różnicowanie

Plik różnicowanie w biologii oznacza przejście od stanu słabo zróżnicowanego do wysoce zróżnicowanego. Proces ten ma szczególne znaczenie podczas rozwoju zapłodnionej komórki jajowej w kompletny organizm. Zakłócenia w procesie różnicowania mogą prowadzić do poważnych chorób, takich jak rak czy wady rozwojowe.

Jaka jest różnica?

Różnicowanie biologiczne polega na specjalizacji niezróżnicowanych komórek macierzystych w zróżnicowane komórki ciała. Procesy te odgrywają szczególnie ważną rolę podczas embriogenezy i późniejszego wzrostu. Procesy różnicowania są również ważne dla utrzymania funkcji organizmu u dorosłych organizmów.

Początkowo niezróżnicowane komórki macierzyste nadal mają zdolność przekształcania się we wszystkie inne komórki organizmu. W tym procesie wyspecjalizowane komórki ciała powstają w wyniku kilku procesów różnicowania, które tworzą różne narządy i ostatecznie tracą zdolność podziału.

Istnieje kilka rodzajów komórek macierzystych. Tak zwane totipotencjalne komórki macierzyste wciąż są w stanie przekształcić się w kompletny organizm. Pluripotencjalne komórki macierzyste mogą z kolei różnicować się we wszystkie komórki ciała. Jednak nie jest już możliwe ich rozwinięcie w pojedyncze organizmy. Wielopotencjalne komórki macierzyste rozwinęły już pewne zróżnicowanie w pewną linię komórkową. Jednak nadal mogą różnicować się we wszystkie inne komórki tej linii komórkowej.

Funkcja i zadanie

Zróżnicowanie biologiczne to jeden z najważniejszych procesów w rozwoju organizmów roślinnych, zwierzęcych czy ludzkich, w trakcie którego między innymi rozwijają się komórki ciała, które w kilku etapach coraz bardziej różnią się od zapłodnionej komórki jajowej.

Zapłodniona komórka jajowa jest pierwszą totipotencjalną komórką macierzystą, która początkowo podlega podziałowi na cztery równe komórki. Każda z tych czterech komórek może rozwinąć się w całkowicie identyczny genetycznie organizm. Po osiągnięciu stadium czterokomórkowego tworzy się blastocysta, która składa się z pluripotencjalnych embrionalnych komórek macierzystych. Te pluripotencjalne komórki macierzyste mogą rozwinąć się w trzy listki zarodkowe - ektodermę, endodermę i mezodermę w kolejnym etapie różnicowania, a tym samym stanowić punkt wyjścia dla wszystkich innych komórek ciała.

Jednak w przeciwieństwie do totipotencjalnych komórek macierzystych, utraciły one już zdolność do rozwijania się w genetycznie identyczne, niezależne organizmy.

Kolejne linie komórkowe wyłaniają się z trzech liścieni, które początkowo składają się z multipotencjalnych komórek macierzystych. Multipotencjalne komórki macierzyste są w stanie rozwinąć się we wszystkie typy komórek z odpowiedniej linii komórkowej. Komórki te nie mają już zdolności do przekształcania się we wszystkie inne komórki ciała, ponieważ osiągnęły już wyższy stopień zróżnicowania niż pluripotencjalne komórki macierzyste.

W organizmach zwierzęcych i ludzkich proces różnicowania jest związany z determinacją. Określenie oznacza ustanowienie raz podjętej specjalizacji, dzięki której dalszy rozwój linii komórkowych jest przekazywany drogą epigenetyczną. Oczywiście komórki, które zostały już wstępnie zróżnicowane, będą dalej różnicować się w komórki odpowiedniej linii komórkowej w ramach ich określania.

Chociaż cała informacja genetyczna każdej pojedynczej komórki jest identyczna, jest wywoływana w różny sposób w zależności od typu komórki poprzez ekspresję genów. Oznacza to między innymi, że na przykład w komórce wątroby dekodowana jest tylko informacja genetyczna dotycząca funkcji wątroby, podczas gdy wszystkie inne informacje pozostają nieprzeczytane.

Na zróżnicowanie mają wpływ różne czynniki zewnętrzne lub wewnętrzne. Ważną rolę odgrywają hormony i czynniki wzrostu. Kontakty komórki z sąsiednimi komórkami również określają kierunek różnicowania.

W pewnych warunkach może nastąpić transdeterminacja. Oznaczanie komórek zostało zmienione. Jest to szczególnie ważne w gojeniu się ran. Jeśli komórki są już wtedy zróżnicowane, tracą w tych przypadkach swoje różnicowanie i ponownie się różnicują. Jeśli jednak ten proces zostanie zakłócony, może wystąpić rak.

Zróżnicowanie jest niezbędne, aby organizm w ogóle funkcjonował jako jednolity system biologiczny.

Choroby i dolegliwości

W kontekście różnicowania komórek mogą jednak wystąpić zaburzenia, które mogą prowadzić do deformacji narządów podczas embriogenezy. Istnieje kilka chorób genetycznych z różnymi dysplazjami narządów. Oprócz wad rozwojowych narządów wewnętrznych wygląd zewnętrzny jest często dysharmonijny.

Jednak istnieją również niegenetyczne przyczyny wad rozwojowych narządów. Jednym z przykładów jest agenezja nerek przy braku płynu owodniowego. Ponieważ embrion ludzki może rozwijać się tylko w płynie owodniowym, brak miejsca w tym miejscu prowadzi do wadliwego różnicowania narządów, co wpływa również na inne narządy i tkanki.

Leki mogą również zakłócać proces różnicowania podczas embriogenezy. Dobrze znanym przykładem jest środek uspokajający Contergan, który doprowadził do uszkodzenia rozwoju płodu we wczesnej ciąży. Zostało to upublicznione w 1961 roku dzięki tak zwanemu Contergansandal.

Jednak może się również zdarzyć, że komórki już zróżnicowane ulegają odróżnicowaniu, a następnie rozmnażają się w niekontrolowany sposób. Taka jest sytuacja z rakiem. Im bardziej komórki uległy odróżnicowaniu, tym bardziej złośliwy jest guz. Jak już wspomniano, odróżnicowanie jest konieczne w niektórych przypadkach, gdy istnieje większa potrzeba wzrostu komórek. Dotyczy to między innymi gojenia się ran. Jednak w tych procesach po odróżnicowaniu następuje różnicowanie komórek. Jeśli jednak różnicowanie się nie powiedzie, rozwija się rak.

Mutacje somatyczne w komórkach mogą również wpływać na geny wpływające na różnicowanie. Dlatego prawdopodobieństwo zachorowania na raka zwiększa się w ciągu życia.