
- •Реферат
- •Диференціація клітин
- •Практичне значення диференціації клітин
- •Теорії клітинної диференціації
- •Типи морфологічної диференціації
- •Зв’язок експресії генів з диференціацією
- •Роль цитоплазми у процесі диференціації
- •Регуляція поділу клітин зовнішніми механізмами
- •Стовбурові клітини
- •Стовбурові клітини дорослого організму
- •Висновки
- •Список використаної літератури
- •Додатки
Теорії клітинної диференціації
Якщо розглядати процес диференціації з точки зору генної теорії, то необхідно відзначити, що диференційовані клітини містять такий же набір генів (генотип), як і недиференційовані. Проте, переважна більшість генів неактивні, заблоковані. У процесі диференціації, з одного боку, включаються гени, під дією яких клітина повинна перетворитися в певний один тип, а з другого боку — репресувати (пригнічувати) ті гени, які могли б спрямувати її по іншому шляху диференціації. При диференціації клітини експресують суворо визначену частину геному, транскрибують специфічні РНК і синтезують специфічні білки, що й визначає морфологічні та функціональні ознаки спеціалізації клітин. Отже, відмінності між клітинами, які мають однаковий набір генів, визначає диференціальна активність генів. [6] Диференціація клітин приводить до утворення ліній з різним ступенем диференціації. Серед мільйонів клітин організму вдається визначити під мікроскопом приблизно 100 різних типів. Диференційовані клітини характеризуються морфологічними і особливо функціональними властивостями, що обумовлено специфічними властивостями білків. Отже, в основі будь-якої диференціації лежать структурні зміни білків. Оскільки білковим синтезом керує ДНК, то тим самим вона управляє диференціацією. Однак, жорстка програма синтезу білка, визначена ДНК, модифікується низкою умов. Реалізацію дії структурних генів, які беруть участь у диференціації, здійснюють гени-регулятори, зокрема для диференціації необхідна узгоджена відрегульована дія активацій і депресій різних генів, яка регулювала б послідовність потенціальної активності генів. [7]
Типи морфологічної диференціації
Диференціація клітин відбувається, починаючи з ранніх стадій ембріогенезу, і продовжується формуванням тканин. Під час диференціації наступають зміни в цитоплазмі клітин внаслідок її взаємодії з ядром. Проте, найбільш помітною є морфологічна диференціація. У ході розвитку виділяють ряд етапів (типів) морфологічної диференціації: (1) Оотипічна, яка проявляється вже під час запліднення. Особливо наглядно вона виступає в зиготі амфібій. На анімальному полюсі появляється так званий сірий серп, а в базальному — нагромаджується жовток. (2) Бластомерна — на рівні перших декількох дроблень. У деяких тварин чітко помітна різниця між окремими групами бластомерів, у жаби — це мікробластомери і макробластомери. (3) Зачаткова. У період утворення мезодерми відзначається різниця між клітинами окремих зачатків, коли в сомітах вони інші, ніж у сегментних ніжках чи спланхнотомі. (4) Тканинний тип диференціації продовжується весь період ембріонального і навіть постнатального розвитку. Найбільш помітна така диференціація в процесі розвитку мезенхіми, з якої утворюються всі види сполучної тканини (пухка, щільна, хрящова, кісткова) і формені елементи крові (еритроцити, всі види лейкоцитів).[8]
Зв’язок експресії генів з диференціацією
Основною функцією структурних генів у інтерфазних клітинах є визначення послідовності амінокислот, яка переписується на РНК. Більшість клітинних білків – ферменти. Для того щоб у певному організмі в результаті диференціації утворювалися клітини різних типів, білків, які синтезуються в одних клітинах, мають відрізнятися від білків, що синтезуються в інших клітинах. Існують білки, які трапляються в усіх клітинах, - це ферменти, потрібні для основних метаболічних процесів, від яких залежить життя клітини. Для того, щоб різні клітини організму могли виконувати свої спеціалізовані функції, вони мають синтезувати особливі білки, які необхідні для здійснення цих функцій. Синтез білків залежить від експресії генів. Отже, гени можна в цьому відношенні розподілити на дві категорії.
Перша категорія – гени, що функціонують у всіх клітинах організму, визначаючи їх основний метаболізм. Вони є нечутливими до дії чинників, які зумовлюють диференціацію. Друга категорія – гени, що керують синтезом тих білків, від яких залежить відмінність між клітинами. У період розвитку такі гени реагують на вплив цих чинників по-різному, внаслідок чого відбувається диференціація.
Дуже важливим чинником у включенні генів, що відповідають за синтез особливих білків, якими клітини організму відрізняються одна від одної, є явище, що називаються індукцією. Індукція – це дія будь-якого чинника, який безпосередньо оточує клітину і змушує її до певної міри диференціюватися. Диференціація - це результат індукції, тобто виникнення в клітинах під впливом їх мікрооточення ефектів, які, будучи опосередковані цитоплазмою, спричинюють експресію певних генів, здатних реагувати на ці індуктивні чинники. Отже, вплив індуктивних чинників, ймовірно, пов’язаний з тим, що вони включають групу генів, що спрямовують синтез цих білків, які продукуються спеціалізованими клітинами і якими в подальшому характеризуються ці клітини.
Відомо, що диференціація супроводжується скороченням або припиненням поділу клітин. Це уявлення настільки вкорінилося, що співвідношення між диференціацією і розмноженням клітин сприймається як причинно-наслідковий зв’язок. Можна уявити, що включення індукованих генів, які керують синтезом особливих білків у диференційованих клітинах , призводить до запуску механізму зворотнього зв’язку, що діє на конституїтивні гени, які керували до цього синтезом білка, потрібного для клітинного поділу. За останній час, це вдається підтвердити експериментально. Для людини найхарактернішим прикладом диференціації, яка пов’язана з синтезом особливого білка , що забезпечує специфічні функції клітин і повне припинення подальшого поділу, є утворення еритроцитів. Отже, включення генів , які керують синтезом особливого білка, що дає клітині змогу виконувати її спеціалізовану функцію, якось впливають на гени, які контролюють синтез конституїтивних білків за принципом зворотнього зв’язку.
Існує, врешті, ще механізм, за допомогою якого диференціація призводить до пригнічення активності конституїтивних генів, які спрямовують синтез білків, потрібних для росту. Якби цього не було, то диференційовані клітини продовжували б ділитися з такою самою швидкістю, як і недиференційовані, внаслідок чого організм досяг би величезних розмірів, що не відповідало б характеру життєвих процесів, які в ньому відбуваються.
Припускають, що включення генів, які керують синтезом специфічних білків, потрібних диференційованій клітині для виконання її особливих функцій, діє на конституїтивні гени за принципом вд’ємного зв’язку, пригнічуючи їх активність та синтез речовин, потрібних клітині для розмноження. Це внутрішній механізм, що регулює вміст популяції диференційованих клітин. Якщо хоча б одна клітина організму вийде з-під контролю регуляторних організмів, то вона може продовжувати рости та розмножуватися, продукуючи клітини свого типу, і якщо ці клітини не видалити, то вони призведуть до загибелі організму, що спостерігається у разі захворювання на рак.
Диференціація клітин виникає не в результаті втрати генетичної інформації клітиною. У рослин і нижчих тварин регенерація цілих організмів з невеликих часточок – явище звичайне. Наприклад, з кусочка стебла може вирости коріння, яке здатне до самостійного функціонування. Це свідчить про те, що диференційовані клітини не втратили інформації, потрібної для функціонування клітин коріння. Дослідження показали, що коли диференційована клітина звільняється від обмежень, які накладаються на неї цілісним організмом, вона може повністю реалізувати всі закладені в ній генетичні потенції.
Дослідження з пересаджування ядер в амфібій свідчать, що диференціація не пов’язана з втратою чи доповненням генетичної інформації. У цих дослідженнях з клітин епітелію кишок пуголовка за допомогою мікроманіпулятора виймали ядра і пересаджували їх в яйця, з яких попреденьо видалили ядра. З таких яєць розвивались пуголовки, а потім і дорослі жаби. Це свідчить про те, що ядра епітеліальних клітин повністю зберігають усі потенції, що є в ядрі зиготи.
Гетерокаріони, що утворюються під час злиття клітин різних типів, такоє свідчать про те, що диференціація зворотна. Еритроцити курки під час дозрівання не втрачають свого ядра, але ці ядра втрачають активність і не синтезують ДНК та РНК. Після злиття таких еритроцитів курки з клитинами Hela(лінія, що веде початок від пухлинних клітин раку грудей хворої Генрієти Лекс) їх ядра починають синтезувати ДНК та РНК, а гетерокаріон утворює специфічні для курки білки, що не виробляються в нормі зрілими диференційованими еритроцитами.
Отже, диференціація не є результатом зміни генетичних потенцій клітин, а диференціальним вираженням цих потенцій. Вираження цих потенцій залежить від середовища, в якому знаходиться клітина, зокрема її ядро.
Слід зазначити, що багато змін, яких зазнає клітина під час диференціації, важко, а то й неможливо повернути назад. Як правило, чим більше спеціалізована клітина, тим важче змінити напрям її диференціації як безпосередньо, так і після пересаджування ядер. [9]