Faktori, kas iesaistīti šūnu diferenciācijā

Laikā šūnu diferenciācija daudzšūnu organismos šūnas kļūst specializētas un uzņemas tādas funkcijas kā nervu, muskuļu un asins šūnas. Faktori, kas iesaistīti šūnu diferenciācijas izraisīšanā, ietver šūnu signalizācija, vides ietekme un organisma attīstības līmenis.

Pamata šūnu diferenciācija notiek pēc tam, kad spermas šūna apaugļo olšūnu un tā rezultātā zigota sasniedz noteiktu lielumu. Tajā brīdī zigota sāk attīstīt dažādus šūnu tipus, un, lai veiktu specializētās funkcijas, ir nepieciešamas diferencētas šūnas.

Mehānisms, kas ir šūnu diferenciācijas pamatā, ir gēnu ekspresija. Visām organisma šūnām ir identiski gēnu komplekti, jo ģenētiskais kods tika nokopēts no sākotnējās olšūnas, ko apaugļoja spermas šūna. Lai uzņemtos specializētu funkciju, šūna savā ģenētiskajā kodā tikai izteiks vai izmantos dažus gēnus un pārējos ignorēs.

Piemēram, šūna, kas diferencējas, lai kļūtu par aknu šūnu, izteiks to aknu šūna gēni, un visas pārējās aknu šūnas izmantos to pašu aknu gēnu komplektu. Viņi atšķirsies kopā, veidojot aknas.

Šūnu diferenciācija notiek trīs situācijās:

• The izaugsmi nenobrieduša organisma pieaugušajam.
  
• Normāli apgrozījums tādu šūnu kā nobriedušu organismu asins šūnas.
• The remonts bojāto audu bojājumi, kad jānomaina specializētās šūnas.

Katrā gadījumā šūnu signalizācija informē šūnas, kāda veida specializētā šūna ir nepieciešama. Nediferencētās šūnas izsaka atbilstošos gēnus, lai apmierinātu organisma vajadzības.

Eikariotu šūnu ģenētiskais kods atrodas uz DNS DNS kodols. DNS nevar atstāt kodolu, tāpēc šūnai ir jākopē gēns, ko tā vēlas izteikt.

Messenger RNS (mRNS) pievienojas DNS un kopē attiecīgo gēnu. MRNS var pārvietoties ārpus kodola un nogādāt ģenētiskās instrukcijas ribosomās, kas peld šūnu citoplazmā vai ir piestiprinātas pie endoplazmas retikuluma. The ribosomas ražo proteīnu, ko kodē izteiktais gēns.

Atkarībā no šūnas saņemtajiem signāliem, vides ietekmes un šūnas attīstības stadijas gēnu ekspresijas procesu var bloķēt jebkurā posmā. Ja gēna kodētais proteīns organismam nav vajadzīgs, mRNS nekopēs gēnu un nesāks gēnu ekspresijas procesu.

Pat pēc tam, kad mRNS kopē gēnu, mRNS molekulai var būt bloķēta izeja no kodola vai arī tā var nespēt sasniegt ribosomu. Ribosomas var neražot nepieciešamo olbaltumvielu pat tad, ja mRNS piegādā kopēto ģenētiskais kods. Šajā daudzpakāpju procesā dažādi faktori var ietekmēt gēnu ekspresiju.

Organismiem ir vairāki veidi, kā nodrošināt, ka šūnas pārvēršas par nepieciešamajām specializētajām un diferencētajām šūnām.

Galvenais faktors, kas veicina šūnu diferenciāciju organismā, ir olbaltumvielu ražošana. Šūnas var diferencēt atkarībā no tā, kuri gēni ir ekspresēti un kuri proteīni ir kodēti izteiktajos gēnos. Izgatavotie proteīni palīdz diferencētajām šūnām veikt to specializēto funkciju un ļauj tām pastāstīt citām šūnām, ko viņi dara, izmantojot šūnu signālu.

Vēl viens mehānisms, kas var ietekmēt šūnu diferenciāciju, ir asimetriska segregācija iekšā šūnu dalīšanās. Vielas, piemēram, īpašas olbaltumvielas, pulcējas vienā šūnas galā. Kad šūna sadalās, vienā meitas šūnā ir vairāk īpašo olbaltumvielu nekā otrā. Šūnas kļūst par dažāda veida šūnām atšķirīgā olbaltumvielu sadalījuma dēļ.

Šūnai diferencējoties, specializācijas veids, ko tā var uzņemties, kļūst ierobežotāks. Embrionāls cilmes šūnas sākotnēji var kļūt par jebkura veida šūnām, bet, kad šūna ir nobriedusi un uzņēmusies specializētu lomu, tā bieži vairs nevar mainīties. Tiek sauktas embrionālās cilmes šūnas totipotents šūnas, jo tās joprojām var uzņemties jebkuru lomu, kamēr nobriedušas, specializētas šūnas, kas ir pilnībā diferencētas, var veikt tikai savas specializētās funkcijas.

Gēnu ekspresija ir atbildīga par šūnu specializāciju, bet pamata šūnām jāspēj uzņemties specializētās funkcijas. Lai diferenciācija un šūnu specializācija varētu notikt, jābūt pieejamam pareizajam šūnu tipam. Asimetriska nošķiršana var radīt tik dažāda veida šūnas. Totipotentās embrija šūnas kļūst par vienu no trim veidiem pluripotents šūnas, kas galu galā diferencējas dažādos ķermeņa audos.

Trīs veidu pluripotentās šūnas ir:

• Endoderma šūnas kļūst par elpošanas un gremošanas trakta oderi, kā arī veido aknas un daudzas no galvenajām dziedzeriem, piemēram, aizkuņģa dziedzeri.
  
• Mezoderma šūnas diferencējas, veidojot muskuļus, kaulus, saistaudus un sirdi.
• Ektoderma šūnas veido ādu un nervus.

Kamēr šūnu signalizācija ir atbildīga par dažu dažādu šūnu veidu ražošanu un par šūnu specializācija, asimetriskā segregācija darbojas šūnu attīstības sākumā, lai iegūtu pluripotentu šūnas.

DNS transkripcija mRNS notiek tādā veidā, ka mRNS šūnas vienā galā ražo noteiktus proteīnus, bet otrā - dažādus proteīnus. Šūnu dalīšanās rezultātā rodas divi dažādi meitas šūnu tipi, kas var turpināt ražot šūnas ar dažādu specializāciju.

Iekšējie mehānismi, kas ietekmē šūnu pluripotento šūnu diferenciāciju, galvenokārt balstās uz šūnu signālu. Šūnas saņem ķīmiskus signālus, kas viņiem norāda, kāda veida šūna vai kāda olbaltumviela ir nepieciešama.

Šūnu signalizācijas mehānismi ietver:

• Difūzija, kurā šūnas izdala ķīmiskas vielas, kas izplatās pa audiem.
• Tiešs kontakts, kurā šūnu šūnu membrānās ir īpašas ķīmiskas vielas.
• Plaisa krustojumi, kurā signalizācijas ķīmiskās vielas var tieši pāriet no vienas šūnas uz otru.

Šūnas nepārtraukti sūta ķīmiskus ziņojumus par savām darbībām un saņem signālus par to notiek viņu tiešajā apkārtnē, audos, kur tie atrodas, un ķermenī liels. Šie signāli ir galvenie faktori, kas ietekmē šūnu specializāciju, un šūnu signāls ir galvenais faktors, kas virza šūnu diferenciāciju organismā.

Šūnas kļūst jutīgas pret noteiktiem ķīmiskiem signāliem, jo ​​tām ir receptori uz viņu šūnu membrānas. Receptori ir atkarīgi no šūnas veida, kā tā ir attīstījusies un kuri gēni tiek izteikti. Tā kā receptori tiek aktivizēti, šūna tālāk diferencējas.

Kad šūna nosūta signālu daudzām tuvumā esošām šūnām, tā izstaro ķīmisku vielu, kas izkliedējas caur audiem, kuros šūna ir iestrādāta. Ķīmiskais signāls tiek uztverts apkārtējo šūnu šūnu membrānās esošajiem receptoriem un izraisa reakciju katras šūnas iekšienē. Šīs atbildes palīdz šūnām diferencēties tādā veidā, ka veido audus.

Piemēram, šūnas, kas kļūs par aknu daļu, izstaro ķīmiskas vielas, kas iedarbina attiecīgos receptorus blakus esošajās šūnās, un visas šūnas šajā vietā diferencējas, lai kļūtu par aknu šūnām. Veidojoties aknu audiem, turpmāka šūnu signalizācija liek dažām šūnām diferencēties kanāla šūnās vai savienojošos audos. Galu galā diferencētās šūnas veido pilnīgas un funkcionālas aknas.

Lai attīstītos par specializētām šūnām, kas nepieciešamas organismam, šūnām ir jāzina, ko dara citas šūnas tuvākajā apkārtnē. Īpašie receptori šūnu-šūnu kontaktiem un plaisu savienojumiem starp šūnām atvieglo tiešu signālu apmaiņu starp kaimiņu šūnām. Šūnas var nodrošināt, ka to apkārtne atbilst viņu diferencētajai specializācijai.

In šūnu starp šūnām signalizācija, speciāli veidoti receptoru proteīni uz šūnas virsmas atbilst attiecīgajiem proteīniem uz kaimiņu šūnas membrānas. Kad šūnas nonāk saskarē, abi proteīni savienojas, un no vienas šūnas tiek iedarbināts signāls uz otru. Signāls iziet caur šūnu membrānu un nonāk šūnā, kur tas izraisa noteiktu šūnu uzvedību.

Piemēram, ādas šūnām ir jāpārliecinās, vai tām apkārt ir citas ādas šūnas, bet dažām ādas šūnām zem tām būs pamata audu šūnas. Šūnu – šūnu signāls ļauj šūnām nodrošināt, ka to apkārtne atbilst viņu diferenciācijai.

Spraugu savienojumi ir īpašas saites starp kaimiņu šūnām, kas ļauj viegli un tieši apmainīties ar olbaltumvielām, kas darbojas kā vēstījumi. Izmantojot spraugu savienojumus, šūnas var koordinēt viņu darbībuun apmainās ar signāliem ātri un viegli.

Piemēram, nervu šūnas izmantojiet spraugas krustojumus, lai izveidotu nervu ceļus, un spraugas krustojumi ļauj šūnām diferencēties - nervu šūnu tips, kas atbilst to atrašanās vietai ādā, muguras smadzenēs vai smadzenes.

Šūnu signalizācija un no tā izrietošā šūnu diferenciācija ir sarežģīti procesi ar daudziem posmiem. Signāli ir jāražo, jāpavairo, jāsaņem un jārīkojas. Aktivizētājiem, kas rodas šūnu signālu dēļ, jādarbojas, kā paredzēts. Faktori, kas izjauc jebkuru no posmiem, var ietekmēt šūnu diferenciāciju un izraisīt izmaiņas organismā.

Faktori, kas var ietekmēt un izjaukt šūnu signālu un šūnu diferenciāciju, ir barības vielu trūkums; ja šūna nespēj ražot olbaltumvielu, jo tai trūkst celtniecības elementu, tā nevar atšķirt. Ģenētiskā koda mutācijas ir vēl viena problēma.

Ja DNS ir bojāts vai transkripcija ir nepareiza, tiek traucēts signālu un diferenciācijas process. Papildus tam, ja signalizācijas ķimikālijas ir bloķētas vai šūnu receptori ir piepildīti ar signālu nesaturošām ķīmiskām saitēm, signalizācijas process nedarbosies pareizi.

Organisma vides ietekmes, kas var ietekmēt šūnu signālu, gēnu ekspresiju un šūnu diferenciāciju, var mainīt, apturēt vai izjaukt procesu. Dažus vides faktorus organisms izmanto adaptācijai, dažus var izmantot, lai cīnītos ar slimībām, bet citi kaitē organismam vai nogalina to.

Piemēram, vides temperatūra var ietekmēt dažu organismu attīstību. Augstāka temperatūra paātrina šūnu augšanu un to diferenciāciju, savukārt zemā temperatūra palēnina vai aptur attīstību.

Zāles var izjaukt kaitīgo šūnu diferenciāciju. Piemēram, zāles var bloķēt vienu no procesa posmiem neierobežotai audzēja augšanai un apturēt atbilstošo gēnu izpausmi.

Traumas var ietekmēt gēnu ekspresiju un ietekmēt to, kāda veida šūnas nepieciešamas bojājumu novēršanai. Vīrusi un baktērijas var ietekmēt šūnu diferenciāciju. Piemēram, ja māte ir inficēta ar tādu slimību kā masaliņas, augļa attīstībai var būt ietekme uz šūnu diferenciāciju un iedzimtiem defektiem.

Visbeidzot, toksiskas ķīmiskas vielas var ietekmēt šūnu diferenciāciju. Vielas, kas uzbrūk signālķimikālijām vai bloķē tās vai bloķē signālu receptoru pozīcijas šūnu membrānās, var apturēt signālu darbību un ietekmēt šūnu diferenciāciju.

Šo vides faktoru gadījumā organisms mēģina reaģēt, pielāgojoties vai mainot iekšējos procesus. Pielāgošanās ir efektīvs dažām vides ietekmēm, bet citiem organisms var izdzīvot, bet tam ir defekti vai arī organisms var nomirt.