¿Qué mecanismo exacto desencadena la primera diferenciación celular después de n divisiones?

La primera diferenciación en la embriogénesis humana es de los blastómeros tempranos al trofoblasto, que forma la capa externa del blastocisto y la masa celular interna (ICM). Puede que no sea sorprendente entonces que las células en el interior de la mórula en etapa de células 8-16 se diferencien en ICM mientras que las del exterior se diferencian en trofoblasto. Sin embargo, actualmente no está claro si se trata de una relación causal (el modelo de adentro hacia afuera) o si el patrón de blastocisto se configura antes en la escisión (como en el modelo de polaridad apicobasal) o si es una combinación de los dos.

Tenía razón al imaginar que el patrón de los tejidos está determinado por sustancias químicas: una clase muy amplia llamada morfógenos. Las células no necesariamente cuentan cuántas veces se han dividido, pero la división celular ciertamente puede afectar la concentración y localización del morfógeno. Supongo que en cierto sentido podrías describir esto como un reloj. Sin embargo, no lo haría, especialmente porque la escisión de los mamíferos es asíncrona.

Una línea de estudios mostró que un factor de transcripción llamado Tead4 especifica el trofoblasto$^{ref}$. Luego se demostró que Tead4 puede ser regulado por contacto célula-célula (mediado por señalización Hippo)$^{ref}$. Formularon la hipótesis de que la magnitud del contacto célula-célula podría proporcionar un mecanismo mediante el cual la localización de Tead4 podría controlarse en el trofoblasto presuntivo y la ICM. Esto podría explicar por qué las células tienen diferentes destinos porque las células internas están completamente rodeadas (más uniones celulares) mientras que las células externas están expuestas en gran medida al medio. Tenga en cuenta que solo proporcioné eso como un ejemplo de un posible mecanismo. No está confirmado y, como con cualquier modelo, la imagen real es increíblemente más compleja y probablemente involucre muchos factores.

Soy reacio a entrar en demasiados detalles sobre esto porque está preguntando sobre un proceso complejo que aún está bajo estudio activo y no tengo claro cuánta información realmente desea. Se podría escribir un libro solo sobre este tema, y ​​se han publicado muchos artículos de revisión. Aquí hay uno reciente:

Desarrollo: ¿Los embriones de ratón juegan a los dados?

Le sugiero que lea eso y luego, si tiene preguntas más específicas, podemos intentar responderlas por usted.

Por qué las células se diferencian o especializan es una pregunta efímera. Intentaré responder: cuantas más células especializadas tenga un organismo, mejor equipado estará ese organismo para funcionar.

En un organismo dado, la diferenciación después de n divisiones o después de t tiempo durante el desarrollo se debe a cambios que son intrínsecos (genéticos) o extrínsecos (ambientales). Dos ejemplos de cómo interactúan los determinantes intrínsecos y extrínsecos son:

"Desplegando un programa de desarrollo de cordados, una célula a la vez: linajes celulares invariantes, inducciones de corto alcance y plasticidad evolutiva en ascidias".

y

"Patrón de celdas"

Si una célula cambia después de n divisiones en un tiempo t, puede deberse a su entorno celular local o, en el caso de algunos animales, a la regulación hormonal a la que cada célula puede responder de manera diferente.

Como tal, ¿por qué las células se diferencian? Porque en los organismos, que son grandes colecciones de células, la supervivencia depende totalmente de la segregación de la función celular.

Richard y Natalie Gordon propusieron que existe un orgánulo biestable mecánicamente sensible en los extremos apicales de las células en láminas celulares a punto de diferenciarse (competentes) y que están bajo tensión mecánica. Dependiendo de dónde se encuentre la celda en la lámina, la tensión se resolverá ya sea por la contracción del extremo apical o por la expansión del extremo apical. Esto dará como resultado una señal de transducción biomecánica del citoesqueleto que se transmite al núcleo, que luego cambia la expresión génica. Si la celda ha experimentado una contracción, se envía una señal y si la celda ha experimentado una expansión, se envía otra señal. La señal es la determinación del destino celular y la realiza el citoesqueleto. Han esbozado su investigación y su teoría de las ondas de diferenciación en detalle en su libro "Explicación de la embriogénesis".. En su ejemplo específico, la primera diferenciación tiene lugar durante la compactación de los mamíferos. Las células en el exterior se expanden y se determina que son trofoblastos, las células en el interior se contraen y se determina que son la masa celular interna. Todo lo demás, los cambios en la expresión génica, las proteínas de señalización y el resto son secundarios, el resultado de la diferenciación después de que el citoesqueleto determina el destino celular con señales mecánicas. Tenga en cuenta que esta hipótesis es muy detallada y específica, relativamente simple en general y se basa en la mecánica y la física. Es altamente comprobable sin "agitar la mano". Puede leer la versión corta de la teoría de forma gratuita en https://link.springer.com/article/10.1186/s12976-016-0037-2