W ludzkim ciele wyizolowano ponad 200 typów komórek, z których każda ma ten sam kod dziedziczny. Wszystkie rozwinęły się najpierw z jednokomórkowego, a następnie wielokomórkowego zarodka, który nieco później podzielił się na trzy listki zarodkowe. Z każdej z jego części rozwinęły się tkanki ciała, w których znajduje się w przybliżeniu ten sam typ komórek. Jednocześnie prawie wszystkie powstały z tej samej grupy poprzedników. Ten proces nazywa się różnicowaniem komórek. To lokalna adaptacja komórki do rzeczywistych potrzeb organizmu, realizacja funkcji zaprogramowanych w jej dziedzicznym kodzie.
Charakterystyka komórek i tkanek
Komórki somatyczne ciała mają ten sam zestaw chromosomów, niezależnie od celu funkcjonalnego. Różnią się jednak fenotypem, co tłumaczy się ich przygotowaniem do wykonywania różnych zadań lokalnych wtkanki biologiczne. Fenotyp jest wynikiem ekspresji określonego zestawu genetycznego w określonym środowisku. A w różnych warunkach komórki z tym samym materiałem genetycznym rozwijają się inaczej, mają różne cechy morfologiczne i pełnią określone funkcje.
Wysoce rozwinięty organizm potrzebuje tego do tworzenia wielu tkanek, które tworzą jego narządy. W tym przypadku tkanki są tworzone z jednorodnej grupy prekursorów łodygi. Ten proces nazywa się różnicowaniem komórek. Jest to łańcuch zdarzeń, których celem jest wzrost populacji komórek według z góry określonych kryteriów wzrostu i rozwoju biologicznych tkanek organizmu. Stanowi podstawę wzrostu organizmu i jego wielokomórkowej organizacji.
Istota różnicowania
Z punktu widzenia biologii molekularnej różnicowanie komórek to proces aktywacji niektórych części chromosomów i dezaktywacji innych. Oznacza to kompaktowe pakowanie lub rozwijanie fragmentów chromosomów, dzięki czemu są one dostępne do odczytywania informacji dziedzicznych. W stanie skoniugowanym, gdy geny są upakowane w heterochromatynę, odczyt jest niemożliwy, aw rozszerzonej formie pożądane sekcje kodu genetycznego stają się dostępne dla informacyjnego RNA i późniejszej ekspresji. Oznacza to, że różnicowanie komórek jest nieściśle regulowanym typowaniem tego samego rodzaju opakowania chromatyny.
Cytokiny i komunikatory
W rezultacie grupa komórek podzieliła się na identycznewarunków i mających podobne cechy morfologiczne, następuje despriralizacja identycznych odcinków chromosomów. A w trakcie ekspozycji na przekaźniki międzykomórkowe, lokalne regulatory różnicowania komórek, następuje aktywacja pożądanych odcinków genów i ich ekspresja. I dlatego komórki tkanek biologicznych wytwarzają te same substancje i pełnią podobne funkcje, dla których ten proces jest zapewniony. Z tego punktu widzenia różnicowanie komórek jest ukierunkowanym wpływem czynników molekularnych (cytokin) na ekspresję informacji genetycznej.
Receptory błonowe
Komórki tej samej tkanki mają podobny zestaw receptorów błonowych, których obecność jest kontrolowana przez T-zabójców układu odpornościowego. Utrata receptora komórkowego pożądanego typu lub ekspresji innego, nieprzeznaczonego dla danej lokalizacji, ze względu na ryzyko onkogenezy, powoduje ukierunkowaną agresję komórkową przeciwko „naruszycielowi”. Rezultatem będzie zniszczenie komórki, której różnicowanie nie przebiegało zgodnie z regułami wynikającymi z oddziaływania międzykomórkowych posłańców od wyspecjalizowanych regulatorów.
Różnicowanie immunologiczne
Komórki odpornościowe mają specjalne cząsteczki receptorowe zwane klastrami różnicowania. Są to tak zwane markery, które można wykorzystać do zrozumienia warunków, w jakich rozwijały się immunocyty i do jakich celów są przeznaczone. Przechodzą one długi i złożony proces różnicowania, na każdym etapie którego grupy limfocytów, które rozwinęły niewystarczającą liczbę receptorów są eliminowane i niszczone lub w ich interakcji zprzeciwciała wykryły „niezgodność”.
Grupy komórkowe i tkanki
Większość komórek ciała dzieli się na dwie części podczas rozmnażania mitotycznego. Na etapie przygotowawczym informacja genetyczna zostaje podwojona, po czym powstają dwie komórki potomne o podobnym zestawie genów. Kopiowaniu podlegają nie tylko aktywne części chromosomów, ale także sprzężone. Dlatego w tkankach zróżnicowane komórki po podziale dają początek dwóm nowym komórkom potomnym, które posiadają materiał genetyczny podobny do pełnego somatycznego zestawu chromosomów. Nie są jednak w stanie różnicować się do innych komórek, ponieważ nie mogą naturalnie migrować do innych warunków siedliskowych, to znaczy do innych przekaźników różnicowania.
Wzrost populacji komórek
Zaraz po podziale dwóch komórek potomnych, otrzymują specjalny zestaw organelli odziedziczonych po matce. Te najmniejsze elementy funkcjonalne są już przygotowane do wykonywania niezbędnych zadań w danej tkance biologicznej. Dlatego komórka potomna musi tylko zwiększyć objętość jam retikulum endoplazmatycznego i zwiększyć rozmiar.
Ponadto celem rozwoju komórek jest uzyskanie odpowiedniego zaopatrzenia w składniki odżywcze i związany tlen. W tym celu w przypadku głodu tlenu lub energii uwalnia do przestrzeni międzykomórkowej czynniki angiogenezy. Wzdłuż tych kotwic wyrastają nowe naczynia włosowate, które będą karmić grupę.komórki.
Proces powiększania się, uzyskiwania odpowiedniej podaży tlenu i substratów energetycznych oraz rozszerzania się organelli wewnątrzkomórkowych ze zwiększoną szybkością produkcji białka nazywamy wzrostem komórek. Jest podstawą wzrostu organizmu wielokomórkowego i jest regulowany przez liczne czynniki proliferacyjne. W pewnym momencie, po osiągnięciu maksymalnego rozmiaru, przez sygnał z zewnątrz lub przez przypadek, dorosła komórka ponownie podzieli się na pół, jeszcze bardziej zwiększając rozmiar tkanki biologicznej i organizmu jako całości.
Różnicowanie mezodermalne
Jako wyraźną demonstrację różnicowania komórek macierzystych i ich bardziej rozwiniętych „potomków” powinniśmy rozważyć transformację mezodermalnej listki zarodkowej ludzkiego ciała. Z mezodermy - grupy komórek macierzystych o tej samej strukturze i rozwijających się w obecności czynników różnicowania, pochodzą takie populacje komórek, jak nefrotom, somit, splanchnotom, mezenchym splanchnotomalny i kanał paramesoneficzny.
Z każdej takiej populacji powstaną pośrednie formy różnicowania, które później dadzą początek komórkom dorosłego organizmu. W szczególności z somitu rozwijają się trzy grupy komórek: miotom, dermatom i sklerotom. Z komórek miotomu powstaną komórki mięśniowe, sklerotom – chrząstka i kość oraz dermatom – tkanka łączna skóry.
Nefrotom daje początek nabłonkowi nerek i nasieniowodów, a nabłonek macicy różnicuje się z kanałem paramezonerkowymrurki i macica. Fenotyp komórek splanchnotomu zostanie przygotowany przez czynniki różnicujące w celu ich przekształcenia w mezotelium (opłucna, osierdzie i otrzewna), mięsień sercowy, korę nadnerczy. Mezenchym splanchnotomu jest materiałem wyjściowym do rozwoju populacji komórek krwi, tkanki łącznej i mięśni gładkich, naczyń krwionośnych i komórek mikrogleju.
Wzrost komórek w tych populacjach, ich wielokrotny podział i różnicowanie jest podstawą podtrzymania żywotności organizmu wielokomórkowego. Proces ten nazywany jest również histogenezą – rozwojem tkanek z prekursorów komórkowych w wyniku ich różnicowania i transformacji fenotypowej pod wpływem czynników zewnątrzkomórkowych regulujących ich rozwój.
Różnicowanie komórek roślinnych
Funkcje komórki roślinnej zależą od ich lokalizacji oraz obecności modulatorów i supresorów wzrostu. Zarodek rośliny w składzie nasion nie ma obszarów wegetatywnych i kiełkujących, dlatego po wykiełkowaniu musi je rozwinąć, co jest niezbędne do rozmnażania i wzrostu. I dopóki nie nadejdzie sprzyjający czas na jego kiełkowanie, pozostanie uśpione.
Od momentu otrzymania sygnału do wzrostu, funkcje komórek roślinnych zaczną być realizowane wraz ze wzrostem rozmiaru. Populacje komórek złożone w zarodku przejdą fazę różnicowania i przekształcą się w drogi transportu, części wegetatywne, struktury zarodkowe.
