In het menselijk lichaam zijn meer dan 200 soorten cellen geïsoleerd, die allemaal dezelfde erfelijke code hebben. Allemaal ontwikkelden ze zich eerst uit een eencellig en vervolgens een meercellig embryo, dat zich even later in drie kiemlagen splitste. Uit elk van zijn delen hebben zich weefsels van het lichaam ontwikkeld, waar ongeveer hetzelfde type cellen zich bevinden. Tegelijkertijd ontwikkelden ze zich bijna allemaal uit dezelfde groep voorgangers. Dit proces wordt celdifferentiatie genoemd. Dit is een lokale aanpassing van de cel aan de werkelijke behoeften van het lichaam, de implementatie van de functies die zijn geprogrammeerd in zijn erfelijke code.
Karakterisering van cellen en weefsels
Somatische cellen van het lichaam hebben dezelfde set chromosomen, ongeacht het functionele doel. Ze verschillen echter in fenotype, wat wordt verklaard door hun voorbereiding op het uitvoeren van verschillende lokale taken inbiologische weefsels. Een fenotype is het resultaat van de expressie van een specifieke genetische set in een specifieke omgeving. En onder verschillende omstandigheden ontwikkelen cellen met hetzelfde genetische materiaal zich anders, hebben ze verschillende morfologische kenmerken en vervullen ze specifieke functies.
Een hoogontwikkeld organisme heeft dit nodig voor de vorming van veel weefsels waaruit zijn organen bestaan. In dit geval worden weefsels gemaakt uit een homogene groep stamprecursoren. Dit proces wordt celdifferentiatie genoemd. Dit is een reeks gebeurtenissen die erop gericht is een celpopulatie te laten groeien volgens vooraf bepaalde criteria voor de groei en ontwikkeling van biologische weefsels van het lichaam. Het ligt ten grondslag aan de groei van een organisme en zijn meercellige organisatie.
Essentie van differentiatie
In termen van moleculaire biologie is celdifferentiatie het proces waarbij sommige delen van chromosomen worden geactiveerd en andere worden gedeactiveerd. Dat wil zeggen, het compact inpakken of afwikkelen van delen van chromosomen, waardoor ze beschikbaar zijn voor het lezen van erfelijke informatie. In de geconjugeerde toestand, wanneer de genen zijn verpakt in heterochromatine, is lezen onmogelijk, en in de geëxpandeerde vorm komen de gewenste secties van de genetische code beschikbaar voor boodschapper-RNA en daaropvolgende expressie. Dit betekent dat celdifferentiatie een niet-streng gereguleerde typering is van hetzelfde type chromatineverpakking.
Cytokines en boodschappers
Als resultaat differentieerde een groep cellen tot identiekeomstandigheden en met vergelijkbare morfologische kenmerken, is er een despriralisatie van identieke secties van chromosomen. En tijdens blootstelling aan intercellulaire boodschappers, lokale regulatoren van celdifferentiatie, worden de gewenste secties van genen geactiveerd en vindt hun expressie plaats. En daarom produceren de cellen van biologische weefsels dezelfde stoffen en voeren ze vergelijkbare functies uit, waarvoor dit proces is voorzien. Vanuit dit oogpunt is celdifferentiatie een gericht effect van moleculaire factoren (cytokinen) op de expressie van genetische informatie.
Membraanreceptoren
Cellen van hetzelfde weefsel hebben een vergelijkbare set membraanreceptoren, waarvan de aanwezigheid wordt gecontroleerd door T-killers van het immuunsysteem. Het verlies van een celreceptor van het gewenste type of de expressie van een andere, niet bedoeld voor een bepaalde lokalisatie vanwege het risico op oncogenese, veroorzaakt gerichte cellulaire agressie tegen de "overtreder". Het resultaat zal de vernietiging van de cel zijn, waarvan de differentiatie niet de regels volgde die werden bepaald door de invloed van intercellulaire boodschappers van gespecialiseerde regulatoren.
Immuundifferentiatie
Immuuncellen hebben speciale receptormoleculen die differentiatieclusters worden genoemd. Dit zijn de zogenaamde markers, die kunnen worden gebruikt om de omstandigheden te begrijpen waaronder immunocyten zich hebben ontwikkeld en voor welke doeleinden ze zijn bedoeld. Ze ondergaan een lang en complex proces van differentiatie, waarbij in elk stadium groepen lymfocyten die een onvoldoende aantal receptoren hebben ontwikkeld, worden geëlimineerd en vernietigd, of in hun interactie metantilichamen gedetecteerd "niet-naleving".
Celgroepen en weefsels
De meeste lichaamscellen delen zich in tweeën tijdens mitotische voortplanting. In de voorbereidende fase wordt de genetische informatie verdubbeld, waarna twee dochtercellen met een vergelijkbare set genen worden gevormd. Niet alleen actieve delen van chromosomen worden gekopieerd, maar ook geconjugeerde. Daarom geven gedifferentieerde cellen in weefsels na deling aanleiding tot twee nieuwe dochtercellen die genetisch materiaal hebben dat lijkt op de complete somatische set chromosomen. Ze zijn echter niet in staat om te differentiëren in andere cellen, omdat ze niet op natuurlijke wijze kunnen migreren naar andere habitatomstandigheden, dat wil zeggen naar andere differentiatieboodschappers.
Groei van celpopulatie
Onmiddellijk na de deling van twee dochtercellen ontvangen ze een speciale set organellen die ze van de moeder hebben geërfd. Deze kleinste functionele elementen zijn al voorbereid om de noodzakelijke taken in een bepaald biologisch weefsel uit te voeren. Daarom hoeft de dochtercel alleen het volume van de holtes van het endoplasmatisch reticulum te vergroten en in omvang te vergroten.
Het doel van celontwikkeling is ook om een adequate toevoer van voedingsstoffen en gebonden zuurstof te verkrijgen. Om dit te doen, in het geval van zuurstof- of energiegebrek, geeft het angiogenesefactoren vrij in de intercellulaire ruimte. Langs deze ankers ontspruiten nieuwe capillaire vaten, die de groep zullen voeden.cellen.
Het proces van in omvang toenemen, het verkrijgen van een adequate toevoer van zuurstof en energiesubstraten en het uitbreiden van intracellulaire organellen met een verhoogde snelheid van eiwitproductie, wordt celgroei genoemd. Het ligt ten grondslag aan de groei van een meercellig organisme en wordt gereguleerd door talrijke proliferatiefactoren. Op een gegeven moment, bij het bereiken van de maximale grootte, door een signaal van buitenaf of door toeval, zal de gegroeide cel zich opnieuw in tweeën delen, waardoor de grootte van het biologische weefsel en het organisme als geheel verder toeneemt.
Mesodermale differentiatie
Als een duidelijke demonstratie van de differentiatie van stamcellen en hun meer ontwikkelde "afstammelingen", moeten we de transformatie van de mesodermale kiemlaag van het menselijk lichaam beschouwen. Uit het mesoderm - een groep stamcellen met dezelfde structuur en zich ontwikkelend in aanwezigheid van differentiatiefactoren, ontstaan celpopulaties als nefrotome, somiet, splanchnotome, splanchnotomale mesenchym en paramesonephric kanaal.
Uit elk van deze populaties zullen tussenvormen van differentiatie ontstaan, waaruit later de cellen van een volwassen organisme zullen ontstaan. In het bijzonder ontwikkelen zich drie celgroepen uit de somiet: myotoom, dermatoom en sclerotoom. Myotoomcellen zullen leiden tot spiercellen, sclerotoom - kraakbeen en bot, en dermatoom - bindweefsel van de huid.
Het nefrotoom geeft aanleiding tot het epitheel van de nieren en de zaadleider, en het baarmoederepitheel zal differentiëren van het paramesonephric-kanaalbuizen en baarmoeder. Het fenotype van splanchnotome cellen zal worden voorbereid door differentiatiefactoren voor hun transformatie in mesothelium (pleura, pericardium en peritoneum), myocardium, bijnierschors. Het mesenchym van het splanchnotoom is het uitgangsmateriaal voor de ontwikkeling van celpopulaties van bloed, bind- en glad spierweefsel, bloedvaten en microgliacellen.
De groei van cellen in deze populaties, hun meervoudige deling en differentiatie is de basis voor het ondersteunen van de levensvatbaarheid van een meercellig organisme. Dit proces wordt ook histogenese genoemd - de ontwikkeling van weefsels uit cellulaire voorlopers als gevolg van hun differentiatie en transformatie van het fenotype in overeenstemming met de invloed van extracellulaire factoren die hun ontwikkeling reguleren.
Plantaardige celdifferentiatie
De functies van een plantencel zijn afhankelijk van hun locatie, evenals de aanwezigheid van groeimodulatoren en -onderdrukkers. Het embryo van een plant in de samenstelling van zaden heeft geen vegetatieve en kiemgebieden en daarom moet het deze na ontkieming ontwikkelen, wat nodig is voor reproductie en groei. En totdat de gunstige tijd komt voor zijn ontkieming, zal het slapend blijven.
Vanaf het moment dat het signaal voor groei wordt ontvangen, zullen de functies van plantencellen worden gerealiseerd, samen met een toename in grootte. De celpopulaties die in het embryo zijn vastgelegd, zullen een fase van differentiatie doormaken en transformeren in transportroutes, vegetatieve delen, kiemstructuren.