Solujen erilaistumiseen liittyvät tekijät

Aikana solujen erilaistuminen monisoluisissa organismeissa solut erikoistuvat ja ottavat rooleja kuten hermo-, lihas- ja verisolut. Solujen erilaistumisen laukaisemiseen vaikuttavia tekijöitä ovat solujen signalointi, ympäristövaikutukset ja organismin kehitystaso.

Perussolujen erilaistuminen tapahtuu sen jälkeen, kun siittiösolu hedelmöittää munasolun ja sen seurauksena tsygootti saavuttaa tietyn koon. Siinä vaiheessa zygootti alkaa kehittää erilaisia ​​solutyyppejä ja tarvitsee erilaistuneet solut erikoistuneiden toimintojen suorittamiseksi.

Mekanismi, joka on solujen erilaistumisen juuressa, on geenien ilmentyminen. Kaikilla organismin soluilla on identtiset geenisarjat, koska geneettinen koodi kopioitiin siittiösolun hedelmöittämästä alkuperäisestä munasolusta. Erikoistoiminnon saamiseksi solu ilmentää tai käyttää vain joitain geenejä geneettisessä koodissaan ja jättää loput huomioimatta.

Esimerkiksi solu, joka erilaistuu maksasoluksi, ilmentää sitä maksasolu geenit, ja kaikki muut maksasolut käyttävät samaa maksageenisarjaa. Ne erilaistuvat yhdessä muodostaen maksan.

Solujen erilaistuminen tapahtuu kolmessa tilanteessa:

• kasvu kehittymätön organismi aikuiseksi.
  
• Normaali liikevaihto solujen, kuten kypsien organismien verisolujen,
• korjaus vaurioituneita kudoksia, kun erikoistuneet solut on vaihdettava.

Kummassakin tapauksessa solun signalointi ilmoittaa soluille, minkä tyyppistä erikoistunutta solua tarvitaan. Erilaistumattomat solut ilmentävät vastaavia geenejä organismin tarpeiden täyttämiseksi.

Eukaryoottisten solujen geneettinen koodi sijaitsee DNA: ssa ydin. DNA ei voi poistua ytimestä, joten solun on kopioitava geeni, jonka se haluaa ilmentää.

Messenger RNA (mRNA) kiinnittyy DNA: han ja kopioi asiaankuuluvan geenin. MRNA voi kulkeutua ytimen ulkopuolelle ja tuoda geneettiset ohjeet ribosomeihin, jotka kelluvat solun sytoplasmassa tai jotka ovat kiinnittyneet endoplasman verkkoon. ribosomit tuottaa ekspressoidun geenin koodaaman proteiinin.

Geeniekspressioprosessi voidaan estää missä tahansa vaiheessa solun vastaanottamista signaaleista, ympäristövaikutuksista ja solun kehitysvaiheesta riippuen. Jos organismi ei tarvitse geenin koodaamaa proteiinia, mRNA ei kopioi geeniä eikä geenin ilmentämisprosessi ala.

Jopa sen jälkeen, kun mRNA kopioi geenin, mRNA-molekyyli voi olla estetty poistumasta ytimestä tai se ei välttämättä pääse ribosomiin. Ribosomit eivät välttämättä tuota tarvittavaa proteiinia, vaikka mRNA toimittaa kopioidun geneettinen koodi. Eri tekijät voivat vaikuttaa geenien ilmentymiseen tämän monivaiheisen prosessin kautta.

Organismeilla on useita tapoja varmistaa, että solut kehittyvät tarvittaviksi erikoistuneiksi ja erilaistuneiksi soluiksi.

Keskeinen tekijä, joka ajaa solujen erilaistumista kehossa, on proteiinien valmistus. Solut voivat erota riippuen siitä, mitkä geenit ekspressoituvat ja mitkä proteiinit koodataan ekspressoiduissa geeneissä. Tuotetut proteiinit auttavat erilaistuneita soluja suorittamaan erikoistuneita toimintojaan ja antavat niiden kertoa muille soluille, mitä he tekevät solusignaloinnin avulla.

Toinen mekanismi, joka voi vaikuttaa solujen erilaistumiseen, on epäsymmetrinen erottelu sisään solujen jakautuminen. Aineet, kuten erityiset proteiinit, kerääntyvät solun toiseen päähän. Kun solu jakautuu, yhdessä tytärsolussa on enemmän erityisproteiineja kuin toisessa. Soluista tulee erityyppisiä soluja erilaisen proteiinijakauman vuoksi.

Kun solu erottuu, erikoistumisen tyyppi, jota se voi ottaa, tulee rajoitetummaksi. Alkion kantasoluja voi aluksi tulla minkä tahansa tyyppinen solu, mutta kun solu on kypsä ja ottanut erikoisroolin, se ei voi enää enää muuttua. Alkion kantasoluja kutsutaan totipotentti solut, koska ne voivat silti ottaa minkä tahansa roolin, kun taas kypsät, erikoistuneet solut, jotka ovat täysin erilaistuneet, voivat suorittaa vain erikoistuneita toimintojaan.

Geeniekspressio on vastuussa solujen erikoistumisesta, mutta perussolujen on kyettävä ottamaan vastaan ​​erikoistuneet toiminnot. Ennen erilaistumista ja solujen erikoistumista voi olla käytettävissä oikeantyyppinen solu. Epäsymmetrinen erottelu voi tuottaa tällaisia ​​erityyppisiä soluja. Totipotenteista alkion soluista tulee yksi kolmesta tyypistä pluripotentti solut, jotka lopulta erilaistuvat kehon eri kudoksiin.

Kolme tyyppiä pluripotentteja soluja ovat:

• Endoderm soluista tulee hengityselinten ja ruoansulatuskanavan vuori sekä muodostavat maksa ja monet tärkeimmistä rauhasista, kuten haima.
  
• Mesoderm solut erilaistuvat muodostaen lihaksia, luita, sidekudosta ja sydäntä.
• Ectoderm solut muodostavat ihon ja hermot.

Solujen signalointi on vastuussa joidenkin erilaisten solutyyppien tuotannosta ja soluista erikoistuminen, epäsymmetrinen erottelu toimii solukehityksen alussa pluripotentin tuottamiseksi soluja.

DNA-transkriptio mRNA: han tapahtuu siten, että mRNA tuottaa tiettyjä proteiineja solun toisessa päässä ja erilaisia ​​proteiineja toisessa päässä. Solunjako johtaa kahteen erityyppiseen tytärsoluun, jotka voivat jatkaa solujen tuottamista eri erikoistumisalueilla.

Sisäiset mekanismit, jotka vaikuttavat pluripotenttien solujen solujen erilaistumiseen, perustuvat pääasiassa solujen signalointiin. Solut saavat kemiallisia signaaleja, jotka kertovat millaista solua tai millaista proteiinia tarvitaan.

Solun signalointimekanismeja ovat:

• Diffuusio, jossa solut vapauttavat kemikaaleja, jotka leviävät kudoksiin.
• Suora kontakti, jossa solujen solukalvoissa on erityisiä kemikaaleja.
• Ristiliitokset, jossa signalointikemikaalit voivat siirtyä suoraan solusta toiseen.

Solut lähettävät jatkuvasti kemiallisia viestejä toiminnastaan ​​ja vastaanottavat signaaleja mistä tapahtuu heidän välittömässä läheisyydessä, kudoksissa, joissa ne sijaitsevat, ja kehossa suuri. Nämä signaalit ovat tärkeimmät tekijät, jotka vaikuttavat solujen erikoistumiseen, ja solujen signalointi on avaintekijä, joka ohjaa solujen erilaistumista kehossa.

Solut tulevat herkiksi tietyille kemiallisille signaaleille, koska niillä on reseptorit solukalvollaan. Reseptorit riippuvat solutyypistä, siitä, miten se on kehittynyt ja mitä geenejä ilmentyy. Kun reseptorit aktivoituvat, solu erilaistuu edelleen.

Kun solu lähettää signaalin monille läheisille soluille, se lähettää kemikaalin, joka diffundoituu kudoksen läpi, johon solu on upotettu. Kemiallisen signaalin sieppaavat ympäröivien solujen solukalvojen reseptorit ja laukaisee vastauksen jokaisen solun sisällä. Nämä vastaukset auttavat saamaan solut erilaistumaan tavalla, joka rakentaa kudosta.

Esimerkiksi solut, joista tulee osa maksaa, lähettävät kemikaaleja, jotka laukaisevat vastaavat reseptorit läheisissä soluissa, ja kaikki siinä paikassa olevat solut erilaistuvat maksasoluiksi. Maksakudoksen muodostuessa solujen jatkuva signalointi saa jotkut solut erilaistumaan kanavasoluiksi tai yhdistäviksi kudoksiksi. Lopulta erilaistuneet solut muodostavat täydellisen ja toimivan maksan.

Kehittyäkseen organismin tarvitsemiksi erikoistuneiksi soluiksi solujen on tiedettävä, mitä muut välittömässä ympäristössä olevat solut tekevät. Erityiset reseptorit solu-solu-kontaktiin ja solujen välisiin rako-liitoksiin helpottavat signaalien suoraa vaihtoa naapurisolujen välillä. Solut voivat varmistaa, että niiden ympäristö vastaa niiden eriytettyä erikoistumista.

Sisään solusta soluun signalointi, erityisesti solun pinnalle muodostetut reseptoriproteiinit vastaavat vastaavia proteiineja naapurisolun membraanissa. Kun solut joutuvat kosketukseen, nämä kaksi proteiinia kytkeytyvät ja signaali laukaistaan ​​solusta toiseen. Signaali kulkee solukalvon läpi ja saapuu soluun, missä se aiheuttaa tietyn solukäyttäytymisen.

Esimerkiksi ihosolujen on varmistettava, että niiden ympärillä on muita ihosoluja, mutta joidenkin ihosolujen alla on taustalla olevan kudoksen solut. Solusta soluun-signaloinnin avulla solut voivat varmistaa, että niiden ympäristö vastaa niiden erilaistumista.

Ristiliitännät ovat erityisiä linkkejä naapurisolujen välille, jotka mahdollistavat viestinä toimivien proteiinien helpon ja suoran vaihdon. Käyttämällä aukkoristeyksiä solut voivat koordinoida toimintaansaja vaihtaa signaaleja nopeasti ja helposti.

Esimerkiksi, hermosolut Käytä aukkoyhteyksiä hermoreittien muodostamiseen, ja aukkojen liitosten avulla solut erilaistuvat - hermosolutyyppi, joka on sopiva niiden sijaintiin ihossa, selkäytimessä tai aivot.

Solusignalointi ja tuloksena oleva solujen erilaistuminen ovat monimutkaisia ​​prosesseja, joissa on monia vaiheita. Signaalit on tuotettava, levitettävä vastaanotettuina ja toimittava. Solusignaaleista johtuvien laukaisimien on toimittava odotetulla tavalla. Tekijät, jotka häiritsevät mitä tahansa vaihetta, voivat vaikuttaa solujen erilaistumiseen ja aiheuttaa muutoksia organismissa.

Tekijöitä, jotka voivat vaikuttaa ja häiritä solujen signalointia ja solujen erilaistumista, ovat ravinteiden puute; jos solu ei pysty tuottamaan proteiinia, koska siitä puuttuu rakennuspalikat, se ei voi erottaa toisistaan. Geneettisen koodin mutaatiot ovat toinen ongelma.

Jos DNA on viallinen tai transkriptio on väärä, signalointi- ja erilaistumisprosessi häiriintyy. Näiden lisäksi, jos signalointikemikaalit ovat tukossa tai solureseptorit on täytetty ei-signaloivilla kemiallisilla sidoksilla, signalointiprosessi ei toimi kunnolla.

Organismin ympäristövaikutukset, jotka voivat vaikuttaa solujen signalointiin, geenien ilmentymiseen ja solujen erilaistumiseen, voivat muuttaa, pysäyttää tai häiritä prosessia. Joitakin ympäristötekijöitä organismi käyttää sopeutumiseen, toisia voidaan käyttää tautien torjuntaan ja toiset vahingoittavat tai tappavat organismia.

Esimerkiksi ympäristön lämpötila voi vaikuttaa joidenkin organismien kehitykseen. Korkeammat lämpötilat nopeuttavat solujen kasvua ja niiden erilaistumista, kun taas matalat lämpötilat hidastavat tai pysäyttävät kehityksen.

Lääkkeet voivat häiritä haitallisten solujen erilaistumista. Esimerkiksi lääkkeet voivat estää yhden prosessivaiheen rajoittamattoman kasvaimen kasvun estämiseksi ja lopettaa vastaavien geenien ilmentymisen.

Vammat voivat vaikuttaa geenien ilmentymiseen ja vaikuttaa siihen, minkä tyyppisiä soluja tarvitaan vaurioiden korjaamiseen. Virukset ja bakteerit voi vaikuttaa solujen erilaistumiseen. Esimerkiksi, jos äiti on saanut tartunnan sellaisella sairaudella kuin vihurirokko, kehittyvällä sikiöllä voi olla vaikutusta solujen erilaistumiseen ja sille voi syntyä syntymävikoja.

Lopuksi myrkylliset kemikaalit voivat vaikuttaa solujen erilaistumiseen. Aineet, jotka hyökkäävät tai estävät signalointikemikaaleja tai estävät signaalireseptorien sijainnin solukalvoissa, voivat lopettaa signalointiaktiivisuuden ja vaikuttaa solujen erilaistumiseen.

Näiden ympäristötekijöiden tapauksessa organismi yrittää vastata sopeutumalla tai muuttamalla sisäisiä prosesseja. Sopeutuminen on tehokas joillekin ympäristövaikutuksille, mutta toisille organismi voi selviytyä, mutta siinä on vikoja tai organismi voi kuolla.