Что такое дифференциация клеток

Дифференцировка клеток: определение, примеры, процесс

Определение дифференцировки клеток

Клеточная дифференциация или просто клетка дифференциация, это процесс, посредством которого клетка претерпевает изменения в ген выражение, чтобы стать более конкретным типом клеток. Процесс дифференцировки клеток позволяет многоклеточным организмам создавать уникальные функциональные типы клеток и планы тела. Процесс дифференцировки клеток обусловлен генетика и их взаимодействие с окружающей средой.

Все организмы начинаются с одной клетки. Эта единственная клетка несет ДНК, кодирующую все белки взрослого организм буду использовать. Однако, если бы эта клетка экспрессировала все эти белки одновременно, она не была бы функциональной. Эта клетка должна делиться многократно, и клетки должны начать процесс дифференцировки клеток, когда они делятся. Линии клеток начинают появляться, и клетки становятся все более и более специфичными. В конечном счете, весь процесс формируется из сотен различных типов клеток в результате этого процесса дифференцировки клеток.

Исходная масса клеток, которые не подвергались дифференцировке, известны как стволовые клетки. В отличие от нормального деление клеток, который создает два одинаковых дочерние клетки Деление стволовых клеток является асимметричным делением клеток. В этом случае одна из клеток остается идентичной родительской стволовой клетке. В другой клетке химические триггеры активируют процесс дифференцировки клеток, и клетка начинает экспрессировать ДНК определенного типа клеток. Стволовые клетки, которые могут дифференцироваться в целые организмы, известны как эмбриональные стволовые клетки и говорят, что тотипотент.

В отличие от этого, в теле также есть много клеток, которые являются только плюрипотентными. Эти клетки уже подверглись некоторой клеточной дифференцировке. Эти стволовые клетки могут делиться только на узкий диапазон типов клеток. Например, костный мозг содержит соматические стволовые клетки, которые могут стать только красными кровь клетки. Эти клетки необходимы для постоянного пополнения кровяных клеток, которые в основном неактивны, кроме своей способности переносить кислород.

Примеры клеточной дифференцировки

В животных

После процесса оплодотворение у животных одноклеточный организм называется зигота сформирован. Зигота является тотипотентом и в конечном итоге станет целым организмом. Даже самое большое животное на Земле, синий кит, начинается как единая клетка. Сложные ткани и орган системы, которые совершенно различны по своей форме и функциям, все происходят из зиготы. Процесс дифференцировки клеток начинается рано в организме. К тому времени, когда сформировалась гаструла, клетки уже начали экспрессировать различные части ДНК.

Эти изменения ведут первые процессы складывания в эмбрион, Когда ткани продолжают формироваться, некоторые клетки начинают выделять гормоны или химические триггеры, которые сигнализируют различным клеткам о реакции. гормональный сигналы направляют экспрессию ДНК в различных частях тела, что способствует дальнейшей дифференцировке их клеток. У человека это занимает чуть более месяца для элементарного сердце а также сердечно-сосудистая система формировать.

Поскольку системы продолжают формироваться, многие из стволовых клеток теряют свою тотипотентность, сами подвергаясь дифференцировке клеток. Это позволяет быстрее производить специализированные клетки, необходимые растущему организму для поддержания роста и успешного выхода в мир. Через клеточную дифференциацию ткани, такие как головной мозг ткань а также мускул образуются из одной и той же клетки.

В растениях

В то время растение Жизненный цикл иногда кажется чуждым и сложным, процесс дифференцировки клеток очень похож. Хотя участвуют разные гормоны, все растения также развиваются из одной клетки. Семя – это просто защитный кожух для зиготы, который также обеспечивает питание. Это очень похоже на яйцо в животном мире. Зигота внутри подвергается клеточному делению и становится маленьким зародышем. Развитие остановлено, поскольку семя распространяется в мир.

После зимы или в любое время, когда среда является первоклассной, семена впитывают влагу и возобновляют процесс развития. Эмбрион начнет формировать две меристемы. меристемы является уникальной частью стволовых клеток, которые подвергаются дифференцировке клеток по мере их роста наружу. Один будет расти к поверхности, а другой станет корнями.

В корнях вокруг меристемы образуется слой клеток, образующий корневую шапку. Этот слой клеток отшелушивается по мере движения корней через почву и последовательно заменяется меристемой. Внутри меристемы дифференцировка клеток происходит в другом направлении. Гормоны и среда здесь заставляют клетки становиться сосудистая ткань и поддерживающие клетки. В конечном итоге они будут нести воду и питательные вещества на верхушку растения.

На поверхности меристема действует аналогичным образом. Когда он делится вверх, он создает как внутренние, так и внешние клетки. Внутренние клетки подвергаются дифференцировке, подобной дифференцировке корней, создавая больше сосудистой ткани. Снаружи клетки подвергаются дифференцировке клеток в стебли и листья. Они эквивалентны различным органам животных и так же отличаются от исходных клеток, как клетки животных. Если вы не уверены, возьмите желудь и сравните его с массивным деревом, которым он станет. Он не только значительно меньше, но и содержит совершенно разные типы клеток. Это можно объяснить через процесс дифференцировки клеток.

Процесс дифференцировки клеток

Одним из ключей к процессу дифференцировки клеток является транскрипция факторы. Эти гормоны и химические вещества управляют деятельностью, окружающей ДНК, определяя, что транскрибируется, а что игнорируется. Факторы, присутствующие в клетках от рождения до смерти, определяются организмом и другими соседними клетками.

Например, поджелудочная железа или щитовидная железа могут выделять гормон, требующий клеточного роста. Эта фактор транскрипции непосредственно влияет на белки, которые транскрибируют ДНК, превращая ее в конечном итоге в функциональные белки и больше клеток. Однако, когда клетки начинают сжиматься, они также сигнализируют друг другу, что места больше нет. Таким образом, процесс дифференцировки клеток имеет множество входов и возможных результатов.

Этот сложный процесс все еще изучается. Ученые добились значительных успехов в понимании дифференцировки клеток, начиная с полного понимания нематоды C. elegans. Это крошечное червеобразное существо имеет в общей сложности 959 клеток, как взрослая самка. С таким небольшим количеством их относительно легко проследить от зиготы до взрослого. Прослеживая их клеточную линию, ученые начали определять некоторые сложные и эпигенетические силы, работающие на дифференцировку клеток. Другими словами, важно не только то, какая ДНК клетка имеет, но где и как эта ДНК экспрессируется.

викторина

1. Почему дифференцировка клеток является важным процессом?A. Это позволяет для многоклеточных форм жизниB. Создает новые вид C. Мы могли бы обойтись без этого

Ответ на вопрос № 1

верно. Без процесса дифференцировки клеток, многоклеточный организмы были бы невозможны. Несколько водоросли живут в колониях, но это далеко от уровня сложности, развиваемого насекомыми или позвоночными. Дифференцировка клеток позволяет создавать ткани и органы, которые могут выполнять специфические и полезные функции для организма.

2. В чем разница между дифференцировкой и развитием клеток?A. Развитие не включает дифференциациюB. Клеточная дифференциация является частью развитияC. Нет никакой разницы

Ответ на вопрос № 2

В верно. Развитие – это весь процесс создания нового организма из одной клетки. Он включает в себя все, от формирования правильных тканей до создания нервных связей для поддержки нового тела. Дифференцировка клеток – это просто процесс, посредством которого клетки начинают экспрессировать только определенные части ДНК, превращаясь в специализированные типы клеток.

3. Если каждая стволовая клетка делится на более специализированные клетки, откуда вы получаете больше стволовых клеток?A. Вы неB. Стволовые клетки делятся асимметричноC. Зигота создает их

Ответ на вопрос № 3

В верно. Когда большинство стволовых клеток делятся, одна из них сохраняет первоначальный характер стволовых клеток. Зигота делится без дифференцировки клеток 3 раза, создавая 8 идентичных тотипотентных клеток. Эти клетки будут продолжать делиться асимметрично, и в конечном итоге приведет к образованию трех общих тканей, эктодерма, мезодерма, а также эндодермы, Эти ткани будут подвергаться дальнейшему делению клеток, чтобы стать специфическими тканями.

Источник

Дифференцировка клеток

Дифференцировка клеток — процесс реализации генетически обусловленной программы формирования специализированного фенотипа клеток, отражающего их способность к тем или иным профильным функциям. Иными словами, фенотип клеток есть результат координированной экспрессии (то есть согласованной функциональной активности) определённого набора генов.

В процессе дифференцировки менее специализированная клетка становится более специализированной. Например, моноцит развивается в макрофаг, промиобласт развивается в миобласт, который образуя синцитий, формирует мышечное волокно. Деление, дифференцировка и морфогенез— основные процессы, путём которых одиночная клетка (зигота) развивается в многоклеточный организм, содержащий самые разнообразные виды клеток. Дифференцировка меняет функцию клетки, её размер, форму и метаболическую активность.

Дифференцировка клеток происходит не только в эмбриональном развитии, но и во взрослом организме (при кроветворении, сперматогенезе, регенерации поврежденных тканей).

Содержание

Потентность

Общее название для всех клеток, ещё не достигших окончательного уровня специализации (то есть способных дифференцироваться), — стволовые клетки. Степень дифференцированости клетки (её «потенция к развитию») называется потентностью. Клетки, способные дифференцироваться в любую клетку взрослого организма, называются плюрипотентными. Для обозначения плюрипотентных клеток в организме животных используется также термин «эмбриональные стволовые клетки». Зигота и бластомеры являются тотипотентными, так как они могут дифференцироваться в любую клетку, в том числе и в экстраэмбриональные ткани.

Дифференцировка клеток млекопитающих

Самая первая дифференцировка в процессе развития эмбриона происходит на этапе формирования бластоцисты, когда однородные клетки морулы, разделяются на два клеточных типа: внутренний эмбриобласт и внешний трофобласт. Трофобласт участвует в имплантации эмбриона и дает начало эктодерме хориона (одна из тканей плаценты). Эмбриобласт даёт начало всем прочим тканям эмбриона. По мере развития эмбриона клетки становятся всё более специализированными (мультипотентные, унипотентные), пока не станут окончательно дифференцировавшимися клетками, обладающими конечной функцией, как например, мышечные клетки. В организме человека насчитывается порядка 220 различных типов клеток.

Небольшое количество клеток во взрослом организме сохраняют мультипотентность. Они используются в процессе естественного обновления клеток крови, кожи и др., а также для замещения повреждённых тканей. Так как эти клетки обладают двумя основными функциями стволовых клеток — способностью обновляться, поддерживая мультипотентность, и способностью дифференцироваться — их называют взрослыми стволовыми клетками.

Дедифференцировка

Дедифференцировка — это процесс, обратный дифференцировке. Частично или полностью дифференцировавшаяся клетка возвращается в менее дифференцированное состояние. Обычно является частью регенеративного процесса и чаще наблюдается у низших форм животных, а также у растений. Например, при повреждении части растения клетки, соседствующие с раной, дедифференцируются и интенсивно делятся, формируя каллус. При помещении в определённые условия клетки каллуса дифференцируются в недостающие ткани. Так при погружении черенка в воду из каллуса формируются корни. С некоторыми оговорками к явлению дедифференцировки можно отнести опухолевую трансформацию клеток.

Источник

Дифференциация клеток: у животных и растений

Содержание:

В Дифференциация клеток Это постепенное явление, благодаря которому мультипотенциальные клетки организмов достигают определенных специфических характеристик. Это происходит в процессе развития, и физические и функциональные изменения очевидны. Концептуально дифференциация происходит в три этапа: детерминация, сама дифференциация и созревание.

Эти три упомянутых процесса происходят в организмах непрерывно. На первом этапе определения мультипотенциальные клетки в эмбрионе относятся к определенному типу клеток; например, нервная клетка или мышечная клетка. В процессе дифференцировки клетки начинают проявлять характеристики линии.

Наконец, созревание происходит на последних стадиях процесса, когда приобретаются новые свойства, что приводит к появлению характеристик у зрелых организмов.

Могут возникать конфликты между процессами деления и дифференцировки клеток; поэтому развитие достигает точки, когда распространение должно прекратиться, чтобы позволить дифференциацию.

Общие характеристики

Процесс дифференцировки клеток включает изменение формы, структуры и функции клетки в данной линии. Кроме того, это подразумевает уменьшение всех потенциальных функций, которые может иметь клетка.

Процесс дифференциации не предполагает потери исходных генов; происходит подавление определенных участков генетического аппарата клетки, которая претерпевает процесс развития. Клетка содержит около 30 000 генов, но экспрессирует только от 8 000 до 10 000.

Новое ядро ​​имеет всю информацию, необходимую для создания нового организма в идеальном состоянии; то есть клетки слизистой оболочки кишечника не утратили никаких генов в процессе дифференцировки.

Дифференцировка клеток у животных

Развитие начинается с оплодотворения. Когда образование морулы происходит в процессе развития эмбриона, клетки считаются тотипотентными, что указывает на их способность формировать весь организм.

Со временем морула становится бластулой, и теперь клетки называют плюрипотентными, потому что они могут образовывать ткани организма. Они не могут сформировать целостный организм, потому что не способны давать начало экстраэмбриональным тканям.

По мере дальнейшего развития клетки становятся мультипотентными, поскольку дифференцируются в зрелые и функциональные клетки.

У животных, особенно у многоклеточных животных, существует общий путь генетического развития, который объединяет онтогенез группы благодаря ряду генов, которые определяют конкретный образец структур тела, контролируя идентичность сегментов в переднезадней оси. животного.

Эти гены кодируют определенные белки, которые имеют общую ДНК-связывающую аминокислотную последовательность (гомеобокс в гене, гомодомен в белке).

Включение и выключение генов

Существует два типа хроматина, классифицируемые в зависимости от их экспрессии или нет: эухроматин и гетерохроматин. Первый слабо организован и его гены экспрессируются, последний имеет компактную организацию и препятствует доступу к аппарату транскрипции.

Было высказано предположение, что в процессах клеточной дифференцировки гены, которые не требуются для этой конкретной линии, заглушаются в форме доменов, состоящих из гетерохроматина.

Механизмы, производящие разные типы клеток

В многоклеточных организмах существует ряд механизмов, которые продуцируют различные типы клеток в процессах развития, таких как секреция цитоплазматических факторов и клеточная связь.

Сегрегация цитоплазматических факторов включает неравное разделение элементов, таких как белки или информационная РНК, в процессах деления клеток.

С другой стороны, клеточная связь между соседними клетками может стимулировать дифференциацию различных типов клеток.

Этот процесс происходит при формировании глазных пузырьков, когда они встречаются с эктодермой головной области и вызывают утолщение, образующее пластинки хрусталика. Они складываются во внутреннюю область и образуют линзу.

Модель дифференцировки клеток: мышечная ткань

Мезенхимные клетки дают начало миогенным клеткам, которые, в свою очередь, дают начало зрелой ткани скелетных мышц.

Чтобы этот процесс дифференцировки начался, должны присутствовать определенные факторы дифференцировки, которые препятствуют S-фазе клеточного цикла и действуют как стимуляторы генов, вызывающих изменения.

Когда эти клетки получают сигнал, они инициируют трансформацию миобластов, которые не могут подвергаться процессам клеточного деления. Миобласты экспрессируют гены, связанные с сокращением мышц, например гены, кодирующие белки актин и миозин.

Миобласты могут сливаться друг с другом и образовывать миотрубку с более чем одним ядром. На этой стадии происходит производство других белков, связанных с сокращением, таких как тропонин и тропомиозин.

Когда ядра движутся к периферической части этих структур, они считаются мышечным волокном.

Как описано, эти клетки имеют белки, связанные с сокращением мышц, но не имеют других белков, таких как кератин или гемоглобин.

Мастер-гены

Дифференциальная экспрессия в генах находится под контролем «главных генов». Они находятся в ядре и активируют транскрипцию других генов. Как видно из их названия, они являются ключевыми факторами, отвечающими за контроль других генов, управляющих их функциями.

Когда регуляторные главные гены отсутствуют, субальтерные гены не экспрессируются. Напротив, когда присутствует мастер-ген, экспрессия целевых генов форсируется.

Есть главные гены, которые управляют дифференцировкой нейронов, эпителиальных, сердечных и других.

Дифференциация клеток в растениях

Как и у животных, развитие растений начинается с образования зиготы внутри семени. Когда происходит первое деление клетки, возникают две разные клетки.

Пути дифференцировки дают начало трем тканевым системам, присутствующим в растениях: протодерме, которая включает дермальные ткани, фундаментальные меристемы и прообмен.

Prochange отвечает за образование сосудистой ткани в растении, образованной ксилемой (переносчик воды и растворенных солей) и флоэмы (переносчик сахаров и других молекул, таких как аминокислоты).

Meristems

Меристемы расположены на концах стеблей и корней. Таким образом, эти клетки дифференцируются и дают начало различным структурам, из которых состоят растения (листья, цветы и другие).

В определенный момент развития происходит клеточная дифференциация структур флоры, и меристема становится «соцветием», которое, в свою очередь, формирует цветочные меристемы. Отсюда возникают цветочные части, состоящие из чашелистиков, лепестков, тычинок и плодолистиков.

Эти клетки характеризуются небольшим размером, кубовидной формой, тонкой, но гибкой клеточной стенкой и цитоплазмой с высокой плотностью и многочисленными рибосомами.

Роль ауксинов

Фитогормоны играют роль в явлениях клеточной дифференциации, особенно ауксины.

Этот гормон влияет на дифференциацию сосудистой ткани стебля. Эксперименты показали, что нанесение ауксинов на рану приводит к образованию сосудистой ткани.

Точно так же ауксины связаны со стимуляцией развития сосудистых клеток камбия.

Различия между животными и растениями

Процесс дифференцировки и развития клеток у растений и животных не происходит одинаково.

У животных должны происходить движения клеток и тканей, чтобы организмы приобрели характерную для них трехмерную конформацию. Кроме того, у животных гораздо больше клеточного разнообразия.

Напротив, у растений нет периодов роста только на ранних этапах жизни человека; они могут увеличиваться в размерах на протяжении всей жизни растения.

Ссылки

Радиолярии: характеристика, морфология, размножение, питание

Как стать семейным терапевтом и специализироваться в профессиональной сфере

Источник

Что такое дифференциация клеток

Дифференциация — это стойкое структурно-функциональное преобразование клеток в различные специализированные клетки. Дифференцировка клеток биохимически связана с синтезом специфических белков, а цитологически — с образованием специальных органелл и включений. При дифференцировке клеток происходит избирательная активация генов. Важным показателем клеточной дифференцировки является сдвиг ядерно-цитоплазменного отношения в сторону преобладания размеров цитоплазмы над размером ядра. Дифференцировка происходит на всех этапах онтогенеза. Особенно отчетливо выражены процессы дифференциации клеток на этапе развития тканей из материала эмбриональных зачатков. Специализация клеток обусловлена их детерминацией.

Детерминация — это процесс определения пути, направления, программы развития материала эмбриональных зачатков с образованием специализированных тканей. Детерминация может быть оотипической (программирующей развитие из яйцеклетки и зиготы организма в целом), зачатковой (программирующей развитие органов или систем, возникающих из эмбриональных зачатков), тканевой (программирующей развитие данной специализированной ткани) и клеточной (программирующей дифференцировку конкретных клеток). Различают детерминацию: 1) лабильную, неустойчивую, обратимую и 2) стабильную, устойчивую и необратимую. При детерминации тканевых клеток происходит стойкое закрепление их свойств, вследствие чего ткани теряют способность к взаимному превращению (метаплазии). Механизм детерминации связан со стойкими изменениями процессов репрессии (блокирования) и экспрессии (деблокирования) различных генов.

Клеточная гибель — широко распространенное явление как в эмбриогенезе, так и в эмбриональном гистогенезе. Как правило, в развитии зародыша и тканей гибель клеток протекает по типу апоптоза. Примерами программированной гибели являются гибель эпителиоцитов в межпальцевых промежутках, гибель клеток по краю срастающихся небных перегородок. Программированная гибель клеток хвоста происходит при метаморфозе личинки лягушки. Это примеры морфогенетической гибели. В эмбриональном гистогенезе также наблюдается гибель клеток, например при развитии нервной ткани, скелетной мышечной ткани и др. Это примеры гистогенетической гибели. В дефинитивном организме путем апоптоза погибают лимфоциты при их селекции в тимусе, клетки оболочек фолликулов яичников в процессе их отбора для овуляции и др.

Понятие о диффероне. По мере развития тканей из материала эмбриональных зачатков возникает клеточное сообщество, в котором выделяются клетки различной степени зрелости. Совокупность клеточных форм, составляющих линию дифференцировки, называют диффероном, или гистогенетическим рядом. Дифферон составляют несколько групп клеток: 1) стволовые клетки, 2) клетки-предшественники, 3) зрелые дифференцированные клетки, 4) стареющие и отмирающие клетки. Стволовые клетки — исходные клетки гистогенетического ряда — это самоподдерживающаяся популяция клеток, способных дифференцироваться в различных направлениях. Обладая высокими пролиферативными потенциями, сами они (тем не менее) делятся очень редко.

Клетки-предшественники (полустволовые, камбиальные) составляют следующую часть гистогенетического ряда. Эти клетки претерпевают несколько циклов деления, пополняя клеточную совокупность новыми элементами, и часть из них затем начинают специфическую дифференцировку (под влиянием факторов микроокружения). Это популяция коммитированных клеток, способная дифференцироваться в определенном направлении.

Зрелые функционирующие и стареющие клетки завершают гистогенетический ряд, или дифферон. Соотношение клеток различной степени зрелости в дифферонах зрелых тканей организма неодинаково и зависит от основных закономерных процессов физиологической регенерации, присущих конкретному виду ткани. Так, в обновляющихся тканях обнаруживаются все части клеточного дифферона — от стволовой до высокодифференцированной и гибнущей. В типе растущих тканей преобладают процессы роста. Одновременно в ткани присутствуют клетки средней и конечной частей дифферона. В гистогенезе митотическая активность клеток постепенно снижается до низкой или крайне низкой, наличие стволовых клеток подразумевается только в составе эмбриональных зачатков. Потомки стволовых клеток некоторое время существуют как пролиферативный пул ткани, но их популяция быстро расходуется в постнатальном онтогенезе. В стабильном типе тканей имеются лишь клетки высокодифференцированной и гибнущей частей дифферона, стволовые клетки обнаруживаются лишь в составе эмбриональных зачатков и полностью расходуются в эмбриогенезе.

Изучение тканей с позиций их клеточно-дифферонного состава позволяет различать монодифферонные — (например, хрящевая, плотная оформленная соединительная и др.) и полидифферонные (например, эпидермис, кровь, рыхлая волокнистая соединительная, костная) ткани. Следовательно, несмотря на то, что в эмбриональном гистогенезе ткани закладываются как монодифферонные, в дальнейшем большинство дефинитивных тканей формируются как системы взаимодействующих клеток (клеточных дифферонов), источником развития которых являются стволовые клетки разных эмбриональных зачатков.

Ткань — это фило- и онтогенетически сложившаяся система клеточных дифферонов и их неклеточных производных, функции и регенераторная способность которой определяется гистогенетическими свойствами ведущего клеточного дифферона.

Ткань является структурным компонентом органа и в то же время частью одной из четырех тканевых систем — покровных, тканей внутренней среды, мышечных и невральных.

Источник