Процесс созревания специализации клетки называется: как называют процесс созревания и специализации клеток

Содержание

Технология PhytoCellTech и стволовые клетки растений в косметологии — Tomodachi

PhytoCellTech — это запатентованная фито-клеточная технология культивирования стволовых клеток из растений. Наибольшее распространение в косметологии получила технология выделения стволовых клеток из яблони, чаще всего используется швейцарский сорт Uttwiler Spätlauber. 

На вкус плоды у этой яблони очень горькие, есть их невозможно, но количество стволовых клеток в плодах — очень высокое, благодаря чему они могут храниться до полугода не теряя свежести. Яблоко было пионером, сейчас растительные стволовые клетки извлекают также из альпийской розы, винограда, риса, эхинацеи, гардении, тысячелистника, белой лилии, арганы и этот список постоянно пополняется. Косметику с растительными стволовыми клетками запустили в производство крупнейшие мировые бренды, славящиеся технологичным подходом.

Стволовые клетки

Любая стволовая клетка — это клетка-донор, которая готова быстро дозреть и превратиться в клетку нужного типа, то есть изначально у нее нет четкой специализации.

Стволовая клетка находит для себя ответ на вопрос «кто я?» в процессе созревания, и таким образом превращается из стволовой в дифференцированную. Дифференцированная клетка человека уже точно знает кем она является и передумать, превратившись снова в стволовую, не может. Именно стволовые клетки участвуют в ремонте поврежденной живой ткани, и как раз благодаря им, например, морская звезда может полностью вырастить новый лучик взамен утраченного, а ящерица — хвост.

У стволовых клеток есть такая характеристика, как тотипотентность, то есть способность клетки путём деления дать начало любому другому типу клетки организма. 

Другими словами из тотипотентной стволовой клетки могут развиться любые клетки — кожные, кровяные, нервные и т.д, таким образом из одной единственной клетки может вырасти целый живой организм. 

У человека тотипотентными являются только эмбриональные стволовые клетки, а у растений — вообще все стволовые клетки. При этом у растений даже дифференцированные клетки могут при определенных условиях потерять специализацию и снова стать стволовыми, такие клетки называют каллус.  

Благодаря тому что все стволовые клетки растений тотипотентны, можно срезать часть растения, пересадить его в землю и вырастет совершенно полноценное второе растение. В этом состоит основное отличие стволовых клеток растений и человека.

Принципы коммуникации стволовых клеток

Стволовые клетки активно общаются между собой, а также с другими, дифференцированными, клетками, но это конечно не речь, и не телепатический сигнал — их общение имеет химическую природу. Стволовые клетки выделяют сигналы, называемые цитокинами, которые представляют из себя небольшие пептидные информационные молекулы, то есть по сути имеют белковую природу. Цитокин выходит на поверхность клетки и взаимодействует с рецептором находящейся рядом клетки, запуская в ней дальнейшие реакции.

В настоящее время известно более 30 видов цитокинов, и часть из них является факторами роста. Таким образом, факторы роста — это белковые молекулы, помогающие стволовым клеткам обмениваться информацией связанной с ростом, размножением и выживанием клеток, и поддерживать здоровое состояние и функционирование всех органов и тканей.

Важно понимать, что стволовые клетки человека и стволовые клетки растений не говорят на одном химическом языке. Если взять растительные стволовые клетки и поместить их на кожу человека, с целью вызвать рост или регенерацию новых клеток кожи, из этой затеи ничего не выйдет. У этих двух видов стволовых клеток разные типы прохождения химических реакций и они просто не смогут понять сигналы друг друга.

Но как тогда все это работает?

В любом случае, целые клетки, пусть даже и стволовые, никак не смогут проникнуть в кожу, они слишком большие, чтобы преодолеть ее защитный барьер. Поэтому производитель собирает и культивирует стволовые клетки, в дальнейшем они разрушаются, а их сигналы-цитокины, большей частью — факторы роста, сохраняются, инкапсулируются в фосфолипид и в таком виде могут быть добавлены в продукт.

Когда косметические компании выводят на рынок продукт с растительными стволовыми клетками на самом деле это означает, что продукт содержит факторы роста и сигнальные молекулы, которые были извлечены из стволовых клеток, а не сами стволовые клетки. Возможно, производители пользуются такой уловкой так как понятие «стволовые клетки» более близко, понятно и раскручено, чем таинственное понятие «фактор роста», когда не только потенциальные покупатели косметики, но и многие косметологи не слишком хорошо понимают, что это за факторы и что они растят.

Так каковы же преимущества стволовых клеток растений?

Стволовые клетки, или как мы теперь знаем их, выделенные из них пептидные «сигналы», как ингредиент в составе косметики обладают следующими преимуществами:

✔ Обеспечивают антиоксидантную защиту, предотвращая окислительный стресс, ведущий к старению,

✔ Защищают кожу от фотостарения, нейтрализуя вредное воздействие УФ-лучей,

✔ Обладают противовоспалительным эффектом,

✔ Обеспечивают стимуляцию биохимических процессов, увеличивая объем синтеза коллагена, в том числе III типа, который вырабатывается только в молодости и обеспечивает коже эластичность.

✔ Увеличивают продолжительность жизни клеток кожи,

✔ При введении в состав уходовой косметики для волос замедляют старение волосяных фолликулов, они дольше сохраняют свою активность, позволяя волосам оставаться густыми и сияющими.

Кому подходит косметика с растительными стволовыми клетками?

В заключение, относительно применения косметики, содержащей стволовые клетки/факторы роста, можно сказать следующее.

Во-первых, до 25 лет в нашей коже достаточно собственных факторов роста, поэтому не рекомендуется применять такую косметику до этого возраста. Космецевтику с факторами роста нужно использовать только когда появятся признаки старения кожи: мимические морщины, возрастная сухость, потеря тонуса и т. п.

Во-вторых, нет необходимости использовать средства с факторами роста ежедневно. Предпочтительно применять 1-2 раза в неделю маски, но не кремы или концентраты для ежедневного ухода. Если вы все же решили пройти активный курс, то его продолжительность не должна превышать 1-1,5 месяца, после чего следует сделать перерыв на 3-5 месяцев.

Эффективность стволовых клеток, как и факторов роста, в косметологии находится в настоящий момент в процессе активного изучения, и возможно скоро будет сделать настоящий научный прорыв.

А пока, если вы хотите использовать косметику с компонентами с более широкой доказательной базой, то, возможно, для ежедневного применения следует обратить свое внимание на такие ингредиенты в составе, как пептиды, ретиноиды, aha-кислоты и антиоксиданты. 

Тестостерон: вопросы и ответы

Что такое гормоны и где они вырабатываются?

Гормоны — это вещества, которые вырабатываются в организме в специальных железах в очень маленьких количествах, но оказывают значительное влияние на работу и взаимодействие всех органов. Без их участия не обходится ни один биологический процесс.

Тестостерон — гормон, который вырабатывается в яичках, в особых клетках Лейдига. В яичках также происходит образование спермы в клетках другого типа — клетках Сертоли. Слаженная работа этих двух видов клеток обеспечивает нормальную сексуальную и репродуктивную функцию у мужчины.

Процесс образования тестостерона (как и других гормонов) находится под контролем центральной нервной системы, а именно гипофиза — органа размером с горошину, но роль которого огромна — он является своеобразным дирижером гормонального оркестра всего организма. Выработку тестостерона регулирует так называемый лютеинизирующий гормон (врачи называют его просто — ЛГ).

Какое действие оказывает тестостерон на организм мужчины?

Мужчина еще не родился, а на седьмой неделе его пребывания в утробе матери уже формируются мужские половые железы — семенники. Еще две недели — и семенники начинают производить тестостерон. Во время переходного периода (13-17 лет) у мальчика секреция тестостерона резко возрастает, и он постепенно превращается в мужчину. Как это происходит?

Во-первых, под действием тестостерона происходит нормальное развитие половых органов мужчины — полового члена, яичек, предстательной железы (что, собственно, и отличает его от женщины) а также появление так называемых вторичных половых признаков — рост волос на лице и теле, характерное оволосение лобковой области.

Строение тела: Тестостерон способствует образованию белка в тканях организма, прежде всего в мышцах, рост и развитие силы которых пропорционален количеству тестостерона (вспомните о спортсменах, которые принимают «анаболики», чтобы иметь развитую мускулатуру). Тестостерон участвует в нормальном распределении жира в организме.

Кроме того, этот гормон влияет на образование и нормальное созревание костной ткани, благодаря тестостерону вовремя закрываются зоны роста костей. Состояние кожи также напрямую связано с тестостероном, поскольку под его действием функционируют сальные железы. Таким образом, внешний облик мужчины целиком и полностью зависит от количества тестостерона.

Более низкий тембр голоса у мужчины — тоже результат работы тестостерона — именно при его участии утолщаются голосовые связки в период полового созревания.

Другая чрезвычайно важная функция тестостерона — влияние на половую активность и сексуальное поведение. Тестостерон воздействует на определенные участки головного мозга, приводя к появлению полового влечения (либидо), причем не только у мужчин, но и у женщин.

Нормальная эрекция также обеспечивается при активном участии тестостерона: доказано, что под его действием происходит полноценное расслабление кавернозных тел, тестостерон способствует нормальному кровенаполнению сосудов полового члена.

Несомненно, сексуальная функция и физическое развитие определяют самочувствие и мироощущение мужчины. Однако, роль тестостерона этим не ограничивается. В самом деле, нет ни одной системы органов, на которую в той или иной степени не влиял бы тестостерон.

Сердечно-сосудистая система:

  • способствует расширению коронарных сосудов
  • замедляет процесс атеросклероза
  • препятствует развитию гипертрофии сердца при артериальной гипертонии
  • уменьшает симптомы ишемической болезни сердца

Мочевыделительная система:

  • состояние предстательной железы

Кроветворение: тестостерон влияет на созревание эритроцитов (красных кровяных клеток) в костном мозге.

Центральная нервная система: Тестостерон влияет на следующие процессы:

  • внимание, память и скорость мышления
  • настроение (большое количество тестостерона способствует агрессивному поведению, низкое — наоборот, вызывает подавленность)
  • ориентация в пространстве
  • выраженное антидепрессивное действие

Таким образом, тестостерон — «это то, что действительно отличает мужчин и женщин, тестостерон буквально формирует нашу способность к творчеству, интеллект, образ мыслей, энергию, желание разбираться в различных вещах. Он оказывает влияние и контролирует не только тот потенциал, которым мы обладаем, но и также пользу, которую мы из него извлекаем. Он управляет нашим сексуальным и коммуникативным поведением» (Анна Муар «Мозг полов»).

Как проявляется недостаточность тестостерона?

Выше описаны эффекты тестостерона на организм, соответственно дефицит может проявляться различными симптомами, наиболее распространенными являются:

  • депрессия
  • снижение концентрации
  • утомляемость
  • снижение мышечной массы и силы
  • снижение сексуального влечения
  • эректильная дисфункция — проблемы с развитием и удержанием эрекции
  • бесплодие, обусловленное уменьшением числа сперматозоидов
  • остеопороз (причина хрупкости костей)
  • приливы
  • уменьшение размеров и мягкая консистенция яичек
  • анемия (низкий уровень эритроцитов)
  • уменьшение размеров предстательной железы

Почему в зрелом возрасте у мужчины уровень тестостерона может быть сниженным?

Как было установлено, уровень тестостерона у мужчин примерно с 30-летнего возраста начинает постепенно снижаться, каждый год на 1-2%. В результате, к 50-55 годам (а в ряде случаев и раньше) содержание тестостерона может составлять лишь около 1/2 от его количества в молодом возрасте. Кроме того, с возрастом возрастает количество особого белка в крови — связывающего половые гормоны, что также приводит к уменьшению биологически активного тестостерона. Развивается состояние, которое называется возрастной гипогонадизм.

Количество тестостерона в зрелом и пожилом возрасте также зависит от генетических (врожденных) факторов, таких, например, как чувствительность тканей организма к действию тестостерона.

Немаловажное значение на уровень тестостерона оказывают различные заболевания внутренних органов.

Какие заболевания могут приводить к дефициту тестостерона?

Помимо физиологических факторов, к гипогонадизму могут приводить острые и хронические заболевания, прием медикаментов, что в итоге усиливает связанное с возрастом снижение уровня тестостерона.

Среди заболеваний внутренних органов низкий уровень тестостерона могут обуславливать:

  • хроническая обструктивная болезнь легких, бронхиальная астма
  • ишемическая болезнь сердца
  • артериальная гипертония
  • сахарный диабет
  • ожирение
  • цирроз печени
  • хронический алкоголизм

Как влияют лекарства на тестостерон и половую функцию?

Лекарственные препараты, принимаемые при различных заболеваниях, могут негативно влиять на содержание тестостерона в крови. Поэтому самостоятельный прием медикаментов недопустим, только врач может назначить Вам лечение с учетом возможных неблагоприятных эффектов на сексуальную функцию.

Какие же это лекарства:

1. использующие при повышенном артериальном давлении:

  • метилдофа
  • клофелин
  • резерпин
  • β-адреноблокаторы (атенолол, анаприлин)
  • празозин

2. мочегонные:

  • верошпирон
  • гипотазид
  •  хлорталидон

3. влияющие на сердце:

  • дигоксин
  • верапамил
  • антиаритмические препараты

4. влияющие на центральную нервную систему:

  • антидепрессанты
  • снотворные
  • амфетамины

5. влияющие на желудочно-кишечный тракт:

  • церукал
  • ранитидин

Как определяется уровень тестостерона?

Чтобы узнать, какой у Вас тестостерон, нужно сдать анализ крови в утреннее время (желательно в интервале с 7 до 11 часов), поскольку именно утром содержание тестостерона в крови максимальное. Кроме того, необходимы и другие специальные анализы — определение уровня ЛГ, белка, связывающего половые гормоны, а также ряд других тестов, которые по результатам осмотра назначит врач.

В то же время, недостаточность тестостерона можно заподозрить по клиническим симптомам. Для этого разработано несколько специальных опросников и шкал. Ответив на несколько вопросов, Вы можете предположить, снижен тестостерон или нет.

Шкала оценки уровня андрогенов

1. Вы отмечаете снижение полового влечения (снижение удовольствия от секса, отсутствие желания сексуальных контактов)?
2. Вы стали менее энергичным?
3. Вы отметили уменьшение физической вилы и выностивости?
4. У Вас снизился рост?
5. Вы отметили снижение «удовольствия от жизни» (ощущение, что жизненный пик пройден)?
6. Вы стали грустным и/или раздражительным?
7. Вы отмечаете снижение качества эрекций?
8. Вы заметили недавнее ухудшение в Вашей способности участвовать в спортивных состязаниях?
9. Вы засыпаете после обеда?
10. У Вас снизилась работоспособность?

Дефицит тестостерона возможен при положительном ответе на вопросы 1,7 или любые три другие вопроса.

Можно ли повысить уровень тестостерона, если он снижен?

Можно и нужно. Для этого существует ряд лекарственных препаратов, при помощи которых осуществляется так называемая ЗАМЕСТИТЕЛЬНАЯ ГОРМОНАЛЬНАЯ ТЕРАПИЯ (ЗГТ). ЗГТ тестостероном способствует нормализации его уровня в крови и исчезновению симптомов его дефицита.

Конкретный препарат, схему лечения Вам назначит врач с учетом показаний и возможных противопоказаний. Поговорите со специалистом!

НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина

Вот уже почти 70 лет Онкоцентр – это уникальный симбиоз науки и клинической практики, мультидисциплинарный подход к лечению онкологических больных, хирургическая школа, известная далеко за пределами России. Здесь изучаются и совершенствуются морфологические, иммунологические и генетические методы диагностики.

Специалисты Блохина – авторы клинических рекомендаций по онкологии.

Ежегодно в Онкоцентре противоопухолевое лечение проходят более 35 тысяч пациентов всех возрастов. Еще почти 6 000 граждан России получают помощь дистанционно – посредством телемедицинских консультаций.

Онкоцентр – это:
  • Комбинированное лечение пациентов
  • Собственное производство химио- и радиофармацевтических препаратов
  • Собственные методы иммунотерапии опухолей
  • Передовые технологии реабилитации онкопациентов
  • «Центры компетенций» по различным нозологиям, в том числе первый в России центр компетенций по лечению пациентов с опухолями без выявленного первичного очага
  • Собственное отделение переливания крови, доноры которого снабжают кровью и ее компонентами исключительно пациентов Онкоцентра
  • Первый и единственный онкологический центр, имеющий в своем составе специализированное отделение реабилитации для онкопациентов
  • Крупнейшая педагогическая школа в области онкологии в России

На протяжении многих лет Онкоцентр является членом Международного Противоракового Союза (UICC) при Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) и членом Ассоциации Европейских Онкологических Институтов (OECI) в Женеве.

В 2019 году НИИ детской онкологии и гематологии НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина стал полноправным членом ведущей мировой организации, которая объединяет трансплантационные центры Европы и мира — Европейской группы по трансплантации крови и костного мозга (EBMT).

НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина:

  • Онкологическая помощь мирового уровня, доступная каждому
  • Инновации в онкологии
  • Уникальный опыт для коллег

Клеточная дифференцировка – обзор

86.5 Как количественно оценить клеточный статус во время перепрограммирования родословной

Клеточная дифференцировка и перепрограммирование – это процессы, строго контролируемые активацией и подавлением определенных подмножеств генов. Знания об этих сетях могут быть интегрированы в сети правил. 26 В общем, моделирование этих регуляторных сетей может позволить описать биологические процессы, такие как переходы между состояниями сети и клеточное перепрограммирование. В связи с этим в нескольких работах описано, что можно моделировать переходы между устойчивыми стационарными состояниями, также называемые аттракторами сетевой модели. Этот подход охватывает предсказание коктейлей TF, позволяющих перепрограммировать клетки. 27 В целом эта методология работает в условиях, когда специфические клеточные сети хорошо известны, но все еще имеют важные ограничения (т. е., поскольку состояния клеток представлены в виртуальном контексте (пространстве) экспрессии генов, наборы генов из единой регуляторной сети может быть большим, что влияет на окончательные результаты). 3

В последние годы стало очевидным, что помимо транскрипционной сети, управляющей плюрипотентным состоянием, дифференцировкой и/или репрограммированием, значительный вклад вносит эпигеном. 28–31 В связи с этим недавние открытия молекулярных механизмов, управляющих соматическим перепрограммированием, выявили существование двух различных волн генной активности, которые не зависят от того, анализировались ли отдельные клетки или целые популяции на начальных этапах перепрограммирования. 25,32 Во время ранней фазы репрограммирования (до 3 дней) эпигенетическое ремоделирование, по-видимому, является движущей силой основных событий на этих стадиях, предполагая, что репрограммирующие TF действуют как пионерные TF. Сходным образом, прямая конверсия клонов также инициируется группой пионерских TF, которые могут активировать гены-мишени в репрессированном состоянии хроматина. 33,34 Вместе с ремоделированием хроматина в первой волне молекулярных событий изменения транскриптома приводят к подавлению маркеров, характерных для исходной клеточной популяции, вместе с изменением генов, управляющих мезенхимально-эпителиальным переходом, пролиферацией и метаболическим переключением (все эти изменения, по-видимому, происходят во время перепрограммирования, но не ограничиваются клетками, предназначенными для превращения в ИПСК). 25,35,36 Аналогичным образом, на ранней стадии прямой конверсии клонов пионерские TF могут быстро подавлять многие гены, характерные для донорского типа клеток, еще до того, как будет активирована целевая программа. 37–39 С 9-го по 12-й день происходит вторая большая волна событий, приводящая к перезагрузке всего метилома вместе с повышающей регуляцией экспрессии генов, связанных с установлением и поддержанием плюрипотентности. 30 Таким образом, начиная со второй волны, перепрограммирование могло происходить в отсутствие экзогенных факторов перепрограммирования.В соответствии с этими выводами количественный протеомный анализ в ходе репрограммирования выявил двухэтапную перезагрузку протеома в течение первых 3 дней и последних 3 дней процесса. 31,40 Интересно, что белки, связанные с организацией хроматина, сильно индуцировались на ранних стадиях процесса. 31 Верно также и то, что при прямой конверсии клонов индукция и поддержание эндогенных транскрипционных сетей не зависит от конститутивной экспрессии пионерных ТФ, что указывает на участие посттранскрипционной регуляции, такой как опосредованная микроРНК деградация или посттрансляционная модификация ТФ внутри сети. 41 В совокупности различные данные указывают на то, что репрограммирование наследственности характеризуется двумя волнами сброса транскриптома и протеома. 31

Альтернативой изучению динамики репрограммирования клонов на уровне генной сети является изучение клеток на уровне популяции. В связи с этим недавние результаты с использованием высокопроизводительного профилирования экспрессии генов в одиночных клетках выявили удивительную степень межклеточной изменчивости внутри явно функционально однородных популяций ПСХ, как описано MacArthur et al. 42 Эти различия приводят к состоянию «динамического равновесия», в котором отдельные клетки стохастически переходят между различными метастабильными состояниями, но общая структура популяции остается стабильной. 43 Поскольку отдельные клетки взаимопревращаются между различными метастабильными состояниями, эта экстраординарная динамическая изменчивость может придать популяциям стволовых клеток поразительную устойчивость к возмущениям. 42

В этом отношении иПСК демонстрируют высокую степень изменчивости при сравнении клонов из одной и той же исходной клетки, даже на уровне отдельных клеток. 42,44 Одно из объяснений этой изменчивости может быть связано с приобретением мутаций или различий в эпигенетических признаках, но все же причины популяционных различий остаются неясными. Как указывали ранее Лян и Чжан, 45 эпигенетические и генетические аберрации, приводящие к межклоновой изменчивости с точки зрения экспрессии генов, могут возникать в результате двух разных явлений. Во-первых, приобретение таких аномалий может дать растущие преимущества и привести к выбору специфических эпигенетических и генетических сигнатур подобно моделям прогрессирования рака (PNAS). 3 Во-вторых, гетерогенность исходной популяции соматических клеток может присутствовать в окончательном установленном клоне иПСК (PNAS). 3 Хотя эти проблемы могут объяснить изменчивость клональных колоний иПСК, факторы, определяющие внутриклоновую изменчивость на уровне отдельных клеток, остаются нерешенными.

В конце концов, понимание того, представляет ли плюрипотентность дискретную клеточную идентичность или динамическое функциональное метасостояние, определит, являются ли математические модели генной сети более подходящими, чем исследования на уровне популяции, при моделировании перепрограммирования.Следует отметить, и в согласии с тем фактом, что плюрипотентность может представлять собой функциональное состояние, мы и др. продемонстрировали, что возможно перепрограммирование соматических клеток (фибробластов) в iPSCs путем замены факторов Yamanaka факторами, специфичными для клона. 46,47 Наша работа впервые продемонстрировала, что OCT4, который считается незаменимым для репрограммирования соматических клеток, может быть заменен TF, связанными со спецификацией мезоэнтодермального клона, подчеркивая плюрипотентность как функциональное состояние, а не дискретное клеточное состояние.В целом, эти результаты продемонстрировали, что можно установить точно настроенное равновесие путем противодействия силам дифференцировки, ведущим к генерации ИПСК. Таким образом, и если идентичность макросостояний iPSCs верна, это создаст проблему для представления плюрипотентных состояний в ландшафте экспрессии генов.

Дифференцировка клеток – процесс и этапы, спецификация/определение

Процесс и этапы, спецификация/определение

Дифференцировку клеток можно просто описать как процесс, посредством которого молодая и незрелая клетка эволюционирует в специализированную клетки, достигая своей зрелой формы и функции.Для таких одноклеточных организмов подобно бактериям, в одной клетке происходят различные жизненные функции.

То есть такие такие процессы, как транспортировка молекул, обмен веществ и размножение — все это занимает помещают в одну клетку, учитывая, что они одноклеточные. Однако, многоклеточным организмам для осуществления этих процессов требуются разные типы клеток. быть возможным.

Здесь разные типы клеток играют определенную функцию, поскольку они имеют различную структуру. Например, в то время как нервные клетки играют решающую роль в передаче сигналов к различным частям тела, клетки крови играют важную роль в доставке кислорода к различным частям тела.

Различия в структуре и функциях между клетками означают, что они являются специализированными клетками. Чтобы иметь возможность выполнять различные функции, клетки должны стать специализированными. Это становится возможным благодаря процессу, называемому клеточной специализацией.


Процесс и этапы дифференцировки клеток

Клетка, способная дифференцироваться в любой тип клетки называется тотипотентной. Для млекопитающих тотипотент включает зигота и продукты первых клеточных делений.Есть также определенные типы клеток, которые могут дифференцироваться во многие типы клеток. Эти клетки известны как «плюрипотентные» или стволовые клетки у животных (меристемические клетки в высшие растения).

Хотя этот тип клеток может делиться, чтобы произвести новые дифференцированных поколений, они сохраняют способность делиться и поддерживать популяции стволовых клеток, что делает их одними из самых важных клеток.

Примеры штока и клетки-предшественники включают:

 

Гематопоэтические стволовые клетки — Они из кости костный мозг и участвуют в производстве красных и белых кровяных клеток, а также как тромбоциты.

Мезенхимальные стволовые клетки — Также из кости костный мозг, эти клетки участвуют в производстве жировых клеток, стромальных клеток а также данный тип костной клетки.

Эпителиальные стволовые клетки — Это клетки-предшественники клетки и участвуют в производстве определенных клеток кожи.

Мышечные сателлитные клетки — Это предшественники клетки, входящие в состав дифференцированной мышечной ткани.

Процесс дифференцировки клеток начинается с оплодотворение женской яйцеклетки.Как только яйцеклетка оплодотворяется, клетка начинается размножение, в результате чего образуется шар из клеток известный как бластоциста. Именно эта сфера клеток прикрепляется к матке. стенки и продолжает дифференцироваться.

По мере дифференциации бластоцисты делится и специализируется на формировании зиготы, которая прикрепляется к матке для питательные вещества. По мере того, как он продолжает размножаться и увеличиваться в размерах, Процесс дифференцировки приводит к образованию различных органов.


ДНК и дифференцировка клеток

После оплодотворения женской яйцеклетки клетки, образующиеся после клеточного деления, содержат идентичную ДНК.Это ДНК во всех клетках будет идентичной. Однако разные регионы одного код хромосомы (ДНК намотана на хромосому) для различных функций и тип клетки. Здесь только регионы необходимы для выполнения заданного функции, выраженные в каждой клетке.

Области (гены), которые выраженные определяют тип ячейки, которая будет создана. В то время как разные типы клеток, которые образуются, содержат одну и ту же ДНК, это экспрессия различные гены, что приводит к различным типам клеток.Это значит, что не все гены экспрессируются во время дифференцировки.

 

Экспрессия генов – это процесс, посредством которого информация от данного гена используется для развития структур конкретных клетки.


Спецификация и определение

В процессе дифференцировки клетки постепенно становятся приверженными к развитию в данный тип клеток. Здесь состояние обязательства может быть описано как «спецификация», представляющая обратимый тип обязательства или «решимости», представляющий необратимое обязательство.

Хотя эти два символа представляют собой дифференциальную активность генов, свойства клеток на этой стадии совершенно не сходны со свойствами полностью дифференцированные клетки. Например, в состоянии спецификации ячейки не стабильна в течение длительного периода времени.

Есть два механизма, которые вызывают измененные обязательства в различных областях раннего эмбриона.

Эти включают:

 

Цитоплазматическая локализация — Это происходит во время самая ранняя стадия развития эмбриона.Здесь зародыш делится без роста и подвергается дроблению, в результате которого образуются бластомеры (отдельные клетки). Каждый этих клеток наследуют данный участок цитоплазмы исходной клетки которые могут содержать цитоплазматические детерминанты (реураторные вещества).

Как только эмбрион превращается в морулу (твердую массу бластомеров), состоящую из двух или более по-разному коммитированные клеточные популяции. Цитоплазматические детерминанты могут содержат мРНК или белок заданного состояния активации, которые влияют на специфические разработка.

 

Индукция — Индукция, a вещество, выделяемое одной группой клеток, вызывает изменения в развитии другая группа. На раннем этапе развития индукция имеет тенденцию быть поучительной. эта ткань принимает заданное состояние фиксации в присутствии сигнала.

При индукции индуктивные сигналы также вызывают различные реакции при различных концентрациях что приводит к образованию последовательности групп клеток, каждая из которых находится в другое состояние спецификации.

 

Во время заключительной фазы дифференцировки клеток происходит образование нескольких типов дифференцированных клеток из одной популяции стволовых клеток-предшественников. Здесь терминальная дифференцировка происходит как в эмбриональном развитии, а также в тканях в постнатальной жизни.

Управление процессом во многом зависит от системы латерального торможения. То есть клетки, дифференцирующиеся по заданному пути, посылают сигналы, которые подавляют аналогичную дифференцировку соседними клетками.Хороший пример это связано с развивающейся ЦНС позвоночных (центральная нервная система).

В этой системы нейроны клетки из трубки нейропителия обладают поверхностью рецептор, известный как Notch, и молекула клеточной поверхности, известная как Delta, которая может привязать к Notch соседних ячеек и активировать их.

Этот результат активации в каскаде внутриклеточных событий, которые в конечном итоге приводят к подавлению Производство дельты, а также подавление дифференцировки нейронов.Как В результате нейропителий в конечном итоге генерирует лишь несколько клеток с высокой экспрессией. дельта окружена большим количеством клеток с низкой экспрессией дельты.


Дифференцировка клеток Значение

Как упоминалось ранее, дифференцировка клеток процесс, посредством которого родовая клетка эволюционирует в данный тип клетки и, в конечном счете, позволяет зиготе постепенно эволюционировать в многоклеточный взрослый организм.

Дифференцировка клеток — важный процесс посредством которого постепенно развивается отдельная клетка, допуская развитие, которое не приводит только к формированию различных органов и тканей, но и к полному функциональное животное.

Играя важную роль в эмбриональном развитии, процесс дифференцировки клеток также очень важен, когда речь идет о сложных организмов на протяжении всей их жизни. Это из-за тот факт, что он вызывает изменения в размере, форме, метаболической активности, а также сигнальная чувствительность клеток.

При дифференцировке клеток особое значение имеет экспрессия генов важно, учитывая, что существуют жизненно важные системы контроля, которые обеспечивают только определенную дифференциацию. Здесь процесс оказывается полезным, контролируя определенные виды деятельности, обеспечивающие нормальное функционирование как тканей, так и органов, но также полноценное функциональное животное.

 

Знание дифференцировки клеток также повлияло на исследования стволовых клеток. Сегодня ученые и исследователи работают над определить наилучший способ использования стволовых клеток для целей регенерация и восстановление клеточных повреждений.

Как упоминалось ранее, стволовые клетки важно тем, что они могут развиваться в любой тип клеток. Это делает их очень особенны тем, что их можно дифференцировать и использовать для данного лечения целей. Хорошим примером этого являются клетки пожилых людей.

В старше лет многие клетки изнашиваются. В результате они теряют свою способность делиться или восстанавливать себя.

Стволовые клетки могут продолжать дифференцируясь в ряд специализированных клеток для обновления и восстановления ткань под вопросом. Теоретически предполагается, что нет предела типы заболеваний, которые можно лечить с помощью терапии стволовыми клетками. Исследование все еще продолжается, чтобы гарантировать, что этот тип лечения является одновременно безопасным и эффективный.


Первичные факторы, влияющие на дифференцировку клеток

Структура гена — Это самый важный фактор при приходит к дифференцировке клеток. Каждый из жизнеспособных генов содержит важные информация, которая определяет тип клеток и физические признаки животного (хозяин). Любая проблема в генетическом материале в конечном итоге влияет на клетки. дифференцировка и развитие хозяина.

 

Факторы окружающей среды — Различные факторы окружающей среды факторы, такие как изменения температуры и подачи кислорода и т. д., могут повлиять на высвобождение и выработка гормонов, учитывая, что в передача информации, а также запуск гормонов.Если эти воздействуют на молекулы, затем происходит дифференцировка и развитие клеток. затронутый.


Здесь вы можете узнать больше о культуре клеток, делении клеток, пролиферации клеток и окрашивании клеток, а также окрашивании по Граму.

Ознакомьтесь с информацией о клеточной теории.

Почему адгезия клеток важна?

Взгляните на различные типы органелл в клетке

И более сложные:  Цитохимия

Взгляните на главную страницу лейкоцитов и тромбоциты

Интересные и родственные статьи:

Окрашиватель эндоспор

Окраситель капсул

Вернуться к дополнительным сведениям о стволовых клетках

Вернуться с клеточной дифференцировки на главную страницу клеточной биологии

Вернуться на главную страницу исследований MicroscopeMaster

Ссылки

 

Бора Живкович (2001) От двух камер ко многим: Дифференцировка клеток и эмбриональное развитие.

 

Браудер, Л. В. 1996. Определение клеток и Дифференциация: мышечная парадигма. В LW Browder (ред.), Advanced Биология развития. Университет Калгари. Проверено 15 ноября 2007 г. ca/анатомия и физиология/глава/3-6-клеточная-дифференциация/

https://www.texasgateway.org/resource/cell-specialization-and-дифференциация

Узнайте, как размещать рекламу на MicroscopeMaster!

Специализация клеток | Механизмы, примеры и значение

Специализация клеток : Все живые организмы состоят из одной или нескольких клеток — это утверждение, вероятно, является одним из наиболее важных принципов Теории клеток Теодора Шванна и Матиаса Шлейдена.

Это имеет смысл, учитывая, что тела многоклеточных организмов состоят из них, но не все они идентичны.

Многоклеточные организмы состоят из множества клеток, каждая из которых специализирована для выполнения определенной функции. Конечно, чтобы быть специализированными, им нужно пройти определенные процессы.

Давайте рассмотрим это подробнее ниже.

Что такое специализация клеток?

Как упоминалось ранее, многоклеточные клетки состоят из двух или более клеток, которые могут иметь различные формы, структуру, функцию и организацию .

Также называемая дифференцировкой клеток, специализация клеток представляет собой процесс, при котором клетки « общие » или « общие » эволюционируют, образуя определенные клетки, выполняющие определенные функции. Этот процесс очень распространен и наиболее важен во время эмбрионального развития. Во взрослом возрасте клетки, называемые стволовыми, становятся специализированными, чтобы заменить старые и изношенные клетки.

Как клетка становится специализированной?

Один из самых фундаментальных вопросов биологии — как происходит специализация клеток.Хотя уже известны гены, участвующие в процессе специализации клеток, точный процесс специализации клеток оставался неизвестным только до апреля 2010 года. мейоз (стадия деления). Некоторые клетки продолжают проходить клеточный цикл на протяжении всей своей жизни, а некоторые заканчиваются в определенный период времени. По сути, именно во время интерфазы клетки специализируются, и именно во время этой фазы гены могут избирательно активироваться или деактивироваться.

  • Дифференцировка происходит много раз в течение клеточного цикла, начиная с клетки, являющейся зиготой, и заканчивая более сложными, такими как ткани. Это продолжается до зрелого возраста, когда клетки (взрослые стволовые клетки) делятся, чтобы заменить клетки и изношенные ткани.

В целом, дифференцировка изменяет размер клетки, форму и структуру, физиологический ответ и даже метаболическую активность.

Примеры специализации клеток и их адаптации

Чтобы эффективно функционировать, живые организмы различаются по типу клеток, из которых они состоят.Ниже приведены лишь некоторые из наиболее распространенных специализированных клеток в растительных и животных клетках. :

1. Ксилема и флоэма

Растения также имеют специализированные клетки, функционирующие в основном для транспорта. У них есть ксилема (ткань), которая служит для транспортировки воды (от корней к листьям), а флоэма — для транспортировки питательных веществ и органических веществ (от листьев к телу растения).
  • Для выполнения этих функций сосуды ксилемы состоят как из живых растительных клеток с очень толстой клеточной стенкой , так и из мертвых клеток.С другой стороны, флоэма состоит из живых клеток, расположенных столбцами.

2. Клетки корневых волосков

Как следует из их названия, корневые волосковые клетки представляют собой клетки, расположенные в мельчайших выступах корней растений. В основном эти структуры предназначены для увеличения поглощения воды и питательных веществ из почвы.
  • В целом, эти клетки характеризуются большой площадью поверхности, которая затем увеличивает площадь поверхности для поглощения.
  • В дополнение к этому, эти клетки также содержат много митохондрий, которые поддерживают высокую потребность в энергии для активного транспорта.

3. Эритроциты

Как правило, все клетки крови происходят из недифференцированных стволовых клеток в костном мозге, которые затем развиваются, образуя специализированные клетки крови. Во-первых, эритроцитов (также называемых эритроцитами) представляют собой особый тип клеток крови, для которых характерно отсутствие ядра.
  • Внутри их цитоплазмы они содержат пигмент гемоглобин, который может соединяться с кислородом, что приводит к образованию оксигемоглобина.
  • Считается, что отсутствие ядра в красных кровяных тельцах является адаптацией к размещению большего количества гемоглобина, что приводит к большему переносу кислорода.

4. Мышечные клетки

Другими специализированными клетками у животных являются мышечные клетки, которые обычно имеют веретенообразную форму клеточного тела, содержащую многочисленные митохондрии.
  • Такая специализация позволяет мышечным клеткам выполнять свою функцию при сокращении и расслаблении мышц для выполнения движений.
  • Другое дело, что, имея много митохондрий, мышечные клетки генерируют много АТФ (энергии), которая затем поддерживает высокую потребность в энергии для передвижения.


Значение специализации клеток

Помимо производства клеток со специализированными функциями, процесс специализации клеток важен во многих других аспектах.Вот некоторые из них:

1. Замена старых и изношенных элементов

Наиболее популярными стволовыми клетками являются клетки, которые могут делиться практически на любую клетку организма.
  • Деление этих стволовых клеток на специализированные клетки часто вызывается определенными условиями окружающей среды. Например, эти новые клетки из стволовых клеток затем будут использоваться для замены любых старых или изношенных клеток, тем самым сохраняя их целостность как тканей или органов.
  • Интересно, что эти стволовые клетки могут оставаться « неспециализированными » до тех пор, пока в этом нет необходимости.

2. Сохранение генетического материала

В живых организмах ДНК служит генетическим материалом, содержащим необходимую информацию, используемую для роста, размножения и нормального функционирования особей.
  • Во время транскрипции ДНК становится подверженной мутациям и процесс специализации клеток делает ее менее восприимчивой к ним, тем самым предотвращая дальнейшее повреждение гена.

3. Важность межклеточной коммуникации

Одним из наиболее недооцененных значений клеточной специализации является ее роль в производстве клеток, которые могут генерировать сигналы, влияющие на активность соседних клеток. В результате эти клетки коллективно реагируют на определенный раздражитель.
  • Одним из наиболее распространенных примеров являются нейроны или нервных клеток у животных. Эти клетки могут посылать импульсы другим нервным клеткам или другим типам клеток.

4. Возможное медицинское значение

В настоящее время ученые изучают возможности использования стволовых клеток для лечения некоторых заболеваний, таких как диабет и сердечно-сосудистые заболевания.
  • Одна из их гипотез заключалась в использовании стволовых клеток и стимулировании их дифференцировки в качестве замены утраченных клеток в поджелудочной железе и сердце.

Противоположность клеточной специализации

Мы обсуждали клеточную специализацию с самого начала этой статьи, но знаете ли вы, что существует процесс, полностью противоположный ей? Этот процесс называется дедифференцировкой и включает в себя превращение специализированных клеток в их недифференцированные клеточные аналоги.
  • Этот процесс демонстрируют растительные и животные клетки , которые не теряют своего потенциала развития по мере роста и развития, а вместо этого сохраняют свою пластичность.
  • Будучи пластичными, эти клетки могут снова развиваться в новые виды клеток и приобретать другие функции и задачи. Однако дедифференцировку следует ассоциировать не с повторным вхождением клетки в клеточный цикл, а скорее с отменой клетки из ее специализированного состояния обратно в ее плюрипотентное состояние .

Теперь, узнав больше об этом процессе, можете ли вы представить себе жизнь, в которой эволюция никогда не позволяла специализации клеток? Как вы думаете, что могло произойти?

Процитировать эту страницу

Каталожные номера

  • «Специализация клеток и организация организма | Заметки уровня А» . По состоянию на 08 июня 2017 г. Ссылка.
  • «BBC – GCSE Размер прикуса: ксилема и флоэма» . По состоянию на 08 июня 2017 г. Ссылка.
  • «Что такое специализация клетки? | Вестник» .По состоянию на 08 июня 2017 г. Ссылка.
  • «Типы мышечных клеток. Характеристики, расположение и роль | Кенхаб» . По состоянию на 08 июня 2017 г. Ссылка.
  • «Эволюционные преимущества клеточной специализации: сохранить и защитить ДНК. – PubMed – NCBI» . По состоянию на 08 июня 2017 г. Ссылка.
  • «Специализация клеток – Примечания – Биология | Миссис МакКомас» . По состоянию на 08 июня 2017 г. Ссылка.
  • «Объяснение специализации клеток | Наука» .По состоянию на 08 июня 2017 г. Ссылка.
  • «Как дедифференцируются клетки: урок растений – ScienceDirect» . По состоянию на 08 июня 2017 г. Ссылка.

Специализация клеток — механизмы развития

Определение и дифференциация клеток определяют, как общие эмбриональные клетки становятся специализированными клетками.

Определение   – это необратимое обязательство клетки выполнять определенную функцию в будущем. Перед определением ячейка может стать ячейкой любого типа. Это может происходить из-за секреции специфических молекул из близлежащих клеток. Эти молекулы, также называемые морфогенами , могут заставлять близлежащие клетки следовать определенному пути развития путем экспрессии генов, специфичных для пути. Клетка становится привязанной к определенной линии только после определения.

Судьба клетки определяется продуктами специализированных генов, которые она производит. Это включает изменение структуры, функции и биохимии клетки в соответствии с типом клетки посредством дифференцировки .  Например, если клетка стремится стать нервной клеткой, она может дифференцироваться либо в нейрон, либо в нейроглию. Как только он выбирает нейрон, он должен выполнять специализированную функцию создания нейротрансмиттеров для передачи электрохимических импульсов. Клетки, которые еще не дифференцировались или дают начало другим клеткам, которые будут дифференцироваться, известны как стволовые клетки.

Впоследствии клетки могут существовать на уровне тканей . Подобные клетки, имеющие общую функцию, сгруппированы на основе четырех основных типов тканей, а именно эпителиальной, мышечной, соединительной и нервной ткани.

 Каждый тип ткани играет определенную роль в организме:

  1. Эпителий покрывает поверхность тела и выстилает полости тела.
  2. Мышца обеспечивает движение.
  3. Соединительная ткань поддерживает и защищает органы тела.
  4. Нервная ткань обеспечивает быстрое внутреннее общение путем передачи электрических импульсов.

 

Практические вопросы

 

Академия Хана

 

Официальная подготовка MCAT (AAMC)

Официальное руководство B/B Section Passage 6 Question 21

Пакет вопросов по биологии, Vol.1 Прохождение 5 Вопрос 32

Пакет вопросов по биологии, том 2. Отрывок 2, вопрос 9

 

Ключевые моменты

• Когда определена ячейка, она фиксируется в определенной клеточной линии.

• Когда клетка дифференцируется, она принимает структуру, функцию и биохимию клеток этого типа.

• Стволовые клетки могут дифференцироваться в разные типы клеток.

• Клетки могут существовать на тканевом уровне; четыре основных типа тканей: эпителиальная, мышечная, соединительная и нервная.


Основные термины

Морфогены : химический агент, способный вызывать или определять происхождение и развитие морфологических признаков

Уровень ткани : сообщество сходных клеток, образующих ткань тела

Определение: необратимое обязательство клетки выполнять определенную функцию в будущем

Дифференцировка : процесс, в ходе которого молодые, незрелые (неспециализированные) клетки приобретают индивидуальные характеристики и достигают своей зрелой (специализированной) формы и функций

Как клетки становятся специализированными

Специализация клеток или дифференциация клеток — это процесс преобразования родовых клеток в организме в специализированные клетки. Специализированные клетки могут выполнять определенную функцию в организме. Специализация клеток происходит в два этапа многоклеточного организма. Во время эмбрионального развития специализация клеток происходит в основном за счет клеточной передачи сигналов цитоплазматических детерминант. Во время развития взрослых стволовые клетки становятся специализированными к различным типам стволовых клеток в основном за счет регуляции экспрессии генов. В этой статье описывается специализация клеток на обеих стадиях развития.

Ключевые области охвата

1. Что такое специализация клеток?

Ключевые термины: взрослые стволовые клетки, специализация клеток, цитоплазматические детерминанты, эмбриональные стволовые клетки, эпигенетический контроль, сигнальные каскады

Что такое клеточная специализация

Специализация клеток относится к дифференциации клеток в зависимости от их расположения в ткани во время их развития. В многоклеточном организме специализация клеток происходит многократно во время восстановления тканей и во время нормального обновления клеток. Более того, внутри эмбриона клетки специализированы на различные типы для развития многоклеточного организма. Специализация ячейки показана на рис. 1.

Рисунок 1: Специализация ячейки

Специализация клетки изменяет размер клетки, форму, метаболическую активность, мембранный потенциал и реакцию на сигналы.

Как клетки становятся специализированными

Различные типы специализации клеток можно наблюдать на разных стадиях развития жизни.

Специализация клеток во время эмбрионального развития

Зигота представляет собой концепт оплодотворения и состоит из одной клетки. Он делится на множество клеток путем митоза, образуя бластомер. Клетки в бластомерах являются тотипотентными, и способны дифференцироваться в любой тип клеток в организме, а также в плаценте. Клетки восьмиклеточной стадии известны как эмбриональные стволовые клетки . Эмбриональные стволовые клетки плюрипотентны, и способны дифференцироваться в любые типы клеток в организме животного. Плюрипотентные клетки растений известны как клетки меристемы. Эти эмбриональные стволовые клетки дифференцируются в три зародышевых слоя тела: энтодерму, эктодерму и мезодерму. Клетки в зародышевых листках мультипотентны, и они способны дифференцироваться в соответствующие ткани организма, развившиеся из каждого из трех зародышевых листков.Эмбриональное развитие показано на рисунке 1.

Рисунок 1: Эмбриональное развитие

Деление клеток, которое происходит во время эмбрионального развития, представляет собой тип асимметричного деления клеток. Асимметричное клеточное деление дает начало дочерним клеткам с различными судьбами развития. Двумя основными причинами асимметричного клеточного деления являются цитоплазматические детерминанты и различные клеточные сигнальные каскады. Цитоплазматические детерминанты являются регуляторными молекулами родительской клетки.В сигнальных каскадах конкретная клетка побуждает соседние клетки развиваться в свой тип, передавая в них сигнальные молекулы.

Специализация клеток во время развития взрослых

Многоклеточные организмы имеют различные типы клеток, специализированных для выполнения определенной функции в организме. Клетки, выполняющие определенную функцию, объединяются в ткани. Следовательно, конкретная ткань состоит из клеток с определенной функцией. Неспециализированные клетки взрослого организма известны как взрослых стволовых клеток .Дифференцировка гемопоэтических стволовых клеток в специализированные типы клеток в крови показана на рис. 3 .

Рисунок 3. Дифференцировка гемопоэтических стволовых клеток

Основным механизмом получения специализированных клеток из стволовых клеток является регуляция экспрессии генов посредством эпигенетических механизмов. Следовательно, тип клетки определяется на уровне экспрессии генов. Более того, характер экспрессии генов должен сохраняться на протяжении поколений.Дифференциальная экспрессия генов достигается за счет модификаций гистонов и различных уровней метилирования ДНК. Как правило, паттерны метилирования ДНК в эмбриональных стволовых клетках и плюрипотентных стволовых клетках взрослых одинаковы. Но в специализированных соматических клетках дело обстоит иначе. Взрослые стволовые клетки плюрипотентны, и их плюрипотентность поддерживается факторами транскрипции, известными как OCT4, SOX2 и NANGO.

Заключение

Клеточная специализация – это дифференциация клеток для выполнения определенной функции организма многоклеточных организмов.Различные типы специализации клеток происходят во время эмбрионального развития и развития взрослых. Во время эмбрионального развития клетки в бластомерах дифференцируются в клетки с разной активностью посредством передачи клеточных сигналов и цитоплазматических детерминант. Во время развития взрослой особи специализация клеток происходит посредством регуляции экспрессии генов.

Артикул:

1. «Клеточная дифференциация». Википедия, Фонд Викимедиа, 17 марта 2018 г., доступно здесь.
2.«Прорыв в понимании того, как стволовые клетки становятся специализированными». СБП, доступно здесь.

Изображение предоставлено:

1. «Рисунок 2. Результаты дифференциации клеточных соков по трем различным категориям клеточных кистей, которые различаются по типам клеточных специфических ауек с ролевыми прецисами7» Ryongraf (CC BY-SA 4.0) через Commons Wikimedia
2 , «Стволовая дифференциация» правительства США (общественное достояние) через Commons Wikimedia
3.0) через Commons Wikimedia

Стволовые клетки человеческих эмбрионов на удивление рано специализируются — ScienceDaily

Момент, когда человеческие эмбриональные стволовые клетки необратимо специализируются, был определен исследователями из Института Фрэнсиса Крика.

Наша биологическая история восходит к небольшой группе клеток, называемых эмбриональными стволовыми клетками, которые посредством клеточного деления дают начало клеткам, специализирующимся на выполнении определенной роли в организме — процесс, известный как дифференцировка.

Понимание того, когда и как специализируются эмбриональные стволовые клетки, дает представление о здоровой дифференцировке и о том, как клетки «запоминают», к какому типу клеток они относятся. Этот процесс может пойти не так при раке, когда клетки «забывают» о своей идентичности и превращаются в неправильный тип.

В рамках исследования, опубликованного в Cell Stem Cell , ученые Crick обнаружили, что эмбриональные стволовые клетки дифференцируются неожиданно рано, необратимо превращаясь в каждый из более чем 200 типов клеток в организме.

Они показали, что это произошло в результате активации недавно идентифицированной небольшой группы генов, которую они назвали «генами ранней фиксации».

«Работая со стволовыми клетками и математическими моделями, мы определили новый класс генов, которые отвечают за регуляцию одной из самых ранних стадий человеческого развития», — говорит Сильвия Сантос, автор и руководитель группы в Лаборатории количественной клеточной биологии в Крик.

«Как только эти гены активированы, до того, как клетки полностью приступят к дифференцировке, остается вопрос нескольких минут.Скорость этого невероятно удивительна, особенно если учесть, что первые признаки дифференцировки, то есть у эмбриона развиваются первые зародышевые листки, занимают около трех дней. Эти слои в конечном итоге дают начало всем тканям растущего плода через несколько недель».

Исследователи сосредоточились на одном гене ранней фиксации, названном GATA3. Когда этот ген был экспериментально активирован в лаборатории, эмбриональные стволовые клетки быстро начали дифференцироваться. С другой стороны, когда этот ген был удален, этот процесс шел вяло и не совсем правильно.

«GATA3 имеет решающее значение для здоровой и своевременной дифференцировки стволовых клеток. После включения этот ген запускает петлю положительной обратной связи, которая помогает ему оставаться активным. Это, в свою очередь, гарантирует, что клетки остаются дифференцированными и не возвращаются обратно. в состояние стволовых клеток», — говорит Александра Гунн-Браден, соавтор и постдоктор в лаборатории количественной клеточной биологии в Крике.

В этом исследовании использовались стволовые клетки, взятые из эмбрионов, пожертвованных людьми, перенесшими ЭКО. Пожертвованные эмбрионы не были нужны в ходе лечения бесплодия и в противном случае были бы уничтожены.

«Когда эмбриональные стволовые клетки совершают специализацию, это фундаментальный вопрос, на который до сих пор нет ответа, — продолжает Сильвия Сантос.

«Важно, чтобы мы больше понимали это, поскольку здоровое функционирование клеток опирается на процесс приобретения и запоминания своей идентичности клетками в процессе дифференцировки. Это ценное понимание раннего развития человека может открыть новые возможности для исследований в области заболевания, возникающие при нарушении этого процесса.»

Источник истории:

Материалы предоставлены Институтом Фрэнсиса Крика . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

3.6 Клеточная дифференцировка – анатомия и физиология

Цели обучения

Основная цель:

  • Обсудите, как клетка дифференцируется и становится более специализированной

К концу этого раздела вы сможете:

  • Обсудите, как генерализованные клетки развивающегося эмбриона или стволовые клетки взрослого организма дифференцируются в специализированные клетки
  • Различать категории стволовых клеток

Как сложный организм, такой как человек, развивается из одной клетки — оплодотворенной яйцеклетки — в огромное множество типов клеток, таких как нервные клетки, мышечные клетки и эпителиальные клетки, характерные для взрослого человека? На протяжении всего развития и взросления процесс клеточной дифференцировки приводит к тому, что клетки принимают свою окончательную морфологию и физиологию. Дифференцировка — это процесс, посредством которого неспециализированные клетки становятся специализированными для выполнения различных функций.

Стволовые клетки

Стволовая клетка представляет собой неспециализированную клетку, которая может неограниченно делиться по мере необходимости и может при определенных условиях дифференцироваться в специализированные клетки. Стволовые клетки делятся на несколько категорий в зависимости от их способности к дифференцировке.

Первые эмбриональные клетки, возникающие в результате деления зиготы, являются конечными стволовыми клетками; эти стволовые клетки описываются как тотипотентные , потому что они обладают потенциалом дифференцироваться в любую из клеток, необходимых для роста и развития организма.

Эмбриональные клетки, которые развиваются из тотипотентных стволовых клеток и являются предшественниками основных слоев ткани эмбриона, классифицируются как плюрипотентные . Плюрипотентная стволовая клетка может дифференцироваться в любой тип ткани человека, но не может поддерживать полноценное развитие организма. Затем эти клетки становятся немного более специализированными и называются мультипотентными клетками .

Мультипотентная стволовая клетка может дифференцироваться в различные типы клеток в пределах данной клеточной линии или небольшого числа линий, таких как эритроциты или лейкоциты.

Наконец, мультипотентные клетки могут в дальнейшем стать специализированными олигопотентными клетками. Олигопотентная стволовая клетка может стать одним из нескольких различных типов клеток. Напротив, унипотентная клетка полностью специализирована и может размножаться только для создания большего количества клеток своего специфического типа.

Стволовые клетки уникальны тем, что они могут постоянно делиться и регенерировать новые стволовые клетки, вместо дальнейшей специализации. На разных этапах жизни человека присутствуют разные стволовые клетки. Они включают эмбриональные стволовые клетки эмбриона, фетальные стволовые клетки плода и взрослые стволовые клетки взрослого человека. Одним из типов взрослых стволовых клеток является эпителиальная стволовая клетка, которая дает начало кератиноцитам во множественных слоях эпителиальных клеток в эпидермисе кожи. Взрослый костный мозг имеет три различных типа стволовых клеток: гемопоэтические стволовые клетки (которые дают начало эритроцитам, лейкоцитам и тромбоцитам), эндотелиальные стволовые клетки (которые дают начало типам эндотелиальных клеток, которые выстилают кровеносные и лимфатические сосуды) и мезенхимальные стволовые клетки (которые дают начало различным типам мышечных клеток).

Процесс кроветворения включает дифференцировку мультипотентных клеток в клетки крови и иммунные клетки. Мультипотентные гемопоэтические стволовые клетки дают начало многим различным типам клеток, включая клетки иммунной системы и эритроциты.

Дифференциация

Когда клетка дифференцируется (становится более специализированной), она может претерпевать серьезные изменения в своем размере, форме, метаболической активности и общей функции. Поскольку все клетки в организме, начиная с оплодотворенной яйцеклетки, содержат одну и ту же ДНК, почему разные типы клеток становятся такими разными? Ответ аналогичен сценарию фильма.Все актеры в фильме читают один и тот же сценарий, однако каждый из них читает только свою часть сценария. Точно так же все клетки содержат один и тот же полный набор ДНК, но каждый тип клеток «читает» только те части ДНК, которые имеют отношение к их собственной функции. В биологии это называется уникальной генетической экспрессией каждой клетки.

Чтобы клетка дифференцировалась в свою специализированную форму и функцию, ей нужно манипулировать только теми генами (и, следовательно, теми белками), которые будут экспрессироваться, а не теми, которые будут молчать.Основной механизм, с помощью которого гены включаются или выключаются, — это факторы транскрипции.

Хотя каждая клетка тела содержит весь геном организма, разные клетки регулируют экспрессию генов с использованием различных факторов транскрипции. Факторы транскрипции — это белки, влияющие на связывание РНК-полимеразы с определенным геном на молекуле ДНК.

 Ежедневная связь : Исследование стволовых клеток

Исследование стволовых клеток направлено на поиск способов использования стволовых клеток для регенерации и восстановления клеточных повреждений.Со временем большинство взрослых клеток изнашиваются и теряют способность делиться и восстанавливаться. Стволовые клетки не обладают определенной морфологией или функцией. Взрослые стволовые клетки, которые существуют в виде небольшого подмножества клеток в большинстве тканей, продолжают делиться и могут дифференцироваться в ряд специализированных клеток, обычно образованных этой тканью. Эти клетки позволяют организму обновлять и восстанавливать ткани тела.

Механизмы, заставляющие недифференцированную клетку становиться специализированной, плохо изучены.В лабораторных условиях можно заставить стволовые клетки дифференцироваться в специализированные клетки, изменяя физические и химические условия роста. Несколько источников стволовых клеток используются экспериментально и классифицируются в соответствии с их происхождением и способностью к дифференцировке. Эмбриональные стволовые клетки человека (чЭСК) экстрагируются из эмбрионов и являются плюрипотентными. Взрослые стволовые клетки, которые присутствуют во многих органах и дифференцированных тканях, таких как костный мозг и кожа, являются мультипотентными, их дифференцировка ограничена типами клеток, обнаруженными в этих тканях.Стволовые клетки, выделенные из пуповинной крови, также мультипотентны, как и клетки молочных зубов (молочных зубов). Недавно исследователи разработали индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) из взрослых стволовых клеток мыши и человека. Эти клетки представляют собой генетически перепрограммированные мультипотентные взрослые клетки, функционирующие как эмбриональные стволовые клетки; они способны генерировать клетки, характерные для всех трех зародышевых листков.

Благодаря своей способности делиться и дифференцироваться в специализированные клетки стволовые клетки потенциально могут использоваться для лечения таких заболеваний, как диабет и болезни сердца (рис. 3.6.1). Клеточная терапия относится к лечению, при котором стволовые клетки, индуцированные к дифференцировке в чашке для роста, вводят пациенту для восстановления поврежденных или разрушенных клеток или тканей. Для применения клеточной терапии необходимо преодолеть множество препятствий. Хотя эмбриональные стволовые клетки обладают почти неограниченным потенциалом дифференцировки, они воспринимаются иммунной системой пациента как чужеродные и могут вызывать отторжение. Кроме того, уничтожение эмбрионов для выделения эмбриональных стволовых клеток вызывает серьезные этические и юридические вопросы.

Рисунок 3.6.1 – Стволовые клетки: Способность стволовых клеток дифференцироваться в специализированные клетки делает их потенциально ценными в терапевтических целях, предназначенных для замены поврежденных клеток различных тканей организма.

 

Напротив, взрослые стволовые клетки, выделенные от пациента, не воспринимаются организмом как чужеродные, но они имеют ограниченный диапазон дифференцировки. Некоторые люди хранят пуповинную кровь или молочные зубы своего ребенка, сохраняя эти источники стволовых клеток для будущего использования, если они понадобятся их ребенку.Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки считаются многообещающим достижением в этой области, поскольку их использование позволяет избежать юридических, этических и иммунологических ошибок эмбриональных стволовых клеток.

Обзор главы

Одной из основных областей исследований в биологии является изучение того, как клетки приобретают свои уникальные структуры и функции, поскольку все клетки по существу происходят из одной оплодотворенной яйцеклетки. Дифференцировка клеток — это процесс, при котором клетки становятся специализированными по мере развития их тела.Стволовая клетка — это неспециализированная клетка, которая может неограниченно делиться по мере необходимости и может при определенных условиях дифференцироваться в специализированные клетки. Стволовые клетки делятся на несколько категорий в зависимости от их способности к дифференцировке. Хотя все соматические клетки содержат один и тот же геном, разные типы клеток экспрессируют только некоторые из этих генов в любой момент времени. Эти различия в экспрессии генов в конечном итоге определяют уникальные морфологические и физиологические характеристики клетки. Первичный механизм, который определяет, какие гены будут экспрессироваться, а какие нет, заключается в использовании различных белков факторов транскрипции, которые связываются с ДНК и способствуют или препятствуют транскрипции различных генов.Под действием этих транскрипционных факторов клетки превращаются в один из сотен различных типов клеток в организме человека.

Вопросы критического мышления

Объясните, как фактор транскрипции в конечном итоге определяет, будет ли белок присутствовать в данной клетке?

Факторы транскрипции связываются с ДНК и либо способствуют, либо ингибируют транскрипцию гена. Если они способствуют транскрипции определенного гена, то этот ген будет транскрибироваться, а затем мРНК транслируется в белок.Если транскрипция гена ингибирована, то не будет возможности синтезировать соответствующий белок гена.

Обсудите две причины, по которым терапевтическое использование эмбриональных стволовых клеток может представлять проблему.

Эмбриональные стволовые клетки получают из человеческих эмбрионов, которые разрушают для получения клеток. Уничтожение человеческих эмбрионов является этической проблемой. И ДНК в эмбриональной стволовой клетке будет отличаться от ДНК человека, которого лечат, что может привести к проблемам с иммунитетом или отторжению ткани.

.

Author: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.