V ľudskom tele bolo izolovaných viac ako 200 typov buniek, z ktorých každá má rovnaký dedičný kód. Všetky sa vyvinuli najprv z jednobunkového a potom mnohobunkového embrya, ktoré sa o niečo neskôr rozdelilo na tri zárodočné vrstvy. Z každej jeho časti sa vyvinuli tkanivá tela, kde sa nachádza približne rovnaký typ buniek. Takmer všetky sa zároveň vyvinuli z rovnakej skupiny predchodcov. Tento proces sa nazýva diferenciácia buniek. Ide o lokálne prispôsobenie bunky skutočným potrebám tela, implementáciu funkcií naprogramovaných v jej dedičnom kóde.
Charakteristika buniek a tkanív
Somatické bunky tela majú rovnakú sadu chromozómov bez ohľadu na funkčný účel. Líšia sa však fenotypom, čo sa vysvetľuje ich prípravou na vykonávanie rôznych miestnych úloh vbiologické tkanivá. Fenotyp je výsledkom prejavu špecifického genetického súboru v špecifickom prostredí. A za rôznych podmienok sa bunky s rovnakým genetickým materiálom vyvíjajú odlišne, majú rôzne morfologické vlastnosti a vykonávajú špecifické funkcie.
Vysoko vyvinutý organizmus to potrebuje na tvorbu mnohých tkanív, ktoré tvoria jeho orgány. V tomto prípade sú tkanivá vytvorené z homogénnej skupiny kmeňových prekurzorov. Tento proces sa nazýva diferenciácia buniek. Ide o reťazec udalostí zameraných na rast bunkovej populácie podľa vopred stanovených kritérií pre rast a vývoj biologických tkanív tela. Je základom rastu organizmu a jeho mnohobunkovej organizácie.
Podstata diferenciácie
Z hľadiska molekulárnej biológie je diferenciácia buniek proces aktivácie niektorých častí chromozómov a deaktivácie iných. To znamená kompaktné balenie alebo odvíjanie častí chromozómov, ktoré ich sprístupňujú na čítanie dedičnej informácie. V konjugovanom stave, keď sú gény zabalené v heterochromatíne, je čítanie nemožné a v expandovanej forme sú požadované časti genetického kódu dostupné pre messenger RNA a následnú expresiu. To znamená, že diferenciácia buniek je neprísne regulovaná typizácia rovnakého typu balenia chromatínu.
Cytokíny a poslovia
V dôsledku toho sa skupina buniek diferencovala na identicképodmienok a majúce podobné morfologické znaky, dochádza k despriralizácii identických úsekov chromozómov. A v priebehu vystavenia medzibunkovým poslom sa aktivujú lokálne regulátory bunkovej diferenciácie, požadované úseky génov a dochádza k ich expresii. A preto bunky biologických tkanív produkujú rovnaké látky a vykonávajú podobné funkcie, pre ktoré je tento proces zabezpečený. Z tohto hľadiska je diferenciácia buniek priamym účinkom molekulárnych faktorov (cytokínov) na expresiu genetickej informácie.
Membránové receptory
Bunky toho istého tkaniva majú podobný súbor membránových receptorov, ktorých prítomnosť je kontrolovaná T-killermi imunitného systému. Strata bunkového receptora požadovaného typu alebo expresia iného, ktorý nie je určený pre danú lokalizáciu kvôli riziku onkogenézy, spôsobuje riadenú bunkovú agresiu proti „narušiteľovi“. Výsledkom bude deštrukcia bunky, ktorej diferenciácia nedodržala pravidlá stanovené vplyvom medzibunkových poslov od špecializovaných regulátorov.
Imunitná diferenciácia
Imunitné bunky majú špeciálne receptorové molekuly nazývané diferenciačné zhluky. Ide o takzvané markery, pomocou ktorých možno pochopiť, za akých podmienok sa imunocyty vyvinuli a na aké účely sú určené. Prechádzajú dlhým a zložitým procesom diferenciácie, v každom štádiu ktorého skupiny lymfocytov, ktoré majú vyvinutý nedostatočný počet receptorov, sú eliminované a zničené, alebo v ich interakcii sprotilátky detekované „nesúlad“.
Bunkové skupiny a tkanivá
Väčšina telesných buniek sa počas mitotickej reprodukcie delí na dve časti. V prípravnom štádiu sa genetická informácia zdvojnásobí, po čom sa vytvoria dve dcérske bunky s podobnou sadou génov. Kopírovaniu podliehajú nielen aktívne časti chromozómov, ale aj konjugované. Preto v tkanivách diferencované bunky po delení dávajú vznik dvom novým dcérskym bunkám, ktoré majú genetický materiál podobný kompletnej somatickej sade chromozómov. Nedokážu sa však diferencovať na iné bunky, pretože nemôžu prirodzene migrovať do iných biotopov, teda k iným poslovom diferenciácie.
Rast bunkovej populácie
Hneď po rozdelení dvoch dcérskych buniek dostanú špeciálnu sadu organel, ktoré zdedili od matky. Tieto najmenšie funkčné prvky sú už pripravené na vykonávanie potrebných úloh v danom biologickom tkanive. Preto dcérska bunka potrebuje len zväčšiť objem dutín endoplazmatického retikula a zväčšiť ich veľkosť.
Cieľom vývoja buniek je tiež získanie dostatočného prísunu živín a viazaného kyslíka. K tomu v prípade kyslíkového alebo energetického hladovania uvoľňuje do medzibunkového priestoru faktory angiogenézy. Pozdĺž týchto kotiev vyrastajú nové kapilárne cievy, ktoré budú kŕmiť skupinu.bunky.
Proces zväčšovania veľkosti, získanie dostatočného prísunu kyslíka a energetických substrátov a rozširovanie vnútrobunkových organel so zvýšenou rýchlosťou produkcie bielkovín sa nazýva rast buniek. Je základom rastu mnohobunkového organizmu a je regulovaný mnohými proliferačnými faktormi. V určitom bode, po dosiahnutí maximálnej veľkosti, signálom zvonku alebo zhodou okolností, sa pestovaná bunka opäť rozdelí na polovicu, čím sa ďalej zväčší veľkosť biologického tkaniva a organizmu ako celku.
Mezodermálna diferenciácia
Za jasnú demonštráciu diferenciácie kmeňových buniek a ich vyvinutejších „potomkov“by sme mali považovať premenu mezodermálnej zárodočnej vrstvy ľudského tela. Z mezodermu - skupiny kmeňových buniek s rovnakou štruktúrou a vyvíjajúcich sa v prítomnosti diferenciačných faktorov, pochádzajú také bunkové populácie ako nefrotóm, somit, splanchnotóm, splanchnotomálny mezenchým a paramezonefrický kanál.
Z každej takejto populácie vzniknú prechodné formy diferenciácie, z ktorých neskôr vzniknú bunky dospelého organizmu. Zo somitu sa vyvinú najmä tri bunkové skupiny: myotóm, dermatóm a sklerotóm. Z myotómových buniek vzniknú svalové bunky, sklerotóm – chrupavka a kosť, a dermatóm – spojivové tkanivo kože.
Z nefrotómu vzniká epitel obličiek a vas deferens a maternicový epitel sa odlišuje od paramezonefrického kanálatrubice a maternica. Fenotyp buniek splanchnotómu bude pripravený diferenciačnými faktormi pre ich transformáciu na mezotel (pleura, perikardium a peritoneum), myokard, kôru nadobličiek. Mezenchým splanchnotómu je východiskovým materiálom pre vývoj bunkových populácií krvi, spojivového a hladkého svalového tkaniva, krvných ciev a mikrogliálnych buniek.
Rast buniek v týchto populáciách, ich viacnásobné delenie a diferenciácia je základom pre podporu životaschopnosti mnohobunkového organizmu. Tento proces sa nazýva aj histogenéza - vývoj tkanív z bunkových prekurzorov v dôsledku ich diferenciácie a transformácie fenotypu v súlade s vplyvom extracelulárnych faktorov, ktoré regulujú ich vývoj.
Diferenciácia rastlinných buniek
Funkcie rastlinnej bunky závisia od ich umiestnenia, ako aj od prítomnosti rastových modulátorov a supresorov. Embryo rastliny v zložení semien nemá vegetatívne a zárodočné oblasti, a preto ich po vyklíčení musí vyvinúť, čo je nevyhnutné pre reprodukciu a rast. A kým nepríde vhodný čas na jeho klíčenie, zostane nečinný.
Od okamihu prijatia signálu pre rast sa funkcie rastlinných buniek začnú realizovať spolu so zväčšovaním ich veľkosti. Bunkové populácie uložené v embryu prejdú fázou diferenciácie a premenia sa na transportné cesty, vegetatívne časti, zárodočné štruktúry.
