सेल भेदभाव में शामिल कारक

के दौरान में कोशिका विशिष्टीकरण बहुकोशिकीय जीवों में, कोशिकाएं विशिष्ट हो जाती हैं और तंत्रिका, मांसपेशियों और रक्त कोशिकाओं की भूमिका निभाती हैं। सेल भेदभाव को ट्रिगर करने में शामिल कारकों में शामिल हैं सेल सिग्नलिंग, पर्यावरणीय प्रभाव और जीव के विकास का स्तर।

मूल कोशिका विभेदन तब होता है जब शुक्राणु कोशिका एक अंडे को निषेचित करती है और परिणामी युग्मनज एक निश्चित आकार तक पहुँचता है। उस समय युग्मनज विभिन्न प्रकार की कोशिकाएँ विकसित करना शुरू कर देता है और विशिष्ट कार्यों को करने के लिए विभेदित कोशिकाओं की आवश्यकता होती है।

कोशिका विभेदन के मूल में तंत्र है जीन अभिव्यक्ति. एक जीव की सभी कोशिकाओं में जीन के समान सेट होते हैं क्योंकि आनुवंशिक कोड शुक्राणु कोशिका द्वारा निषेचित मूल अंडा कोशिका से कॉपी किया गया था। एक विशेष कार्य करने के लिए, एक कोशिका केवल अपने आनुवंशिक कोड में कुछ जीनों को व्यक्त या उपयोग करेगी और बाकी को अनदेखा कर देगी।

उदाहरण के लिए, एक कोशिका जो यकृत कोशिका बनने के लिए अंतर करती है, व्यक्त करेगी यकृत कोशिका जीन, और अन्य सभी यकृत कोशिकाएं यकृत जीन के समान सेट का उपयोग करेंगी। वे यकृत बनाने के लिए एक साथ अंतर करेंगे।

कोशिका विभेदन तीन स्थितियों में होता है:

• विकास एक अपरिपक्व जीव का एक वयस्क में।
  
• साधारण कारोबार परिपक्व जीवों में रक्त कोशिकाओं जैसे कोशिकाओं की।
• मरम्मत क्षतिग्रस्त ऊतकों की जब विशेष कोशिकाओं को बदलना पड़ता है।

प्रत्येक मामले में, सेल सिग्नलिंग कोशिकाओं को सूचित करती है कि किस प्रकार के विशेष सेल की आवश्यकता है। अविभाजित कोशिकाएं जीव की जरूरतों को पूरा करने के लिए संबंधित जीन को व्यक्त करती हैं।

यूकेरियोटिक कोशिकाओं का आनुवंशिक कोड डीएनए पर स्थित होता है नाभिक. डीएनए नाभिक को नहीं छोड़ सकता है इसलिए कोशिका को उस जीन की नकल करनी होती है जिसे वह व्यक्त करना चाहता है।

मैसेंजर आरएनए (एमआरएनए) डीएनए से जुड़ जाता है और संबंधित जीन की प्रतिलिपि बनाता है। एमआरएनए नाभिक के बाहर यात्रा कर सकता है और आनुवंशिक निर्देशों को राइबोसोम में ला सकता है जो कोशिका कोशिका द्रव्य में तैरते हैं या जो एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम से जुड़े होते हैं। राइबोसोम व्यक्त जीन द्वारा एन्कोडेड प्रोटीन का उत्पादन करते हैं।

कोशिका द्वारा प्राप्त संकेतों, पर्यावरणीय प्रभावों और कोशिका के विकासात्मक चरण के आधार पर, जीन अभिव्यक्ति की प्रक्रिया को किसी भी स्तर पर अवरुद्ध किया जा सकता है। यदि जीन द्वारा एन्कोड किए गए प्रोटीन की जीव को आवश्यकता नहीं है, तो एमआरएनए जीन की नकल नहीं करेगा, और जीन अभिव्यक्ति प्रक्रिया शुरू नहीं होगी।

एमआरएनए जीन की प्रतिलिपि बनाने के बाद भी, एमआरएनए अणु को नाभिक से बाहर निकलने से अवरुद्ध किया जा सकता है या राइबोसोम तक पहुंचने में सक्षम नहीं हो सकता है। राइबोसोम आवश्यक प्रोटीन का उत्पादन नहीं कर सकते हैं, भले ही एमआरएनए कॉपी किए गए को वितरित करता है जेनेटिक कोड. इस बहु-चरणीय प्रक्रिया के माध्यम से विभिन्न कारक जीन अभिव्यक्ति को प्रभावित कर सकते हैं।

जीवों के पास यह सुनिश्चित करने के कई तरीके हैं कि कोशिकाएँ आवश्यक विशिष्ट और विभेदित कोशिकाओं में विकसित होती हैं।

शरीर में कोशिकीय विभेदन को संचालित करने वाला प्रमुख कारक प्रोटीन का निर्माण है। कौन से जीन व्यक्त किए जाते हैं और कौन से प्रोटीन व्यक्त जीन में एन्कोड किए जाते हैं, इसके आधार पर कोशिकाएं अंतर कर सकती हैं। उत्पादित प्रोटीन विभेदित कोशिकाओं को उनके विशेष कार्य करने में मदद करते हैं और उन्हें अन्य कोशिकाओं को यह बताने देते हैं कि वे सेल सिग्नलिंग के माध्यम से क्या कर रहे हैं।

एक और तंत्र जो कोशिका विभेदन को प्रभावित कर सकता है वह है असममित पृथक्करण में कोशिका विभाजन. विशेष प्रोटीन जैसे पदार्थ कोशिका के एक सिरे पर एकत्रित होते हैं। जब कोशिका विभाजित होती है, तो एक बेटी कोशिका में दूसरे की तुलना में अधिक विशेष प्रोटीन होते हैं। विभिन्न प्रोटीन वितरण के कारण कोशिकाएँ विभिन्न प्रकार की कोशिकाएँ बन जाती हैं।

जैसे-जैसे कोशिका भिन्न होती है, वह जिस प्रकार की विशेषज्ञता ले सकती है, वह अधिक सीमित हो जाती है। भ्रूण मूल कोशिका प्रारंभ में किसी भी प्रकार की कोशिका बन सकती है, लेकिन एक बार जब कोशिका परिपक्व हो जाती है और एक विशेष भूमिका निभा लेती है, तो यह अक्सर बदल नहीं सकती है। भ्रूणीय स्टेम सेल कहलाते हैं टोटिपोटेंट कोशिकाएं क्योंकि वे अभी भी परिपक्व होने पर कोई भी भूमिका निभा सकती हैं, विशेष कोशिकाएं जो पूरी तरह से विभेदित हैं, केवल अपना विशेष कार्य कर सकती हैं।

जीन अभिव्यक्ति कोशिका विशेषज्ञता के लिए जिम्मेदार है, लेकिन मूल कोशिकाओं को विशिष्ट कार्यों को करने में सक्षम होना चाहिए। विभेदन और सेल विशेषज्ञता होने से पहले, सही प्रकार की सेल उपलब्ध होनी चाहिए। असममित पृथक्करण ऐसे विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं का उत्पादन कर सकता है। टोटिपोटेंट भ्रूण कोशिकाएं तीन प्रकारों में से एक बन जाती हैं प्लुरिपोटेंट कोशिकाएं जो अंततः शरीर के विभिन्न ऊतकों में अंतर करती हैं।

प्लुरिपोटेंट कोशिकाएँ तीन प्रकार की होती हैं:

• एण्डोडर्म कोशिकाएं श्वसन और पाचन तंत्र की परत बनने के साथ-साथ यकृत और अग्न्याशय जैसी कई प्रमुख ग्रंथियों का निर्माण करती हैं।
  
• मेसोडर्म कोशिकाएं मांसपेशियों, हड्डियों, संयोजी ऊतक और हृदय को बनाने के लिए अंतर करती हैं।
• बाह्य त्वक स्तर कोशिकाएं त्वचा और तंत्रिकाओं का निर्माण करती हैं।

जबकि सेल सिग्नलिंग कुछ अलग प्रकार के सेल के उत्पादन और सेल के लिए जिम्मेदार है विशेषज्ञता, असममित पृथक्करण प्लुरिपोटेंट का उत्पादन करने के लिए कोशिका विकास की शुरुआत में कार्य करता है कोशिकाएं।

डीएनए प्रतिलेखन एमआरएनए इस तरह से होता है कि एमआरएनए कोशिका के एक छोर पर कुछ प्रोटीन और दूसरे छोर पर विभिन्न प्रोटीन पैदा करता है। कोशिका विभाजन के परिणामस्वरूप दो अलग-अलग प्रकार की संतति कोशिकाएँ बनती हैं जो आगे चलकर विभिन्न विशेषज्ञताओं वाली कोशिकाओं का निर्माण कर सकती हैं।

आंतरिक तंत्र जो प्लुरिपोटेंट कोशिकाओं के सेल भेदभाव को प्रभावित करते हैं, मुख्य रूप से सेल सिग्नलिंग पर आधारित होते हैं। कोशिकाओं को रासायनिक संकेत प्राप्त होते हैं जो उन्हें बताते हैं कि किस प्रकार की कोशिका या किस प्रकार के प्रोटीन की आवश्यकता है।

सेल सिग्नलिंग तंत्र में शामिल हैं:

• प्रसार, जिसमें कोशिकाएं ऐसे रसायन छोड़ती हैं जो पूरे ऊतकों में फैल जाते हैं।
• सीधा संपर्कजिसमें कोशिकाओं की कोशिका झिल्ली पर विशेष रसायन होते हैं।
• रिक्ति संयोजन, जिसमें सिग्नलिंग रसायन सीधे एक सेल से दूसरे सेल में जा सकते हैं।

कोशिकाएं लगातार अपनी गतिविधियों के बारे में रासायनिक संदेश भेजती हैं और संकेत प्राप्त करती हैं कि क्या उनके तत्काल पड़ोस में, ऊतकों में जहां वे स्थित हैं और शरीर में चल रहा है विशाल। ये संकेत प्रमुख कारक हैं जो सेल विशेषज्ञता को प्रभावित करते हैं, और सेल सिग्नलिंग शरीर में सेल भेदभाव को चलाने वाला प्रमुख कारक है।

कोशिकाएँ कुछ रासायनिक संकेतों के प्रति संवेदनशील हो जाती हैं क्योंकि उनमें रिसेप्टर्स उनकी कोशिका झिल्ली पर। रिसेप्टर्स सेल के प्रकार पर निर्भर करते हैं कि यह कैसे विकसित हुआ है और कौन से जीन व्यक्त किए जा रहे हैं। जैसे ही रिसेप्टर्स सक्रिय होते हैं, सेल आगे अलग हो जाता है।

जब कोई कोशिका आस-पास की कई कोशिकाओं को संकेत भेजती है, तो यह एक रसायन का उत्सर्जन करती है जो उस ऊतक के माध्यम से फैलता है जिसमें कोशिका अंतर्निहित होती है। रासायनिक संकेत आसपास की कोशिकाओं की कोशिका झिल्ली में रिसेप्टर्स द्वारा कब्जा कर लिया जाता है और प्रत्येक कोशिका के अंदर एक प्रतिक्रिया को ट्रिगर करता है। ये प्रतिक्रियाएं कोशिकाओं को इस तरह से अलग करने में मदद करती हैं कि ऊतक बनाता है.

उदाहरण के लिए, कोशिकाएं जो यकृत का हिस्सा बन जाएंगी, वे रसायन उत्सर्जित करती हैं जो आस-पास की कोशिकाओं में संबंधित रिसेप्टर्स को ट्रिगर करती हैं, और उस स्थान की सभी कोशिकाएं यकृत कोशिकाएं बनने के लिए अंतर करती हैं। जैसे-जैसे यकृत ऊतक बनता है, आगे की कोशिका संकेतन कुछ कोशिकाओं को वाहिनी कोशिकाओं या संयोजी ऊतक में अंतर करने के लिए प्रेरित करता है। अंततः विभेदित कोशिकाएं एक पूर्ण और कार्यात्मक यकृत बनाती हैं।

जीव द्वारा आवश्यक विशेष कोशिकाओं में विकसित होने के लिए, कोशिकाओं को यह जानना होगा कि उनके आसपास के अन्य कोशिकाएं क्या कर रही हैं। सेल-टू-सेल संपर्क और कोशिकाओं के बीच गैप जंक्शनों के लिए विशेष रिसेप्टर्स पड़ोसी कोशिकाओं के बीच संकेतों के सीधे आदान-प्रदान की सुविधा प्रदान करते हैं। कोशिकाएं यह सुनिश्चित कर सकती हैं कि उनका परिवेश उनकी विभेदित विशेषज्ञता के अनुरूप हो।

में सेल-टू-सेल सिग्नलिंग, कोशिका की सतह पर विशेष रूप से निर्मित ग्राही प्रोटीन पड़ोसी कोशिका की झिल्ली पर संबंधित प्रोटीन से मेल खाते हैं। जब कोशिकाएं संपर्क में आती हैं, तो दो प्रोटीन आपस में जुड़ जाते हैं, और एक कोशिका से दूसरी कोशिका में एक संकेत चालू हो जाता है। संकेत कोशिका झिल्ली से होकर गुजरता है और कोशिका में प्रवेश करता है जहां यह एक विशिष्ट कोशिका व्यवहार का कारण बनता है।

उदाहरण के लिए, त्वचा कोशिकाओं को यह सुनिश्चित करना होता है कि उनके आसपास अन्य त्वचा कोशिकाएं हैं, लेकिन कुछ त्वचा कोशिकाओं में उनके नीचे अंतर्निहित ऊतक की कोशिकाएं होंगी। सेल-टू-सेल सिग्नलिंग कोशिकाओं को यह सुनिश्चित करने देता है कि उनका परिवेश उनके भेदभाव से मेल खाता हो।

गैप जंक्शन पड़ोसी कोशिकाओं के बीच विशेष लिंक हैं जो संदेशों के रूप में कार्य करने वाले प्रोटीन के आसान और प्रत्यक्ष आदान-प्रदान की अनुमति देते हैं। गैप जंक्शनों का उपयोग करके, कोशिकाएं कर सकती हैं उनकी गतिविधियों का समन्वय करेंऔर एक्सचेंज सिग्नल जल्दी और आसानी से।

उदाहरण के लिए, तंत्रिका कोशिकाएं तंत्रिका मार्गों को स्थापित करने के लिए गैप जंक्शनों का उपयोग करें, और गैप जंक्शन कोशिकाओं को अंतर करने दें तंत्रिका कोशिका का प्रकार जो त्वचा में, रीढ़ की हड्डी में या में उनके स्थान के लिए उपयुक्त है दिमाग।

सेल सिग्नलिंग और परिणामी सेल भेदभाव कई चरणों के साथ जटिल प्रक्रियाएं हैं। संकेतों का उत्पादन, प्रचार-प्रसार प्राप्त करना और उन पर कार्य करना होता है। सेल सिग्नल से उत्पन्न ट्रिगर्स को अपेक्षा के अनुरूप काम करना पड़ता है। किसी भी चरण को बाधित करने वाले कारक कोशिका विभेदन को प्रभावित कर सकते हैं और जीव में परिवर्तन का कारण बन सकते हैं।

सेल सिग्नलिंग और सेल भेदभाव को प्रभावित और बाधित करने वाले कारकों में पोषक तत्वों की कमी शामिल है; यदि कोई कोशिका प्रोटीन का उत्पादन नहीं कर सकती है क्योंकि इसमें बिल्डिंग ब्लॉक्स की कमी है, तो यह अंतर नहीं कर सकता है। आनुवंशिक कोड में उत्परिवर्तन एक और समस्या है।

यदि डीएनए दोषपूर्ण है या प्रतिलेखन गलत है, तो संकेतन और विभेदन प्रक्रिया बाधित होती है। इनके अलावा, यदि सिग्नलिंग रसायन अवरुद्ध हैं या सेल रिसेप्टर्स गैर-सिग्नलिंग रासायनिक बांडों से भरे हुए हैं, तो सिग्नलिंग प्रक्रिया ठीक से काम नहीं करेगी।

जीव के पर्यावरण से प्रभाव जो सेल सिग्नलिंग, जीन अभिव्यक्ति और सेल भेदभाव को प्रभावित कर सकते हैं, प्रक्रिया को बदल सकते हैं, रोक सकते हैं या बाधित कर सकते हैं। कुछ पर्यावरणीय कारकों का उपयोग जीव द्वारा अनुकूलन के लिए किया जाता है, कुछ का उपयोग बीमारी से लड़ने के लिए किया जा सकता है और कुछ जीव को नुकसान पहुंचाने या मारने के लिए किया जा सकता है।

उदाहरण के लिए, पर्यावरणीय तापमान कुछ जीवों के विकास को प्रभावित कर सकता है। उच्च तापमान कोशिकाओं के विकास और उनके विभेदन को तेज करते हैं जबकि कम तापमान धीमा या विकास को रोकते हैं।

ड्रग्स हानिकारक सेल भेदभाव को बाधित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, दवाएं असीमित ट्यूमर वृद्धि के लिए प्रक्रिया के चरणों में से एक को अवरुद्ध कर सकती हैं और संबंधित जीन की अभिव्यक्ति को रोक सकती हैं।

चोटें जीन की अभिव्यक्ति को प्रभावित कर सकती हैं और क्षति की मरम्मत के लिए किस प्रकार की कोशिका की आवश्यकता होती है, इसे प्रभावित कर सकती हैं। वायरस और जीवाणु कोशिका विभेदन को प्रभावित कर सकता है। उदाहरण के लिए, यदि एक मां रूबेला जैसी बीमारी से संक्रमित है, तो विकासशील भ्रूण अपने सेल भेदभाव को प्रभावित कर सकता है, और यह जन्म दोष विकसित कर सकता है।

अंत में जहरीले रसायन कोशिका विभेदन को प्रभावित कर सकते हैं। पदार्थ जो सिग्नलिंग रसायनों पर हमला करते हैं या ब्लॉक करते हैं या सेल झिल्ली पर सिग्नल रिसेप्टर की स्थिति को ब्लॉक करते हैं, सिग्नलिंग गतिविधि को रोक सकते हैं और सेल भेदभाव को प्रभावित कर सकते हैं।

इन पर्यावरणीय कारकों के मामले में, जीव अनुकूलन या आंतरिक प्रक्रियाओं को बदलकर प्रतिक्रिया करने का प्रयास करता है। अनुकूलन कुछ पर्यावरणीय प्रभावों के लिए प्रभावी है, लेकिन दूसरों के लिए, जीव जीवित रह सकता है लेकिन दोष प्रदर्शित करता है, या जीव मर सकता है।