Różnicowanie komórek organizmu wielokomórkowego. Różnicowanie komórek. Oznaczanie komórek. Śmierć komórki. Pojęcie różniczkowania nazywa się różnicowaniem

Różnicowanie i patologia komórek

1. Różnicowanie komórek. Czynniki i regulacja różnicowania. Komórka macierzysta i różnica

Zagadnienie to jest jednym z najbardziej złożonych, a jednocześnie interesujących zarówno z punktu widzenia cytologii, jak i biologii. Różnicowanie to proces powstawania i rozwoju różnic strukturalnych i funkcjonalnych pomiędzy początkowo jednorodnymi komórkami embrionalnymi, w wyniku którego powstają wyspecjalizowane komórki, tkanki i narządy organizmu wielokomórkowego. Różnicowanie komórek jest kluczowym elementem procesu powstawania organizmu wielokomórkowego. W ogólnym przypadku różnicowanie jest nieodwracalne, tj. wysoce zróżnicowane komórki nie mogą przekształcić się w inny typ komórek. Zjawisko to nazywa się różnicowaniem końcowym i jest charakterystyczne przede wszystkim dla komórek zwierzęcych. W przeciwieństwie do komórek zwierzęcych, większość komórek roślinnych, nawet po zróżnicowaniu, jest w stanie przystąpić do podziału, a nawet wkroczyć na nową ścieżkę rozwoju. Proces ten nazywa się odróżnicowaniem. Na przykład po przecięciu łodygi niektóre komórki w obszarze cięcia zaczynają się dzielić i zamykać ranę, a inne mogą nawet ulegać odróżnicowaniu. W ten sposób komórki korowe mogą przekształcić się w komórki ksylemu i przywrócić ciągłość naczyń w obszarze uszkodzenia. W warunkach eksperymentalnych, gdy tkankę roślinną hoduje się w odpowiedniej pożywce, komórki tworzą kalus. Kalus to masa stosunkowo niezróżnicowanych komórek pochodzących ze zróżnicowanych komórek roślinnych. W odpowiednich warunkach z pojedynczych komórek kalusa można wyhodować nowe rośliny. Podczas różnicowania nie dochodzi do utraty ani przegrupowania DNA. Przekonująco potwierdzają to wyniki eksperymentów dotyczących przeszczepiania jąder z komórek zróżnicowanych do niezróżnicowanych. W ten sposób jądro zróżnicowanej komórki wprowadzono do wyłuszczonego jaja żaby. W rezultacie z takiej komórki rozwinęła się normalna kijanka. Różnicowanie zachodzi głównie w okresie embrionalnym, a także w pierwszych stadiach rozwoju postembrionalnego. Ponadto różnicowanie zachodzi w niektórych narządach dorosłego organizmu. Na przykład w narządach krwiotwórczych komórki macierzyste różnicują się w różne komórki krwi, a w gonadach pierwotne komórki rozrodcze różnicują się w gamety.

Czynniki i regulacja różnicowania. W pierwszych etapach ontogenezy rozwój organizmu następuje pod kontrolą RNA i innych składników znajdujących się w cytoplazmie jaja. Wtedy czynniki różnicujące zaczynają wpływać na rozwój.

Istnieją dwa główne czynniki różnicujące:

1.Różnice w cytoplazmie wczesnych komórek embrionalnych ze względu na niejednorodność cytoplazmy jaja.

2.Specyficzne oddziaływanie sąsiadujących komórek (indukcja).

Rolą czynników różnicujących jest selektywna aktywacja lub inaktywacja pewnych genów w różnych komórkach. Aktywność określonych genów prowadzi do syntezy odpowiednich białek, które kierują różnicowaniem. Syntetyzowane białka mogą blokować lub wręcz przeciwnie, aktywować transkrypcję. Początkowo aktywacja lub inaktywacja różnych genów zależy od interakcji jąder komórek totipotencjalnych z ich specyficzną cytoplazmą. Występowanie lokalnych różnic we właściwościach cytoplazmy komórek nazywa się segregacją ooplazmatyczną. Powodem tego zjawiska jest to, że podczas fragmentacji jaja fragmenty cytoplazmy różniące się właściwościami trafiają do różnych blastomerów. Wraz z wewnątrzkomórkową regulacją różnicowania, od pewnego momentu włącza się nadkomórkowy poziom regulacji. Ponadkomórkowy poziom regulacji obejmuje indukcję embrionalną.

Indukcja embrionalna to interakcja pomiędzy częściami rozwijającego się organizmu, podczas której jedna część (induktor) styka się z inną częścią (układem odpowiadającym) i determinuje rozwój tego ostatniego. Ponadto ustalono nie tylko wpływ induktora na układ reagujący, ale także wpływ tego ostatniego na dalsze różnicowanie induktora.

Pod wpływem jakiegoś czynnika najpierw następuje determinacja.

Determinacja, czyli różnicowanie ukryte, to zjawisko, gdy nie pojawiły się jeszcze zewnętrzne oznaki różnicowania, ale dalszy rozwój tkanki już następuje niezależnie od czynnika, który je spowodował. Materiał komórkowy uważa się za ustalony od etapu, w którym po przeszczepieniu w nowe miejsce rozwija się w narząd, który normalnie się z niego tworzy.

Komórka macierzysta i różnica. Do obiecujących dziedzin biologii XXI wieku należą badania nad komórkami macierzystymi. Obecnie badania nad komórkami macierzystymi mają porównywalne znaczenie z badaniami nad organizmami klonowanymi. Według naukowców zastosowanie komórek macierzystych w medycynie umożliwi leczenie wielu „problematycznych” chorób ludzkości (niepłodność, wiele form nowotworów, cukrzyca, stwardnienie rozsiane, choroba Parkinsona itp.).

Komórka macierzysta to niedojrzała komórka zdolna do samoodnowy i rozwoju w wyspecjalizowane komórki organizmu.

Komórki macierzyste dzielą się na embrionalne komórki macierzyste (izolowane z zarodków w stadium blastocysty) i regionalne komórki macierzyste (izolowane z narządów dorosłych lub z narządów późniejszych zarodków). W organizmie dorosłego komórki macierzyste znajdują się głównie w szpiku kostnym oraz, w bardzo małych ilościach, we wszystkich narządach i tkankach.

Właściwości komórek macierzystych. Komórki macierzyste są samowystarczalne, tj. Po podziale komórki macierzystej jedna komórka pozostaje w linii macierzystej, a druga różnicuje się w wyspecjalizowaną komórkę. Podział ten nazywa się asymetrycznym.

Funkcje komórek macierzystych. Funkcja embrionalnych komórek macierzystych polega na przekazywaniu informacji dziedzicznych i tworzeniu nowych komórek. Głównym zadaniem regionalnych komórek macierzystych jest odbudowa utraconych wyspecjalizowanych komórek po naturalnej śmierci związanej z wiekiem lub fizjologicznej, a także w sytuacjach awaryjnych.

Differenton to sekwencyjna seria komórek utworzonych ze wspólnego prekursora. Obejmuje komórki macierzyste, półmacierzyste i dojrzałe.

Na przykład komórka macierzysta, neuroblast, neuron lub komórka macierzysta, chondroblast, chondrocyt itp.

Neuroblast to słabo zróżnicowana komórka cewy nerwowej, która później przekształca się w dojrzały neuron.

Chondroblast to słabo zróżnicowana komórka tkanki chrzęstnej, która przekształca się w chondrocyt (dojrzałą komórkę tkanki chrzęstnej).

Apoptoza i martwica

Apoptoza (z gr. opadanie liści) jest genetycznie zaprogramowaną formą śmierci komórki, niezbędną w rozwoju organizmu wielokomórkowego i biorącą udział w utrzymaniu homeostazy tkanek. Apoptoza objawia się zmniejszeniem wielkości komórek, kondensacją i fragmentacją chromatyny, zagęszczeniem błony komórkowej bez uwolnienia zawartości komórki do środowiska. Apoptozie przeciwstawia się zazwyczaj inną formę śmierci komórki - martwicę, która rozwija się pod wpływem czynników uszkadzających znajdujących się na zewnątrz komórki oraz nieodpowiednich warunków środowiskowych (hipoosmia, skrajne wartości pH, hipertermia, stres mechaniczny, działanie czynników uszkadzających błonę komórkową). . Martwica objawia się obrzękiem komórki i pęknięciem błony w wyniku wzrostu jej przepuszczalności wraz z uwolnieniem zawartości komórki do środowiska. Pierwsze morfologiczne oznaki apoptozy (kondensacja chromatyny) rejestrowane są w jądrze. Później pojawiają się zagłębienia błony jądrowej i następuje fragmentacja jądra. Oddzielone fragmenty jądra, ograniczone błoną, znajdują się na zewnątrz komórki i nazywane są ciałami apoptotycznymi. W cytoplazmie następuje ekspansja retikulum endoplazmatycznego, kondensacja i marszczenie granulek. Najważniejszym objawem apoptozy jest spadek potencjału transbłonowego mitochondriów. Błona komórkowa traci kosmków i tworzy pęcherzykowate obrzęki. Komórki są zaokrąglone i oddzielone od podłoża. Przepuszczalność membrany wzrasta tylko w odniesieniu do małych cząsteczek i następuje to później niż zmiany w jądrze. Jedną z najbardziej charakterystycznych cech apoptozy jest zmniejszenie objętości komórki w przeciwieństwie do jej pęcznienia podczas martwicy. Apoptoza wpływa na pojedyncze komórki i praktycznie nie ma wpływu na ich otoczenie. W wyniku fagocytozy, której ulegają komórki już w trakcie rozwoju apoptozy, ich zawartość nie zostaje uwolniona do przestrzeni międzykomórkowej. Przeciwnie, podczas martwicy ich aktywne składniki wewnątrzkomórkowe gromadzą się wokół umierających komórek, a środowisko ulega zakwaszeniu. To z kolei przyczynia się do śmierci innych komórek i rozwoju stanu zapalnego. Charakterystykę porównawczą apoptozy i martwicy komórek podano w Tabeli 1.

Tabela 1. Charakterystyka porównawcza apoptozy i martwicy komórek

Znak Apoptoza Martwica Częstość występowania Pojedyncza komórka Grupa komórek Czynnik wyzwalający Aktywowany przez bodźce fizjologiczne lub patologiczne Tempo rozwoju, godziny 1-12 W ciągu 1 Zmiana wielkości komórki Zmniejszenie Wzrost Zmiany w błonie komórkowej Utrata mikrokosmków, powstawanie obrzęków, integralność nie jest naruszona Naruszenie integralności Zmiany w jądrze Kondensacja chromatyny, piknoza, fragmentacja Obrzęk Zmiany w cytoplazmie Kondensacja plazmy cytoplazmy, zagęszczenie ziarnistości Rozpad ziarnistości Lokalizacja pierwotnego uszkodzenia W jądrze W błonie Przyczyny śmierci komórki Degradacja DNA , zaburzenie energii komórkowej Naruszenie integralności błony Stan DNA Pęka z utworzeniem najpierw dużych, potem małych fragmentów Zaburzona degradacja Zależność energetyczna Zależna Niezależna Reakcja zapalna Brak Zwykle występuje Usuwanie martwych komórek Fagocytoza przez sąsiednie komórki Fagocytoza przez neutrofile i makrofagi Przykłady objawów Metamorfoza Śmierć komórek z powodu niedotlenienia, toksyn

Apoptoza jest powszechnie rozpowszechniona w świecie organizmów wielokomórkowych: podobne objawy opisano u drożdży, trypanosomów i niektórych innych organizmów jednokomórkowych. Apoptozę uważa się za warunek prawidłowego istnienia organizmu.

W organizmie apoptoza pełni następujące funkcje:

§ utrzymanie stałej liczby komórek. Najprostszą ilustracją znaczenia apoptozy dla organizmu wielokomórkowego są dane dotyczące roli tego procesu w utrzymaniu stałej liczby komórek u nicienia Caenorhabditis elegans.

§ ochrona organizmu przed patogenami chorób zakaźnych, w szczególności przed wirusami. Wiele wirusów powoduje tak głębokie zaburzenia w metabolizmie zakażonej komórki, że komórka reaguje na te zakłócenia uruchamiając program śmierci. Biologiczne znaczenie tej reakcji jest takie, że śmierć zakażonej komórki na wczesnym etapie zapobiegnie rozprzestrzenianiu się infekcji po całym organizmie. To prawda, że ​​niektóre wirusy wykształciły specjalne adaptacje, które hamują apoptozę w zakażonych komórkach. Zatem w niektórych przypadkach materiał genetyczny wirusa koduje substancje działające jako komórkowe białka regulatorowe o działaniu antyapoptotycznym. W innych przypadkach wirus stymuluje komórkę do syntezy własnych białek antyapoptotycznych. W ten sposób powstają warunki do niezakłóconego rozmnażania się wirusa.

§ usuwanie komórek wadliwych genetycznie. Apoptoza jest najważniejszym środkiem naturalnej profilaktyki nowotworów. Istnieją specjalne geny kontrolujące zaburzenia w materiale genetycznym komórki. Jeśli to konieczne, geny te przesuwają równowagę na korzyść apoptozy, a potencjalnie niebezpieczna komórka umiera. Jeśli takie geny ulegną mutacji, w komórkach rozwijają się nowotwory złośliwe.

§ określanie kształtu organizmu i jego części;

§ zapewnienie prawidłowego stosunku liczby ogniw różnych typów;

Intensywność apoptozy jest większa w początkowych okresach ontogenezy, zwłaszcza w okresie embriogenezy. W organizmie dorosłego apoptoza nadal odgrywa główną rolę jedynie w przypadku szybko odnawiających się tkanek.

różnicowanie nowotworów komórkowych

3. Transformacja nowotworowa komórek

Dowiedzieliśmy się wiele o tym, jak komórki żyją i ewoluują, choć niewystarczająco o tym, jak zapobiegać nowotworom. Wręcz przeciwnie: widzieliśmy wiele czynników i mechanizmów, które ją wywołują, a to osłabia nadzieję na uniwersalne metody terapii. Dlatego przychodzą mi na myśl słowa Kaznodziei: w dużej mądrości jest wiele smutku; a kto pomnaża wiedzę, zwiększa smutek. Ale naukowcy pracują.”

Khesin R.B., radziecki naukowiec

Problem nowotworów jest jednym z głównych problemów współczesnego społeczeństwa. Według prognoz Światowej Organizacji Zdrowia, w latach 1999-2020 zapadalność i umieralność na nowotwory na całym świecie podwoi się (z 10 do 20 milionów nowych przypadków i od 6 do 12 milionów zarejestrowanych zgonów).

Guz to nadmierny patologiczny rozrost tkanki składający się z jakościowo zmienionych komórek organizmu, które utraciły swoje zróżnicowanie.

Termin „rak” pojawił się u nas już w starożytności. W tamtych czasach chorobę nazywano głównym, najbardziej zauważalnym objawem choroby. Przez analogię między narostem nowotworu złośliwego na otaczające tkanki i kończyny nowotworowe, choroba ta nazywana jest rakiem (po łacinie rak). To starożytne określenie jest obecnie dobrze znane każdemu i każdego przeraża. Lepiej nie używać go podczas komunikacji z pacjentami.

O występowaniu nowotworów decydują dwa czynniki: pojawienie się zmienionej komórki (transformacja) oraz obecność warunków dla jej swobodnego wzrostu i rozmnażania w organizmie.

Przez całe życie w organizmie wielokomórkowym zachodzi ogromna liczba podziałów komórkowych. Na przykład w ludzkim ciele liczba ta wynosi około 10 16. Okresowo w komórkach somatycznych zachodzą mutacje, w tym takie, które mogą prowadzić do powstania komórek nowotworowych. Co więcej, im więcej cyklów podziałów przeszła komórka, tym większe jest prawdopodobieństwo pojawienia się wadliwych komórek u jej potomstwa. To wyjaśnia gwałtowny wzrost prawdopodobieństwa zachorowania na raka wraz z wiekiem. Ponad 50% wszystkich przypadków raka wykrywa się u osób w wieku 65 lat i starszych. Statystyki pokazują, że jeśli przyjąć współczynnik umieralności na nowotwory w wieku 20 lat jako jeden, to po 50. roku życia ryzyko śmierci z powodu tej choroby wzrośnie dziesięciokrotnie.

Organizm zwalcza powstałe wadliwe komórki za pomocą układu odpornościowego. Ponieważ pojawienie się wadliwych komórek jest nieuniknione, najprawdopodobniej to zaburzenia układu odpornościowego decydują o rozwoju nowotworów. Koncepcję roli mechanizmów immunologicznych w rozwoju nowotworów złośliwych wysunął już w 1909 roku Ehrlich. Ostatnie badania potwierdziły znaczącą rolę stanów niedoborów odporności w rozwoju nowotworów.

Oczywiście im więcej wadliwych komórek pojawia się w organizmie, tym większe prawdopodobieństwo, że zostaną one pominięte przez układ odpornościowy. Transformacja komórek jest spowodowana czynnikami rakotwórczymi.

Czynniki rakotwórcze to czynniki środowiska zewnętrznego i wewnętrznego, które mogą powodować powstawanie i rozwój nowotworów.

Do czynników środowiska wewnętrznego zalicza się warunki umiejscowienia komórki, predyspozycje genetyczne organizmu. Zatem im bardziej niesprzyjające warunki znajduje się komórka, tym większe jest prawdopodobieństwo wystąpienia błędów podczas jej podziału. Uraz skóry, błon śluzowych czy innych tkanek organizmu przez jakiekolwiek czynniki drażniące mechaniczne lub chemiczne prowadzi do zwiększonego ryzyka rozwoju nowotworu w tym miejscu. To właśnie determinuje zwiększone ryzyko zachorowania na nowotwory tych narządów, których błony śluzowe narażone są na najbardziej intensywny stres naturalny: nowotwory płuc, żołądka, jelita grubego itp. Prowadzą także stale ranne znamiona lub blizny, długotrwale nie gojące się owrzodzenia do intensywnego podziału komórek w niesprzyjających warunkach i zwiększały to ryzyko. Czynniki genetyczne odgrywają ważną rolę w rozwoju niektórych nowotworów. U zwierząt rolę predyspozycji genetycznych potwierdzono eksperymentalnie na przykładzie szczepów myszy o wysokim i niskim stopniu nowotworu.

Zewnętrzne czynniki rakotwórcze można podzielić na trzy główne grupy: fizyczne, chemiczne i biologiczne.

Do czynników fizycznych zalicza się promieniowanie jonizujące – promieniowanie. W ostatnich dziesięcioleciach pojawiło się skażenie Ziemi radionuklidami w wyniku działalności gospodarczej człowieka i osiągnęło dużą skalę. Uwolnienie radionuklidów następuje w wyniku wypadków w elektrowniach jądrowych i atomowych okrętach podwodnych, zrzutu odpadów niskoaktywnych z reaktorów jądrowych do atmosfery itp. Czynniki chemiczne obejmują różne chemikalia (składniki dymu tytoniowego, benzopiren, naftyloaminę, niektóre herbicydy i insektycydy, azbest itp.). Źródłem większości chemicznych substancji rakotwórczych w środowisku są emisje przemysłowe. Czynniki biologiczne obejmują wirusy (wirus zapalenia wątroby typu B, adenowirus i niektóre inne).

Na podstawie charakteru i tempa wzrostu zwyczajowo rozróżnia się nowotwory łagodne i złośliwe.

Guzy łagodne rosną stosunkowo wolno i mogą istnieć latami. Są otoczone własną skorupą. W miarę wzrostu guz wypycha otaczające tkanki, nie niszcząc ich. Komórki łagodnego guza różnią się nieco od normalnych komórek, z których rozwinął się guz. Dlatego nazwy łagodnych nowotworów pochodzą od tkanek, z których się rozwinęły, z dodatkiem przyrostka „oma” pochodzącego z greckiego terminu „oncoma” (guz). Na przykład guz z tkanki tłuszczowej nazywa się tłuszczakiem, z tkanki łącznej - włókniakiem, z tkanki mięśniowej - mięśniakami itp. Usunięcie łagodnego guza wraz z jego błoną prowadzi do całkowitego wyleczenia pacjenta.

Nowotwory złośliwe rosną znacznie szybciej i nie mają własnej błony. Komórki nowotworowe i ich sznury wnikają do otaczających tkanek i uszkadzają je. Dorastając do naczynia limfatycznego lub krwionośnego, mogą być transportowane przez przepływ krwi lub limfy do węzłów chłonnych lub odległych narządów, tworząc tam wtórne ognisko wzrostu nowotworu - przerzuty. Komórki nowotworu złośliwego znacznie różnią się od komórek, z których się rozwinęły. Komórki nowotworu złośliwego są nietypowe, ich błona komórkowa i cytoszkielet ulegają zmianie, dlatego mają mniej lub bardziej zaokrąglony kształt. Komórki nowotworowe mogą zawierać kilka jąder o nietypowym kształcie i rozmiarze. Cechą charakterystyczną komórki nowotworowej jest utrata różnicowania i w efekcie utrata określonej funkcji.

Wręcz przeciwnie, normalne komórki mają wszystkie właściwości komórek w pełni zróżnicowanych, które pełnią określone funkcje w organizmie. Komórki te są polimorficzne, a ich kształt jest określony przez ustrukturyzowany cytoszkielet. Normalne komórki w organizmie zwykle dzielą się, dopóki nie nawiążą kontaktu z sąsiadującymi komórkami, po czym podział ustaje. Zjawisko to znane jest jako hamowanie kontaktowe. Wyjątkiem są komórki embrionalne, nabłonek jelitowy (ciągła wymiana umierających komórek), komórki szpiku kostnego (układ krwiotwórczy) i komórki nowotworowe. Zatem najważniejszą cechą wyróżniającą komórki nowotworowe jest brana pod uwagę niekontrolowana proliferacja

Transformacja komórki normalnej w komórkę transformowaną jest procesem wieloetapowym.

1.Inicjacja. Prawie każdy nowotwór zaczyna się od uszkodzenia DNA w pojedynczej komórce. Ta wada genetyczna może być spowodowana czynnikami rakotwórczymi, takimi jak składniki dymu tytoniowego, promieniowanie UV, promieniowanie rentgenowskie i wirusy onkogenne. Najwyraźniej w ciągu życia człowieka znaczna liczba komórek ciała na ogólną liczbę 10 14ulega uszkodzeniu DNA. Jednak dla inicjacji nowotworu ważne jest jedynie uszkodzenie protoonkogenów. Uszkodzenia te są najważniejszym czynnikiem decydującym o przekształceniu komórki somatycznej w komórkę nowotworową. Uszkodzenie antykogenu (genu supresorowego nowotworu) może również prowadzić do inicjacji nowotworu.

2.Promocja nowotworu to preferencyjna proliferacja zmienionych komórek. Proces ten może trwać latami.

.Progresja nowotworu to proces proliferacji komórek złośliwych, inwazji i przerzutów, prowadzący do pojawienia się nowotworu złośliwego.

Na czym polega różnicowanie komórek podczas rozwoju embrionalnego?

Odpowiedzi:

Różnicowanie lub różnicowanie to proces pojawiania się i wzrostu różnic strukturalnych i funkcjonalnych między poszczególnymi komórkami i częściami zarodka. Z morfologicznego punktu widzenia wyraża się to tym, że powstaje kilkaset rodzajów komórek o określonej budowie, różniących się od siebie. Z niewyspecjalizowanych komórek blastuli stopniowo wyłaniają się komórki nabłonka skóry, pojawiają się komórki nerwowe, mięśniowe itp. Z biochemicznego punktu widzenia specjalizacja komórek polega na ich zdolności do syntezy pewnych białek, charakterystycznych tylko dla danego typ komórki. Limfocyty syntetyzują białka ochronne – przeciwciała, komórki mięśniowe – białko kurczliwe – miozynę. Każdy typ komórki wytwarza własne, unikalne dla niego białka. Biochemiczną specjalizację komórek zapewnia selektywne działanie genów, tj. w komórkach różnych listków zarodkowych - podstawach niektórych narządów i układów - zaczynają funkcjonować różne grupy genów.

Różnicowanie - Jest to proces, w wyniku którego komórka staje się wyspecjalizowana, tj. nabywa właściwości chemicznych, morfologicznych i funkcjonalnych. W najwęższym znaczeniu są to zmiany zachodzące w komórce podczas jednego, często końcowego cyklu komórkowego, kiedy rozpoczyna się synteza głównych białek funkcjonalnych, specyficznych dla danego typu komórki. Przykładem jest różnicowanie komórek naskórka ludzkiej skóry, gdzie w komórkach przechodzących od podstawnej do kolczystej, a następnie sukcesywnie do innych, bardziej powierzchownych warstw, gromadzi się keratohialina, zamieniając się w komórkach warstwy przejrzystej w eleidynę, a następnie w keratyny w warstwie rogowej naskórka. Jednocześnie zmienia się kształt komórek, struktura błon komórkowych i zestaw organelli. Tak naprawdę to nie jedna komórka różnicuje, ale grupa podobnych komórek. Przykładów jest wiele, gdyż w organizmie człowieka istnieje około 220 różnych typów komórek. Fibroblasty syntetyzują kolagen, mioblasty syntetyzują miozynę, a komórki nabłonkowe przewodu pokarmowego syntetyzują pepsynę i trypsynę.

W szerszym znaczeniu pod różnicowanie zrozumieć stopniowe (w ciągu kilku cykli komórkowych) pojawianie się coraz większych różnic i obszarów specjalizacji pomiędzy komórkami, które wywodzą się z mniej lub bardziej jednorodnych komórek jednego pierwotnego zaczątku. Procesowi temu z pewnością towarzyszą przemiany morfogenetyczne, tj. pojawienie się i dalszy rozwój podstaw niektórych narządów w narządy ostateczne. Pierwsze różnice chemiczne i morfogenetyczne między komórkami, zdeterminowane samym przebiegiem embriogenezy, odkryto w okres gastrulacji.

Listki zarodkowe i ich pochodne są przykładem wczesnego różnicowania, prowadzącego do ograniczenia siły działania komórek zarodka. Schemat pokazuje przykład różnicowania mezodermy (wg V.V. Yaglova w uproszczonej formie).

Można wyróżnić szereg cech charakteryzujących stopień zróżnicowania komórek. Zatem stan niezróżnicowany charakteryzuje się stosunkowo dużym jądrem i wysokim stosunkiem jądrowo-cytoplazmatycznym V jądro / V cytoplazma ( V- objętość), rozproszoną chromatynę i dobrze odgraniczone jąderko, liczne rybosomy i intensywną syntezę RNA, wysoką aktywność mitotyczną i niespecyficzny metabolizm. Wszystkie te cechy zmieniają się w procesie różnicowania, charakteryzującym nabywanie przez komórkę specjalizacji.

Nazywa się proces, w wyniku którego poszczególne tkanki uzyskują swój charakterystyczny wygląd podczas różnicowania histogeneza. Różnicowanie komórek, histogeneza i organogeneza zachodzą razem, w określonych obszarach zarodka i w określonym czasie. Jest to bardzo ważne, gdyż wskazuje na koordynację i integrację rozwoju embrionalnego.

Jednocześnie zaskakujące jest to, że w istocie od momentu etapu jednokomórkowego (zygoty) rozwój z niego organizmu określonego typu jest już ściśle określony. Wszyscy wiedzą, że z ptasiego jaja rozwija się ptak, a z żabiego jaja rozwija się żaba. To prawda, że ​​​​fenotypy organizmów zawsze się różnią i mogą zostać zakłócone aż do śmierci lub wad rozwojowych, a często mogą nawet zostać sztucznie skonstruowane, na przykład u zwierząt chimerycznych.

Należy zrozumieć, w jaki sposób komórki, które najczęściej mają ten sam kariotyp i genotyp, różnicują się i uczestniczą w histo- i organogenezie w wymaganych miejscach i w określonych momentach, zgodnie z holistycznym „obrazem” danego typu organizmu. Ostrożność w wysuwaniu stanowiska, że ​​materiał dziedziczny wszystkich komórek somatycznych jest absolutnie identyczny, odzwierciedla obiektywną rzeczywistość i historyczną niejednoznaczność w interpretacji przyczyn różnicowania komórek.

V. Weisman wysunął hipotezę, że dopiero linia komórek rozrodczych przenosi i przekazuje swoim potomkom całą informację o swoim genomie, a komórki somatyczne mogą różnić się od zygoty i od siebie ilością materiału dziedzicznego, a zatem różnicować się w inny sposób kierunki.

Weisman oparł się na danych, że podczas pierwszych podziałów, rozgniatania jaj glisty koni, część chromosomów znajdujących się w komórkach somatycznych zarodka zostaje odrzucona (eliminacja). Następnie wykazano, że odrzucony DNA zawiera głównie sekwencje wysoce powtarzalne, tj. faktycznie nie niosą ze sobą żadnych informacji.

Obecnie powszechnie przyjęty punkt widzenia wywodzi się od T. Morgana, który w oparciu o chromosomalną teorię dziedziczności zasugerował, że różnicowanie komórek podczas ontogenezy jest wynikiem kolejnych wzajemnych (wzajemnych) wpływów cytoplazmy i zmieniających się produktów aktywności genów jądrowych . Zatem pomysł zróżnicowana ekspresja genów jako główny mechanizm cytoróżnicowania. Obecnie zgromadzono wiele dowodów na to, że w większości przypadków komórki somatyczne organizmów niosą pełny diploidalny zestaw chromosomów, a potencjał genetyczny jąder komórek somatycznych może zostać zachowany, tj. geny nie tracą swojej potencjalnej aktywności funkcjonalnej.

Różnicowanie- jest to trwała strukturalna i funkcjonalna transformacja komórek w różne wyspecjalizowane komórki. Różnicowanie komórek jest biochemicznie związane z syntezą określonych białek, a cytologicznie z tworzeniem specjalnych organelli i inkluzji. Podczas różnicowania komórek następuje selektywna aktywacja genów. Ważnym wskaźnikiem różnicowania komórek jest przesunięcie stosunku jądrowo-cytoplazmatycznego w kierunku przewagi wielkości cytoplazmy nad wielkością jądra. Różnicowanie zachodzi na wszystkich etapach ontogenezy. Procesy różnicowania komórek są szczególnie wyraźnie wyrażone na etapie rozwoju tkanki z materiału podstaw embrionalnych. Specjalizacja komórek zależy od ich określenia.

Determinacja- jest to proces określania ścieżki, kierunku, programu rozwoju materiału podstaw embrionalnych wraz z tworzeniem wyspecjalizowanych tkanek. Determinacja może być ootypowa (programowanie rozwoju z komórki jajowej i zygoty organizmu jako całości), podstawowa (programowanie rozwoju narządów lub układów powstałych z podstaw embrionalnych), tkankowa (programowanie rozwoju danej wyspecjalizowanej tkanki) i komórkowa ( programowanie różnicowania określonych komórek). Wyróżnia się oznaczenia: 1) labilne, niestabilne, odwracalne oraz 2) stabilne, stabilne i nieodwracalne. Wraz z oznaczeniem komórek tkankowych dochodzi do trwałego utrwalenia się ich właściwości, w wyniku czego tkanki tracą zdolność do wzajemnej transformacji (metaplazja). Mechanizm determinacji związany jest z utrzymującymi się zmianami w procesach represji (blokowania) i ekspresji (odblokowywania) różnych genów.

Śmierć komórki- zjawisko powszechne zarówno w embriogenezie, jak i histogenezie embrionalnej. Z reguły w rozwoju zarodka i tkanek śmierć komórki następuje w postaci apoptozy. Przykładami zaprogramowanej śmierci są śmierć komórek nabłonkowych w przestrzeniach międzypalcowych, śmierć komórek wzdłuż krawędzi zrośniętych przegród podniebiennych. Programowana śmierć komórek ogona następuje podczas metamorfozy larwy żaby. Są to przykłady śmierci morfogenetycznej. W histogenezie embrionalnej obserwuje się również śmierć komórek, na przykład podczas rozwoju tkanki nerwowej, tkanki mięśni szkieletowych itp. Są to przykłady śmierci histogenetycznej. W ostatecznym organizmie limfocyty umierają w wyniku apoptozy podczas ich selekcji w grasicy, komórki błon pęcherzyków jajnikowych podczas ich selekcji do owulacji itp.

Pojęcie mechanizmu różnicowego. W miarę rozwoju tkanek z materiału podstaw embrionalnych wyłania się wspólnota komórkowa, w której wyróżnia się komórki o różnym stopniu dojrzałości. Zbiór form komórkowych tworzących linię różnicowania nazywany jest różnicą lub serią histogenetyczną. Differenton składa się z kilku grup komórek: 1) komórek macierzystych, 2) komórek progenitorowych, 3) dojrzałych, zróżnicowanych komórek, 4) komórek starzejących się i umierających. Komórki macierzyste – pierwotne komórki szeregu histogenetycznego – stanowią samopodtrzymującą się populację komórek zdolną do różnicowania się w różnych kierunkach. Posiadając wysoką siłę proliferacyjną, same (mimo wszystko) dzielą się bardzo rzadko.

Komórki progenitorowe(półpienne, kambialne) stanowią kolejną część szeregu histogenetycznego. Komórki te przechodzą kilka cykli podziałów, uzupełniając agregat komórkowy nowymi pierwiastkami, a część z nich rozpoczyna następnie specyficzne różnicowanie (pod wpływem czynników mikrośrodowiska). Jest to populacja zaangażowanych komórek zdolnych do różnicowania się w określonym kierunku.

Dojrzałe, funkcjonujące i starzejące się komórki uzupełnij serię histogenetyczną lub różnicę. Stosunek komórek o różnym stopniu dojrzałości w poszczególnych dojrzałych tkankach organizmu nie jest jednakowy i zależy od podstawowych, naturalnych procesów regeneracji fizjologicznej właściwych dla danego rodzaju tkanki. Zatem w odnawiających się tkankach znajdują się wszystkie części zróżnicowania komórkowego - od łodygi po wysoce zróżnicowane i obumierające. W rodzaju rosnącej tkanki dominują procesy wzrostu. Jednocześnie w tkance obecne są komórki środkowej i końcowej części różnicy. Podczas histogenezy aktywność mitotyczna komórek stopniowo spada do niskiej lub bardzo niskiej; obecność komórek macierzystych implikuje się jedynie w składzie podstaw embrionalnych. Potomkowie komórek macierzystych istnieją przez pewien czas jako proliferacyjna pula tkanek, ale ich populacja jest szybko zużywana w ontogenezie poporodowej. W stabilnym typie tkanki znajdują się jedynie komórki wysoce zróżnicowanych i obumierających części różnic, komórki macierzyste znajdują się jedynie w podstawach embrionalnych i są całkowicie zużywane w embriogenezie.

Badanie tkanin z pozycji ich skład komórkowo-różnicowy umożliwia rozróżnienie między tkankami jednoróżnicowymi (na przykład chrzęstną, gęstą tkanką łączną itp.) i wieloróżnicowymi (na przykład naskórkiem, krwią, luźną włóknistą tkanką łączną, kością). W rezultacie, pomimo faktu, że w histogenezie embrionalnej tkanki są układane jako jednoróżnicowe, w przyszłości najbardziej ostateczne tkanki powstają jako układy oddziałujących ze sobą komórek (różnice komórkowe), których źródłem rozwoju są komórki macierzyste różnych podstaw embrionalnych.

Włókienniczy- jest to filo- i ontogenetycznie ustalony system różnic komórkowych i ich niekomórkowych pochodnych, którego funkcje i zdolność regeneracyjna są określone przez właściwości histogenetyczne wiodącego różniconu komórkowego.

Włókienniczy jest składnikiem strukturalnym narządu i jednocześnie częścią jednego z czterech układów tkankowych - powłokowego, tkanek środowiska wewnętrznego, mięśniowego i nerwowego.

Różnicowanie (różnicowanie ontogenetyczne) to przekształcenie w procesie indywidualnego rozwoju organizmu (ontogenezy) początkowo identycznych, niewyspecjalizowanych komórek zarodka w wyspecjalizowane komórki tkanek i narządów. Różnicowanie zachodzi głównie podczas rozwoju embrionalnego. Rozwijający się zarodek różnicuje się najpierw w listki zarodkowe, następnie w podstawy głównych układów i narządów, a następnie w dużą liczbę wyspecjalizowanych tkanek i narządów charakterystycznych dla dorosłego organizmu. Różnicowanie zachodzi także w narządach dorosłego organizmu, na przykład różne komórki krwi odróżniają się od komórek szpiku kostnego. Różnicowanie często określa się jako serię kolejnych zmian, jakim ulegają komórki tego samego typu w procesie ich specjalizacji. Na przykład podczas różnicowania czerwonych krwinek erytroblasty przekształcają się w retikulocyty, które przekształcają się w czerwone krwinki. Różnicowanie wyraża się zmianą zarówno kształtu komórek, ich wewnętrznej i zewnętrznej struktury oraz zależności (na przykład mioblasty rozciągają się, łączą ze sobą, tworzą się w nich miofibryle; w neuroblastach zwiększa się jądro, pojawiają się procesy łączące komórki nerwowe z różnymi narządami i między sobą) oraz ich właściwości funkcjonalne (włókna mięśniowe nabywają zdolność kurczenia się, komórki nerwowe – do przekazywania impulsów nerwowych, komórki gruczołowe – do wydzielania odpowiednich substancji).

Głównymi czynnikami różnicującymi są różnice w cytoplazmie wczesnych komórek embrionalnych. Hormony wpływają na przebieg różnicowania. Różnicowanie może nastąpić jedynie w komórkach do tego przygotowanych. Działanie czynnika różnicowania powoduje najpierw stan utajonego (ukrytego) różnicowania, czyli determinacji, gdy nie pojawiają się zewnętrzne oznaki różnicowania, ale dalszy rozwój tkanki może nastąpić niezależnie od czynnika stymulującego. Na przykład różnicowanie tkanki nerwowej jest spowodowane zawiązkiem chordomesodermy. Zwykle stan zróżnicowania jest nieodwracalny, zróżnicowane komórki nie mogą utracić swojej specjalizacji. Jednak w warunkach uszkodzenia tkanki zdolnej do regeneracji, a także podczas zwyrodnienia złośliwego, częściowe odróżnicowanie następuje, gdy komórki tracą cechy nabyte w procesie różnicowania i na zewnątrz przypominają słabo zróżnicowane komórki zarodka. Mogą wystąpić przypadki, w których odróżnicowane komórki różnicują się w innym kierunku (metaplazja).
Molekularną genetyczną podstawą różnicowania jest aktywność genów specyficznych dla każdej tkanki. W każdej komórce, także zróżnicowanej, zachowany jest cały aparat genetyczny (wszystkie geny). Jednak w każdej tkance aktywna jest tylko część genów odpowiedzialnych za to różnicowanie. Rola czynników różnicujących sprowadza się do selektywnej aktywacji genów. Aktywność określonych genów prowadzi do syntezy odpowiednich białek warunkujących różnicowanie.



Podobne artykuły