Клеточная специализация или дифференциация клеток - это процесс преобразования обычных клеток в организме в специализированные. Специализированные клетки могут выполнять определенную функцию в организме. Специализация клетки происходит в двух стадиях многоклеточного организма. Во время эмбрионального развития специализация клеток происходит в основном за счет передачи клеточными сигналами цитоплазматических детерминант. Во время взрослого развития стволовые клетки становятся специализированными для различных типов стволовых клеток, главным образом за счет регуляции экспрессии генов. В статье описывается специализация клеток на обоих этапах развития.

Ключевые области покрыты

1. Что такое клеточная специализация - Определение, особенности, функции 2. Как клетки становятся специализированными - Эмбриональное развитие, взрослое развитие

Ключевые термины: взрослые стволовые клетки, клеточная специализация, цитоплазматические детерминанты, эмбриональные стволовые клетки, эпигенетический контроль, сигнальные каскады.

Что такое клеточная специализация

Клеточная специализация относится к дифференцировке клеток на основе их расположения в ткани во время их развития. Внутри многоклеточного организма специализация клеток происходит много раз во время восстановления тканей и во время нормального клеточного обмена. Более того, внутри эмбриона клетки специализируются на различных типах для развития многоклеточного организма. Специализация клетки показана на рисунке 1.

Рисунок 1: Специализация клеток

Специализация клетки изменяет размер клетки, форму, метаболическую активность, мембранный потенциал и реакцию на сигналы.

Как клетки становятся специализированными

На разных этапах развития жизни можно наблюдать разные типы клеточной специализации.

Специализация клеток во время эмбрионального развития

Зигота - это концепция оплодотворения, и она состоит из одной клетки. Он делится на множество клеток посредством митоза, образуя бластомер. Клетки в бластомере тотипотент, и они способны дифференцироваться в клетки любого типа в организме, а также в плаценту. Клетки восьмиклеточной стадии известны как эмбриональные стволовые клетки. Эмбриональные стволовые клетки плюрипотентный, и они способны дифференцироваться в любые типы клеток в организме животного. Плюрипотентные клетки растений известны как меристематические клетки. Эти эмбриональные стволовые клетки дифференцируются в три зародышевых слоя тела: энтодерму, эктодерму и мезодерму. Клетки зародышевого листка мультипотентный, и они способны дифференцироваться в соответствующие ткани тела, полученные из каждого из трех зародышевых листков. Эмбриональное развитие показано на рисунке 1.

Рисунок 1: Эмбриональное развитие

Клеточное деление, происходящее во время эмбрионального развития, представляет собой тип асимметричного клеточного деления. Асимметричное деление клеток дает начало дочерним клеткам с разными судьбами развития. Двумя основными причинами асимметричного деления клеток являются цитоплазматические детерминанты и различные каскады клеточных сигналов. Цитоплазматические детерминанты являются регуляторными молекулами родительской клетки. В сигнальные каскады, конкретная клетка побуждает соседние клетки развиваться в свой тип, передавая в них сигнальные молекулы.

Клеточная специализация во время взрослого развития

Многоклеточные организмы имеют разные типы клеток, которые специализируются на выполнении определенной функции в организме. Клетки, выполняющие определенную функцию, организованы в ткани. Следовательно, конкретная ткань состоит из клеток с определенной функцией. Неспециализированные клетки в организме взрослого человека известны как взрослые стволовые клетки. Дифференциация гемопоэтических стволовых клеток в специализированные типы клеток в крови показана на рисунке 3.

Рисунок 3: Дифференциация гемопоэтических стволовых клеток

Основным механизмом производства специализированных клеток из стволовых клеток является регуляция экспрессии генов с помощью эпигенетических механизмов. Следовательно, тип клетки определяется на уровне экспрессии генов. Более того, образец экспрессии генов должен сохраняться на протяжении поколений. Дифференциальная экспрессия генов достигается модификациями гистонов и разными уровнями метилирования ДНК. Как правило, паттерны метилирования ДНК в эмбриональных стволовых клетках и плюрипотентных взрослых стволовых клетках одинаковы. Но в специализированных соматических клетках дело обстоит иначе. Взрослые стволовые клетки плюрипотентны, и их плюрипотентность поддерживается факторами транскрипции, известными как OCT4, SOX2 и NANGO.

Заключение

Клеточная специализация - это дифференциация клеток для выполнения определенной функции организма многоклеточных организмов. Во время эмбрионального и взрослого развития возникают разные типы клеточной специализации. Во время эмбрионального развития клетки бластомера дифференцируются в клетки с разной эффективностью посредством передачи сигналов клеток и цитоплазматических детерминант. Во время взрослого развития специализация клеток происходит через регуляцию экспрессии генов.

Ссылка:

1. «Клеточная дифференциация». Википедия, Фонд Викимедиа, 17 марта 2018 г., доступно здесь 2. «Прорыв в понимании того, как стволовые клетки становятся специализированными». SBP, доступно здесь.

Изображение предоставлено:

1. «Рис. 2. Результаты исследования различных категорий клеток в различных категориях целлюлоз, которые являются отдельными типами клеток с определенными ролями7». Автор Ryongraf (CC BY-SA 4.0) через Commons Wikimedia2. «Stemcelldifferentiaion» Правительством США (общественное достояние) через Commons Wikimedia3. «422 Feature Stem Cell new» Колледж OpenStax - анатомия и физиология, веб-сайт Connexions, 19 июня 2013 г. (CC BY 3.0) через Commons Wikimedia