Regionalna diferencijacija embriona

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
(Preusmjereno sa Regionalna specifikacija)
Jump to navigation Jump to search
Diferencijacija embriona
Germ layers.jpg
Diferencijacija tri klicina lista
Dani 19
Prekursor Gastrula
Razvojem postaje Organizam

Regionalna diferencijacija ili regionalizacija – u biologiji razvića – je proces koji vodi ka uspostavljanju kumulirajućih razlika između početnih ćelija i tkiva tokom rane embriogeneze. Iako se ovaj pojam se podjednako odnosi na sve višećelijske organizme, uključujući i biljke, obično se podrazumijeva da je riječ o regionalizaciji embriona životinja, uključujući i čovjeka.[1][2][3][4][5]

Definicija[uredi | uredi izvor]

Pod diferencijacijom se u citologiji i histologiji podrazumijeva procea stvaranja strukturnih morfoloških i funkcijskih razlika u procesu embrionalnog razvića Prvonastale ćelije su istovrsne, dobijene diobom oplođene jajne ćelije, tokom razvoja postaju sve raznolikije, dok ne poprime konačan oblik. Diferencijacija živih sistema, dakle je proces postajanja sve različitijim dao dostizanja konačnog stanja.

Diferencijacija se ne odvija sinhronizirano u svim dijelovima neke strukture ili tijela . Ona započinje i širi se iz određenih centara, koji je ponekad uzročno uvjetuju, kao npr. u klicinoj ćeliji. Pritom se razne formr ćelija diferenciraju se različitom brzinom. Diferencijacija je nerazdvojno je povezana sa samim ćelijama i više ili manje je nezavisna o uvjetima vanjske sredine. Tako je nakon transplantacije utvrđeno je da presađeni dio zametka u novoj sredini ima diferencijaciju primjerenu novom mjestu ili svom porijeklu.

Ovo je pojava ustaljivanja sposobnosti određenog dijela zametka da izgradi uvijek određeno tkivo ili organ. Ćelije bivaju determinirane potkraj gastrulacije. Ako se na zametnon stadiju ćelije presade u neodgovarajuće tkivo domaćina, tada se npr. na trbuhu pokusnog žabljeg zametka razvije izvorno tkivo ili organ koji je trebao nastati u matičnom okruženju. Razvija se očni mjehurić ako je transplantat bio iz regije iz koje se trebalo razviti oko. Prije determinacije transplantat se razvija primjereno mjestu na koje je presađen, a nakon determinacije primjereno području svog podrijetla.[6]

Pregled[uredi | uredi izvor]

Odrasli organizmi se sastoje od niza različitih tipova ćelija. Ćelije su organizovane u tkiva, od kojih svako obično sadrži mali broj vrsta ćelija sa i određenom fiziološkom funkcijom. Naprimjer, epitelno tkivo koje oblaže tanko crijevo sadrži kolumnarne apsorpcijske ćelije, sluzne peharaste ćelije, endokrine ćelije (koje luče hormone) i one koje luče enzime (tzv. Panethove ćelije). Osim toga, postoje dijeljenjem nediferencirane ćelije koje leže u prostorima između crijevnih resica i služe za zamijenu drugih tipova ćelija kada postanu oštećene ili istrošene. Još jedan primjer diferenciranosti su skeletno tkivo dugih kostiju, koje sadrži osteoblaste (velike ćelije koje sintetiziraju kost) u vanjske ovojnice i osteocite (zrele koštane ćelije) i osteoklaste (multijedarne ćelije uključene u remodeliranje kosti) unutar osnovne matrice. U principu, jednostavnija ukupna organizacija životinja ima manji broj različitih tipova ćelija. Sisari sadrže više od 200 različitih vrsta ćelija, dok jednostavni beskičmenjaci mogu imati samo nekoliko različitih vrsta ovih osnovnoh organizacijskofuncijskih jedinica živih bićs.

Višećelijskebiljke također odlikuje diferencijacija ćelija, ali su sasvim drugačije od životinjskih. Na primjer, list u viših biljaka je prekrivena slojem epidermalnih ćelija. Među njima su pore koje se sastoje od dvije specijalizirane ćelije, kojima se uređuju razmjena plinova preko epiderme. U okviru list je mezofil, a sunđerasto tkivo je odgovorno za fotosintetske aktivnosti. Tu su i provodni sudovi koji se sastoje od ksilemskih elemenata, koji transportira vodu se iz zemlje, i floemskih elemenata, koji transportiraju proizvode fotosinteze u organe za skladištenje.

Različite vrste ćelija su tradicijski prepoznate i klasificirane prema njihovom izgledu pod svjetlosnim mikroskopom nakon procesa fiksiranje, obrade, seciranja i bojenja tkiva, koja je poznata kao histološka analiza. Mogućnosti klasične histologije su uvećane različitim tehnikama sa više diskriminacijskih potencijala. Elektronska mikroskopija omogućava veća uvećanja. Histohemiji uključuje upotrebu boja koje precipitirajući podloga za bojenje prikazuju prisustvo određenih enzima in situ. Imunohistohemija koristi specifična antitijela za identifikaciju određene supstance, obično proteina ili ugljikohidrata u ćelijama. In situ hibridizacija uključuje korištenje sonde nukleinskih kiselina za vizualizaciju lokaciju specifičnih informacijskih RNK (iRNK). Ove moderne metode su omogućile identifikaciju više tipova ćelija nego što se moglo vizualizirati klasičnim histološkim, posebno u mozgu i imunom sistemu i među ćelijama koje luče hormone endokrinog sistema.

Biohemijski osnovi ćelijske diferencijacije je sinteza ćelijski određenog skupa proteina, ugljikohidrata i masti. Ovu sintezu kataliziraju proteini zvani enzimi . Svaki enzim zauzvrat je sintetiziran u skladu sa posebnog gena ili sekvence nukleotida u DNK u ćelijskom jwedru. Posebno stanje diferencijacije, prema tome, odgovara aktivnosti skupa gena koji se ispoljavaju i razini na kojoj se izražavaju.

Smatra se da su svi gena jednog organizma su prisutni u svakm ćelijskom jedru, bez obzira na vrstu ćelija, a da razlike između tkiva nisu zbog prisustva ili odsustva određenih gena, ali su zbog izraz i represije nekih drugih. U životinja i biljaka, najbolji dokaz da jedro sadržava čitav genom je razvoj cijelog životinjskog organizma putem kloniranja u eksperimenatima u kojima je jedro diferencirane ćelije zamijenilo jedro oplođene jajne ćelije. U mnogih vrsta to može rezultirati u razvoju normalnog embriona koji sadrži komplet dijelova tijela i tipova ćelija. Isto tako, u biljkama često je moguće da raste kompletan embrija iz pojedinih ćelija u kulturi tkiva

Takvi eksperimenti pokazuju da svako jedro ima genetičke informacije koje su potrebne za rast organizma u razvoju, što snažno ukazuje na to da, za većinu tkiva, ćelijska diferencijacija proizlazi iz regulaciju genetičke aktivnosti, prije nego iz uklanjanja ili uništavanja neželjenih gena. Jedini poznati izuzetak od ovog pravila dolazi od imunog sistema, gdje se segmenti DNK u razvoju bijelih krvnih zrnaca malo preuređuju, proizvodeći širok spektar molekula antitijela i receptora molekule. Na molekulskoj razini postoje mnogi načini na koje se ispoljavanje gena može diferencijalno regulirati u različitim tipovima ćelija. Mogu postojati razlike u kopiranju ili transkripciji gena u RNK, kao što su:

Međutim, na toj razini najviše uticaja ima ekspresija gena i kontrola transkripcije. DNK u ćelijskom jedru postoji u formi hromatina, koji se sastoji od DNK vezane za histone (jednostavnih alkalnih proteina) i drugih nehistonskih proteina. Većina lanaca DNK su kompleksni, sa ponavljajućim strukturama zvanim nukleosomi, od kojih svaki sadrži osam molekula histona. Aktivni geni se nalaze u dijelovima DNK gdje hromatin ima "otvorenu" konfiguraciju, u kojima su regulatorni proteini u mogućnosti da dobiju pristup DNK. Stepen do kojeg otvareni hromatin zavisi od hemijskih modifikacija vanjskih dijelova molekula histona i na prisutnosti ili odsutnosti određenih nenhistonskih proteina. Kontrola rranskripcij se odvija uz pomoć regulatornih sekvenci koje se nalaze u vezi sa genima, kao što je sekvenca promotora, regije u blizini početka gena i sekvence stimulacije, regija koje leže drugdje u DNK koje pojačavaju aktivnost enzima koji su uključeni u proces transkripcije. Bez obzira da li se ili ne transkripcija javlja u zavisnosti od vezivanje faktora transkripcije sa ovim regulacijskim sekvencama. Transkripcijski faktori su proteini koji obično posjeduju regiju za DNK-vezivanja, koji prepoznaju specifične regulatorne sekvence u DNK i efektore u regiji, koji aktiviraju ili inhibiraju transkripciju. Faktori transkripcije često djeluju aktiviranje enzima koji dodaju modifikacije (npr. acetil ili metil grupa) ili uklanjaju izmjene od vanjskih dijelova histonskih molekula. Ovo kontrolira sklapanje hromatin i dostupnost DNK za RNK polimeraze i druge faktore transkripcije.

U principu, potrebno je nekoliko faktora transkripcije koji djeluju u kombinaciji za aktiviranje gena. Na primjer, pileći delta 1 kristalin gen, obično se ispoljava samo u sočivu oka i ima promotor koji sadrži vezivanja za dva aktivacijska faktora transkripcije i pojačivača koji sadrži vezivanja za dva druga aktivacijska faktora transkripcije. Tu je i dodatni lokus pojačivača koji mogu vezati ili aktivator (deltaEF3) ili represor (deltaEF1). Uspješna transkripcija zahtijeva da se sve ove lokacije zauzimaju ispravni faktori transkripcije. Potpuno diferencirane ćelije su kvalitativno različite jedna od druge. Terminalno stanje diferencijacije je stabilno i uporno, kako u trajanju ćelije i u uzastopnim generacijama ćelija (u slučaju diferenciranih tipova koji imaju kontinuirane podjele ćelija). Inherentna stabilnost diferenciranog stanja se održava putem raznih procesa, uključujući aktiviranje povratne podložnosti gena od vlastitih proizvoda i represije neaktivnih gena. Hromatinska struktura može biti važna u održavanju stanja diferencijacije, iako je i dalje nejasno da li se to može održavati tokom DNK replikacije, što uključuje privremeno uklanjanje hromosomskih proteina i odmotavanje dvostruke spirale DNK.

Tip kontrole diferencijacije koja se održava u toku DNK replikacije je metilacija DNK, koja teži da uključi deacetilaciju histona i time zatvaraju strukturu hromatina. Metilacija DNK se javlja kada je metil grupa vezana za vanjsku ili na šećer-fosfatnoj strani, citozinskog (C) ostatka. Citozinska metilacije se javlja samo na C nukleotidima kada je povezan sa G (guaninimm) nukleotidom na istom lancu DNK. Uparivanja ovih nukleotida se nazivaju C-G dinukleotidi. Jedna klasa DNK metilaznih enzima može uvesti nove metilacije kada je to potrebno, dok se druga zove metilaza održavanja, metilizira CG dinukleotide u DNK dvostruku spiralu samo kada je već metil CG komplementarni lanac. Svaki put kada se replicira metilirana DNK, stara nit ima metil grupe, a novi lanac nema. Metilaza održavanja će zatim dodati metil grupu za sve kompatibilnu grupa nasuprot postojeće metil grupe za obnovu potpune metilizirane dvostruke spirale. Ovaj mehanizam jamči stabilnost obrasca metilacije DNK, a samim tim i diferenciranog stanja, tokom procesa replikacije DNK i podjele ćelija.

Usmjeravanje razvoja ćelija[uredi | uredi izvor]

U pogledu razvojnih usmjerenosti, budućnost ćelije može iti determinirana ili neutralna. Determinirane ćelije mogu biti pokrenute na određenu specijalizaciju, ali je taj proces nepovratan. Postoje dvije glavne vrste specifikacije: autonomna i uvjetna. Ćelija koja je autonomno usmjerena će se razviti u određenom pravcu na osnovu citoplazmatske determinacije, bez obzira na okočnu sredinu. Uvjetno determinirane ćelija se razvijaju u određenom smjeru na temelju drugih okolnih ćelija ili morfogenih gradijenata.

Diferencijacija u morskih ježeva , u određivanju orijentacije naprijed–nazad (glava–rep)ima i autonomne i uvjetne mehanizme. Osa prednje/ zadnje leži duž osi životinje / biljke i podešava se tokom brazdanja. Mikromere induciraju obližnje tkivo za nastanak endoderma, dok su ćelije animalnog pola su određene da postanu ektoderm. Prve ćelije životinja nisu određene jer mikromere mogu uticati na razvoj mezoderma ili endoderma. Uočeno je da je β-katenin prisutan u jedru vegetativnog pola blastule. U nizu eksperimenata, jedna studija je potvrdila ulogu β-katenina u specifikaciji autoimunim vegetativnim ćelijama i micromerama. Tretmani spojem LiCl je dovoljan da vegetalizirani embrion poveća jedarnu lokalizaciju β-katenina. Smanjenje ispoljavanja β-katenina u jedru u korelaciji je sa gubitkom vegetativih ćelija. Transplantirane mikromere kojima nedostaje ćelijska akumulacije β-katenin nisu bili u stanju da izazove drugu os.

Za molekulski mehanizam djelovanja β-katenin i mikromera, uočeno je da Notch bila ravnomjerno prisutna na apikalnoj površini rane blastule. ali je izgubljena na sekundarnom mezenhimu ćelija (SMC-ova) tokom kasne blastule i obogaćena predvidivim endodermnim ćelijama krajem blastule. Notch signalizacija je potrebna i dovoljna za određivanje SMC. Mikromeres ispoljavaju prisustvo liganda za Notch, Delta, na njihovoj površini, za podsticanje stvaranja SMC.

Visoki nuklearni nivo beta-katenina iz visoke akumulacije posebnih proteina na vegetativnom polu jajeta inaktivira GSK-3 i sprečava fosforilaciju β-katenina. Ovo omogućava da β-katenin izbjegne degradaciju i uđe u nukleus. Jedina važna uloga β-katenin je aktiviranje transkripcije gena FMR1. Ovaj gen potiskuje represor kako bi se omogućilo ispoljavanje mikromernih gena.

Aboralna/Oralna os (analogno leđna/ventralna ose u drugih životinja) je navedena kao čvorni homolog. Nodalna struktura je lokalizirana u budućoj usnoj strani embrija. Eksperimenti su potvrdili da je nodal potreban i dovoljan da promovira razvoj usta. Čvorovi također imaju ulogu u formiranju lijevo/desno

Sisari[uredi | uredi izvor]

Najranija specifikacija u embrionu miša javlja se između trofoblasta i unutrašnje ćelijske mase, u vanjskim polarnim i unutrašnjim apolarnim ćelijama. Ove dvije grupe postaju u fazi od osam ćelija tokom kompakcije, ali ne postaju detrminirane dok ne dođu do faze od 64 ćelije. Ako se apolarne transplantiraju u fazi 8-32 ćelija, te ćelije će se razvijati kao ćelije trofoblasta.

Prednje / stražnja os u embrija miša je određena iz dva centra signalizacije. Kod njega, jaje formira cilindar sa epiblastnom peharastom formacijom na distalnom kraju tog cilindra. Epiblast je okružen visceralnim endodermom, koji je ekvivalent hipoblastu ljudi i riba. Signali za prednje / stražnju osovinu dolaze iz primitivnog čvora. Drugo važno mjesto je prednji visceralni endoderma (AVE). On se nalazi napried, većinom u prednjem položaju čvora i neposredno ispod epiblasta u regionu koji će migriranjem postati endomezoderm za formiranje glavenog mezoderma i endoderma prednjeg dijela probavnog trakta. AVE pokriva čvor, najviše njegovu prednju strukturu. Dakle, čvor je u mogućnosti da se formira normalno nervnu cijev, ali su mu za formiranje glave potrebni signali iz AVE.

Otkriće homeoboksa u voćnih mušica Drosophila i nalaz da se održao i u drugih životinja dovelo je do napretka u razumijevanju formiranju smjera prednje-zadnje. Većina Hox gena u sisara ispoljava obrazac koji ide paralelno uz homeotske gene u mušica. U sisara, postoje četiri kopije Hox gena, a svaki njihov set je paralogan drugima (Hox1a je paralogue od Hox1b, itd). Ovi paralozi pokazuju obbrasce preklapanje izražavanja i mogu djelovati redundantno. Međutim, dvostruka mutacija u paralognim genima također može djelovati sinergistički, što ukazuje na to da geni moraju djelovati zajedno u ostvarivanju iste funkcije.

Također pogledajte[uredi | uredi izvor]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Gilbert S. F. (2010): Developmental biology, 9th Ed. Sinauer Associates, ISBN 978-0-87893-558-1.
  2. ^ Međedović S., Maslić E., Hadžiselimović R. (2000): Biologija 2. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 9958-10-222-6.
  3. ^ Harrison L. G. (2011): The shaping of life: The generation of biological pattern. Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-55350-6; http://books.google.com/books?id=-IPG-vg7Pr8C.
  4. ^ Warrell D. A., Cox T. M., Firth J. D. (2010): The Oxford Textbook of Medicine Archived 21 March 2012[Date mismatch] at the Wayback Machine. (5th ed.). Oxford University Press
  5. ^ Noble J. (1987): Textbook of general medicine and primary care. Little Brown & Co, IS BN-13: 978-0316611503; ISBN-10: 0316611506.
  6. ^ Sofradžija A., Šoljan D., Hadžiselimović R. (2000): Biologija 1, Svjetlost, Sarajevo, ISBN 9958-16-8.

Vanjski linkovi[uredi | uredi izvor]