Sadržaj
- Genska ekspresija djeluje izradom kopija gena
- Unutarnji čimbenici koji utječu na specijalizaciju stanica
- Asimetrična segregacija proizvodi različite stanice
- Stanična signalizacija je u korijenu diferencijacije stanica
- Stanično signaliziranje difuzijskim utjecajem utječe na razvoj tkiva
- Lokalna signalizacija ćelija omogućava stanicama da prepoznaju svoje susjede
- Čimbenici koji utječu na staničnu signalizaciju utječu na diferencijaciju stanica
- Čimbenici okoliša mogu utjecati na diferencijaciju stanica
Tijekom diferencijacije stanica u višećelijskim organizmima stanice se specijaliziraju i preuzimaju uloge poput onih živčanih, mišićnih i krvnih stanica. Čimbenici koji sudjeluju u pokretanju diferencijacije stanica uključuju: stanična signalizacija, utjecaji okoliša i stupanj razvoja organizma.
Osnovna diferencijacija stanica nastaje nakon što spermatozoid oplodi jaje, a rezultirajuća zigota dosegne određenu veličinu. U tom trenutku zigota počinje razvijati različite vrste stanica i trebaju joj diferencirane stanice da bi preuzele specijalizirane funkcije.
Mehanizam koji je u korijenu diferencijacije stanica jest ekspresija gena, Sve stanice organizma imaju identične setove gena, jer je genetski kod kopiran iz izvorne jajne stanice oplođene spermatozoidima. Da bi preuzela specijaliziranu funkciju, stanica će samo izraziti ili koristiti neke gene u svom genetskom kodu, a ostale će ignorirati.
Na primjer, stanica koja se diferencira u stanicu jetre izražavat će gene jetrenih stanica, a sve ostale stanice jetre koristit će isti skup jetrenih gena. Oni će se razlikovati zajedno da tvore jetru.
Razlikovanje stanica odvija se u tri situacije:
U svakom slučaju stanična signalizacija obavještava stanice kakvu vrstu specijaliziranih ćelija je potrebno. Nediferencirane stanice izražavaju odgovarajuće gene kako bi zadovoljile potrebe organizma.
Genska ekspresija djeluje izradom kopija gena
Genetski kod eukariotskih stanica nalazi se na DNK u jezgri. DNK ne može napustiti jezgro pa stanica mora kopirati gen koji želi izraziti.
RNA glasnika (mRNA) veže se uz DNK i kopira relevantni gen. MRNA može putovati izvan jezgre i donijeti genetske upute ribosomima koji plutaju u staničnoj citoplazmi ili su pričvršćeni na endoplazmatski retikulum. Ribosomi stvaraju protein kodiran eksprimiranim genom.
Ovisno o signalima koje stanica prima, utjecajima okoline i razvojnoj fazi stanice, proces ekspresije gena može se blokirati u bilo kojoj fazi. Ako protein koji kodira gen nije potreban organizmu, mRNA neće kopirati gen i proces ekspresije gena neće započeti.
Čak i nakon što mRNA kopira gen, molekula mRNA može biti blokirana da izlazi iz jezgre ili možda neće moći doprijeti do ribosoma. Ribosomi možda ne proizvode potrebni protein čak i ako mRNA isporučuje kopirani genetski kod. Različiti čimbenici mogu utjecati na ekspresiju gena kroz ovaj postupak u više koraka.
Unutarnji čimbenici koji utječu na specijalizaciju stanica
Organizmi imaju nekoliko načina da se stanice razviju u potrebne specijalizirane i diferencirane stanice.
Ključni čimbenik koji utječe na stanično razlikovanje u tijelu je proizvodnja proteina. Stanice se mogu razlikovati ovisno o tome koji su geni eksprimirani i koji su proteini kodirani u eksprimiranim genima. Proizvedeni proteini pomažu diferenciranim stanicama da izvršavaju svoju specijaliziranu funkciju i omogućuju im da drugim stanicama kažu što rade putem stanične signalizacije.
Daljnji mehanizam koji može utjecati na diferencijaciju stanica jest asimetrična segregacija u staničnoj diobi. Tvari poput posebnih proteina skupljaju se na jednom kraju ćelije. Kada se stanica podijeli, jedna kćerna stanica ima više posebnih proteina nego druga. Stanice postaju različite vrste stanica zbog različite raspodjele proteina.
Kako se stanica razlikuje, vrsta specijalizacije koju može preuzeti postaje sve ograničena. Embrionalne matične stanice u početku mogu postati bilo koje vrste stanica, ali jednom kada stanica sazre i preuzme specijaliziranu ulogu, često se više ne može mijenjati. Embrionalne matične stanice se nazivaju višestruko važne stanice jer još uvijek mogu preuzeti bilo kakvu ulogu, dok zrele, specijalizirane stanice koje su u potpunosti diferencirane mogu obavljati samo svoju specijaliziranu funkciju.
Asimetrična segregacija proizvodi različite stanice
Ekspresija gena odgovorna je za staničnu specijalizaciju, ali osnovne stanice moraju biti u mogućnosti preuzeti posebne funkcije. Prije nego što se može razviti diferencijacija i stanična specijalizacija, mora biti dostupan pravi tip stanice. Asimetrična segregacija može proizvesti takve različite vrste stanica. Totipotentne embrionalne stanice postaju jedna od tri vrste pluripotentne stanice koje se na kraju diferenciraju u različita tjelesna tkiva.
Tri vrste pluripotentnih stanica su:
Dok je stanična signalizacija odgovorna za proizvodnju nekih različitih tipova stanica i za staničnu specijalizaciju, asimetrična segregacija djeluje na početku razvoja stanice da bi stvorila pluripotentne stanice.
Transkripcija DNA u mRNA odvija se na način da mRNA proizvodi određene bjelančevine na jednom kraju stanice, a različite proteine na drugom kraju. Podjela ćelija rezultira u dvije različite vrste kćeri koje mogu nastaviti stvarati stanice različitih specijalizacija.
Stanična signalizacija je u korijenu diferencijacije stanica
Unutarnji mehanizmi koji utječu na staničnu diferencijaciju pluripotentnih stanica temelje se uglavnom na staničnoj signalizaciji. Stanice primaju kemijske signale koji im govore koja vrsta stanica ili vrsta proteina je potrebna.
Mehanizmi stanične signalizacije uključuju:
Stanice kontinuirano emitiraju kemikalije koje se odnose na njihove aktivnosti i primaju signale o onome što se događa u njihovom neposrednom susjedstvu, u tkivima u kojima se nalaze i u tijelu uopšte. Ti su signali glavni čimbenici koji utječu na staničnu specijalizaciju, a stanična signalizacija je ključni faktor koji utječe na diferencijaciju stanica u tijelu.
Stanično signaliziranje difuzijskim utjecajem utječe na razvoj tkiva
Stanice postaju osjetljive na određene kemijske signale jer ih imaju receptori na njihovoj staničnoj membrani. Receptori ovise o vrsti stanice, kako se razvila i koji geni se eksprimiraju. Kako se receptori aktiviraju, stanica se diferencira dalje.
Kad stanica signalizira mnogim okolnim stanicama, ona emitira kemikaliju koja difundira kroz tkivo u koje je stanica ugrađena. Kemijski signal hvataju receptori u staničnim membranama okolnih stanica i pokreću odgovor unutar svake stanice. Ti odgovori pomažu da se stanice na različit način diferenciraju gradi tkivo.
Na primjer, stanice koje će postati dio jetre emitiraju kemikalije koje pokreću odgovarajuće receptore u obližnjim stanicama, a sve stanice na tom mjestu diferenciraju se i postaju stanice jetre. Kako se formira tkivo jetre, daljnja stanična signalizacija pokreće neke stanice da se diferenciraju u stanice kanala ili u vezivno tkivo. Na kraju diferencirane stanice formiraju cjelovitu i funkcionalnu jetru.
Lokalna signalizacija ćelija omogućava stanicama da prepoznaju svoje susjede
Da bi se razvile u specijalizirane stanice potrebne organizmu, stanice moraju znati što rade druge stanice u njihovom neposrednom okruženju. Posebni receptori za kontakt između stanice i stanice i rasjede između stanica olakšavaju izravnu razmjenu signala između susjednih stanica. Stanice mogu osigurati da njihovo okruženje odgovara njihovoj diferenciranoj specijalizaciji.
U signalizacija od stanice do stanicePosebno formirani receptorski proteini na površini stanice odgovaraju odgovarajućim proteinima na susjednoj staničnoj membrani. Kad stanice dođu u kontakt, dva proteina se povezuju, a signal se aktivira iz jedne u drugu stanicu. Signal prolazi kroz staničnu membranu i ulazi u stanicu gdje izaziva specifično stanično ponašanje.
Na primjer, stanice kože moraju biti sigurne da imaju i druge stanice kože oko sebe, ali neke će stanice kože imati stanice ispod tkiva ispod njih. Signalizacija stanice do stanice omogućava stanicama da osiguravaju da njihova okolina odgovara njihovoj diferencijaciji.
Praznine su posebne veze između susjednih stanica koje omogućuju jednostavnu i izravnu razmjenu proteina koji djeluju kao s. Korištenjem jazbina, stanice mogu koordiniraju svoje aktivnosti i razmjenjuju signale brzo i lako.
Na primjer, živčane stanice koriste jazbine kako bi uspostavile živčane putove, a jaz između njih omogućuje da se stanice razlikuju u vrsti živčane stanice koja je primjerena njihovom položaju u koži, leđnoj moždini ili mozgu.
Čimbenici koji utječu na staničnu signalizaciju utječu na diferencijaciju stanica
Stanična signalizacija i rezultirajuća diferencijacija stanica složeni su procesi u mnogim koracima. Signali se moraju proizvesti, širiti, primati i prema njima postupati. Okidači koji proizlaze iz signala stanica moraju raditi kako se očekuje. Čimbenici koji ometaju bilo koji od koraka mogu utjecati na diferencijaciju stanica i uzrokovati promjene u organizmu.
Čimbenici koji mogu utjecati i poremetiti staničnu signalizaciju i stanično razlikovanje uključuju nedostatak hranjivih sastojaka; ako stanični licemjer ne stvara protein jer mu nedostaju građevni blokovi, ne može se razlikovati. Mutacije u genetskom kodu još su jedan problem.
Ako je DNA neispravna ili je transkripcija pogrešna, proces signalizacije i diferencijacije je poremećen. Pored ovih, ako su signalne kemikalije blokirane ili su stanični receptori napunjeni kemijskim vezama koje ne signaliziraju, proces signalizacije neće raditi ispravno.
Čimbenici okoliša mogu utjecati na diferencijaciju stanica
Utjecaji iz okoline organizma koji mogu utjecati na staničnu signalizaciju, ekspresiju gena i diferencijaciju stanica mogu promijeniti, zaustaviti ili poremetiti proces. Neke čimbenike okoliša organizam koristi za prilagodbu, neke se mogu koristiti u borbi protiv bolesti, a neke štete ili ubijaju organizam.
Na primjer, temperatura okoliša može utjecati na razvoj nekih organizama. Više temperature ubrzavaju rast stanica i njihovu diferencijaciju, dok niske temperature usporavaju ili zaustavljaju razvoj.
Lijekovi mogu poremetiti štetno razlikovanje stanica. Na primjer, lijekovi mogu blokirati jedan od koraka procesa za neograničeni rast tumora i zaustaviti ekspresiju odgovarajućih gena.
Ozljede mogu utjecati na ekspresiju gena i utjecati na vrstu stanice koja je potrebna za saniranje oštećenja. Virusi i bakterije mogu utjecati na diferencijaciju stanica. Na primjer, ako je majka zaražena bolešću poput rubeole, fetus u razvoju može utjecati na diferencijaciju stanica i može imati urođene nedostatke.
Napokon toksične kemikalije mogu utjecati na diferencijaciju stanica. Tvari koje napadaju ili blokiraju signalne kemikalije ili one koje blokiraju položaje receptora signala na staničnoj membrani mogu zaustaviti signalnu aktivnost i utjecati na diferencijaciju stanica.
U slučaju ovih čimbenika okoliša organizam pokušava reagirati prilagodbom ili promjenom unutarnjih procesa. Prilagodba je učinkovita za neke utjecaje okoline, ali za druge organizam može preživjeti, ali ima nedostatke ili organizam može umrijeti.