diferenciacija

The diferenciacija v biologiji označuje prehod iz slabo diferenciranega v močno diferencirano stanje. Ta proces je še posebej pomemben med razvojem oplojene jajčne celice v celoten organizem. Motnje v procesu diferenciacije lahko privedejo do resnih bolezni, kot so rak ali nepravilnosti.

Kaj je razlikovanje?

Biološka diferenciacija je namenjena specializaciji nediferenciranih matičnih celic v diferencirane telesne celice. Ti procesi igrajo posebno pomembno vlogo med embriogenezo in kasnejšo rastjo. Diferenciacijski procesi so pomembni tudi za vzdrževanje telesnih funkcij pri odraslih organizmih.

Sprva imajo nediferencirane matične celice še vedno sposobnost preoblikovanja v vse ostale telesne celice. V procesu nastanejo posebne telesne celice skozi več postopkov diferenciacije, ki tvorijo različne organe in na koncu izgubijo sposobnost delitve.

Obstaja več vrst matičnih celic. Tako imenovane totipotentne matične celice se še vedno lahko spremenijo v popoln organizem. Pluripotentne matične celice se lahko razlikujejo v vse telesne celice. Vendar pa jih ni več mogoče razviti v posamezne organizme. Multipotentne matične celice so že razvile določeno diferenciacijo v določeno celično linijo. Vendar se lahko še vedno razlikujejo v vse ostale celice te celične linije.

Funkcija in naloga

Biološka diferenciacija je eden najpomembnejših procesov v razvoju rastlinskih, živalskih ali človeških organizmov, ki se med drugim razvijajo telesne celice, ki se v več korakih vse bolj ločijo od oplojene jajčne celice.

Oplojena jajčna celica je prva totipotentna matična celica, ki je sprva podvržena delitvi celic na štiri enake celice. Vsaka od teh štirih celic se lahko razvije v popolnoma gensko identičen organizem. Ko je dosežena štiriocelična stopnja, nastane blastocista, ki jo sestavljajo pluripotentne embrionalne matične celice. Te pluripotentne matične celice se lahko skozi naslednjo stopnjo diferenciacije razvijejo v tri zarodne plasti ektoderme, endoderme in mezoderme in tako predstavljajo izhodišče za vse ostale telesne celice.

V nasprotju s totipotentnimi matičnimi celicami pa so te že izgubile sposobnost razvoja v gensko identične neodvisne organizme.

Iz treh kotiledonov nastajajo nadaljnje celične linije, ki jih sprva sestavljajo multipotentne matične celice. Multipotentne matične celice se lahko razvijejo v vse vrste celic ustrezne celične linije. Te celice nimajo več sposobnosti preoblikovanja v vse ostale telesne celice, saj so že dosegle višjo stopnjo diferenciacije kot pluripotentne matične celice.

V živalskih in človeških organizmih je proces diferenciacije povezan z določitvijo. Določitev opisuje vzpostavitev specializacije, ki je bila enkrat izvedena, pri čemer se nadaljnji razvoj celičnih linij prenaša z epigenetskimi sredstvi. Seveda se bodo celice, ki so že bile predhodno diferencirane, v okviru določitve nadalje diferencirale v celice ustrezne celične linije.

Čeprav so celotne genetske informacije vsake posamezne celice enake, jih prikličemo različno, odvisno od vrste celice z izražanjem genov. To med drugim pomeni, da na primer v jetrni celici dekodirajo le genetske informacije za delovanje jeter, medtem ko vse ostale informacije ostanejo neprebrane.

Na diferenciacijo vplivajo različni zunanji ali notranji dejavniki. Hormoni in rastni dejavniki igrajo pomembno vlogo. Stiki celic s sosednjimi celicami določajo tudi smer diferenciacije.

Pod določenimi pogoji se lahko pojavi transdeterminacija. Določitev celice se spremeni. To je še posebej pomembno pri celjenju ran. Če so celice nato že diferencirane, v teh primerih izgubijo diferenciacijo in se spet diferencirajo. Če pa je ta proces moten, lahko pride do raka.

Diferenciacija je bistvenega pomena, da organizem sploh deluje kot enoten biološki sistem.

Bolezni in bolezni

V okviru celične diferenciacije pa lahko pride do motenj, ki lahko med embriogenezo privedejo do nepravilnosti organov. Obstaja nekaj genetskih bolezni z različnimi displazijami organov. Poleg nepravilnosti notranjih organov je zunanji videz pogosto neskladen.

Vendar pa obstajajo tudi negenetski vzroki nepravilnosti organov. En primer je ledvična ageneza v odsotnosti amnijske tekočine. Ker se človeški zarodek lahko razvije le znotraj amnijske tekočine, pomanjkanje prostora tukaj vodi v napačno diferenciacijo organov, pri čemer prizadenejo tudi druge organe in tkiva.

Zdravila lahko tudi ovirajo proces diferenciacije med embriogenezo. Dobro poznan primer je pomirjevalo Contergan, ki je povzročilo škodo rastnemu razvoju ploda v zgodnji nosečnosti. To je postalo javno leta 1961 s tako imenovanim Contergansandal.

Lahko pa se zgodi tudi, da se celice, ki so že različno diferencirane, nato nenadzorovano množijo. Takšna je situacija z rakom. Bolj ko se celice razdelijo, tumor je bolj maligen. Kot smo že omenili, je dediferenciacija potrebna v nekaterih primerih, ko je večja potreba po rasti celic. Tako je med drugim tudi pri celjenju ran. V teh procesih pa sledi dediferenciaciji diferenciacija celic. Če diferenciacija potem ne uspe, pa se razvije rak.

Somatske mutacije v celicah lahko vplivajo tudi na gene, ki vplivajo na diferenciacijo. Zato se verjetnost razvoja raka poveča skozi življenje.