Ćelijska diferencijacija

Razlikovati: Ćelijska dioba.
Matične elije diferenciraju se u različite tipove tkiva.
Distribucija broja ćelija sa ćelijskom diferencijacijacijom u tri tipa ćelija (potomstvo , osteoblast i hondrocit ) izloženi podražaju proosteoblasta.[1]

Ćelijska diferencijacija je proces u kojem se ćelija mijenja iz jednog tipa ćelije u drugi.[2][3] Obično se ćelija mijenja u više specijaliziranih tipova. Diferencijacija se odvija mnogo puta tokom razvoja višećelijskog organizma, jer se mijenja od jednostavnog zigota do složenog sistema tkiva i ćelijskih tipova. Diferencijacija se nastavlja u odrasloj jedinki, kao što se matične ćelije odraslih dijele i stvaraju potpuno diferencirane kćerke ćelije za vrijeme popravljanja tkiva i normalnog ćelijskog prometa. Do nekih razlika dolazi kao odgovor na izlaganje antigenu. Diferencijacija drastično mijenja veličinu, oblik, membranski potencijal, metaboličke aktivnosti i reakciju na signale. Ove promjene su u velikoj mjeri rezultat izrazito kontroliranih modifikacija u genskoj ekspresiji i epigenetičkim uvjetima. Uz nekoliko izuzetaka, ćelijska diferencijacija gotovo nikada ne uključuje promjenu samih sekvenci DNK. Dakle, različite ćelije mogu imati vrlo različite fizičke karakteristike, iako imaju isti genom. Specijalizirani tip diferencijacije, poznata kao "terminalna diferencijacija", od značaja je u nekim tkivima, naprimjer nervnom sistemu kičmenjaka, prugastim mišićima, epidermi i crijevima. Tokom terminalne diferencijacije, prekursorska ćelija koja je prije bila sposobna za ćelijsku diobu, trajno napušta ćelijski ciklus, rastavlja njegov mehanizam i često ispoljava niz gena karakterističnih za konačnu funkciju ćelije (npr. miozin i aktin za mišićnu ćeliju). Diferencijacija se može nastaviti i nakon terminalne diferencijacije, ako se njen kapacitet i funkcije podvrgnu daljnjim promjenama.

Među ćelijama koje dijele postoji više razina ćelijske potencije, odnosno sposobnosti ćelije da se diferencira u druge tipove ćelija. Veća potencija ukazuje na veći broj ćelija koje se od njih mogu izvesti. Ćelija koja se može diferencirati u sve tipove ćelija, uključujući tkivo placente, poznata je kao totipotentna . Kod sisara su samo totipotentni zigoti i daljnje blastomere, dok kod biljaka mnoge diferencirane ćelije mogu postati totipotentne, primjenom jednostavnih laboratorijskih tehnika. Ćelija koja se može diferencirati u sve tipove ćelija u organizmu odraslih, poznata je kao pluripotentna. Takve ćelije se kod viših biljaka nazivaju meristematskim ćelijama, kod životinjska takve su embrionskee matične ćelije, ikako neke istraživačke grupe izvještavaju i o prisustvu odraslih pluripotentnih ćelija. Virusno inducirana ekspresija četiri faktora transkripcije Oct4, Sox2, c-Myc i Klf4 (Yamanaka faktori) je dovoljna za stvaranje pluripotentnih (iPS) ćelija od odraslih fibroblasta.[4] Multipotentna ćelija je ona koja se može rdiferencirati u više različitih, ali usko povezanih tipova ćelija.[5] Oligopotentne ćelije su ograničenije od multipotentnih, ali se ipak mogu rdiferenciratiti u nekoliko usko povezanih tipova ćelija.[5] U citopatologiji stupanj ćelijske diferencijacije koristi se kao mjera progresije karcinoma. Progradacija je marker diferenciranosti tumorske ćelije.[6]

Dediferencijacija

Mikrografija liposarkoma s određenom dediferencijacijom, koja se ne može prepoznati kao liposarkom (lijevi rub slike) i diferencirana komponenta (s lipoblastima) i povećanom vaskularizacijom (desno).
Potpuno diferencirano (morfološki benigno) masno tkivo (u sredini) ima malo krvnih sudova H&E boja.

Dediferenciacija ili integracija je ćelijski proces koji se često viđa u više(filogenetski) temeljnih oblika života, kao što su crvi i vodozemci s kojima se djelimično ili krajnje diferencirana ćelija vraća u raniji razvojni stadij, obično kao dio regenerativnnogprocesa.[7][8] Dedifferentiation also occurs in plants.[9] Ćelije u kulturi tkiva mogu izgubiti svojstva koja su imale u početku, poput ekspresije proteina, ili promijeniti oblik. Ova pojava također se naziva dediferencijacijom .[10]

Neki vjeruju da je dediferencijacija odstupanje od normalnog razvojnog ciklusa koji rezultira kancerom,[11] dok drugi smatraju da je to prirodni dio imunskog odgovora koji se u određenom periodu kod čovjeka izgubio kao rezultat evolucije. Otkrivena je mala molekula nazvana reverzin, analog purina, za koju je dokazano da inducira dediferencijaciju u miotubama. Te diferenciranene ćelije mogu se zatim preusmjeriti u osteoblaste i adipocite.[12]

Dijagram nekoliko načina iz pomoću kojih se somatske ćelije odraslih vraćaju totipotenciji ili pluripotenciji.

Mehanizmi

Mehanizmi ćelijske diferencijacije.

Svaki specijalizirani tip ćelije u organizmu ispoljava podskup svih gena koji čine genom date vrste. Svaka tip ćelije definiran je posebnim obrascem regulirana ekspresija gena. Diferencijacija ćelije je stoga prelazak ćelije s jednog tipa ćelije u drugi i uključuje prelazak s jednog obrasca ekspresije gena u drugi. Ćelijska diferencijacija tokom razvoja može se shvatiti kao rezultat djelovanja regulacijske mreže gena. Regulativni gen i njegovi cis-regulatorni moduli čvorovi su u regulacijskoj mreži gena; oni primaju ulaz i stvaraju izlaz drugdje u mreži.[13] > Pristup biologiji sistema, u razvojnoj biologiji naglašava važnost istraživanja utjecaja mehanizama razvoja za stvaranje predvidljivih obrazaca (morphogeneza). Međutim, nedavno je predloženo alternativno gledište, na osnovu stohastičke ekspresije gena, ćelijsko diferenciranje je rezultat darvininskog selektivnog procesa koji se odvija među ćelijama. U tom okviru, proteinske i genske mreže rezultat su ćelijskih procesa, a ne njihov uzrok.

Pregled glavnih signla puteva transdukcije

Dok su evolucijski sačuvani molekulskii procesi uključeni u ćelijske mehanizme koji stoje na osnovi ovih prekidača, u životinjskim vrstama one su vrlo različite od dobro okarakterisanih operonskih mehanizama regulacije bakterijskih gena, pa čak i od najbližih životinjskih jednoćelijskoh srodnika, holozoa.[14] Konkretno, ćelijskaa diferencijacija u životinja uveliko je zavisna od biomolekulskog kondenzata regulatornih proteina i pojačivača sekvenci DNK. Ćelijska diferencijacija često se kontrolira ćelijskom signalizacijom. Mnoge molekulie signala koji prenose informacije iz ćelije u ćeliju tokom kontrole ćelijske diferencijacije nazivaju se faktori rasta . Iako se pojedinosti specifičnih putevaa transdukcija signala razlikuju, ovi putevi često dijele sljedeće opće korake. Ligand proizveden u jednoj ćeliji veže se za receptor u vanćelijskoj regiji druge ćelije, izazivajući konformacijsku promjenu receptora. Oblik citoplazmatskog domena receptora se mijenja, a receptor dobija enzimsku aktivnost. Receptor zatim katalizira reakcije koje fosforiliraju ostale proteine, aktivirajući ih. Kaskada reakcija fosforilacije na kraju aktivira uspavani faktor transkripcije ili citoskeletni protein i tako doprinosi procesu diferencijacije u ciljnoj ćeliji.[15] Ćelije i tkiva mogu se razlikovati po kompetenciji i njihovoj sposobnosti da reaguju na vanjske signale,[16][17] istraživali su ulogu leće u nastanku očiju kod pećinskih i površinskih riba, upečatljiv primjer indukcije. <ref name = Rudel /> Pomoću recipročnih transplantacija, Yamamoto i Jeffery <ref name = Yamamoto /> otkrili su da se vezikule sočiva površinske ribe mogu navesti druge dijelove oka da se razvijaju u pećinskim i površinskim ribama, dok vezikule sočiva ribe koja živi u pećinama ne mogu. <ref name = Rudel />Ostali važni mehanizmi spadaju u kategoriju asimetrične diobe ćelija, dioba koje daju kćerinsne ćelije s različitim razvojnim sudbinama. Asimetrične diobe ćelija mogu se pojaviti zbog asimetrično izraženih majčinskih '''citoplazmatskih determinanti''' ili zbog signalizacije. <Ref name = Rudel /> U bivšem mehanizmu, tokom citokineze nastaju različite ćelije-kćerke zbog neravnomjerne raspodjele regulatornih molekula u matičnoj ćeliji; različita citoplazma koju svaka kćerka ćelija nasljeđuje rezultira u različitom obrascu diferencijacije svake od njih . Dobro proučeni primjer stvaranja obrasca asimetričnih dioba je ambriogeneza u rodu Drosophila, u uzorku prednje i stražnje osovine. Molekule RNK su važan tip kontrolnog signala unutarćelijske diferencijacije. Molekulska i genetička osnova asimetričnih ćelijskih dioba, proučavana je i u zelenim algama roda „Volvox“, modelnim sistemom za proučavanje pojave kako jednoćelijski organizmi mogu evoluirati u višećelijske.[18]

Epigenetička kontrola

Glavni članak: Epigenetika

Budući da svaka ćelija, bez obzira na njen tip, posjeduje isti genom, određivanje njihovog tipa mora se dogoditi na nivou ekspresije gena. Dok se regulacija ekspresije gena može dogoditi preko cis– i trans– regulacijskog elementa, uključujući gene promotorske i pojačavajuće gene, pojavljuje se problem kako se ovaj blik obrazaca održava u brojnim generacijama ćelijskih dioba. Kako se ispostavilo, epigenetički procesi imaju presudnu ulogu u reguliranju odluke o odvijanju sudbine matičnih, potomačkih ili zrelih ćelija. Ovaj će se odjeljak usredotočiti prvenstveno na sisarske matične ćelije.

U sistemskoj biologiji i matematičkom modeliranju genskih regulatornih mreža predviđa se da će određivanje sudbine ćelije ispoljiti određenu dinamiku, kao što je konvergencija atraktora (atraktor može biti ravnotežna tačka, granični ciklus ili strani atraktor) ili oscilatorni.[19]

Također pogledajte

Reference

  1. ^ Kryven, I.; Röblitz, S.; Schütte, Ch. (2015). "Solution of the chemical master equation by radial basis functions approximation with interface tracking". BMC Systems Biology. 9 (1): 67. doi:10.1186/s12918-015-0210-y. PMC 4599742. PMID 26449665. publikacija otvorenog pristupa - besplatna za čitanje
  2. ^ Slack, J.M.W. (2013) Essential Developmental Biology. Wiley-Blackwell, Oxford.
  3. ^ Slack, J.M.W. (2007). "Metaplasia and transdifferentiation: from pure biology to the clinic". Nature Reviews Molecular Cell Biology. 8 (5): 369–378. doi:10.1038/nrm2146. PMID 17377526.
  4. ^ Takahashi, K; Yamanaka, S (2006). "Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors". Cell. 126 (4): 663–76. doi:10.1016/j.cell.2006.07.024. hdl:2433/159777. PMID 16904174.
  5. ^ a b Schöler, Hans R. (2007). "The Potential of Stem Cells: An Inventory". u Nikolaus Knoepffler; Dagmar Schipanski; Stefan Lorenz Sorgner (ured.). Humanbiotechnology as Social Challenge. Ashgate Publishing. str. 28. ISBN 978-0-7546-5755-2.
  6. ^ "NCI Dictionary of Cancer Terms". National Cancer Institute. Pristupljeno 1. 11. 2013.
  7. ^ Stocum DL (2004). "Amphibian regeneration and stem cells". Curr. Top. Microbiol. Immunol. Current Topics in Microbiology and Immunology. 280: 1–70. doi:10.1007/978-3-642-18846-6_1. ISBN 978-3-540-02238-1. PMID 14594207.
  8. ^ Casimir CM, Gates PB, Patient RK, Brockes JP (1. 12. 1988). "Evidence for dedifferentiation and metaplasia in amphibian limb regeneration from inheritance of DNA methylation". Development. 104 (4): 657–668. PMID 3268408.
  9. ^ Giles KL (1971). "Dedifferentiation and Regeneration in Bryophytes: A Selective Review". New Zealand Journal of Botany. 9 (4): 689–94. doi:10.1080/0028825x.1971.10430231. Arhivirano s originala, 4. 12. 2008. Pristupljeno 1. 1. 2008.
  10. ^ Schnabel M, Marlovits S, Eckhoff G, et al. (januar 2002). "Dedifferentiation-associated changes in morphology and gene expression in primary human articular chondrocytes in cell culture". Osteoarthr. Cartil. 10 (1): 62–70. doi:10.1053/joca.2001.0482. PMID 11795984.
  11. ^ Sell S (decembar 1993). "Cellular origin of cancer: dedifferentiation or stem cell maturation arrest?". Environ. Health Perspect. 101 (Suppl 5): 15–26. doi:10.2307/3431838. JSTOR 3431838. PMC 1519468. PMID 7516873.
  12. ^ Tsonis PA (april 2004). "Stem cells from differentiated cells". Mol. Interv. 4 (2): 81–3. doi:10.1124/mi.4.2.4. PMID 15087480. Arhivirano s originala, 23. 5. 2016. Pristupljeno 26. 12. 2010.
  13. ^ Ben-Tabou de-Leon S, Davidson EH (2007). "Gene regulation: gene control network in development" (PDF). Annu Rev Biophys Biomol Struct. 36 (191): 191–212. doi:10.1146/annurev.biophys.35.040405.102002. PMID 17291181.
  14. ^ Newman, Stuart A. (2020). "Cell differentiation: what have we learned in 50 years?". Journal of Theoretical Biology. 485: 110031. doi:10.1016/j.jtbi.2019.110031. PMID 31568790.
  15. ^ Knisely, Karen; Gilbert, Scott F. (2009). Developmental Biology (8th izd.). Sunderland, Mass: Sinauer Associates. str. 147. ISBN 978-0-87893-371-6.
  16. ^ Rudel and Sommer; The evolution of developmental mechanisms. Developmental Biology 264, 15-37, 2003 Rudel, D.; Sommer, R. J. (2003). "The evolution of developmental mechanisms". Developmental Biology. 264 (1): 15–37. doi:10.1016/S0012-1606(03)00353-1. PMID 14623229.
  17. ^ Yamamoto Y and WR Jeffery; Central role for the lens in cave fish eye degeneration. Science 289 (5479), 631-633, 2000 Yamamoto, Y.; Jeffery, W. R. (2000). "Central Role for the Lens in Cave Fish Eye Degeneration". Science. 289 (5479): 631–633. Bibcode:2000Sci...289..631Y. doi:10.1126/science.289.5479.631. PMID 10915628.
  18. ^ Kirk MM, A Ransick, SE Mcrae, DL Kirk; The relationship between cell size and cell fate in Volvox carteri. Journal of Cell Biology 123, 191-208, 1993 Kirk, M. M.; Ransick, A.; McRae, S. E.; Kirk, D. L. (1993). "The relationship between cell size and cell fate in Volvox carteri". Journal of Cell Biology. 123 (1): 191–208. doi:10.1083/jcb.123.1.191. PMC 2119814. PMID 8408198.
  19. ^ Rabajante JF, Babierra AL (30. 1. 2015). "Branching and oscillations in the epigenetic landscape of cell-fate determination". Progress in Biophysics and Molecular Biology. 117 (2–3): 240–9. doi:10.1016/j.pbiomolbio.2015.01.006. PMID 25641423.

Vanjski linkovi

Commons logo
Commons logo
Commons ima datoteke na temu: Ćelijska diferencijacija