Πώς τα κύτταρα γίνονται εξειδικευμένα

Η κυτταρική εξειδίκευση ή η κυτταρική διαφοροποίηση είναι μια διαδικασία μετατροπής γενικών κυττάρων στο σώμα σε εξειδικευμένα κύτταρα. Τα εξειδικευμένα κύτταρα μπορούν να εκτελέσουν μια συγκεκριμένη λειτουργία μέσα στο σώμα. Η εξειδίκευση των κυττάρων συμβαίνει σε δύο στάδια ενός πολυκύτταρου οργανισμού. Κατά την εμβρυϊκή ανάπτυξη, η εξειδίκευση των κυττάρων συμβαίνει κυρίως λόγω της κυτταρικής σηματοδότησης των κυτταροπλασματικών καθοριστικών παραγόντων. Κατά την ανάπτυξη των ενηλίκων, τα βλαστικά κύτταρα εξειδικεύονται σε διάφορους τύπους βλαστοκυττάρων κυρίως λόγω της ρύθμισης της γονιδιακής έκφρασης. Η εξειδίκευση των κυττάρων και στα δύο στάδια ανάπτυξης περιγράφεται σε αυτό το άρθρο.

Βασικές περιοχές που καλύπτονται

1. Τι είναι η Εξειδίκευση Κυττάρων
     – Ορισμός, Χαρακτηριστικά, Λειτουργία
2. Πώς Εξειδικεύονται τα Κύτταρα
     – Εμβρυϊκή ανάπτυξη, Ανάπτυξη ενηλίκων

Βασικοί όροι:Ενήλικα βλαστοκύτταρα, εξειδίκευση κυττάρων, κυτταροπλασματικοί καθοριστικοί παράγοντες, εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα, επιγενετικός έλεγχος, καταρράκτες σηματοδότησης

Τι είναι η Εξειδίκευση κυττάρων

Η εξειδίκευση των κυττάρων αναφέρεται στη διαφοροποίηση των κυττάρων με βάση τη θέση τους στον ιστό κατά την ανάπτυξή τους. Μέσα σε έναν πολυκύτταρο οργανισμό, η εξειδίκευση των κυττάρων συμβαίνει πολλές φορές κατά τη διάρκεια της επιδιόρθωσης των ιστών και κατά τη διάρκεια της φυσιολογικής κυτταρικής ανανέωσης. Επιπλέον, μέσα στο έμβρυο, τα κύτταρα εξειδικεύονται σε διάφορους τύπους για την ανάπτυξη ενός πολυκύτταρου οργανισμού. Η εξειδίκευση των κυττάρων εμφανίζεται στην εικόνα 1.

Εικόνα 1:Εξειδίκευση κυττάρων

Η εξειδίκευση των κυττάρων αλλάζει το μέγεθος του κυττάρου, το σχήμα, τη μεταβολική δραστηριότητα, το δυναμικό της μεμβράνης και την απόκριση στα σήματα.

Πώς τα κύτταρα γίνονται εξειδικευμένα

Διαφορετικοί τύποι εξειδίκευσης κυττάρων μπορούν να παρατηρηθούν σε διαφορετικά αναπτυξιακά στάδια της ζωής.

Ειδίκευση κυττάρων κατά την εμβρυϊκή ανάπτυξη

Ο ζυγώτης είναι η έννοια της γονιμοποίησης και αποτελείται από ένα μόνο κύτταρο. Διαιρείται σε πολλά κύτταρα μέσω της μίτωσης, σχηματίζοντας το βλαστομερές. Τα κύτταρα στο βλαστομερές είναι παντοδύναμα, και είναι ικανά να διαφοροποιηθούν σε οποιοδήποτε τύπο κυττάρων στο σώμα καθώς και στον πλακούντα. Τα κύτταρα του σταδίου των οκτώ κυττάρων είναι γνωστά ως εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα . Τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα είναι πολυδύναμα και είναι ικανά να διαφοροποιηθούν σε οποιοδήποτε τύπο κυττάρων στο σώμα ενός ζώου. Τα πολυδύναμα κύτταρα στα φυτά είναι γνωστά ως μεριστωματικά κύτταρα. Αυτά τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα διαφοροποιούνται στα τρία βλαστικά στρώματα του σώματος:ενδόδερμα, εξώδερμα και μεσόδερμα. Τα κύτταρα στα βλαστικά στρώματα είναι πολυδύναμα και είναι ικανά να διαφοροποιούνται σε αντίστοιχους ιστούς του σώματος που αναπτύσσονται από καθένα από τα τρία βλαστικά στρώματα. Η εμβρυϊκή ανάπτυξη φαίνεται στο σχήμα 1.

Εικόνα 1:Εμβρυϊκή Ανάπτυξη

Η κυτταρική διαίρεση που συμβαίνει κατά την εμβρυϊκή ανάπτυξη είναι ένας τύπος ασύμμετρης κυτταρικής διαίρεσης. Ασύμμετρη κυτταρική διαίρεση δημιουργεί τα θυγατρικά κύτταρα με διακριτές τύχες ανάπτυξης. Οι δύο κύριοι λόγοι για την ασύμμετρη κυτταρική διαίρεση είναι οι κυτταροπλασματικοί προσδιοριστές και οι διαφορετικοί καταρράκτες κυτταρικής σηματοδότησης. Κυτταροπλασματικοί καθοριστικοί παράγοντες είναι ρυθμιστικά μόρια του γονικού κυττάρου. Σε καταρράκτες σηματοδότησης , ένα συγκεκριμένο κύτταρο προκαλεί τα γειτονικά του κύτταρα να εξελιχθούν στον τύπο του μεταδίδοντας μόρια σηματοδότησης σε αυτά.

Ειδίκευση κυττάρων κατά την ανάπτυξη ενηλίκων

Οι πολυκύτταροι οργανισμοί έχουν διαφορετικούς τύπους κυττάρων που είναι εξειδικευμένοι να εκτελούν μια συγκεκριμένη λειτουργία στο σώμα. Τα κύτταρα που εκτελούν μια συγκεκριμένη λειτουργία είναι διατεταγμένα σε ιστούς. Επομένως, ένας συγκεκριμένος ιστός αποτελείται από κύτταρα με καθορισμένη λειτουργία. Τα μη εξειδικευμένα κύτταρα στο σώμα των ενηλίκων είναι γνωστά ως βλαστικά κύτταρα ενηλίκων . Η διαφοροποίηση των αιμοποιητικών βλαστοκυττάρων σε εξειδικευμένους κυτταρικούς τύπους στο αίμα φαίνεται στην εικόνα 3 .

Εικόνα 3:Διαφοροποίηση αιμοποιητικών βλαστοκυττάρων

Ο κύριος μηχανισμός παραγωγής εξειδικευμένων κυττάρων από βλαστοκύτταρα είναι η ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης μέσω επιγενετικών μηχανισμών. Ως εκ τούτου, ο τύπος του κυττάρου προσδιορίζεται στο επίπεδο της γονιδιακής έκφρασης. Επιπλέον, το μοτίβο της γονιδιακής έκφρασης πρέπει να διατηρηθεί κατά τη διάρκεια των γενεών. Η διαφορική έκφραση του γονιδίου επιτυγχάνεται με τροποποιήσεις ιστόνης και διαφορετικά επίπεδα μεθυλίωσης DNA. Γενικά, τα πρότυπα μεθυλίωσης του DNA στα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα και στα πολυδύναμα ενήλικα βλαστοκύτταρα είναι τα ίδια. Όμως, είναι διαφορετικό στα εξειδικευμένα σωματικά κύτταρα. Τα ενήλικα βλαστοκύτταρα είναι πολυδύναμα και η πολυδύναμή τους διατηρείται από μεταγραφικούς παράγοντες γνωστούς ως OCT4, SOX2 και NANGO.

Συμπέρασμα

Η εξειδίκευση των κυττάρων είναι η διαφοροποίηση των κυττάρων για την εκτέλεση μιας ορισμένης λειτουργίας του σώματος των πολυκύτταρων οργανισμών. Διαφορετικοί τύποι εξειδίκευσης κυττάρων συμβαίνουν κατά την εμβρυϊκή ανάπτυξη και την ανάπτυξη των ενηλίκων. Κατά τη διάρκεια της εμβρυϊκής ανάπτυξης, τα κύτταρα στο βλαστομερές διαφοροποιούνται σε κύτταρα με διαφορετική ισχύ μέσω της κυτταρικής σηματοδότησης και των κυτταροπλασματικών καθοριστικών παραγόντων. Κατά την ανάπτυξη των ενηλίκων, η εξειδίκευση των κυττάρων λαμβάνει χώρα μέσω της ρύθμισης της γονιδιακής έκφρασης.

Αναφορά:

1. «Κυτταρική διαφοροποίηση». Wikipedia, Ίδρυμα Wikimedia, 17 Μαρ. 2018, Διαθέσιμο εδώ.
2.«Βασική επιτυχία στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα βλαστοκύτταρα γίνονται εξειδικευμένα». SBP, Διαθέσιμο εδώ.

Εικόνα Ευγενική προσφορά:

1. "Εικόνα 2. Αποτελέσματα διαφοροποίησης κυτταρικών ειδών σε ένα σύνολο διαφορετικών κατηγοριών κυτταρικών ειδών που διαιρούνται σε τύπους κυτταρικών ιδιοτήτων avec des rôles précis7" By Ryongraf-Commenta  4.>2. "Stemcelldifferentiaion" Από την κυβέρνηση των ΗΠΑ (Δημόσιος Τομέας) μέσω του Wikimedia Commons
3."422 Feature Stem Cell new" Από OpenStax College – Anatomy &Physiology, Connexions Web site, 19 Ιουνίου 2013 (CC BY 3.0) μέσω Commons Wiki