ระหว่าง ความแตกต่างของเซลล์ ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ เซลล์จะกลายเป็นเฉพาะและมีบทบาทต่างๆ เช่น เซลล์ประสาท กล้ามเนื้อ และเม็ดเลือด ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการกระตุ้นการสร้างความแตกต่างของเซลล์ ได้แก่ การส่งสัญญาณของเซลล์อิทธิพลของสิ่งแวดล้อมและระดับการพัฒนาของสิ่งมีชีวิต
ความแตกต่างของเซลล์พื้นฐานเกิดขึ้นหลังจากเซลล์อสุจิปฏิสนธิกับไข่และผลลัพธ์ ตัวอ่อน ถึงขนาดที่แน่นอน เมื่อถึงจุดนั้น ไซโกตจะเริ่มพัฒนาเซลล์ประเภทต่างๆ และต้องการเซลล์ที่แยกจากกันเพื่อทำหน้าที่พิเศษ
กลไกที่รากของการสร้างความแตกต่างของเซลล์คือ การแสดงออกของยีน. ทุกเซลล์ของสิ่งมีชีวิตมีชุดยีนที่เหมือนกันเพราะรหัสพันธุกรรมถูกคัดลอกมาจากเซลล์ไข่เดิมที่ปฏิสนธิโดยเซลล์อสุจิ เพื่อทำหน้าที่เฉพาะ เซลล์จะแสดงหรือใช้ยีนบางตัวในรหัสพันธุกรรมเท่านั้นและไม่สนใจส่วนที่เหลือ
ตัวอย่างเช่น เซลล์ที่สร้างความแตกต่างให้กลายเป็นเซลล์ตับจะแสดง เซลล์ตับ ยีน และเซลล์ตับอื่นๆ ทั้งหมดจะใช้ยีนตับชุดเดียวกัน พวกเขาจะแยกความแตกต่างเพื่อสร้างตับ
การแยกเซลล์เกิดขึ้นในสามสถานการณ์:
- ดิ การเจริญเติบโต ของสิ่งมีชีวิตที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะเป็นผู้ใหญ่
- ปกติ มูลค่าการซื้อขาย ของเซลล์ต่างๆ เช่น เซลล์เม็ดเลือดในสิ่งมีชีวิตที่โตเต็มที่
- ดิ ซ่อมแซม ของเนื้อเยื่อที่เสียหายเมื่อต้องเปลี่ยนเซลล์เฉพาะ
ในแต่ละกรณี การส่งสัญญาณของเซลล์จะแจ้งเซลล์ว่าต้องการเซลล์พิเศษประเภทใด เซลล์ที่ไม่แตกต่างกันจะแสดงยีนที่สอดคล้องกันเพื่อตอบสนองความต้องการของสิ่งมีชีวิต
การแสดงออกของยีนทำงานโดยการทำสำเนาของยีน
รหัสพันธุกรรมของเซลล์ยูคาริโอตตั้งอยู่บน DNA ใน นิวเคลียส. ดีเอ็นเอไม่สามารถออกจากนิวเคลียสได้ ดังนั้นเซลล์จึงต้องคัดลอกยีนที่ต้องการแสดง
ผู้ส่งสาร RNA (เอ็มอาร์เอ็นเอ) ยึดติดกับ DNA และคัดลอกยีนที่เกี่ยวข้อง mRNA สามารถเดินทางออกนอกนิวเคลียสและนำคำแนะนำทางพันธุกรรมไปยังไรโบโซมที่ลอยอยู่ในไซโตพลาสซึมของเซลล์หรือที่ติดอยู่กับเอนโดพลาสมิกเรติเคิล ดิ ไรโบโซม ผลิตโปรตีนที่เข้ารหัสโดยยีนที่แสดงออก
ขึ้นอยู่กับสัญญาณที่เซลล์ได้รับ อิทธิพลของสิ่งแวดล้อมและระยะการพัฒนาของเซลล์ กระบวนการของการแสดงออกของยีนสามารถปิดกั้นได้ในทุกระยะ หากร่างกายไม่ต้องการโปรตีนที่เข้ารหัสโดยยีน mRNA จะไม่คัดลอกยีน และกระบวนการแสดงออกของยีนจะไม่เริ่มต้น
แม้หลังจากที่ mRNA คัดลอกยีนแล้ว โมเลกุล mRNA อาจถูกปิดกั้นไม่ให้ออกจากนิวเคลียสหรืออาจไม่สามารถเข้าถึงไรโบโซมได้ ไรโบโซมอาจไม่ผลิตโปรตีนที่จำเป็นแม้ว่า mRNA จะส่งสำเนา รหัสพันธุกรรม. ปัจจัยต่างๆ สามารถมีอิทธิพลต่อการแสดงออกของยีนได้ตลอดกระบวนการหลายขั้นตอนนี้
ปัจจัยภายในที่ส่งผลต่อความเชี่ยวชาญเฉพาะด้านของเซลล์
สิ่งมีชีวิตมีหลายวิธีในการสร้างความมั่นใจว่าเซลล์จะพัฒนาเป็นเซลล์พิเศษและแตกต่างที่จำเป็น
ปัจจัยสำคัญที่ขับเคลื่อนความแตกต่างของเซลล์ในร่างกายคือการผลิตโปรตีน เซลล์สามารถแยกความแตกต่างได้ขึ้นอยู่กับยีนที่แสดงออกและโปรตีนชนิดใดที่ถูกเข้ารหัสในยีนที่แสดงออก โปรตีนที่ผลิตได้ช่วยให้เซลล์ที่แยกความแตกต่างทำหน้าที่เฉพาะและบอกให้เซลล์อื่นๆ รู้ว่าพวกเขากำลังทำอะไรผ่านการส่งสัญญาณของเซลล์
กลไกเพิ่มเติมที่สามารถมีอิทธิพลต่อการสร้างความแตกต่างของเซลล์คือ การแยกแบบไม่สมมาตร ใน การแบ่งเซลล์. สารเช่นโปรตีนพิเศษรวมตัวกันที่ปลายด้านหนึ่งของเซลล์ เมื่อเซลล์แบ่งตัว เซลล์ลูกสาวหนึ่งเซลล์จะมีโปรตีนพิเศษมากกว่าอีกเซลล์หนึ่ง เซลล์กลายเป็นเซลล์ประเภทต่างๆ เนื่องจากการกระจายโปรตีนที่แตกต่างกัน
เมื่อเซลล์สร้างความแตกต่าง ประเภทของความเชี่ยวชาญพิเศษที่สามารถรับได้จะมีข้อจำกัดมากขึ้น ตัวอ่อน เซลล์ต้นกำเนิด ในขั้นต้นสามารถกลายเป็นเซลล์ประเภทใดก็ได้ แต่เมื่อเซลล์เติบโตเต็มที่และมีบทบาทพิเศษ มักจะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้อีกต่อไป เซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนเรียกว่า totipotent เซลล์เนื่องจากพวกมันยังคงมีบทบาทใด ๆ ในขณะที่เซลล์พิเศษที่เติบโตเต็มที่ซึ่งมีความแตกต่างอย่างสมบูรณ์สามารถทำหน้าที่เฉพาะของพวกมันเท่านั้น
การแยกส่วนแบบไม่สมมาตรทำให้เกิดเซลล์ต่างๆ
การแสดงออกของยีนมีหน้าที่รับผิดชอบในการสร้างเซลล์เฉพาะ แต่เซลล์พื้นฐานต้องสามารถทำหน้าที่พิเศษได้ ก่อนสามารถสร้างความแตกต่างและความเชี่ยวชาญเฉพาะด้านของเซลล์ได้ ต้องมีประเภทเซลล์ที่เหมาะสม การแยกแบบอสมมาตรสามารถผลิตเซลล์ประเภทต่างๆ ได้ เซลล์ตัวอ่อน Totipotent กลายเป็นหนึ่งในสามประเภทของ pluripotent เซลล์ที่แยกตัวออกเป็นเนื้อเยื่อต่างๆ ของร่างกายในที่สุด
เซลล์ pluripotent สามประเภทคือ:
-
เอ็นโดเดิร์ม เซลล์จะกลายเป็นเยื่อบุทางเดินหายใจและระบบย่อยอาหาร ตลอดจนสร้างตับและต่อมสำคัญๆ มากมาย เช่น ตับอ่อน
- เมโสเดิร์ม เซลล์สร้างความแตกต่างเพื่อสร้างกล้ามเนื้อ กระดูก เนื้อเยื่อเกี่ยวพัน และหัวใจ
- เอ็กโทเดิร์ม เซลล์สร้างผิวหนังและเส้นประสาท
ในขณะที่การส่งสัญญาณของเซลล์มีหน้าที่ในการผลิตเซลล์บางชนิดและสำหรับเซลล์ ความเชี่ยวชาญพิเศษ การแยกแบบอสมมาตร ทำหน้าที่จุดเริ่มต้นของการพัฒนาเซลล์เพื่อผลิตพลูริโพเทน เซลล์.
การถอดรหัสดีเอ็นเอ เพื่อ mRNA เกิดขึ้นในลักษณะที่ mRNA ผลิตโปรตีนบางชนิดที่ปลายด้านหนึ่งของเซลล์และโปรตีนที่แตกต่างกันที่ปลายอีกด้านหนึ่ง การแบ่งเซลล์ส่งผลให้เกิดเซลล์ลูกสาวสองประเภทที่สามารถผลิตเซลล์ที่มีความเชี่ยวชาญต่างกันได้
การส่งสัญญาณของเซลล์อยู่ที่รากของการสร้างความแตกต่างของเซลล์
กลไกภายในที่มีอิทธิพลต่อการสร้างความแตกต่างของเซลล์ของเซลล์ที่มีพลูริโพเทนต์นั้น ส่วนใหญ่จะขึ้นอยู่กับการส่งสัญญาณของเซลล์ เซลล์ได้รับสัญญาณทางเคมีที่บอกว่าเซลล์ชนิดใดหรือโปรตีนชนิดใดที่จำเป็น
กลไกการส่งสัญญาณของเซลล์รวมถึง:
- การแพร่กระจายซึ่งเซลล์จะปล่อยสารเคมีที่กระจายไปทั่วเนื้อเยื่อ
- ติดต่อโดยตรงซึ่งเซลล์มีสารเคมีพิเศษอยู่ที่เยื่อหุ้มเซลล์
- ทางแยกช่องว่างซึ่งสารเคมีส่งสัญญาณสามารถส่งผ่านโดยตรงจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งได้
เซลล์ส่งข้อความทางเคมีอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับกิจกรรมและรับสัญญาณเกี่ยวกับอะไร ที่เกิดขึ้นในบริเวณใกล้เคียง ในเนื้อเยื่อที่พวกเขาอยู่ และในร่างกายที่ ใหญ่. สัญญาณเหล่านี้เป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อความเชี่ยวชาญพิเศษของเซลล์ และการส่งสัญญาณของเซลล์เป็นปัจจัยสำคัญที่ขับเคลื่อนความแตกต่างของเซลล์ในร่างกาย
การส่งสัญญาณของเซลล์โดยการแพร่กระจายส่งผลต่อการพัฒนาเนื้อเยื่อ
เซลล์มีความไวต่อสัญญาณเคมีบางชนิดเพราะมี because ตัวรับ บนเยื่อหุ้มเซลล์ของพวกมัน ตัวรับขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์ วิธีการพัฒนา และยีนที่แสดงออก เมื่อตัวรับถูกกระตุ้น เซลล์จะแยกความแตกต่างออกไปอีก
เมื่อเซลล์ส่งสัญญาณไปยังเซลล์ใกล้เคียงจำนวนมาก มันจะปล่อยสารเคมีที่แพร่กระจายผ่านเนื้อเยื่อที่เซลล์ถูกฝังอยู่ สัญญาณทางเคมีถูกจับโดยตัวรับในเยื่อหุ้มเซลล์ของเซลล์รอบข้างและกระตุ้นการตอบสนองภายในแต่ละเซลล์ การตอบสนองเหล่านี้ช่วยทำให้เซลล์สร้างความแตกต่างในลักษณะที่ สร้างเนื้อเยื่อ.
ตัวอย่างเช่น เซลล์ที่จะกลายเป็นส่วนหนึ่งของตับจะปล่อยสารเคมีที่กระตุ้นตัวรับที่สอดคล้องกันในเซลล์ใกล้เคียง และเซลล์ทั้งหมดในตำแหน่งนั้นแยกความแตกต่างให้กลายเป็นเซลล์ตับ เมื่อเนื้อเยื่อตับก่อตัว การส่งสัญญาณของเซลล์เพิ่มเติมจะกระตุ้นเซลล์บางเซลล์ให้แยกออกเป็นเซลล์ท่อหรือเนื้อเยื่อที่เชื่อมต่อกัน ในที่สุดเซลล์ที่แตกต่างจะสร้างตับที่สมบูรณ์และทำงานได้
การส่งสัญญาณจากเซลล์ในพื้นที่ช่วยให้เซลล์รู้จักเพื่อนบ้านของพวกเขา
เพื่อพัฒนาเป็นเซลล์พิเศษที่ร่างกายต้องการ เซลล์ต้องรู้ว่าเซลล์อื่นๆ ในบริเวณใกล้เคียงกำลังทำอะไรอยู่ ตัวรับพิเศษสำหรับการสัมผัสระหว่างเซลล์กับเซลล์และการแยกช่องว่างระหว่างเซลล์ช่วยให้สามารถแลกเปลี่ยนสัญญาณระหว่างเซลล์ข้างเคียงได้โดยตรง เซลล์สามารถมั่นใจได้ว่าสภาพแวดล้อมโดยรอบสอดคล้องกับความเชี่ยวชาญเฉพาะทางที่แตกต่างกัน
ใน การส่งสัญญาณระหว่างเซลล์ถึงเซลล์โปรตีนตัวรับที่ก่อตัวขึ้นเป็นพิเศษบนพื้นผิวของเซลล์จะจับคู่โปรตีนที่สอดคล้องกันบนเมมเบรนของเซลล์ข้างเคียง เมื่อเซลล์สัมผัสกัน โปรตีนทั้งสองจะเชื่อมโยงกัน และสัญญาณจะถูกกระตุ้นจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง สัญญาณจะผ่านเยื่อหุ้มเซลล์และเข้าสู่เซลล์ซึ่งทำให้เกิดพฤติกรรมเฉพาะของเซลล์
ตัวอย่างเช่น เซลล์ผิวหนังต้องแน่ใจว่ามีเซลล์ผิวหนังอื่นๆ อยู่รอบๆ ตัว แต่เซลล์ผิวหนังบางเซลล์จะมีเซลล์ของเนื้อเยื่อที่อยู่ข้างใต้ การส่งสัญญาณระหว่างเซลล์ถึงเซลล์ช่วยให้เซลล์ต่างๆ มั่นใจได้ว่าสภาพแวดล้อมรอบข้างตรงกับความแตกต่าง
Gap junctions เป็นลิงค์พิเศษระหว่างเซลล์ข้างเคียงที่ช่วยให้แลกเปลี่ยนโปรตีนที่ทำหน้าที่เป็นข้อความได้ง่ายและโดยตรง การใช้ช่องว่างทางแยก เซลล์สามารถ ประสานงานกิจกรรมต่างๆและแลกเปลี่ยนสัญญาณ ได้อย่างรวดเร็วและง่ายดาย
ตัวอย่างเช่น, เซลล์ประสาท ใช้ gap junctions เพื่อสร้างทางเดินของเส้นประสาท และ gap junctions ช่วยให้เซลล์แยกความแตกต่างออกเป็น ชนิดของเซลล์ประสาทที่เหมาะสมกับตำแหน่งในผิวหนัง ในไขสันหลัง หรือใน in สมอง.
ปัจจัยที่มีผลต่อการส่งสัญญาณของเซลล์ส่งผลต่อการสร้างความแตกต่างของเซลล์
การส่งสัญญาณของเซลล์และการสร้างความแตกต่างของเซลล์ที่เป็นผลลัพธ์นั้นเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนซึ่งมีหลายขั้นตอน ต้องมีการสร้างสัญญาณ เผยแพร่ที่ได้รับ และดำเนินการตาม ทริกเกอร์ที่เกิดจากสัญญาณเซลล์ต้องทำงานตามที่คาดไว้ ปัจจัยที่ขัดขวางขั้นตอนใด ๆ อาจส่งผลต่อการสร้างความแตกต่างของเซลล์และทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในร่างกาย
ปัจจัยที่สามารถมีอิทธิพลและขัดขวางการส่งสัญญาณของเซลล์และการสร้างความแตกต่างของเซลล์ ได้แก่ การขาดสารอาหาร ถ้าเซลล์ไม่สามารถผลิตโปรตีนได้เนื่องจากไม่มีหน่วยการสร้าง จะไม่สามารถแยกความแตกต่างได้ การกลายพันธุ์ในรหัสพันธุกรรมเป็นอีกปัญหาหนึ่ง
หาก DNA มีข้อบกพร่องหรือการถอดรหัสไม่ถูกต้อง กระบวนการส่งสัญญาณและการแยกความแตกต่างจะหยุดชะงัก นอกจากนี้ หากสารเคมีส่งสัญญาณถูกปิดกั้นหรือตัวรับเซลล์เต็มไปด้วยพันธะเคมีที่ไม่ส่งสัญญาณ กระบวนการส่งสัญญาณจะไม่ทำงานอย่างถูกต้อง
ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมสามารถส่งผลต่อการสร้างความแตกต่างของเซลล์
อิทธิพลจากสภาพแวดล้อมของสิ่งมีชีวิตที่อาจส่งผลต่อการส่งสัญญาณของเซลล์ การแสดงออกของยีน และการสร้างความแตกต่างของเซลล์สามารถเปลี่ยนแปลง หยุด หรือขัดขวางกระบวนการได้ ปัจจัยแวดล้อมบางอย่างถูกใช้โดยสิ่งมีชีวิตเพื่อการปรับตัว ปัจจัยบางอย่างสามารถใช้เพื่อต่อสู้กับโรคและทำร้ายร่างกายหรือฆ่าสิ่งมีชีวิต
ตัวอย่างเช่น อุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมสามารถมีอิทธิพลต่อการพัฒนาของสิ่งมีชีวิตบางชนิด อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะเร่งการเจริญเติบโตของเซลล์และการสร้างความแตกต่าง ในขณะที่อุณหภูมิต่ำจะช้าลงหรือหยุดการพัฒนา
ยาสามารถขัดขวางการสร้างความแตกต่างของเซลล์ที่เป็นอันตรายได้ ตัวอย่างเช่น ยาสามารถขัดขวางขั้นตอนหนึ่งของกระบวนการเพื่อการเติบโตของเนื้องอกได้ไม่จำกัดและหยุดการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้อง
การบาดเจ็บอาจส่งผลต่อการแสดงออกของยีนและส่งผลต่อชนิดของเซลล์ที่จำเป็นในการซ่อมแซมความเสียหาย ไวรัสและ แบคทีเรีย สามารถมีอิทธิพลต่อการสร้างความแตกต่างของเซลล์ ตัวอย่างเช่น หากมารดาติดเชื้อโรค เช่น หัดเยอรมัน ทารกในครรภ์ที่กำลังพัฒนาสามารถมีอิทธิพลต่อการสร้างความแตกต่างของเซลล์ และสามารถพัฒนาข้อบกพร่องที่เกิดได้
ในที่สุดสารเคมีที่เป็นพิษอาจส่งผลต่อการสร้างความแตกต่างของเซลล์ สารที่โจมตีหรือปิดกั้นสารเคมีส่งสัญญาณหรือปิดกั้นตำแหน่งตัวรับสัญญาณบนเยื่อหุ้มเซลล์สามารถหยุดกิจกรรมการส่งสัญญาณและส่งผลต่อการสร้างความแตกต่างของเซลล์
ในกรณีของปัจจัยแวดล้อมเหล่านี้ สิ่งมีชีวิตพยายามตอบสนองโดยการปรับหรือเปลี่ยนกระบวนการภายใน การปรับตัว มีผลกับอิทธิพลของสิ่งแวดล้อมบางส่วน แต่สำหรับส่วนอื่นๆ สิ่งมีชีวิตอาจอยู่รอดแต่มีข้อบกพร่อง หรือสิ่งมีชีวิตอาจตายได้