BUNĚČNÁ DIFERENCIACE: U ZVÍŘAT A ROSTLIN - BIOLOGIE - 2025

Diferenciaci buněk je postupné jev, kdy multipotenciální buněk organismů dosažení určité specifické vlastnosti. Vyskytuje se během procesu vývoje a jsou zřejmé fyzické a funkční změny. Koncepčně se diferenciace vyskytuje ve třech fázích: determinace, samotná diferenciace a zrání.

Tyto tři uvedené procesy probíhají v organismech nepřetržitě. V první fázi stanovení jsou multipotenciální buňky v embryu přiřazeny definovanému typu buněk; například nervová buňka nebo svalová buňka. V diferenciaci začnou buňky exprimovat vlastnosti linie.

Konečně zrání nastává v posledních fázích procesu, kde se získávají nové vlastnosti, které vedou ke vzniku charakteristik u zralých organismů.

Buněčná diferenciace je proces, který je velmi přísně a přesně regulován řadou signálů, které zahrnují hormony, vitamíny, specifické faktory a dokonce ionty. Tyto molekuly naznačují iniciaci signálních drah uvnitř buňky.

Mezi procesy buněčného dělení a diferenciace mohou nastat konflikty; proto vývoj dosáhne bodu, kdy musí proliferace přestat umožňovat diferenciaci.

Obecné vlastnosti

Proces buněčné diferenciace zahrnuje změnu tvaru, struktury a funkce buňky v dané linii. Navíc to znamená snížení všech potenciálních funkcí, které může mít buňka.

Tato změna je řízena klíčovými molekulami mezi těmito proteiny a specifickými messengerovými RNA. Buněčná diferenciace je produktem řízené a diferenciální exprese určitých genů.

Proces diferenciace nezahrnuje ztrátu počátečních genů; co se stane, je represi na určitých místech genetického aparátu v buňce, která prochází procesem vývoje. Buňka obsahuje asi 30 000 genů, ale exprimuje pouze asi 8 000 až 10 000.

Pro ilustraci předchozího tvrzení byl navržen následující experiment: jádro buňky, která se již odlišovala od těla obojživelníka - například buňka ze střevní sliznice - je odebrána a implantována do vajíčka žáby, jejíž jádro bylo předtím extrahováno.

Nové jádro obsahuje všechny informace potřebné k vytvoření nového organismu v perfektním stavu; to znamená, že buňky střevní sliznice neztratily žádné geny, když procházely procesem diferenciace.

Buněčná diferenciace u zvířat

Vývoj začíná oplodněním. Když se ve vývojových procesech embrya vyskytuje tvorba morula, buňky se považují za totipotentní, což naznačuje, že jsou schopné formovat celý organismus.

V průběhu času se morula stává blastula a buňky se nyní nazývají pluripotentní, protože mohou tvořit tkáně těla. Nemohou tvořit celý organismus, protože nejsou schopni vyvolat extra-embryonální tkáně.

Histologicky jsou základní tkáně organismu epitelové, pojivové, svalové a nervové.

Jak buňky postupují dále, jsou multipotentní, protože se diferencují na zralé a funkční buňky.

U zvířat - konkrétně u metazoanů - existuje společná cesta genetického vývoje, která sjednocuje ontogenezi skupiny díky řadě genů, které definují specifický vzorec tělesných struktur a řídí identitu segmentů v přední ose. zvířete.

Tyto geny kódují konkrétní proteiny, které sdílejí aminokyselinovou sekvenci vázající DNA (homeobox v genu, homodoména v proteinu).

Zapnutí a vypnutí genů

DNA může být modifikována chemickými látkami nebo buněčnými mechanismy, které ovlivňují - indukují nebo potlačují - expresi genů.

Existují dva typy chromatinu, klasifikované podle jejich exprese nebo ne: euchromatin a heterochromatin. První je volně organizovaný a jeho geny jsou exprimovány, druhý má kompaktní organizaci a zabraňuje přístupu k transkripčnímu stroji.

Bylo navrženo, že v procesech buněčné diferenciace jsou geny, které nejsou vyžadovány pro tuto konkrétní linii, umlčeny ve formě domén tvořených heterochromatinem.

Mechanismy, které produkují různé typy buněk

V mnohobuněčných organismech existuje řada mechanismů, které produkují různé typy buněk ve vývojových procesech, jako je například sekrece cytoplazmatických faktorů a buněčná komunikace.

Segregace cytoplazmatických faktorů zahrnuje nerovnoměrné oddělení prvků, jako jsou proteiny nebo messengerová RNA, v procesech buněčného dělení.

Na druhé straně buněčná komunikace mezi sousedními buňkami může stimulovat diferenciaci různých typů buněk.

K tomuto procesu dochází při tvorbě oftalmických váčků, když se setkávají s ektodermou cefalické oblasti a způsobují zahušťování, které tvoří čočkové destičky. Ty se ohýbají do vnitřní oblasti a tvoří čočku.

Model buněčné diferenciace: svalová tkáň

Jedním z nejlépe popsaných modelů v literatuře je vývoj svalové tkáně. Tato tkáň je složitá a skládá se z buněk s více jádry, jejichž funkcí je stahovat.

Mesenchymální buňky dávají vznik myogenním buňkám, které zase vytvářejí zralou tkáň kosterního svalstva.

Aby mohl tento proces diferenciace začít, musí být přítomny určité diferenciační faktory, které zabraňují fázi S buněčného cyklu a které působí jako stimulanty genů, které způsobují změnu.

Když tyto buňky obdrží signál, iniciuje transformaci směrem k myoblastům, které nemohou podstoupit procesy dělení buněk. Myoblasty exprimují geny související se svalovou kontrakcí, jako jsou například geny kódující aktin a myosinové proteiny.

Myoblasty se mohou navzájem spojit a vytvořit myotubu s více než jedním jádrem. V této fázi dochází k produkci dalších proteinů souvisejících s kontrakcí, jako je troponin a tropomyosin.

Když se jádra pohybují směrem k periferní části těchto struktur, považují se za svalové vlákno.

Jak je popsáno, tyto buňky mají proteiny související se svalovou kontrakcí, ale postrádají jiné proteiny, jako je keratin nebo hemoglobin.

Hlavní geny

Diferenciální exprese v genech je pod kontrolou „master genů“. Ty se nacházejí v jádru a aktivují transkripci jiných genů. Jak již název napovídá, jedná se o klíčové faktory, které jsou zodpovědné za řízení jiných genů pomocí řízení jejich funkcí.

V případě svalové diferenciace jsou specifické geny, které kódují každý z proteinů účastnících se svalové kontrakce, a hlavní geny jsou MyoD a Myf5.

Když chybí regulační master geny, nejsou exprimovány subaltern geny. Naopak, když je přítomen hlavní gen, je exprese cílových genů nucena.

Existují hlavní geny, které mimo jiné řídí diferenciaci neuronů, epiteliální, srdeční.

Buněčná diferenciace v rostlinách

Stejně jako u zvířat začíná vývoj rostlin tvorbou zygoty uvnitř semene. Když dojde k prvnímu dělení buněk, vzniknou dvě různé buňky.

Jednou z charakteristik vývoje rostlin je neustálý růst organismu díky nepřetržité přítomnosti buněk, které mají embryonální charakter. Tyto oblasti jsou známé jako meristemy a jsou orgány trvalého růstu.

Diferenciační cesty vedou ke vzniku tří tkáňových systémů přítomných v rostlinách: protodermy, která zahrnuje dermální tkáně, základní meristemy a prochange.

Prochange je zodpovědný za vytvoření vaskulární tkáně v rostlině, tvořené xylemem (transportér vody a rozpuštěných solí) a floemem (transportér cukrů a dalších molekul, jako jsou aminokyseliny).

Meristemy

Meristemy jsou umístěny na špičkách stonků a kořenů. Tyto buňky tedy diferencují a dávají vzniknout různým strukturám, které vytvářejí rostliny (mezi jinými listy, květy).

V určitém bodě vývoje dochází k buněčné diferenciaci struktur flóry a meristém se stává „květenstvím“, které zase tvoří květinové meristemy. Odtud pocházejí květinové kousky skládající se ze sepálů, okvětních lístků, tyčinek a carpelů.

Tyto buňky se vyznačují tím, že mají malou velikost, kvádrový tvar, tenkou, ale pružnou buněčnou stěnu a cytoplazmu s vysokou hustotou a množstvím ribozomů.

Role auxinů

Fytohormony hrají roli v jevech buněčné diferenciace, zejména auxinů.

Tento hormon ovlivňuje diferenciaci cévní tkáně ve stonku. Pokusy ukázaly, že aplikace auxinů na ránu vede k tvorbě cévní tkáně.

Podobně jsou auxiny spojeny se stimulací vývoje vaskulárních buněk cambia.

Rozdíly mezi zvířaty a rostlinami

Proces buněčné diferenciace a vývoje v rostlinách a zvířatech nedochází identicky.

U zvířat musí k pohybu buněk a tkání dojít, aby organismy získaly trojrozměrnou konformaci, která je charakterizuje. Kromě toho je u zvířat mnohem rozmanitost buněk.

Naproti tomu rostliny nemají období růstu pouze v raných fázích života jednotlivce; mohou se zvětšovat po celou dobu životnosti rostliny.

Reference

1. Campbell, NA, a Reece, JB (2007). Biologie. Panamerican Medical Ed.
2. Cediel, JF, Cárdenas, MH, & García, A. (2009). Histologický manuál: Základní tkáně. Univerzita Rosario.
3. Hall, JE (2015). Guyton a Hall učebnice lékařské fyziologické e-knihy. Elsevier Health Sciences.
4. Palomero, G. (2000). Poučení z embryologie. Univerzita v Oviedu.
5. Wolpert, L. (2009). Principy rozvoje. Panamerican Medical Ed.