В човешкото тяло са изолирани повече от 200 вида клетки, всяка от които има един и същ наследствен код. Всички те се развиват първо от едноклетъчен, а след това и многоклетъчен ембрион, който малко по-късно се раздели на три зародишни листа. От всяка негова част са се развили тъкани на тялото, където са разположени приблизително същия тип клетки. В същото време почти всички от тях се развиват от една и съща група предшественици. Този процес се нарича клетъчна диференциация. Това е локално адаптиране на клетката към реалните нужди на тялото, изпълнение на функциите, програмирани в нейния наследствен код.
Характеристика на клетки и тъкани
Соматичните клетки на тялото имат еднакъв хромозомен набор, независимо от функционалното предназначение. Те обаче се различават по фенотипа, което се обяснява с подготовката им за изпълнение на различни локални задачи вбиологични тъкани. Фенотипът е резултат от експресията на специфичен генетичен набор в специфична среда. И при различни условия клетките с един и същ генетичен материал се развиват по различен начин, имат различни морфологични характеристики и изпълняват специфични функции.
Високо развит организъм се нуждае от това за образуването на много тъкани, които изграждат неговите органи. В този случай тъканите се създават от хомогенна група предшественици на стъблото. Този процес се нарича клетъчна диференциация. Това е верига от събития, насочени към отглеждане на клетъчна популация според предварително определени критерии за растеж и развитие на биологичните тъкани на тялото. Той е в основата на растежа на един организъм и неговата многоклетъчна организация.
Същност на диференциацията
По отношение на молекулярната биология, клетъчната диференциация е процесът на активиране на някои части от хромозомите и дезактивиране на други. Тоест компактно опаковане или размотаване на участъци от хромозоми, което ги прави достъпни за четене на наследствена информация. В конюгирано състояние, когато гените са пакетирани в хетерохроматин, четенето е невъзможно, а в разширената форма желаните участъци от генетичния код стават достъпни за информационна РНК и последваща експресия. Това означава, че клетъчната диференциация е нестриктно регулирано типизиране на същия тип хроматинова опаковка.
Цитокини и месинджъри
В резултат на това група клетки се диференцира в идентичниусловия и имащи сходни морфологични характеристики, има деприрализация на идентични участъци от хромозоми. И в хода на излагане на междуклетъчни пратеници, локални регулатори на клетъчната диференциация, се активират желаните участъци от гени и настъпва тяхната експресия. И следователно клетките на биологичните тъкани произвеждат едни и същи вещества и изпълняват подобни функции, за които е предвиден този процес. От тази гледна точка клетъчната диференциация е насочен ефект на молекулярни фактори (цитокини) върху експресията на генетична информация.
Мембранни рецептори
Клетките от една и съща тъкан имат подобен набор от мембранни рецептори, чието присъствие се контролира от Т-убийците на имунната система. Загубата на клетъчен рецептор от желания тип или експресията на друг, непредназначен за дадена локализация поради риск от онкогенеза, причинява насочена клетъчна агресия срещу „нарушителя“. Резултатът ще бъде унищожаването на клетката, чието диференциране не е следвало правилата, предвидени от влиянието на междуклетъчните пратеници от специализирани регулатори.
Имунна диференциация
Имунните клетки имат специални рецепторни молекули, наречени диференциационни клъстери. Това са така наречените маркери, които могат да се използват за разбиране на условията, при които са се развили имуноцитите и за какви цели са предназначени. Те преминават през дълъг и сложен процес на диференциация, на всеки етап от който групи лимфоцити, които са развили недостатъчен брой рецептори, се елиминират и унищожават или при взаимодействието им сантитела, открити "несъответствие".
Клетъчни групи и тъкани
Повечето телесни клетки се делят на две по време на митотично възпроизвеждане. На подготвителния му етап генетичната информация се удвоява, след което се образуват две дъщерни клетки с подобен набор от гени. На копиране подлежат не само активни части на хромозомите, но и конюгирани. Следователно в тъканите диференцираните клетки след разделяне пораждат две нови дъщерни клетки, които имат генетичен материал, подобен на пълния соматичен набор от хромозоми. Те обаче не могат да се диференцират в други клетки, тъй като не могат да мигрират естествено към други условия на местообитание, тоест към други носители на диференциация.
Растеж на клетъчната популация
Непосредствено след разделянето на две дъщерни клетки, те получават специален набор от органели, които са наследили от майката. Тези най-малки функционални елементи вече са подготвени да изпълняват необходимите задачи в дадена биологична тъкан. Следователно дъщерната клетка трябва само да увеличи обема на кухините на ендоплазмения ретикулум и да увеличи размера.
Освен това, целта на клетъчното развитие е да се получи адекватно снабдяване с хранителни вещества и свързан кислород. За да направи това, в случай на кислороден или енергиен глад, той освобождава фактори на ангиогенеза в междуклетъчното пространство. По тези котви поникват нови капилярни съдове, които ще захранват групата.клетки.
Процесът на увеличаване на размера, получаване на адекватно снабдяване с кислород и енергийни субстрати и разширяване на вътреклетъчните органели с повишена скорост на производство на протеин се нарича клетъчен растеж. Той е в основата на растежа на многоклетъчен организъм и се регулира от множество фактори на пролиферация. В един момент, при достигане на максималния размер, по сигнал отвън или по стечение на обстоятелствата, израсналата клетка отново ще се раздели наполовина, увеличавайки допълнително размера на биологичната тъкан и на организма като цяло.
Мезодермална диференциация
Като ясна демонстрация на диференциацията на стволовите клетки и техните по-развити "потомци", трябва да разгледаме трансформацията на мезодермалния зародишен слой на човешкото тяло. От мезодермата - група от стволови клетки със същата структура и развиващи се в присъствието на фактори на диференциация, произхождат такива клетъчни популации като нефротом, сомит, спланхнотом, спланхнотомален мезенхим и парамезонефрен канал.
От всяка такава популация ще произлизат междинни форми на диференциация, които по-късно ще дадат началото на клетките на възрастен организъм. По-специално, от сомита се развиват три клетъчни групи: миотом, дерматом и склеротом. Миотомните клетки ще породят мускулни клетки, склеротом - хрущял и кост, и дерматом - съединителна тъкан на кожата.
Нефротомът поражда епитела на бъбреците и семепровода, а епителът на матката ще се диференцира от парамезонефралния каналтръби и матка. Фенотипът на спланхнотомните клетки ще бъде подготвен чрез фактори на диференциация за трансформацията им в мезотелиум (плевра, перикард и перитонеум), миокард, надбъбречна кора. Мезенхимът на спланхнотома е изходният материал за развитието на клетъчни популации от кръв, съединителна и гладка мускулна тъкан, кръвоносни съдове и микроглиални клетки.
Растежът на клетките в тези популации, тяхното многократно делене и диференциация е основата за поддържане на жизнеспособността на многоклетъчния организъм. Този процес се нарича още хистогенеза - развитието на тъкани от клетъчни предшественици в резултат на тяхната диференциация и трансформация на фенотипа в съответствие с влиянието на извънклетъчни фактори, които регулират тяхното развитие.
Диференциране на растителни клетки
Функциите на растителната клетка зависят от тяхното местоположение, както и от наличието на модулатори и супресори на растежа. Ембрионът на растението в състава на семената няма вегетативни и зародишни зони и следователно, след поникване, той трябва да ги развие, което е необходимо за размножаване и растеж. И докато не дойде благоприятното време за поникването му, то ще остане в латентно състояние.
От момента, в който бъде получен сигналът за растеж, функциите на растителните клетки ще започнат да се реализират заедно с увеличаване на размера. Клетъчните популации, заложени в ембриона, ще преминат през фаза на диференциация и ще се трансформират в транспортни пътища, вегетативни части, зародишни структури.
