Diferenciacija biologijoje apibūdina transformaciją iš blogai diferencijuotos į labai diferencijuotą būseną. Šis procesas turi ypatingą reikšmę apvaisinto kiaušinio vystymuisi iki visiško organizmo. Diferenciacijos proceso sutrikimai gali vadovauti sunkioms ligoms, tokioms kaip Vėžys ar apsigimimų.
Kas yra diferencijavimas?
Biologinė diferenciacija yra nediferencijuotų kamieninių ląstelių specializacija į diferencijuotas somatines ląsteles. Biologinė diferenciacija yra nediferencijuotų kamieninių ląstelių specializacija į diferencijuotas somatines ląsteles. Šie procesai, ypač embriogenezės ir vėlesnio augimo metu, vaidina svarbų vaidmenį. Tačiau diferenciacijos procesai vis dar yra svarbūs palaikant kūno funkcijas suaugusiuose organizmuose. Iš pradžių nediferencijuotos kamieninės ląstelės vis dar turi galimybę transformuotis į visas kitas kūno ląsteles. Vykstant keliems diferenciacijos procesams atsiranda specializuotos kūno ląstelės, kurios formuoja įvairius organus ir ilgainiui praranda gebėjimą dalytis. Yra keletas kamieninių ląstelių tipų. Pavyzdžiui, vadinamosios totipotentinės kamieninės ląstelės vis dar sugeba transformuoti kiekvieną į visišką organizmą. Savo ruožtu pluripotentinės kamieninės ląstelės vis dar gali diferencijuotis į visas kūno ląsteles. Tačiau jiems nebeįmanoma išsivystyti į atskirus organizmus. Daugiapotentės kamieninės ląstelės jau pasiekė tam tikrą diferenciaciją į konkrečią ląstelių liniją. Tačiau jie vis tiek gali diferencijuotis į visas kitas tos ląstelių giminės ląsteles.
Funkcija ir užduotis
Biologinė diferenciacija yra vienas iš svarbiausių augalų, gyvūnų ar žmonių organizmų vystymosi procesų. Šio proceso metu, be kita ko, iš apvaisintos kiaušialąstės keliais etapais išsivysto vis labiau diferencijuojamos somatinės ląstelės. Apvaisinta kiaušialąstė yra pirmoji totipotentinė kamieninė ląstelė, kuri iš pradžių ląstelė dalijasi į keturias identiškas ląsteles. Kiekviena iš šių keturių ląstelių gali išsivystyti į visiškai genetiškai identišką organizmą. Kai pasiekiama keturių ląstelių stadija, susidaro blastocista, kurią sudaro pluripotentinės embrioninės kamieninės ląstelės. Šios pluripotentinės kamieninės ląstelės gali išsivystyti per kitą diferenciacijos etapą į tris gemalo sluoksnius ektodermą, entodermą ir mezodermą ir taip atspindi visų kitų kūno ląstelių atskaitos tašką. Tačiau, priešingai nei totipotentinės kamieninės ląstelės, šios jau prarado galimybę išsivystyti į genetiškai identiškus nepriklausomus organizmus. Trys sėklalizdžiai sukelia tolimesnes ląstelių linijas, kurios iš pradžių susideda iš daugiapotencinių kamieninių ląstelių. Šiame procese daugiapotentės kamieninės ląstelės sugeba išsivystyti į visus atitinkamos ląstelių giminės ląstelių tipus. Šios ląstelės nebeturi galimybės transformuotis į visas kitas somatines ląsteles, nes jos jau pasiekė aukštesnį diferenciacijos laipsnį nei pluripotentinės kamieninės ląstelės. Gyvūnų ir žmonių organizmuose diferenciacijos procesas yra susijęs su nustatymu. Nustatymas reiškia specializacijos specifikaciją, kai ji bus priimta, o tolesnė ląstelių linijų plėtra bus perduota epigenetinėmis priemonėmis. Žinoma, ląstelės, kurios jau buvo iš anksto diferencijuotos, ir toliau diferencijuosis į atitinkamos ląstelių giminės ląsteles, nustatydamos jas. Nors bendra genetinė kiekvienos ląstelės informacija yra identiška, ji ją vadina skirtingai genas išraiška, atsižvelgiant į ląstelės tipą. Tai, be kita ko, reiškia, kad a kepenys pavyzdžiui, dekoduojama tik genetinė kepenų funkcijos informacija, o visa kita informacija lieka neskaityta. Diferenciacijai įtakos turi įvairūs išoriniai ar vidiniai veiksniai. Hormonai pavyzdžiui, augimo veiksniai vaidina svarbų vaidmenį. Ląstelių kontaktai su kaimyninėmis ląstelėmis taip pat lemia diferenciacijos kryptį. Tam tikromis sąlygomis gali įvykti transdeterminacija. Tokiu atveju pakeičiamas ląstelių nustatymas. Tai vaidina svarbų vaidmenį žaizdų gijimas. Šiais atvejais, jei ląstelės jau yra diferencijuotos, jos praranda diferenciaciją ir vėl diferencijuojasi. Tačiau jei šis procesas yra sutrikęs, Vėžys gali atsirasti diferenciacija, kad organizmas apskritai veiktų kaip vieninga biologinė sistema.
Ligos ir sutrikimai
Tačiau diferencijuojant ląsteles, gali atsirasti potencialiai sutrikimų vadovauti į organų apsigimimus embriogenezės metu. Taigi yra keletas genetinės ligos su daugybe organų displazijų. Be apsigimimų Vidaus organai, išorinė išvaizda dažnai būna neharmoninga. Tačiau yra ir ne genetinių organų apsigimimų priežasčių. Vienas iš pavyzdžių yra inkstų agenezė, kai nėra amniono skystis. Kadangi žmogaus embrionas gali vystytis tik amniono skystis, čia trūksta organų diferenciacijos dėl vietos trūkumo, taip pat pažeidžiami kiti organai ir audiniai. Narkotikai taip pat gali sutrikdyti diferenciacijos procesą embriogenezės metu. Gerai žinomas pavyzdys yra raminamasis talidomidas, kuris padarė žalos augalo vystymuisi vaisius metu ankstyvas nėštumas. Tai tapo vieša 1961 m. Kilus vadinamajam talidomido skandalui. Tačiau gali atsitikti ir taip, kad jau diferencijuotos ląstelės diferencijuojasi, o po to nekontroliuojamai dauginasi. Ši padėtis yra Vėžys. Kuo labiau pažengusi ląstelių diferenciacija, tuo piktybiškesnis navikas. Kaip minėta anksčiau, diferenciacija yra būtina kai kuriais atvejais, kai yra didesnis ląstelių augimo poreikis. Taip yra, be kita ko, žaizdų gijimas. Tačiau šiuose procesuose po diferenciacijos vėl vyksta ląstelių diferenciacija. Tačiau jei diferenciacija neįvyksta, vėžys išsivysto. Somatinės ląstelių mutacijos taip pat gali paveikti diferenciaciją įtakojančius genus. Todėl senstant didėja vėžio išsivystymo tikimybė.