უჯრედების დიფერენცირებაში მონაწილე ფაქტორები

დროს უჯრედების დიფერენცირება მრავალუჯრედიან ორგანიზმებში ხდება უჯრედების სპეციალიზაცია და ისეთ როლებს ასრულებს, როგორიცაა ნერვის, კუნთისა და სისხლის უჯრედები. უჯრედების დიფერენცირების გამომწვევ ფაქტორებში შედის ფაქტორები უჯრედის სიგნალიზაცია, გარემოზე ზემოქმედება და ორგანიზმის განვითარების დონე.

უჯრედების ძირითადი დიფერენციაცია ხდება მას შემდეგ, რაც სპერმის უჯრედი განაყოფიერებს კვერცხუჯრედს და შედეგად ზიგოტა გარკვეულ ზომას აღწევს. ამ ეტაპზე ზიგოტი იწყებს უჯრედის სხვადასხვა ტიპის განვითარებას და სჭირდება დიფერენცირებული უჯრედები სპეციალიზებული ფუნქციების შესასრულებლად.

მექანიზმი, რომელიც უჯრედების დიფერენცირების სათავეშია, არის გენის გამოხატვა. ორგანიზმის ყველა უჯრედს აქვს გენების იდენტური ნაკრები, რადგან გენეტიკური კოდი გადაწერილი იქნა სპერმის უჯრედის მიერ განაყოფიერებული კვერცხუჯრედის ორიგინალიდან. სპეციალიზებული ფუნქციის შესასრულებლად, უჯრედი მხოლოდ ზოგიერთ გენს გამოხატავს ან გამოიყენებს თავის გენეტიკური კოდში და დანარჩენებს უგულებელყოფს.

მაგალითად, უჯრედი, რომელიც განასხვავებს ღვიძლის უჯრედს, გამოხატავს უჯრედს

უჯრედების დიფერენციაცია ხდება სამ სიტუაციაში:

• ზრდა მოზრდილი ორგანიზმის ზრდასრული.
  
• ნორმალური ბრუნვა ისეთი უჯრედების, როგორიცაა სისხლის უჯრედები სექსუალურ ორგანიზმებში.
• შეკეთება დაზიანებული ქსოვილების, როდესაც სპეციალიზებული უჯრედები უნდა შეიცვალოს.

თითოეულ შემთხვევაში, უჯრედის სიგნალიზაცია უჯრედებს აცნობებს, თუ რა ტიპის სპეციალიზებული უჯრედია საჭირო. არადიფერენცირებული უჯრედები გამოხატავენ შესაბამის გენებს ორგანიზმის საჭიროებების შესასრულებლად.

ეუკარიოტული უჯრედების გენეტიკური კოდი დნმ-ზე მდებარეობს ბირთვი. დნმ-ს არ შეუძლია დატოვოს ბირთვი, ამიტომ უჯრედმა უნდა დააკოპიროს ის გენი, რომლის გამოხატვაც სურს.

მესენჯერი RNA (mRNA) ემატება დნმ-ს და ასლის შესაბამის გენს. MRNA– ს შეუძლია იმოგზაუროს ბირთვის გარეთ და გენეტიკური ინსტრუქციები მიაწოდოს რიბოსომებს, რომლებიც მცურავი არიან უჯრედის ციტოპლაზმაში ან რომლებიც ენდოპლაზმურ ბადესთან აქვთ მიმაგრებული. რიბოსომები გამოიმუშავებენ გამოხატული გენის მიერ კოდირებულ ცილას.

უჯრედის მიერ მიღებული სიგნალებიდან, გარემოზე ზემოქმედებიდან და უჯრედის განვითარების სტადიიდან გამომდინარე, გენების გამოხატვის პროცესი შეიძლება დაბლოკოს ნებისმიერ ეტაპზე. თუ გენის მიერ დაშიფრული ცილა ორგანიზმს არ სჭირდება, mRNA არ დააკოპირებს გენს და გენი გამოხატვის პროცესი არ დაიწყება.

MRNA– ს გენი კოპირების შემდეგაც კი, mRNA– ს მოლეკულა შეიძლება დაბლოკილი იყოს ბირთვიდან ან ვერ შეძლოს რიბოსომამდე მიღწევა. რიბოსომებმა შეიძლება არ წარმოქმნან საჭირო ცილა მაშინაც კი, თუ mRNA აწვდის დაკოპირებულს გენეტიკური კოდი. სხვადასხვა ფაქტორს შეუძლია გავლენა მოახდინოს გენების გამოხატვაზე ამ მრავალსაფეხურიანი პროცესის განმავლობაში.

ორგანიზმებს აქვთ რამდენიმე გზა იმის უზრუნველსაყოფად, რომ უჯრედები გადაიზარდონ საჭირო სპეციალიზებულ და დიფერენცირებულ უჯრედებში.

ორგანიზმში უჯრედული დიფერენციაციის მთავარი ფაქტორია ცილების წარმოება. უჯრედებს შეუძლიათ დიფერენცირება მოახდინონ იმის მიხედვით, თუ რომელი გენებია გამოხატული და რომელი ცილებია კოდირებული გამოხატულ გენებში. წარმოებული პროტეინები ეხმარება დიფერენცირებულ უჯრედებს შეასრულონ თავიანთი სპეციალიზებული ფუნქცია და მისცეს მათ სხვა უჯრედებს, თუ რას აკეთებენ უჯრედის სიგნალით.

შემდგომი მექანიზმი, რომელსაც შეუძლია გავლენა მოახდინოს უჯრედების დიფერენციაციაზე, არის ასიმეტრიული სეგრეგაცია წელს უჯრედის დაყოფა. ნივთიერებები, როგორიცაა სპეციალური ცილები, უჯრედის ერთ ბოლოში იკრიბებიან. უჯრედის გაყოფისას, ერთ ქალიშვილ უჯრედს აქვს უფრო მეტი სპეციალური ცილები, ვიდრე მეორეს. უჯრედები ხდება სხვადასხვა ტიპის უჯრედები ცილების განსხვავებული განაწილების გამო.

უჯრედის დიფერენცირების შედეგად, სპეციალიზაციის ტიპი, რომელიც მას შეუძლია მიიღოს, უფრო შეზღუდულია. ემბრიონული ღეროვანი უჯრედები თავდაპირველად შეიძლება გახდეს ნებისმიერი ტიპის უჯრედი, მაგრამ უჯრედის მომწიფების შემდეგ და სპეციალიზებული როლის შესრულება, ის ხშირად აღარ შეიძლება შეიცვალოს. ემბრიონის ღეროვან უჯრედებს უწოდებენ ყოვლისშემძლე უჯრედები, რადგან მათ კვლავ შეუძლიათ მიიღონ ნებისმიერი როლი, ხოლო სექსუალურ, სპეციალიზებულ უჯრედებს, რომლებიც სრულად დიფერენცირებულნი არიან, მხოლოდ თავიანთი სპეციალიზებული ფუნქციის შესრულება შეუძლიათ.

გენის გამოხატვა პასუხისმგებელია უჯრედის სპეციალიზაციაზე, მაგრამ ძირითად უჯრედებს უნდა შეეძლოთ სპეციალიზებული ფუნქციების შესრულება. სანამ დიფერენცირება და უჯრედისის სპეციალიზაცია მოხდება, უჯრედის სწორი ტიპი უნდა იყოს ხელმისაწვდომი. ასიმეტრიულმა სეგრეგაციამ შეიძლება წარმოქმნას სხვადასხვა ტიპის უჯრედები. ტოტიპოტენციური ემბრიონის უჯრედები ხდება სამიდან ერთ – ერთი მრავალმხრივი უჯრედები, რომლებიც საბოლოოდ განასხვავებენ სხეულის სხვადასხვა ქსოვილებში.

მრავალფეროვანი უჯრედების სამი ტიპია:

• ენდოდერმი უჯრედები ხდება სასუნთქი და საჭმლის მომნელებელი ტრაქტის ლორწოვანი გარსი, ასევე წარმოიქმნება ღვიძლი და მრავალი ძირითადი ჯირკვალი, როგორიცაა პანკრეასი.
  
• მეზოდერმი უჯრედები განასხვავებენ კუნთებს, ძვლებს, შემაერთებელ ქსოვილსა და გულს.
• ექტოდერმი უჯრედები ქმნიან კანს და ნერვებს.

მიუხედავად იმისა, რომ უჯრედის სიგნალიზაცია პასუხისმგებელია უჯრედის ზოგიერთი სხვადასხვა ტიპის წარმოებაზე და უჯრედზე სპეციალიზაცია, ასიმეტრიული სეგრეგაცია მოქმედებს უჯრედების განვითარების დასაწყისში მრავალმხრივი წარმოქმნის მიზნით უჯრედები.

დნმ-ის ტრანსკრიფცია mRNA– ში ხდება ისე, რომ mRNA აწარმოებს გარკვეულ ცილებს უჯრედის ერთ ბოლოში და სხვადასხვა ცილებს მეორე ბოლოს. უჯრედების დაყოფა იწვევს ორი განსხვავებული ტიპის ქალიშვილ უჯრედებს, რომლებსაც შეუძლიათ სხვადასხვა სპეციალიზაციის მქონე უჯრედების წარმოება.

შინაგანი მექანიზმები, რომლებიც გავლენას ახდენენ მრავალფეროვანი უჯრედების უჯრედების დიფერენციაციაზე, ძირითადად ემყარება უჯრედის სიგნალს. უჯრედები იღებენ ქიმიურ სიგნალებს, რომლებიც ეუბნებიან რა ტიპის უჯრედი ან რა სახის ცილაა საჭირო.

უჯრედის სასიგნალო მექანიზმები მოიცავს:

• დიფუზია, რომელშიც უჯრედები გამოყოფენ ქიმიკატებს, რომლებიც ქსოვილებში ვრცელდება.
• Პირდაპირი კონტაქტი, რომელშიც უჯრედებს აქვთ სპეციალური ქიმიკატები უჯრედულ მემბრანებზე.
• უფსკრული კვანძები, რომელშიც სასიგნალო ქიმიკატები შეიძლება პირდაპირ გადავიდნენ ერთი უჯრედიდან მეორეში.

უჯრედები განუწყვეტლივ აგზავნიან ქიმიურ შეტყობინებებს თავიანთი საქმიანობის შესახებ და იღებენ სიგნალებს, რის შესახებ მიმდინარეობს მათ უშუალო სამეზობლოში, იმ ქსოვილებში, სადაც ისინი მდებარეობს და სხეულში დიდი ეს სიგნალები ძირითადი ფაქტორებია, რომლებიც გავლენას ახდენენ უჯრედების სპეციალიზაციაზე, ხოლო უჯრედების სიგნალიზაცია არის ორგანიზმში უჯრედების დიფერენცირების მთავარი ფაქტორი.

უჯრედები მგრძნობიარე ხდება გარკვეული ქიმიური სიგნალების მიმართ, რადგან აქვთ რეცეპტორები მათ უჯრედულ მემბრანაზე. რეცეპტორები დამოკიდებულია უჯრედის ტიპზე, როგორ განვითარდა და რომელი გენების გამოხატვა ხდება. რეცეპტორების გააქტიურებისას, უჯრედი კიდევ უფრო განსხვავდება.

როდესაც უჯრედი უგზავნის სიგნალს ბევრ ახლომდებარე უჯრედს, ის გამოყოფს ქიმიურ ნივთიერებას, რომელიც დიფუზირდება იმ ქსოვილის მეშვეობით, რომელშიც არის უჯრედი ჩასმული. ქიმიური სიგნალი მიმღები უჯრედების მემბრანებში რეცეპტორებს იპყრობს და იწვევს პასუხს თითოეულ უჯრედში. ეს რეაქციები ხელს უწყობს უჯრედების დიფერენცირებას ისე, რომ აშენებს ქსოვილს.

მაგალითად, უჯრედები, რომლებიც ღვიძლის ნაწილი გახდება, გამოყოფენ ქიმიკატებს, რომლებიც ახდენენ მიმდებარე უჯრედებში შესაბამისი რეცეპტორების გააქტიურებას, ხოლო ამ მდებარეობის ყველა უჯრედი განასხვავებს და ხდება ღვიძლის უჯრედები. ღვიძლის ქსოვილის ფორმირებისას, უჯრედების შემდგომი სიგნალიზაცია იწვევს ზოგიერთ უჯრედს დიფერენცირებად სადინარულ უჯრედებში ან ქსოვილებში საბოლოოდ დიფერენცირებული უჯრედები ქმნიან სრულ და ფუნქციურ ღვიძლს.

ორგანიზმისთვის საჭირო სპეციალიზებულ უჯრედებად ჩამოყალიბების მიზნით, უჯრედებმა უნდა იცოდნენ რას აკეთებენ მათი უშუალო გარემოცვის სხვა უჯრედები. უჯრედ-უჯრედთან კონტაქტისა და უჯრედებს შორის უფსკრული შეერთების სპეციალური რეცეპტორები ხელს უწყობენ სიგნალების პირდაპირ გაცვლას მეზობელ უჯრედებს შორის. უჯრედებს შეუძლიათ უზრუნველყონ, რომ მათი გარემოცვა შეესაბამებოდეს მათ დიფერენცირებულ სპეციალიზაციას.

შიგნით უჯრედის უჯრედის სიგნალი, სპეციალურად ჩამოყალიბებული რეცეპტორული ცილები უჯრედის ზედაპირზე ემთხვევა მეზობელი უჯრედის მემბრანის შესაბამის ცილებს. უჯრედების კონტაქტის დროს, ორი ცილა უკავშირდება ერთმანეთს და ერთი უჯრედიდან მეორეში ხდება სიგნალი. სიგნალი გადის უჯრედის მემბრანაში და შედის უჯრედში, სადაც ის იწვევს უჯრედის სპეციფიკურ ქცევას.

მაგალითად, კანის უჯრედებს უნდა დარწმუნდნენ, რომ მათ გარშემო აქვთ კანის სხვა უჯრედებიც, მაგრამ ზოგიერთ კანის უჯრედს ქვეშ ექნება ძირითადი ქსოვილის უჯრედები. უჯრედის უჯრედის სიგნალიზაციის საშუალებას აძლევს უჯრედებს უზრუნველყონ, რომ მათი გარემოცვა ემთხვევა მათ დიფერენცირებას.

უფსკრული კვანძები არის სპეციალური კავშირები მეზობელ უჯრედებს შორის, რაც საშუალებას აძლევს პროტეინების ადვილად და პირდაპირ გაცვლას, რომლებიც მოქმედებენ როგორც შეტყობინებები. უფსკრული კვანძების გამოყენებით, უჯრედებს შეუძლიათ მათი საქმიანობის კოორდინაციადა სიგნალების გაცვლა სწრაფად და მარტივად.

Მაგალითად, ნერვული უჯრედები გამოიყენეთ უფსკრული კვანძები ნერვული გზების დასადგენად, ხოლო უფსკრული კვანძები უჯრედებს დიფერენცირების საშუალებას აძლევს ნერვული უჯრედის ტიპი, რომელიც შეესაბამება მათ ადგილსამყოფელს კანში, ზურგის ტვინში ან ტვინი.

უჯრედის სიგნალიზაცია და შედეგად უჯრედების დიფერენციაცია რთული პროცესებია მრავალი ნაბიჯით. სიგნალების წარმოება, პროპაგანდაა მიღებული და მათზე რეაგირება. უჯრედის სიგნალების შედეგად გამომწვევებმა უნდა იმუშაონ როგორც მოსალოდნელი იყო. ფაქტორებმა, რომლებიც არღვევენ რომელიმე ნაბიჯს, შეიძლება გავლენა მოახდინონ უჯრედების დიფერენციაციაზე და გამოიწვიოს ორგანიზმში ცვლილებები.

ფაქტორები, რომლებსაც შეუძლიათ გავლენა მოახდინონ უჯრედების სიგნალზე და უჯრედების დიფერენციაციაზე, შეიცავს საკვები ნივთიერებების ნაკლებობას; თუ უჯრედს არ შეუძლია გამოიმუშაოს ცილა, რადგან მას სამშენებლო ბლოკები აკლია, მას ვერ განასხვავებს. გენეტიკური კოდის მუტაციები კიდევ ერთი პრობლემაა.

თუ დნმ წუნდებულია ან ტრანსკრიფცია არასწორია, ირღვევა სიგნალიზაციისა და დიფერენცირების პროცესი. ამას გარდა, თუ სასიგნალო ქიმიკატები დაბლოკილია ან უჯრედის რეცეპტორები ივსება არასიგნალიზირებელი ქიმიური ბმებით, სიგნალიზაციის პროცესი არ იმუშავებს სწორად.

ორგანიზმის გარემოდან მიღებულმა გავლენებმა, რომელსაც შეუძლია გავლენა მოახდინოს უჯრედის სიგნალზე, გენების ექსპრესიასა და უჯრედების დიფერენციაციაზე, შეიძლება შეიცვალოს, შეაჩეროს ან ჩაშალოს პროცესი. ზოგი გარემოს ფაქტორი ორგანიზმს იყენებს ადაპტაციისთვის, ზოგი შეიძლება გამოყენებულ იქნას დაავადებებთან საბრძოლველად, ზოგი კი ზიანს აყენებს ან კლავს ორგანიზმს.

მაგალითად, გარემოს ტემპერატურამ შეიძლება გავლენა მოახდინოს ზოგიერთი ორგანიზმის განვითარებაზე. მაღალი ტემპერატურა აჩქარებს უჯრედების ზრდას და მათ დიფერენცირებას, ხოლო დაბალი ტემპერატურა ანელებს ან აჩერებს განვითარებას.

ნარკოტიკებმა შეიძლება შეუშალონ მავნე უჯრედების დიფერენციაცია. მაგალითად, მედიკამენტებს შეუძლიათ დაბლოკოს პროცესის ერთ-ერთი ეტაპი სიმსივნის შეუზღუდავი ზრდისთვის და შეაჩერონ შესაბამისი გენების გამოხატვა.

დაზიანებებმა შეიძლება გავლენა მოახდინოს გენის გამოხატვაზე და მოახდინოს გავლენა, თუ რა ტიპის უჯრედია საჭირო დაზიანების გამოსასწორებლად. ვირუსები და ბაქტერიები შეუძლია გავლენა მოახდინოს უჯრედების დიფერენციაციაზე. მაგალითად, თუ დედა დაავადებულია ისეთი დაავადებით, როგორიცაა წითურა, განვითარებად ნაყოფს შეუძლია გავლენა მოახდინოს მისი უჯრედების დიფერენციაციაზე და მას შეუძლია განუვითარდეს დეფექტები.

დაბოლოს, ტოქსიკურმა ქიმიკატებმა შეიძლება გავლენა მოახდინონ უჯრედების დიფერენციაციაზე. ნივთიერებებს, რომლებიც თავს ესხმიან ან აბლოკირებენ სასიგნალო ქიმიკატებს ან ბლოკავს სიგნალის რეცეპტორების პოზიციებს უჯრედულ მემბრანებზე, შეუძლიათ შეაჩერონ სასიგნალო აქტივობა და გავლენა მოახდინონ უჯრედების დიფერენციაციაზე.

ამ გარემო ფაქტორების შემთხვევაში, ორგანიზმი ცდილობს რეაგირება მოახდინოს ადაპტაციით ან შინაგანი პროცესების შეცვლით. ადაპტაცია ეფექტურია გარემოზე ზემოქმედების ზოგიერთი ნაწილისთვის, მაგრამ სხვებისთვის შეიძლება ორგანიზმმა გადარჩეს, მაგრამ გამოავლინოს დეფექტები, ან ორგანიზმი მოკვდეს.