Cum devin celulele specializate

Specializarea celulelor sau diferențierea celulelor este un proces de transformare a celulelor generice în organism în celule specializate. Celulele specializate pot efectua o anumită funcție în organism. Specializarea celulei are loc în două etape ale unui organism multicelulare. În timpul dezvoltării embrionare, specializarea celulară apare în principal datorită semnalizării celulare a determinanților citoplasmatici. În timpul dezvoltării adulților, celule stem devin specializate pentru diferite tipuri de celule stem, în principal datorită reglării expresiei genelor. Specializarea celulelor în ambele etape de dezvoltare este descrisă în acest articol.

Domenii cheie acoperite

1. Ce este specializarea celulară
     - Definiție, Funcții, Funcție
2. Cum devin celulele specializate
     - Dezvoltarea embrionară, dezvoltarea adulților

Termeni cheie: celulele stem ale adulților, specializarea celulelor, determinanții citoplasmați, celulele stem embrionare, controlul epigenetic, cascadele de semnalizare

Ce este specializarea celulară

Specializarea celulelor se referă la diferențierea celulelor pe baza localizării acestora în timpul dezvoltării lor. În cadrul unui organism multicelulular, specializarea celulară are loc în numeroase momente în timpul reparației țesuturilor și în timpul fluctuației celulare normale. Mai mult, în cadrul embrionului, celulele sunt specializate în diferite tipuri pentru dezvoltarea unui organism multicelulare. Specializarea celulei este prezentată în figura 1.

Figura 1: Specializarea celulelor

Specializarea celulelor modifică dimensiunea celulei, forma, activitatea metabolică, potențialul membranei și răspunsul la semnale.

Cum devin celulele specializate

Diferite tipuri de specializare celulară pot fi observate în diferite stadii de dezvoltare ale vieții.

Specializarea celulelor în timpul dezvoltării embrionare

Zygote este conceptul de fertilizare, și este compus dintr-o singură celulă. Se divide în multe celule prin mitoză, formând blastomeri. Celulele din blastomere sunt totipotent, și sunt capabili să se diferențieze în orice tip de celule din corp, precum și din placentă. Celulele din etapa celor opt celule sunt cunoscute sub numele de Celulele stem embrionare. Celulele stem embrionare sunt pluripotente, și sunt capabili să se diferențieze în orice tip de celule din corpul unui animal. Celulele pluripotent din plante sunt cunoscute ca celule meristematice. Aceste celule stem embrionare sunt diferențiate în cele trei straturi de germeni ale corpului: endoderm, ectoderm și mesoderm. Celulele din straturile germinative sunt multipotente, și sunt capabile să se diferențieze în țesuturile corespunzătoare ale corpului dezvoltate din fiecare dintre cele trei straturi de germeni. Dezvoltarea embrionară este prezentată în figura 1.

Figura 1: Dezvoltarea embrionară

Diviziunea celulară care are loc în timpul dezvoltării embrionare este un tip de diviziune celulară asimetrică. Diviziunea celulară asimetrică dă naștere la celulele fiice cu evoluții distincte. Cele două motive principale pentru diviziunea celulară asimetrică sunt determinanții citoplasmatici și cascade diferite de semnalizare celulară. Determinanți citoplasmatici sunt molecule de reglementare ale celulei părinte. În cascade de semnalizare, o anumită celulă îi induce celulele vecine să se dezvolte în tipul ei prin transmiterea în ele a moleculelor de semnalizare.

Specializarea de celule în timpul dezvoltării adulților

Organismele multicelulare au diferite tipuri de celule care sunt specializate pentru a îndeplini o anumită funcție în organism. Celulele care îndeplinesc o anumită funcție sunt aranjate în țesuturi. Prin urmare, un țesut special constă în celule cu o funcție definită. Celulele nespecializate din organismul adult sunt cunoscute sub numele de celulele stem adulte. Este prezentată diferențierea celulelor stem hematopoietice în tipuri de celule specializate din sânge figura 3.

Figura 3: Diferențierea celulelor stem hematopoietice

Principalul mecanism de producere a celulelor specializate din celulele stem este reglarea exprimării genelor prin mecanisme epigenetice. Prin urmare, tipul celulei este determinat la nivelul expresiei genei. În plus, modelul expresiei genetice trebuie menținut pe parcursul generațiilor. Expresia genică diferențială este obținută prin modificări histone și niveluri diferite de metilare a ADN-ului. În general, modelele de metilare a ADN în celulele stem embrionare și celulele stem pluripotente sunt aceleași. Dar, este diferită în celulele somatice specializate. Celulele stem adulte sunt pluripotente, iar pluripotența lor este menținută de factorii de transcripție cunoscuți sub numele de OCT4, SOX2 și NANGO.

Concluzie

Specializarea celulelor este diferențierea celulelor pentru a îndeplini o anumită funcție a corpului organismelor multicelulare. Diferite tipuri de specializare celulară apar în timpul dezvoltării embrionare și dezvoltării adulților. În timpul dezvoltării embrionare, celulele din blastomeri sunt diferențiate în celule cu potență diferită prin intermediul semnalizării celulare și determinanților citoplasmatici. În timpul dezvoltării adulților, specializarea celulară are loc prin reglarea expresiei genei.

Referinţă:

1. "Diferențierea celulară" Wikipedia, Fundația Wikimedia, 17 martie 2018, disponibil aici.
2. "Descoperirea în înțelegerea modului în care celulele stem devin specializate" SBP, disponibil aici.

Datorită fotografiei:

1. "Figura 2. Résultats de différenciation de cellules souches en une des trois différentes catégories de cellules qui se sous-divisent en types de cellules spécifiques avec des rôles précis7" De Ryongraf (CC BY-SA 4.0) prin Commons Wikimedia
2. "Stemcelldifferentiaion" de US gov (Public Domain) prin Wikimedia Commons
3. "422 Feature Stem Cell nou" de către Colegiul OpenStax - Anatomie și Fiziologie, site-ul Web Connexions, 19 iunie 2013 (CC BY 3.0) prin Wikimedia Commons