20. Диференціювання клітин, зародкових листків, тканин

 Диференціювання - це процес, внаслідок якого клітина стає більш спеціалізованою, тобто набуває морфологічних і функціональних особливостей. Це зміни, які відбуваються у клітині впродовж одного, нерідко термінального, клітинного циклу. Прикладом може бути диференціювання клітин епідермісу шкіри людини, при якому у клітинах, що переміщуються з базального шару до вищих шарів, відбувається ні-копичення кератогіаліну, який перетворюєтьс і у клітинах блискучого шару в елеїдин, а потім у рого­вому шарі - в кератин. При цьому змінюється фор­ма клітин, будова клітинних мембран і набір орга-нел. Насправді диференціюється не одна клітина, а група подібних клітин. Прикладів можна навести багато, оскільки в організмі людини налічується близько 100 видів різних типів клітин. Фібробласти синтезують колаген, міобласти - міозин, клітини епі­телію травного тракту - пепсин і трипсин.

 У більш широкому розумінні під диференціюван­ням розуміють поступове наростання відмінностей і спеціалізації між клітинами, які походять від однорідних клітин. Перші хімічні та морфогенетичні відмінності між клітинами відбуваються в період гаструляції.

Зародкові листки та їхні похідні є прикладом ран­нього диференціювання, яке призводить до обме­ження потенцій клітин зародка.

Можна виділити цілий ряд ознак, які характеризу­ють ступінь диференціації клітин. Так, для недиферен-ційованого стану характерні відносно велике ядро і ви­соке ядерно-цитоплазматичне співвідношення, диспер­гований хроматин і добре виражене ядерце, численні рибосоми та інтенсивний синтез РНК, висока міто­тична активність і неспецифічний метаболізм.

Всі ці ознаки змінюються в процесі диференцію­вання, характеризуючи клітинну спеціалізацію. Про­цес, внаслідок якого окремі тканини в ході дифе­ренціювання набувають характерного для них ви­гляду, називають гістогенезом.

Диференціювання клітин під час онтогенезу є ре­зультатом послідовних реципрокних (взаємних) впливів цитоплазми і змінених продуктів активності ядерних генів. Таким чином, диференціальна експресія генів є основним механізмом цитодиференціювання.

У ряді випадків остаточне диференціювання по­в'язане з "добудовою" молекул ферментів або гор­монів. Це вже посттрансляційні події. Наприклад, фермент тирозиназа з'являється у зародків амфібій ще в ранньому ембріогенезі, але переходить в ак­тивну форму лише після їх вилуплення.

Іншим прикладом є диференціювання клітин, при якому вони набувають здатності реагувати на хімічні речовини не відразу після синтезу відповідного ре­цептора, а лише в певний момент. Показано, що м'я­зові волокна у своїй мембрані мають рецептори до медіаторної речовини ацетилхоліну. Цікаво, що ці хо-лінрецептори виявляли всередині цитоплазми клітин-міобластів до утворення ними м'язових волокон, а чутливість до ацетилхоліну виникала лише з момен­ту вбудовування рецепторів у плазматичну мембра­ну під час утворення м'язових трубочок і м'язових волокон. Цей приклад показує, що експресія генів і тканинне диференціювання можуть регулюватися після трансляції у процесі міжклітинних взаємодій.

Таким чином, диференціювання клітин не зво­диться лише до синтезу специфічних білків, тому стосовно багатоклітинного організму ця проблема пов'язана з просторово-часовими аспектами і більш високими рівнями її регуляції, ніж біосинтез білка на клітинному рівні.

Процеси утворення тканин та органів розпочинаються з формування нервової пластинки на спинному боці зародка. Згодом боки нервової пластинки підіймаються й утворюють нервові валики, а між ними виникає поздовжній "рівчачок" (майбутня порожнина нервової системи). Валики з'єднуються на спинному боці і нервова пластинка пере­творюється на нервову трубку, яка відокремлюється від іншої частини ектодерми. Ектодерма зростається над нервовою трубкою і згодом дає початок покривному епітелію. Розширений передній кінець нервової трубки поділяється на п'ять первинних мозкових міхурів, які відповідають певним відділам головного мозку.Наприкінці нейруляції зародок набуває плану будови дорослого організму: під нервовою трубкою міститься хорда, нижче – кишечник тощо. З ектодерми, крім нервової тканини, виникають елементи органів чуття, зовнішній шар покривів (епідерміс шкіри) та шкірні залози, передня та задня кишки, зовнішні зябра земноводних тощо.

Ентодерма дає початок епітелію, що вистеляє порожнину середньої кишки, та її похідним – травним залозам (печінка, підшлункова залоза), хорді, плавальному міхуру, внутрішнім зябрам, легеням, секретуючим відділам передньої та середньої часток гіпофіза та щитоподібної залози.

З мезодерми формуються зачатки скелета, мускулатури, кровоносної системи, статевих та видільних органів, сполучнотканинні шари шкіри, плевра, брижі черевної порожнини тіла, перикард тощо.

Ембріональна індукція-це взаємодія між частинами ембріона, в процесі якого одна його частина-індуктор,-контактуючи з іншою частиною-реагує системою,-визначає напрямок розвитку останньої. Явище індукції було відкрито Х. Шпеманом в 1901 р. при вивченні освіти кришталика ока з ектодермального епітелію у ембріонів земноводних. У 1924 р. були опубліковані результати дослідів Х. Шпемана і Г. Мангольда, що вважаються класичним доказом існування ембріональної індукції. На стадії ранньої гаструли зачаток ектодерми, який в нормальних умовах повинен був розвинутися в структури нервової системи, із зародка гребенчатого (непігментованими) тритона пересідав під ектодерму черевної сторони, що дає початок епідермісу шкіри, зародка звичайного (пигментированного) тритона. У підсумку на черевній стороні зародка-реципієнта виникали спочатку нервова трубка та інші компоненти комплексу осьових органів, а потім формувався додатковий зародок. Причому, спостереження показали, що тканини додаткового зародка формуються майже виключно з клітинного матеріалу реципієнта.

Якщо на стадії ранньої гаструли повністю видалити зачаток хорди, то нервова трубка не розвивається. Ектодерма на спинний стороні зародка, з якої в нормі формується нервова трубка, утворює шкірний епітелій. При подальшому вивченні розвитку зародків виявилося, що зачаток хордомезодерми, представляючи собою індуктор нервової трубки, для диференціювання потребує індукуючий вплив з боку зачатка нервової системи.

Клонування — процес створення ідентичних копій (тиражування) організмів або інших об'єктів у біології.

Молекулярне клонування

Докладніше: Молекулярне клонування

Молекуля́рне клонува́ння — група методів у молекулярній біології та біотехнології, пов'язаних зі створенням рекомбінантних молекул ДНК і отриманням багатьох копій цієї молекули in vivo. Термін "клонування" в даному випадку означає, що з однієї клітини, що містить рекомбінантну молекулу ДНК, шляхом мітотичного поділу утворюється велика кількість ідентичних за генетичною інформацією клітин - клонів.

Клітинне клонування

Клітинне клонування — клонування, при якому відбувається виведення популяції клітин із однієї клітини. У випадку простих одноклітинних організмів, чи то бактерій, чи тодріжджів, цей процес є достатньо простим. Однак, для клонування клітин багатоклітинних організмів потрібно докласти значно більше зусиль — це набагато важче завдання, окрім того, такі клітини розвиваються дуже повільно у звичайних умовах.

Клонування організмів

Першим клонованим організмом була вівця Доллі, яку було створено за допомогою пересадки ядер соматичних клітин.