4.Mechanizmy wzrostu i różnicowanie komórek
RÓŻNICOWANIE KOMÓREK: proces różnicowania się morfologicznego i funkcjonalnego komórek w trakcie rozwoju organizmu wielokomórkowego; z komórek niewyspecjalizowanych (→ komórki totipotencjalne) powstają komórki wyspecjalizowane, charakterystyczne dla poszczególnych tkanek, a także dla określonych organizmów; np. w czasie rozwoju człowieka z wyjściowej komórki (zygoty) powstaje organizm zbudowany szacunkowo z 1014 komórek, wśród których można wyróżnić ok. 200 typów komórek ,wszystkie one w procesie R(mejozy) rozwinęły się z zygoty. Proces R. nie pociąga za sobą zmian w ich kodzie genetycznym, a wszystkie niezbędne do tego procesu informacje zawiera jądro zygoty (zapłodnionej komórki jajowej) i wszystkich, nawet wysoko zróżnicowanych komórek (informacja genetyczna nie jest tracona). Przyczyną ostatecznych różnic pomiędzy komórkami jest skomplikowany proces regulacji aktywności genów (różnicowa ekspresja genów).
Komórki totipotencjalne= Komórki macierzyste
- mogą przekształcać się w każdy dowolny rodzaj tkanki lub organ, jeśli tylko stworzy się im odpowiednie warunki wzrostu i rozwoju
WZROST:W każdej komórce odbywają się złożone procesy, podczas których komórka pobiera pewne substancje ze swego otoczenia (odżywianie) i z kolei wydala niektóre produkty chemicznej przemiany materii. Każda komórka ma określoną funkcję w gospodarce ustroju jako całości (np. w przypadku komórki ludzkiej, komórki wątroby magazynują białka i cukry jako materiały zapasowe, i wydzielają żółć niezbędną do trawienia oraz wytwarzają enzymy). Wzrastanie komórki następuje wówczas, gdy przemiany prowadzące do pomnażania ilości masy protoplazmy przeważają nad przemianami, prowadzącymi do wydalania, Stan równowagi w komórce, przerywa zwykle zjawisko jej podziału.
Fizjologia molekularna komórki
Różnicowanie komórek jest procesem, w którym z totipotentnej, zapłodnionej komórki jajowej powstają wyspecjalizowane komórki. Wyróżnia się trzy etapy różnicowania; pierwotne i pośrednie- występujące w rozwoju embrionalnym i terminalne występujące także po urodzeniu. Różnicowanie jest regulowane przez genom męski lub żeński i wpływ jednych komórek na inne. Do różnicowania konieczna jest obecność genomu plemnika i komórki jajowej. Różnicowanie regulowane jest pojawieniem się ekspresji genów w czasie i przestrzeni. W kontroli tej ważną rolę pełni struktura chromatyny, której zmiany regulują dostępność DNA dla czynników transkrypcyjnych. Biorą tu udział acetylacja histonów*** i metyzacja*** DNA. Pierwszym przejawem różnicowania zarodka jest uaktywnienie się protoonkogenów*** kodujących białka-czynniki transkrypcyjne i receptory błonowe.
Czynniki wzrostu i różnicowania działają mitogennie lub antyproliferacyjnie *** na komórki zarodka a jednocześnie oddziaływają jako czynnik zarodkowy na tkanki macicy w czasie rozwoju wewnątrzmacicznego.
Pierwotne różnicowanie- z totipotentnej komórki jaką jest zapłodniona komórka jajowa powstają komórki o ograniczonej potencji rozwojowej- k. multipotentne. Proces ten jest kontrolowany przez oddziaływania międzykomórkowe oraz mechanizmy autonomiczne komórki, a więc funkcję obu genomów i zależności jądrowo cytoplazmatyczne.
Różnicowanie pośrednie- -zespoły komórek pierwotnie zróżnicowanych dodatkowo oddziałowują na siebie drogą kontaktów powierzchniowych i wysyłania sygnałów chemicznych.
Różnicowanie terminalne- występujące po zakończeniu okresu zarodkowego (embriogenezy) oraz w organizmach dojrzałych. Przykładem może być różnicowanie komórek krwi i gamet.
protoonkogeny ***geny stymulujące wzrost komórki, występujące w genomie ludzi i zwierząt (dotychczas u człowieka poznano ich ok. 100), które na skutek mutacji mogą ulec przekształceniu w onkogeny.
proliferacja*** rozmnażanie się, bujny rozrost, rozprzestrzenianie się, odradzanie się. W biologii mnożenie się komórek. (anty-przeciw)
acetylacja histonów*** powoduje częściową de kondensację chromatyny, przez co jest ona bardziej dostępna dla czynników transkrypcyjnych. Polega na przeniesieniu gr. acetylowej z acetylo-CoA przez acetylotransferazy histonów
metylacja DNA*** - proces przyłączania grup metylowych (-CH3) do zasad azotowych nukleotydów, w szczególności do cytozyny, rzadziej do adeniny . W proces ten zaangażowane są enzymy z grupy metylaz DNA.
multipotencja - zdolność komórek niezróżnicowanych do różnicowania się w różne typy komórek, ale wyłącznie ściśle określonej tkanki (np. komórki szpiku kostnego mogą różnicować się w komórki krwi). Ich linie potomne występują w tkankach organizmów młodocianych i dojrzałych uczestnicząc w procesach wzrostu i regeneraji.
Mechanizmy różnicowania i wzrostu
Geny ras, kodują białka regulatorowe, zaangażowane w przenoszeniu sygnałów pomiędzy receptorami czynników wzrostu a punktami docelowymi komórki, co aktywuje transkrypcje. Aktywne geny ras może świadczyć o uruchomieniu mechanizmów wzrostu i różnicowania
(czyli mechanizmem jest ekspresja genów)
Mechanizmy różnicowania komórkowego: acetylacja histonów, metyzacja DNA i inaktywacja chromosomu X
Realizacja programu rozwoju i różnicowania odbywa się przez przestrzenną i czasową ekspresję genów. W kontroli tej ważną rolę pełnią dynamiczne zmiany struktury chromatyny regulujące dostępność DNA dla czynników transkrypcyjnych. Częścią tej regulacji jest modulacja acetylacji histonów i metylacjaDNA.
Acetylacja histonów jest czymś więcej niż zmianą konformacji chromatyny. W wyniku acetylacji może powstać 50 lizoform histonów różniących się stanem acetylacji.
Metylacja DNA.W czasie replikacji stara nic DNA zachowuje zmetylowane zasady, gdy nowopowstała jest jeszcze nie zmetylowana. Powadzenie -CH3 do nowo powstałej nici odbywa się przy pomocy metylotransferazy DNA. Metylacja następuje jako przyłączenie -CH3 do zasad azotowych. Metylacja DNA z interakcją DNA-białka dzieli genom na sfery transkrypcyjne aktywne i nieaktywne.
Inaktywacja chromosomu X
Największym zgrupowaniem genów , które podległy inaktywacji jest chromosom X. Równowaga produktów genów związanych z chromosomem X u samic i samców jest osiągnięta przez inaktywację jednego dwóch z 2 chromosomów X we wszystkich ch, somatycznych u samic.
Etapy:
1.Wybór chromosomu podlegającego inaktywacji.
2.Aktywacja transkrypcyjna.
Różnicowanie terminalne
Proces różnicowania jest nieodwracalny i wiąże się z wyłączeniem aktywności pewnych genów a włączeniem aktywności innych co pociąga za sobą kolejne zmiany fenotypu.