en estructuras dorsales (posteriores).
en la inducción, el segundo mecanismo de compromiso, una sustancia secretada por un grupo de células altera el desarrollo de otro grupo. En el desarrollo temprano, la inducción suele ser instructiva; es decir, el tejido asume un estado de compromiso diferente en presencia de la señal de lo que lo haría en ausencia de la señal., Las señales inductivas a menudo toman la forma de gradientes de concentración de sustancias que evocan una serie de respuestas diferentes a diferentes concentraciones. Esto conduce a la formación de una secuencia de grupos de células, cada uno en un estado diferente de especificación. Por ejemplo, en Xenopus (rana con garras) el embrión temprano contiene un centro de señalización llamado organizador que segrega inhibidores de las proteínas morfogenéticas óseas (BMPs), lo que conduce a un gradiente ventral-dorsal (vientre-espalda) de la actividad BMP., La actividad de BMP en la región ventral del embrión suprime la expresión de los factores de transcripción implicados en la formación del sistema nervioso central y de los músculos segmentados. La supresión asegura que estas estructuras se forman solo en el lado dorsal, donde hay disminución de la actividad de BMP.
la etapa final de diferenciación a menudo implica la formación de varios tipos de células diferenciadas a partir de una población de células precursoras o madre. La diferenciación Terminal ocurre no solo en el desarrollo embrionario sino también en muchos tejidos en la vida postnatal., El Control de este proceso depende de un sistema de inhibición lateral en el que las células que se diferencian a lo largo de una ruta particular envían señales que reprimen la diferenciación similar por sus vecinos. Por ejemplo, en el sistema nervioso central en desarrollo de los vertebrados, las neuronas surgen de un tubo simple de neuroepitelio, cuyas células poseen un receptor de superficie llamado Notch. Estas células también poseen otra molécula de superficie celular llamada Delta que puede unirse y activar la muesca en las células adyacentes., La activación de Notch inicia una cascada de eventos intracelulares que resulta en la supresión de la producción de Delta y la supresión de la diferenciación neuronal. Esto significa que el neuroepitelio genera solo unas pocas células con alta expresión de Delta rodeadas por un mayor número de células con baja expresión de Delta. La alta producción de Delta y la baja activación de muesca hacen que las células se conviertan en neuronas. La baja producción de Delta y la alta activación de muesca hacen que las células permanezcan como células precursoras o se conviertan en células gliales (de soporte)., Se sabe que un mecanismo similar produce las células endocrinas del páncreas y las células cálices del epitelio intestinal. Tales sistemas de inhibición lateral funcionan porque las células en una población nunca son del todo idénticas para empezar. Siempre hay pequeñas diferencias, como en el número de moléculas Delta mostradas en la superficie celular. El mecanismo de inhibición lateral amplifica estas pequeñas diferencias, usándolas para provocar una expresión génica diferencial que conduce a estados estables y persistentes de diferenciación celular.