Садржај
- Генска експресија ради правећи копије гена
- Унутрашњи фактори који утичу на ћелијску специјализацију
- Асиметрична сегрегација производи различите ћелије
- Ћелијска сигнализација је у корену диференцијације ћелија
- Ћелијска сигнализација дифузијским утицајем утиче на развој ткива
- Локална ћелијска сигнализација омогућава ћелијама да препознају своје комшије
- Чимбеници који утичу на ћелијску сигнализацију утичу на диференцијацију ћелија
- Чимбеници заштите животне средине могу да утичу на диференцијацију ћелија
Током диференцијације ћелија у вишећелијским организмима ћелије постају специјализоване и преузимају улоге попут оних нервних, мишићних и крвних ћелија. Фактори укључени у покретање диференцијације ћелија укључују: ћелијска сигнализација, утицај околине и степен развоја организма.
Основна диференцијација ћелија настаје након што сперматозоид оплоди јаје и резултирајућа зигота достигне одређену величину. У том тренутку зигота почиње да развија различите типове ћелија и треба јој диференциране ћелије да би преузеле специјализоване функције.
Механизам који је у корену диференцијације ћелија је Експресија гена. Све ћелије организма имају идентичне сетове гена, јер је генетски код копиран из оригиналне јајне ћелије оплођене сперматозоидима. Да би преузела специјализовану функцију, ћелија ће само изразити или користити неке гене у свом генетском коду, а остатак ће игнорисати.
На пример, ћелија која се диференцира у ћелију јетре ће експримирати гене јетрених ћелија, а све остале ћелије јетре користиће исти сет јетрених гена. Они ће се разликовати заједно да формирају јетру.
Разликовање ћелија одвија се у три ситуације:
У сваком случају ћелијска сигнализација обавештава ћелије која врста специјализоване ћелије је потребна. Недиференциране ћелије изражавају одговарајуће гене да би задовољиле потребе организма.
Генска експресија ради правећи копије гена
Генетски код еукариотских ћелија налази се на ДНК у језгру. ДНК не може напустити језгро па ћелија мора копирати ген који жели да изрази.
Мессенгер РНА (мРНА) се веже за ДНК и копира релевантни ген. МРНА може путовати изван језгра и донијети генетичка упутства рибосомима који лебде у ћелијској цитоплазми или су причвршћени на ендоплазматски ретикулум. Рибосоми стварају протеин кодиран експримираним геном.
У зависности од сигнала које ћелија прима, утицаја околине и развојне фазе ћелије, процес експресије гена може бити блокиран у било којој фази. Ако протеин кодиран геном није потребан организму, мРНА неће копирати ген и процес експресије гена неће започети.
Чак и након што мРНА копира ген, молекул мРНА може бити блокиран да излази из језгра или можда неће моћи да достигне рибосом. Рибосоми можда не производе потребни протеин чак и ако мРНА испоручује копирани генетски код. Различити фактори могу утицати на експресију гена кроз овај поступак у више корака.
Унутрашњи фактори који утичу на ћелијску специјализацију
Организми имају неколико начина да се осигура да се ћелије развију у потребне специјализоване и диференциране ћелије.
Кључни фактор покретања ћелијске диференцијације у телу је производња протеина. Ћелије се могу разликовати у зависности од тога који су гени експримирани и који су протеини кодирани у експримираним генима. Произведени протеини помажу диференцираним ћелијама да обављају своју специјализовану функцију и омогућавају им да другим ћелијама кажу шта раде путем ћелијске сигнализације.
Даљи механизам који може утицати на диференцијацију ћелија је асиметрична сегрегација у ћелијској подели. Супстанце попут посебних протеина скупљају се на једном крају ћелије. Када се ћелија подели, једна ћерка ћелија има више посебних протеина него друга. Ћелије постају различите врсте ћелија због различите дистрибуције протеина.
Како се ћелија разликује, врста специјализације коју може да преузме постаје ограничена. Ембрионалне матичне ћелије у почетку могу постати било које врсте ћелија, али једном када је ћелија зрела и преузме специјализовану улогу, често се више не може мењати. Ембрионалне матичне ћелије се називају тотипотентан ћелије јер још увек могу преузети било коју улогу док зреле, специјализоване ћелије које су у потпуности диференциране могу обављати само своју специјализовану функцију.
Асиметрична сегрегација производи различите ћелије
Експресија гена је одговорна за ћелијску специјализацију, али основне ћелије морају бити у могућности да преузимају специјализоване функције. Пре него што се започне диференцијација и специјализација ћелија, мора бити доступан прави тип ћелије. Асиметрична сегрегација може да произведе такве различите врсте ћелија. Тотипотентне ембрионалне ћелије постају једна од три врсте плурипотентно ћелије које се на крају диференцирају у различита телесна ткива.
Три врсте плурипотентних ћелија су:
Док је ћелијска сигнализација одговорна за производњу неких различитих типова ћелија и за ћелијску специјализацију, асиметрична сегрегација делује на почетку развоја ћелије да би се створиле плурипотентне ћелије.
Транскрипција ДНК у мРНА одвија се на начин да мРНА производи одређене протеине на једном крају ћелије, а различите протеине на другом крају. Подела ћелија резултира у две различите врсте кћерских ћелија које могу наставити да производе ћелије различитих специјализација.
Ћелијска сигнализација је у корену диференцијације ћелија
Унутрашњи механизми који утичу на ћелијску диференцијацију плурипотентних ћелија углавном се заснивају на ћелијској сигнализацији. Ћелије примају хемијске сигнале који им говоре која је врста ћелије или која врста протеина је потребна.
Механизми ћелијске сигнализације укључују:
Ћелије непрестано емитују хемикалије у вези са својим активностима и примају сигнале о томе шта се дешава у њиховом непосредном окружењу, у ткивима у којима се налазе и у телу уопште. Ови сигнали су главни фактори који утичу на ћелијску специјализацију, а ћелијска сигнализација је кључни фактор који покреће диференцијацију ћелија у телу.
Ћелијска сигнализација дифузијским утицајем утиче на развој ткива
Ћелије постају осетљиве на одређене хемијске сигнале, јер их имају рецепторе на њиховој ћелијској мембрани. Рецептори зависе од врсте ћелије, како се развила и који гени се експримирају. Како се рецептори активирају, ћелија се даље разликује.
Када ћелија буде сигнал многим ћелијама у близини, она емитује хемикалију која дифузује кроз ткиво у које је ћелија уграђена. Хемијски сигнал хватају рецептори у ћелијским мембранама околних ћелија и покрећу одговор унутар сваке ћелије. Ови одговори помажу да се ћелије диференцирају на такав начин гради ткиво.
На пример, ћелије које ће постати део јетре емитују хемикалије које покрећу одговарајуће рецепторе у оближњим ћелијама, а све ћелије на тој локацији се разликују како би постале ћелије јетре. Како се формира ткиво јетре, даљња ћелијска сигнализација покреће неке ћелије да се диференцирају у ћелије канала или повезујуће ткиво. На крају диференциране ћелије формирају комплетну и функционалну јетру.
Локална ћелијска сигнализација омогућава ћелијама да препознају своје комшије
Да би се развиле у специјализоване ћелије које су потребне организму, ћелије морају знати шта раде друге ћелије у њиховом непосредном окружењу. Специјални рецептори за контакт између ћелије и ћелије и раздвојеност између ћелија олакшавају директну размену сигнала између суседних ћелија. Ћелије могу осигурати да њихово окружење одговара њиховој диференцираној специјализацији.
Ин сигнализација ћелија-ћелија, посебно формирани рецепторски протеини на површини ћелије одговарају одговарајућим протеинима на суседној ћелијској мембрани. Када ћелије дођу у контакт, два протеина се повезују, а сигнал се активира из једне у другу ћелију. Сигнал пролази кроз ћелијску мембрану и улази у ћелију где изазива специфично понашање ћелије.
На пример, ћелије коже морају да се побрину да имају друге ћелије коже око себе, али неке ћелије коже ће испод њих имати ћелије. Сигнализација ћелија-ћелија омогућава ћелијама да осигуравају да њихово окружење одговара њиховој диференцијацији.
Празни спојеви су посебне везе између суседних ћелија које омогућавају лаку и директну размену протеина који делују као с. Помоћу расједа, ћелије могу координирају своје активности и размењују сигнале брзо и лако.
На пример, нервне ћелије користе раздвојене спојеве да успоставе нервне путеве, а пресјеци спајања омогућавају да се ћелије диференцирају у тип нервне ћелије који је примерен њиховој локацији у кожи, кичмени мождини или мозгу.
Чимбеници који утичу на ћелијску сигнализацију утичу на диференцијацију ћелија
Ћелијска сигнализација и резултирајућа диференцијација ћелија су сложени процеси у многим корацима. Сигнали се морају произвести, ширити и примати према њима. Окидачи који настају као резултат сигнала ћелија морају радити како се очекује. Чимбеници који ометају било који од корака могу утицати на диференцијацију ћелија и изазвати промене у организму.
Чимбеници који могу утицати и пореметити ћелијску сигнализацију и диференцијацију ћелија укључују недостатак хранљивих састојака; ако ћелија не може да производи протеин зато што му недостају грађевни блокови, не може да разликује. Мутације у генетском коду су још један проблем.
Ако је ДНК неисправан или је транскрипција погрешна, процес сигнализације и диференцијације је поремећен. Поред ових, ако су сигналне хемикалије блокиране или су ћелијски рецептори напуњени хемијским везама које не сигнализирају, процес сигнализације неће радити исправно.
Чимбеници заштите животне средине могу да утичу на диференцијацију ћелија
Утицаји организма из окружења који могу утицати на ћелијску сигнализацију, експресију гена и диференцијацију ћелија могу променити, зауставити или пореметити процес. Неке животне факторе организам користи за адаптацију, неке се могу користити у борби против болести, а неке на штету или убијање организма.
На пример, температура околине може утицати на развој неких организама. Више температуре убрзавају раст ћелија и њихову диференцијацију, док ниске температуре успоравају или заустављају развој.
Лијекови могу да поремете штетну диференцијацију ћелија. На пример, лекови могу блокирати један од корака процеса за неограничени раст тумора и зауставити експресију одговарајућих гена.
Повреде могу утицати на експресију гена и утицати на врсту ћелије која је потребна да би се поправила оштећења. Вируси и бактерије могу утицати на диференцијацију ћелија. На пример, ако је мајка заражена болешћу попут рубеоле, плод у развоју може да има утицај на диференцијацију ћелија и може да развије урођене мане.
Коначно токсичне хемикалије могу утицати на диференцијацију ћелија. Супстанце које нападају или блокирају сигналне хемикалије или које блокирају положаје рецептора за сигнал на ћелијским мембранама могу зауставити сигналну активност и утицати на диференцијацију ћелија.
У случају ових фактора животне средине организам покушава да реагује прилагођавањем или променом унутрашњих процеса. Прилагођавање је ефикасно за неке утицаје околине, али за друге организам може преживети, али има оштећења или организам може умрети.