Čimbenici koji sudjeluju u diferencijaciji stanica

Tijekom diferencijacija stanica u višećelijskim organizmima stanice se specijaliziraju i preuzimaju uloge poput uloga živčanih, mišićnih i krvnih stanica. Čimbenici koji sudjeluju u pokretanju diferencijacije stanica uključuju stanična signalizacija, utjecaji okoliša i stupanj razvijenosti organizma.

Osnovna diferencijacija stanica događa se nakon što spermatozoid oplodi jajnu stanicu i kao rezultat zigota dosegne određenu veličinu. U tom trenutku zigota počinje razvijati različite tipove stanica i trebaju diferencirane stanice da bi preuzele specijalizirane funkcije.

Mehanizam koji je u osnovi diferencijacije stanica je ekspresija gena. Sve stanice organizma imaju identične setove gena jer je genetski kod kopiran iz izvorne jajne stanice koja je oplođena spermatozoidom. Da bi preuzela specijaliziranu funkciju, stanica će samo izraziti ili upotrijebiti neke gene u svom genetskom kodu, a ostatak će zanemariti.

Na primjer, stanica koja se diferencira i postane stanica jetre izrazit će stanica jetre

Diferencijacija stanica odvija se u tri situacije:

• The rast nezrelog organizma u odraslu osobu.
  
• Normalan promet stanica kao što su krvne stanice u zrelim organizmima.
• The popravak oštećenih tkiva kada se moraju zamijeniti specijalizirane stanice.

U svakom slučaju, ćelijska signalizacija obavještava stanice o potrebnoj vrsti specijalizirane ćelije. Nediferencirane stanice izražavaju odgovarajuće gene kako bi zadovoljile potrebe organizma.

Genetski kod eukariotskih stanica nalazi se na DNK u jezgra. DNA ne može napustiti jezgru pa stanica mora kopirati gen koji želi izraziti.

Glasnik RNA (mRNA) veže se na DNK i kopira odgovarajući gen. MRNA može putovati izvan jezgre i donijeti genetske upute ribosomima koji plutaju u staničnoj citoplazmi ili koji su pričvršćeni na endoplazmatski retikulum. The ribosomi proizvode protein kodiran eksprimiranim genom.

Ovisno o signalima koje stanica prima, utjecajima okoline i razvojnom stadiju stanice, proces ekspresije gena može biti blokiran u bilo kojoj fazi. Ako protein kodiran genom nije potreban organizmu, mRNA neće kopirati gen i postupak ekspresije gena neće započeti.

Čak i nakon što mRNA kopira gen, molekuli mRNA može biti blokiran izlaz iz jezgre ili možda neće moći doći do ribosoma. Ribosomi možda neće proizvesti potreban protein, čak i ako mRNA preda kopirano genetski kod. Kroz ovaj postupak u više koraka različiti čimbenici mogu utjecati na ekspresiju gena.

Organizmi imaju nekoliko načina kako osigurati da se stanice razviju u potrebne specijalizirane i diferencirane stanice.

Ključni faktor koji pokreće staničnu diferencijaciju u tijelu je proizvodnja proteina. Stanice se mogu razlikovati ovisno o tome koji su geni eksprimirani i koji su proteini kodirani u eksprimiranim genima. Proizvedeni proteini pomažu diferenciranim stanicama da izvrše svoju specijaliziranu funkciju i dopuštaju im da drugim ćelijama kažu što rade putem stanične signalizacije.

Daljnji mehanizam koji može utjecati na diferencijaciju stanica je asimetrična segregacija u dijeljenje stanica. Tvari poput posebnih proteina skupljaju se na jednom kraju stanice. Kad se stanica podijeli, jedna stanica kćer ima više posebnih proteina od druge. Stanice postaju različite vrste stanica zbog različite distribucije proteina.

Kako se stanica diferencira, vrsta specijalizacije koju može poduzeti postaje sve ograničenija. Embrionalni Matične stanice može u početku postati bilo koja vrsta stanice, ali nakon što stanica sazrije i preuzme specijaliziranu ulogu, često se više ne može promijeniti. Zove se matične stanice embriona totipotentni stanice jer još uvijek mogu preuzeti bilo koju ulogu dok zrele, specijalizirane stanice koje su potpuno diferencirane mogu izvršavati samo svoju specijaliziranu funkciju.

Ekspresija gena odgovorna je za specijalizaciju stanica, ali osnovne stanice moraju biti sposobne preuzeti specijalizirane funkcije. Prije nego što se može izvršiti diferencijacija i specijalizacija stanica, mora biti na raspolaganju prava vrsta stanica. Asimetrična segregacija može stvoriti takve različite vrste stanica. Totipotentne embrionalne stanice postaju jedna od tri vrste pluripotentni stanice koje se na kraju diferenciraju u razna tjelesna tkiva.

Tri vrste pluripotentnih stanica su:

• Endoderm stanice postaju sluznica dišnog i probavnog trakta, kao i tvore jetru i mnoge glavne žlijezde poput gušterače.
  
• Mesoderm stanice se diferenciraju oblikujući mišiće, kosti, vezivno tkivo i srce.
• Ektoderm stanice tvore kožu i živce.

Iako je stanična signalizacija odgovorna za proizvodnju nekih različitih vrsta stanica i za stanicu specijalizacija, asimetrična segregacija djeluje na početku razvoja stanica kako bi proizvela pluripotent Stanice.

Transkripcija DNA do mRNA odvija se na takav način da mRNA stvara određene proteine ​​na jednom kraju stanice, a različite proteine ​​na drugom kraju. Podjela stanica rezultira dvjema različitim vrstama kćerinskih stanica koje mogu nastaviti s proizvodnjom stanica s različitim specijalizacijama.

Unutarnji mehanizmi koji utječu na staničnu diferencijaciju pluripotentnih stanica uglavnom se temelje na staničnoj signalizaciji. Stanice primaju kemijske signale koji im govore koja vrsta stanica ili vrsta proteina je potrebna.

Mehanizmi stanične signalizacije uključuju:

• Difuzija, u kojem stanice oslobađaju kemikalije koje se šire po tkivima.
• Izravni kontakt, u kojem stanice imaju posebne kemikalije na staničnim membranama.
• Spojevi praznina, u kojem signalne kemikalije mogu prelaziti izravno iz jedne stanice u drugu.

Stanice kontinuirano šalju kemijske poruke u vezi sa svojim aktivnostima i primaju signale o čemu se događa u njihovom neposrednom susjedstvu, u tkivima u kojima se nalaze i u tijelu na velika. Ti su signali glavni čimbenici koji utječu na specijalizaciju stanica, a stanična signalizacija je ključni faktor koji pokreće diferencijaciju stanica u tijelu.

Stanice postaju osjetljive na određene kemijske signale jer jesu receptori na njihovoj staničnoj membrani. Receptori ovise o vrsti stanice, kako se razvila i koji se geni izražavaju. Kako se receptori aktiviraju, stanica se dalje diferencira.

Kad stanica pošalje signal mnogim obližnjim stanicama, ona emitira kemikaliju koja difundira kroz tkivo u kojem je stanica ugrađena. Kemijski signal zahvaćaju receptori u staničnim membranama okolnih stanica i izaziva odgovor unutar svake stanice. Ti odgovori pomažu da se stanice diferenciraju na način da gradi tkivo.

Na primjer, stanice koje će postati dijelom jetre emitiraju kemikalije koje pokreću odgovarajuće receptore u obližnjim stanicama, a sve se stanice na tom mjestu diferenciraju i postaju stanice jetre. Kako se tkivo jetre oblikuje, daljnja stanična signalizacija pokreće neke stanice da se diferenciraju u stanice kanala ili povezujuće tkivo. Na kraju diferencirane stanice tvore cjelovitu i funkcionalnu jetru.

Da bi se razvile u specijalizirane stanice potrebne organizmu, stanice moraju znati što rade druge stanice u njihovoj neposrednoj okolini. Posebni receptori za kontakt stanice i stanice i spojevi između stanica omogućuju izravnu razmjenu signala između susjednih stanica. Stanice mogu osigurati da njihova okolina odgovara njihovoj diferenciranoj specijalizaciji.

U signalizacija od stanice do stanice, posebno oblikovani receptorski proteini na površini stanice odgovaraju odgovarajućim proteinima na membrani susjedne stanice. Kad stanice dođu u kontakt, dva se proteina povezuju i signal se pokreće od jedne stanice do druge. Signal prolazi kroz staničnu membranu i ulazi u stanicu gdje uzrokuje određeno ponašanje stanice.

Na primjer, stanice kože moraju se pobrinuti da imaju druge stanice kože oko sebe, ali neke stanice kože će ispod sebe imati stanice temeljnog tkiva. Signalizacija stanica-stanica omogućuje stanicama da osiguraju da njihova okolina odgovara njihovoj diferencijaciji.

Spojevi između praznina su posebne veze između susjednih stanica koje omogućuju jednostavnu i izravnu razmjenu bjelančevina koje djeluju kao poruke. Koristeći spojeve jaza, stanice mogu koordiniraju svoje aktivnostii razmjenjuju signale brzo i jednostavno.

Na primjer, nervne ćelije koristite spojeve za razdvajanje kako biste uspostavili živčane putove, a spojevi za puštanje omogućavaju stanicama da se diferenciraju u vrsta živčane stanice koja odgovara njihovom položaju u koži, u leđnoj moždini ili u mozak.

Stanična signalizacija i rezultirajuća stanična diferencijacija složeni su procesi s mnogo koraka. Signali se moraju proizvoditi, širiti, primati i prema njima postupati. Okidači koji proizlaze iz ćelijskih signala moraju raditi prema očekivanjima. Čimbenici koji remete bilo koji od koraka mogu utjecati na diferencijaciju stanica i uzrokovati promjene u organizmu.

Čimbenici koji mogu utjecati i poremetiti staničnu signalizaciju i staničnu diferencijaciju uključuju nedostatak hranjivih sastojaka; ako stanica ne može proizvesti protein jer joj nedostaju građevni blokovi, ne može se razlikovati. Mutacije u genetskom kodu su još jedan problem.

Ako je DNA neispravna ili je transkripcija pogrešna, proces signalizacije i diferencijacije je poremećen. Uz njih, ako su signalne kemikalije blokirane ili su stanični receptori ispunjeni ne-signalnim kemijskim vezama, postupak signalizacije neće raditi ispravno.

Utjecaji iz okoline organizma koji mogu utjecati na staničnu signalizaciju, ekspresiju gena i staničnu diferencijaciju mogu promijeniti, zaustaviti ili poremetiti proces. Neke čimbenike okoliša organizam koristi za prilagodbu, neke se može koristiti za borbu protiv bolesti, a neki štete ili ubijaju organizam.

Na primjer, temperatura okoline može utjecati na razvoj nekih organizama. Više temperature ubrzavaju rast stanica i njihovu diferencijaciju, dok niske temperature usporavaju ili zaustavljaju razvoj.

Lijekovi mogu poremetiti štetnu staničnu diferencijaciju. Na primjer, lijekovi mogu blokirati jedan od koraka procesa za neograničeni rast tumora i zaustaviti ekspresiju odgovarajućih gena.

Ozljede mogu utjecati na ekspresiju gena i utjecati na vrstu stanice koja je potrebna za saniranje oštećenja. Virusi i bakterija mogu utjecati na diferencijaciju stanica. Na primjer, ako je majka zaražena bolešću kao što je rubeola, fetus u razvoju može utjecati na njegovu staničnu diferencijaciju i može razviti urođene nedostatke.

Napokon toksične kemikalije mogu utjecati na diferencijaciju stanica. Tvari koje napadaju ili blokiraju signalne kemikalije ili koje blokiraju položaje signalnih receptora na staničnim membranama mogu zaustaviti signalnu aktivnost i utjecati na staničnu diferencijaciju.

U slučaju ovih čimbenika okoliša, organizam pokušava odgovoriti prilagođavanjem ili promjenom unutarnjih procesa. Prilagodba je učinkovit za neke utjecaje iz okoline, ali za druge organizam može preživjeti, ali pokazivati ​​nedostatke ili organizam može umrijeti.