גורמים המעורבים בבידול תאים

בְּמַהֲלָך בידול תאים באורגניזמים רב-תאיים, התאים מתמחים ומקבלים תפקידים כמו תאי עצב, שריר ותאי דם. גורמים המעורבים בהפעלת בידול תאים כוללים איתות תאים, השפעות סביבתיות ורמת ההתפתחות של האורגניזם.

בידול תאים בסיסי מתרחש לאחר שתא זרע מפרה ביצית ואת התוצאה זיגוטה מגיע לגודל מסוים. בשלב זה הזיגוטה מתחילה לפתח סוגי תאים שונים וזקוקה לתאים מובחנים על מנת לקבל על עצמם את הפונקציות המיוחדות.

המנגנון שנמצא בבסיס ההבחנה בין התאים הוא ביטוי גנים. לכל תאי האורגניזם קבוצות זהות של גנים מכיוון שהקוד הגנטי הועתק מתא הביצית המקורי שהופרה על ידי תא הזרע. כדי לקבל פונקציה מיוחדת, תא רק יביע או ישתמש בחלק מהגנים בקוד הגנטי שלו ויתעלם מהשאר.

לדוגמא, תא המבדיל להיות תא כבד יבטא את ה- תאי כבד גנים, וכל שאר תאי הכבד ישתמשו באותה קבוצה של גני כבד. הם יבדלו יחד ויצרו את הכבד.

בידול תאים מתרחש בשלושה מצבים:

• ה צְמִיחָה של אורגניזם בוגר למבוגר.
  
• נוֹרמָלִי מַחזוֹר של תאים כגון תאי דם באורגניזמים בוגרים.
• ה לְתַקֵן של רקמות פגועות כאשר יש להחליף תאים מיוחדים.

בכל מקרה, איתות תאים מודיע לתאים איזה סוג של תא מיוחד נדרש. תאים לא מובחנים מבטאים את הגנים המתאימים למילוי צרכי האורגניזם.

הקוד הגנטי של תאים אוקריוטיים ממוקם על ה- DNA בתוך גַרעִין. ה- DNA אינו יכול לעזוב את הגרעין ולכן התא צריך להעתיק את הגן שהוא רוצה לבטא.

שליח RNA (mRNA) מתחבר ל- DNA ומעתיק את הגן הרלוונטי. ה- mRNA יכול לנוע מחוץ לגרעין ולהביא את ההוראות הגנטיות לריבוזומים שצפים בציטופלזמה של התא או שמחוברים לרשת התוך האנדופלזמית. ה ריבוזומים לייצר את החלבון המקודד על ידי הגן המובע.

בהתאם לאותות שמקבלים התא, ההשפעות הסביבתיות ושלב ההתפתחות של התא, ניתן לחסום את תהליך הביטוי הגנטי בכל שלב. אם האורגניזם אינו זקוק לחלבון המקודד על ידי הגן, ה- mRNA לא יעתיק את הגן, ותהליך ביטוי הגנים לא יתחיל.

גם לאחר שה- mRNA מעתיק את הגן, מולקולת ה- mRNA עשויה להיחסם מהיציאה מהגרעין או שלא תוכל להגיע לריבוזום. ריבוזומים עשויים שלא לייצר את החלבון הנדרש גם אם ה- mRNA מספק את המועתק קוד גנטי. גורמים שונים יכולים להשפיע על ביטוי גנים באמצעות תהליך רב-שלבי זה.

לאורגניזמים יש כמה דרכים להבטיח שהתאים יתפתחו לתאים המיוחדים והמובחנים הדרושים.

גורם המפתח המניע את הבידול הסלולרי בגוף הוא ייצור חלבונים. תאים יכולים להבדיל תלוי אילו גנים באים לידי ביטוי ואילו חלבונים מקודדים בגנים המובעים. החלבונים המיוצרים עוזרים לתאים המובחנים לבצע את תפקידם המיוחד ולתת להם לספר לתאים אחרים מה הם עושים באמצעות איתות תאים.

מנגנון נוסף שיכול להשפיע על בידול תאים הוא הפרדה א-סימטרית ב חלוקת תא. חומרים כמו חלבונים מיוחדים מתקבצים בקצה אחד של התא. כאשר התא מתחלק, לתא אחד יש יותר חלבונים מיוחדים מאשר לשני. התאים הופכים לסוגים שונים של תאים בשל חלוקת החלבון השונה.

ככל שהתא מבדל, סוג ההתמחות שהוא יכול לקחת עליו הופך להיות מוגבל יותר. עוּבָּרִי תאי גזע בהתחלה יכול להפוך לכל סוג של תא, אך ברגע שהתא בוגר וקיבל על עצמו תפקיד מיוחד, לעתים קרובות הוא כבר לא יכול להשתנות. קוראים לתאי גזע עובריים טוטוטינט תאים מכיוון שהם עדיין יכולים לקחת על עצמם כל תפקיד בעוד תאים בוגרים ומתמחים המובחנים לחלוטין יכולים לבצע את תפקידם המיוחד בלבד.

ביטוי גנים אחראי להתמחות תאים, אך התאים הבסיסיים צריכים להיות מסוגלים לקחת על עצמם את הפונקציות המיוחדות. לפני שהתמיינות והתמחות תאים יכולה להתרחש, צריך להיות סוג הנכון של התא. הפרדה אסימטרית יכולה לייצר סוגים שונים כל כך של תאים. תאים עובריים טוטוטיפנטיים הופכים לאחד משלושה סוגים של פלוריפוטנטי תאים שמתבססים בסופו של דבר לרקמות הגוף השונות.

שלושת סוגי התאים הפלוריפוטנטיים הם:

• אנדודרם התאים הופכים לרירית של דרכי הנשימה והעיכול וכן יוצרים את הכבד ורבות מהבלוטות העיקריות כמו הלבלב.
  
• מסודרם תאים נבדלים ויוצרים שרירים, עצמות, רקמת חיבור והלב.
• אקטודרם תאים יוצרים את העור ואת העצבים.

בעוד איתות תאים אחראי על ייצור של כמה סוגי תאים שונים ועל תא התמחות, הפרדה א-סימטרית פועלת בתחילת התפתחות התאים כדי לייצר פלוריפוטנט תאים.

תעתיק DNA ל- mRNA מתרחש באופן שבו ה- mRNA מייצר חלבונים מסוימים בקצה אחד של התא ובקצה השני חלבונים שונים. חלוקת תאים מביאה לשני סוגים שונים של תאי בת שיכולים לייצר תאים עם התמחויות שונות.

מנגנונים פנימיים המשפיעים על בידול התאים של תאים פלוריפוטנטיים מבוססים בעיקר על איתות תאים. תאים מקבלים אותות כימיים המספרים להם איזה סוג של תא או איזה חלבון יש צורך.

מנגנוני איתות תאים כוללים:

• ריכוך, בהם תאים משחררים כימיקלים המתפשטים ברקמות.
• קשר ישיר, בהם בתאים יש כימיקלים מיוחדים על קרומי התא שלהם.
• צומת פערים, בהם כימיקלי איתות יכולים לעבור ישירות מתא אחד לתא אחר.

תאים שולחים ברציפות הודעות כימיות בנוגע לפעילותם ומקבלים אותות על מה קורה בשכונתם הקרובה, ברקמות בהן הם נמצאים ובגוף ב גָדוֹל. אותות אלה הם הגורמים העיקריים המשפיעים על התמחות התאים, ואיתות תאים הוא גורם המפתח המניע את בידול התאים בגוף.

תאים הופכים לרגישים לאותות כימיים מסוימים מכיוון שיש להם קולטנים על קרום התא שלהם. הקולטנים תלויים בסוג התא, כיצד הוא התפתח ואילו גנים באים לידי ביטוי. כאשר קולטנים מופעלים, התא מבדל עוד יותר.

כאשר תא שולח אות לתאים סמוכים רבים, הוא פולט כימיקל שמתפזר ברקמה שבה מוטבע התא. האות הכימי נלכד על ידי קולטנים בקרומי התאים של התאים הסובבים ומפעיל תגובה בתוך כל תא. תגובות אלה עוזרות לגרום לתאים להתמיין באופן ש בונה רקמות.

לדוגמא, תאים שיהפכו לחלק מכבד פולטים כימיקלים המפעילים את הקולטנים המתאימים בתאים הסמוכים, וכל התאים במיקום זה נבדלים והופכים לתאי כבד. כאשר נוצרת רקמת הכבד, איתות תאים נוסף גורם לתאים מסוימים להתמיין לתאי צינור או לרקמה מחברת. בסופו של דבר התאים המובחנים יוצרים כבד שלם ומתפקד.

כדי להתפתח לתאים המתמחים הדרושים לאורגניזם, על התאים לדעת מה עושים תאים אחרים בסביבתם הקרובה. קולטנים מיוחדים למגע בין תא לתא וצמתים מרווחים בין תאים מאפשרים החלפה ישירה של אותות בין תאים שכנים. תאים יכולים להבטיח שסביבתם תואמת את ההתמחות המובחנת שלהם.

ב איתות תא לתא, חלבוני קולטן שנוצרו במיוחד על פני התא תואמים חלבונים תואמים בקרום התא הסמוך. כאשר התאים באים במגע, שני החלבונים מתחברים, ומופעל אות מתא אחד לשני. האות עובר דרך קרום התא ונכנס לתא שם הוא גורם להתנהגות תא ספציפית.

לדוגמא, תאי עור צריכים לוודא שיש להם תאי עור אחרים סביבם, אך בחלק מתאי העור יהיו תאי הרקמה הבסיסית מתחתיהם. איתות תא לתא מאפשר לתאים להבטיח שסביבתם תואמת את הבידול שלהם.

צומת פערים הם קישורים מיוחדים בין תאים שכנים המאפשרים החלפה קלה וישירה של חלבונים המשמשים כמסרים. באמצעות צומת פערים, תאים יכולים לתאם את פעילותםומחליפים אותות במהירות ובקלות.

לדוגמה, תאי עצבים השתמש בצמתים פערים כדי ליצור מסלולי עצבים, וצמתים פערים מאפשרים לתאים להתמיין סוג תא עצב המתאים למיקומם בעור, בחוט השדרה או ב מוֹחַ.

איתות תאים והתמיינות התאים כתוצאה הם תהליכים מורכבים עם שלבים רבים. יש לייצר אותות, להפיץ ולקבל ולפעול עליהם. טריגרים הנובעים מאותות תאים צריכים לעבוד כצפוי. גורמים המשבשים כל אחת מהשלבים יכולים להשפיע על בידול התאים ולגרום לשינויים באורגניזם.

גורמים שיכולים להשפיע ולשבש איתות תאים והתמיינות תאים כוללים מחסור בחומרים מזינים; אם תא אינו יכול לייצר חלבון משום שהוא חסר את אבני הבניין, הוא אינו יכול להבדיל. מוטציות בקוד הגנטי הן בעיה נוספת.

אם ה- DNA פגום או התעתיק שגוי, תהליך האיתות וההבחנה מופרע. בנוסף לאלו, אם כימיקלי האיתות חסומים או שקולטני התאים מלאים בקשרים כימיים שאינם מאותתים, תהליך האיתות לא יפעל כראוי.

השפעות מסביבת האורגניזם העלולות להשפיע על איתות תאים, ביטוי גנים והתמיינות תאים יכולות לשנות, לעצור או לשבש את התהליך. חלק מהגורמים הסביבתיים משמשים את האורגניזם להתאקלמות, חלקם יכולים לשמש להילחם במחלות וחלקם פוגעים או הורגים את האורגניזם.

לדוגמא, טמפרטורה סביבתית יכולה להשפיע על התפתחותם של אורגניזמים מסוימים. טמפרטורות גבוהות יותר מאיצות את צמיחת התאים ואת התמיינותם בזמן שטמפרטורות נמוכות מאטות או מפסיקות את ההתפתחות.

סמים עלולים לשבש את בידול התאים המזיק. לדוגמא, תרופות יכולות לחסום אחד משלבי התהליך לגידול בלתי מוגבל של הגידול ולעצור את הביטוי של הגנים המתאימים.

פציעות עלולות להשפיע על ביטוי גנים ולהשפיע על סוג התא הנדרש לצורך תיקון הנזק. וירוסים ו בַּקטֶרִיָה יכול להשפיע על בידול תאים. לדוגמא, אם אם נגועה במחלה כמו אדמת, העובר המתפתח יכול להשפיע על בידול התאים שלו והוא יכול לפתח מומים מולדים.

לבסוף כימיקלים רעילים יכולים להשפיע על בידול תאים. חומרים שתוקפים או חוסמים כימיקלי איתות או החוסמים עמדות קולטן אות על קרומי התא יכולים להפסיק את פעילות האיתות ולהשפיע על בידול התאים.

במקרה של גורמים סביבתיים אלה, האורגניזם מנסה להגיב על ידי הסתגלות או על ידי שינוי תהליכים פנימיים. הִסתַגְלוּת יעיל לחלק מההשפעות הסביבתיות, אך עבור אחרות, האורגניזם עלול לשרוד אך להפגין פגמים, או שהאורגניזם עלול למות.