A sejtek differenciálódásában szerepet játszó tényezők

Alatt sejtdifferenciálás a többsejtű organizmusokban a sejtek specializálódtak és olyan szerepeket töltenek be, mint az ideg-, izom- és vérsejtek. A sejtdifferenciálódás kiváltó tényezői a következők: sejtjelzés, a környezeti hatások és a szervezet fejlettségi szintje.

Az alapsejtek differenciálódása akkor következik be, amikor a sperma sejt megtermékenyíti a petesejtet és az ennek eredményeként keletkező sejteket zigóta elér egy bizonyos méretet. Ekkor a zigóta különböző sejttípusokat kezd fejleszteni, és differenciált sejtekre van szüksége a speciális funkciók betöltéséhez.

Az a mechanizmus, amely a sejtek differenciálódásának gyökere, az génexpresszió. Egy szervezet minden sejtjének azonos a génkészlete, mivel a genetikai kódot a spermium sejtjeivel megtermékenyített eredeti petesejtből másolták. Speciális funkció betöltésére a sejt csak a gének egy részét fejezi ki vagy használja fel genetikai kódjában, a többit pedig figyelmen kívül hagyja.

Például egy sejt, amely megkülönböztethetővé válik májsejtté, kifejezi a sejtet

A sejtdifferenciálás három helyzetben történik:

• A növekedés egy éretlen szervezetből felnőtté.
  
• Normál forgalom sejtek, például érett szervezetek vérsejtjei.
• A javítás sérült szövetek károsodása, amikor speciális sejteket kell kicserélni.

A sejtjelzés minden esetben tájékoztatja a sejteket, hogy milyen típusú speciális sejtre van szükség. A differenciálatlan sejtek a megfelelő géneket expresszálják a szervezet szükségleteinek kielégítésére.

Az eukarióta sejtek genetikai kódja a DNS - ben található atommag. A DNS nem hagyhatja el a magot, így a sejtnek le kell másolnia az expresszálni kívánt gént.

Messenger RNS (mRNS) kapcsolódik a DNS-hez és lemásolja a vonatkozó gént. Az mRNS a sejtmagon kívülre utazhat, és a genetikai utasításokat eljuttathatja a sejt citoplazmájában úszó vagy az endoplazmatikus retikulumhoz kapcsolódó riboszómákhoz. A riboszómák termelje az expresszált gén által kódolt fehérjét.

A sejt által vett jelektől, a környezeti hatásoktól és a sejt fejlődési stádiumától függően a génexpresszió folyamata bármely szakaszban blokkolható. Ha a gén által kódolt fehérjére nincs szüksége a szervezetnek, az mRNS nem másolja a gént, és a génexpressziós folyamat nem indul el.

Még azután, hogy az mRNS lemásolja a gént, az mRNS-molekula blokkolódhat a magból való kilépéshez, vagy nem képes elérni a riboszómát. Előfordulhat, hogy a riboszómák akkor sem termelik a szükséges fehérjét, ha az mRNS szállítja a másoltakat genetikai kód. Különböző tényezők befolyásolhatják a génexpressziót ezen a többlépcsős folyamaton keresztül.

A szervezeteknek számos módja van annak biztosítására, hogy a sejtek a szükséges speciális és differenciált sejtekké fejlődjenek.

A sejtek differenciálódását a testben kulcsfontosságú tényező a fehérjék gyártása. A sejtek megkülönböztethetők attól függően, hogy mely gének expresszálódnak, és mely fehérjéket kódolják az expresszált gének. Az előállított fehérjék segítik a differenciálódott sejteket speciális funkcióik ellátásában, és hagyják, hogy sejtjelzés útján elmondják más sejteknek, hogy mit csinálnak.

Egy további mechanizmus, amely befolyásolhatja a sejtek differenciálódását, az aszimmetrikus szegregáció ban ben sejtosztódás. Az olyan anyagok, mint a speciális fehérjék, a sejt egyik végén gyűlnek össze. Amikor a sejt megoszlik, az egyik leánysejtben több a speciális fehérje, mint a másikban. A sejtek a különböző fehérjeeloszlás miatt különböző típusú sejtekké válnak.

Amint egy sejt differenciálódik, korlátozottabbá válik a specializáció típusa, amelyet felvehet. Embrionális őssejtek kezdetben bármilyen típusú sejtté válhat, de miután a sejt érett és speciális szerepet kapott, gyakran már nem tud megváltozni. Az embrionális őssejteket ún potenciális sejteket, mert továbbra is bármilyen szerepet felvehetnek, míg az érett, speciális sejtek, amelyek teljesen differenciálódnak, csak speciális funkcióikat tölthetik be.

A génexpresszió felelős a sejtek specializációjáért, de az alapsejteknek képesnek kell lenniük a speciális funkciók felvállalására. A differenciálódás és a sejtspecializáció megkezdése előtt a megfelelő típusú cellának rendelkezésre kell állnia. Az aszimmetrikus szegregáció ilyen különböző típusú sejteket eredményezhet. A totipotens embrionális sejtek a három típus egyikévé válnak pluripotens sejtek, amelyek végül a különböző testszövetekké differenciálódnak.

A pluripotens sejtek három típusa:

• Endoderm a sejtek a légzőrendszer és az emésztőrendszer bélésévé válnak, valamint képezik a májat és számos fő mirigyet, például a hasnyálmirigyet.
  
• Mesoderm a sejtek differenciálódva izmokat, csontokat, kötőszövetet és szívet alkotnak.
• Ectoderm sejtek alkotják a bőrt és az idegeket.

Míg a sejtjelzés felelős egyes különböző sejttípusok előállításáért és a sejtekért specializáció, az aszimmetrikus szegregáció a sejtfejlődés kezdetén hat pluripotens előállítására sejtek.

DNS-transzkripció az mRNS-re oly módon kerül sor, hogy az mRNS a sejt egyik végén bizonyos fehérjéket, a másik végén pedig különböző fehérjéket termel. A sejtosztódás két különböző típusú leánysejtet eredményez, amelyek folytathatják a különböző specializációjú sejtek előállítását.

A pluripotens sejtek sejtdifferenciálódását befolyásoló belső mechanizmusok főként a sejtjelzésen alapulnak. A sejtek kémiai jeleket kapnak, amelyek megmondják nekik, hogy milyen típusú sejtre vagy milyen fehérjére van szükség.

A sejtjelző mechanizmusok a következők:

• Diffúzió, amelyben a sejtek a szövetekben elterjedt vegyi anyagokat bocsátanak ki.
• Közvetlen kapcsolat, amelyben a sejtek sejtmembránján speciális vegyi anyagok találhatók.
• Réspontok, amelyben a jelző vegyi anyagok közvetlenül átkerülhetnek az egyik cellából a másikba.

A sejtek folyamatosan kémiai üzeneteket küldenek a tevékenységükkel kapcsolatban, és jeleket kapnak arról, hogy mi közvetlen szomszédságukban, a szövetekben, ahol találhatók, és a testben zajlik nagy. Ezek a jelek a fő tényezők, amelyek befolyásolják a sejtek specializálódását, és a sejtek jelzése a kulcsfontosságú tényező, amely a sejtek differenciálódását vezérli a testben.

A sejtek érzékenyek lesznek bizonyos kémiai jelekre, mert vannak receptorok sejtmembránjukon. A receptorok a sejt típusától, a fejlődésének módjától és a gének expressziójától függenek. Amint a receptorok aktiválódnak, a sejt tovább differenciálódik.

Amikor egy sejt sok közeli sejtnek küld jelet, olyan vegyi anyagot bocsát ki, amely diffundál azon a szöveten keresztül, amelybe a sejt beágyazódik. A kémiai jelet a környező sejtek sejtmembránjában lévő receptorok rögzítik, és az egyes sejteken belül reakciót váltanak ki. Ezek a válaszok elősegítik a sejtek differenciálódását szövetet épít.

Például a máj részévé váló sejtek olyan vegyi anyagokat bocsátanak ki, amelyek kiváltják a megfelelő receptorokat a közeli sejtekben, és ezen a helyen az összes sejt differenciálódva májsejtekké válik. Amint a májszövet kialakul, a további sejtjelzés néhány sejtet csatorna sejtekké vagy összekötő szövetekké differenciálódásra készteti. Végül a differenciálódott sejtek teljes és működőképes májat alkotnak.

A sejteknek a szervezet számára szükséges speciális sejtekké fejlődniük kell, hogy tudják, mit csinálnak a közvetlen környezetükben lévő más sejtek. A sejtek közötti kapcsolat és a sejtek közötti hézag-összeköttetések speciális receptorai megkönnyítik a szomszédos sejtek közötti közvetlen jelcserét. A sejtek biztosíthatják, hogy környezetük megfeleljen differenciált specializációjuknak.

Ban ben sejt-sejt jelzés, a sejt felszínén speciálisan kialakított receptor fehérjék megegyeznek a szomszédos sejt membránjának megfelelő fehérjéivel. Amikor a sejtek kapcsolatba kerülnek, a két fehérje összekapcsolódik, és egy jel vált ki az egyik sejtből a másikba. A jel áthalad a sejtmembránon és bejut a sejtbe, ahol sajátos sejtmagatartást vált ki.

Például a bőrsejteknek gondoskodniuk kell arról, hogy más bőrsejtek legyenek körülöttük, de egyes bőrsejtek alatt az alapszövet sejtjei lesznek. A sejtről sejtre történő jelzés lehetővé teszi a sejtek számára, hogy környezetük megfeleljen a differenciálódásuknak.

A réspontok a szomszédos sejtek közötti speciális kapcsolatok, amelyek lehetővé teszik az üzenetként működő fehérjék könnyű és közvetlen cseréjét. Hézag-kereszteződések segítségével a sejtek képesek összehangolják tevékenységüketés jeleket cserélnek gyorsan és egyszerűen.

Például, idegsejtek használjon réscsomópontokat az idegpályák létrehozásához, és a réspontok hagyják a sejteket differenciálódni a - az idegsejtek típusa, amely megfelel a bőrben, a gerincvelőben vagy a agy.

A sejtjelzés és az ebből következő sejtdifferenciálás összetett folyamat, sok lépésből áll. A jeleket elő kell állítani, továbbítani és fogadni kell. A sejtjelekből fakadó kiváltó tényezőknek a várakozásoknak megfelelően kell működniük. Azok a tényezők, amelyek bármelyik lépést megzavarják, befolyásolhatják a sejtek differenciálódását és változásokat okozhatnak a szervezetben.

A sejtszignalizációt és a sejtdifferenciálódást befolyásoló és megzavaró tényezők közé tartozik a tápanyagok hiánya; ha egy sejt nem tud fehérjét termelni, mert hiányzik belőle az építőelem, akkor nem tud megkülönböztetni. A genetikai kód mutációi egy másik probléma.

Ha a DNS hibás, vagy a transzkripció hibás, akkor a jelátviteli és differenciálódási folyamat megszakad. Ezeken kívül, ha a jelző vegyi anyagok blokkolva vannak, vagy a sejt receptorok nem jelző kémiai kötésekkel vannak megtöltve, akkor a jelzési folyamat nem fog megfelelően működni.

A szervezet környezetéből származó olyan hatások, amelyek befolyásolhatják a sejtjelzést, a génexpressziót és a sejtdifferenciálódást, megváltoztathatják, leállíthatják vagy megzavarhatják a folyamatot. Néhány környezeti tényezőt alkalmaz a szervezet az alkalmazkodáshoz, másokat felhasználhat a betegségek leküzdésére, mások pedig károsítják vagy megölik a szervezetet.

Például a környezeti hőmérséklet befolyásolhatja egyes szervezetek fejlődését. A magasabb hőmérséklet felgyorsítja a sejtek növekedését és differenciálódását, míg az alacsony hőmérséklet lassítja vagy leállítja a fejlődést.

A gyógyszerek megzavarhatják a káros sejtdifferenciálódást. Például a gyógyszerek blokkolhatják a korlátlan daganatnövekedés folyamatának egyik lépését és megállíthatják a megfelelő gének expresszióját.

A sérülések befolyásolhatják a génexpressziót és befolyásolhatják, hogy milyen típusú sejtekre van szükség a károsodás kijavításához. Vírusok és baktériumok befolyásolhatja a sejtek differenciálódását. Például, ha egy anya olyan betegséggel fertőzött, mint a rubeola, a fejlődő magzat befolyásolhatja a sejtek differenciálódását, és kialakulhat születési rendellenességek.

Végül a mérgező vegyi anyagok befolyásolhatják a sejtek differenciálódását. Azok az anyagok, amelyek megtámadják vagy blokkolják a jelátviteli vegyi anyagokat, vagy blokkolják a jel receptor receptor pozícióit a sejtmembránokon, megállíthatják a jelátviteli aktivitást és befolyásolhatják a sejtek differenciálódását.

Ezen környezeti tényezők esetén a szervezet adaptációval vagy a belső folyamatok megváltoztatásával próbál reagálni. Alkalmazkodás hatásos a környezeti hatások egy részénél, másoknál azonban a szervezet túlélheti, de hibákat mutat, vagy meghalhat.