диференціація

The диференціація в біології відзначає перехід від погано диференційованого до сильно диференційованого стану. Цей процес має особливе значення під час розвитку заплідненої яйцеклітини в повноцінний організм. Порушення процесу диференціації може призвести до серйозних захворювань, таких як рак або вади розвитку.

Що таке диференціація?

Біологічна диференціація - це спеціалізація недиференційованих стовбурових клітин на диференційовані клітини організму. Ці процеси відіграють особливо важливу роль під час ембріогенезу та подальшого зростання. Процеси диференціації також важливі для підтримки функцій організму у дорослих організмів.

Спочатку недиференційовані стовбурові клітини все ще мають здатність трансформуватися у всі інші клітини організму. У процесі спеціалізовані клітини організму виникають через кілька процесів диференціації, які утворюють різні органи і в кінцевому рахунку втрачають здатність до поділу.

Існує кілька типів стовбурових клітин. Так звані тотипотентні стовбурові клітини все ще здатні перетворитися на повноцінний організм. У свою чергу плюрипотентні стовбурові клітини можуть диференціюватися на всі клітини організму. Однак переростати в окремі організми вже неможливо. Мультипотентні стовбурові клітини вже виробили певну диференціацію на певну клітинну лінію. Однак вони все ще можуть диференціюватися на всі інші клітини цієї клітинної лінії.

Функція та завдання

Біологічна диференціація - це один із найважливіших процесів у розвитку рослинних, тваринних чи людських організмів. Під час цього процесу, серед іншого, розвиваються клітини тіла, які все більше диференціюються від заплідненої яйцеклітини в кілька етапів.

Запліднена яєчна клітина - перша тотипотентна стовбурова клітина, яка спочатку підлягає поділу клітин на чотири рівні клітини. Кожна з цих чотирьох клітин може перерости в абсолютно генетично ідентичний організм. Коли досягається чотириклітинна стадія, утворюється бластоциста, що складається з плюрипотентних ембріональних стовбурових клітин. Ці плюрипотентні стовбурові клітини можуть розвиватися в три зародкові шари ектодерми, ентодерми та мезодерми через наступну стадію диференціювання і таким чином являти собою вихідну точку для всіх інших клітин організму.

Однак, на відміну від тотипотентних стовбурових клітин, вони вже втратили здатність розвиватися в генетично ідентичні незалежні організми.

Подальші клітинні лінії виходять із трьох сім’ядолів, які спочатку складаються з багатопотужних стовбурових клітин. Мультипотентні стовбурові клітини здатні розвиватися у всі типи клітин відповідної клітинної лінії. Ці клітини вже не мають здатності трансформуватися у всі інші клітини організму, оскільки вони вже досягли більш високого ступеня диференціації, ніж плюрипотентні стовбурові клітини.

У організмах тварин і людини процес диференціації пов'язаний з детермінацією. Детермінація описує встановлення спеціалізації, щойно прийнята, завдяки чому подальший розвиток клітинних ліній передається епігенетичними засобами. Звичайно, клітини, які вже були попередньо диференційовані, далі будуть диференціюватися в клітини відповідної клітинної лінії в рамках їх визначення.

Хоча вся генетична інформація кожної окремої клітини однакова, вона викликається по-різному, залежно від типу клітини через експресію гена. Це означає, серед іншого, що в клітині печінки, наприклад, декодується лише генетична інформація щодо функцій печінки, а вся інша інформація залишається непрочитаною.

На диференціацію впливають різні зовнішні чи внутрішні фактори. Гормони та фактори росту відіграють важливу роль. Контакти клітин до сусідніх комірок також визначають напрямок диференціації.

За певних умов може відбутися трансдетермінація. Визначення клітин змінюється. Це особливо важливо при загоєнні ран. Якщо клітини тоді вже диференційовані, вони втрачають свою диференціацію в цих випадках і знову диференціюються. Якщо цей процес порушений, проте, може виникнути рак.

Диференціація має важливе значення для того, щоб організм взагалі функціонував як однакова біологічна система.

Хвороби та недуги

В умовах диференціювання клітин, однак, можуть виникати порушення, які можуть призвести до вад розвитку органів під час ембріогенезу. Існують деякі генетичні захворювання з різноманітними дисплазіями органів. Крім вад розвитку внутрішніх органів, зовнішній вигляд часто є дисгармонічним.

Однак існують і негенетичні причини вад розвитку органів. Одним із прикладів є ниркова агенезія за відсутності навколоплідних вод. Оскільки людський ембріон може розвиватися лише в навколоплідних водах, нестача місця тут призводить до дефектної диференціації органів, через що також уражаються інші органи і тканини.

Препарати також можуть порушити процес диференціації під час ембріогенезу. Добре відомий приклад - заспокійливий засіб Контерган, який призвів до пошкодження росту розвитку плода під час ранньої вагітності. Це стало публічним у 1961 році завдяки так званому Contergansandal.

Однак може трапитися і так, що клітини, які вже диференціюються, диференціюються і потім розмножуються безконтрольно. Така ситуація з раком. Чим більше клітин диференціюється, тим більше злоякісна пухлина. Як вже було сказано, дедіференціація необхідна в деяких випадках, коли є більша потреба в рості клітин. Це справа з загоєнням ран, серед іншого. Однак у цих процесах дедіференціація супроводжується диференціацією клітин. Якщо диференціювання потім не вдається, проте, розвивається рак.

Соматичні мутації в клітинах можуть також впливати на гени, що впливають на диференціацію. Тому ймовірність розвитку раку збільшується протягом життя.