Κυτταρική διαφοροποίηση
From Wikipedia, the free encyclopedia
Κυτταρική διαφοροποίηση είναι η διαδικασία κατά την οποία ένα βλαστοκύτταρο αλλάζει από έναν τύπο σε διαφοροποιημένο.[2][3] Συνήθως, το κύτταρο αλλάζει σε πιο εξειδικευμένο τύπο. Η διαφοροποίηση συμβαίνει πολλές φορές κατά την ανάπτυξη ενός πολυκύτταρου οργανισμού καθώς αλλάζει από απλό ζυγωτό σε πολύπλοκο σύστημα ιστών και κυτταρικών τύπων. Η διαφοροποίηση συνεχίζεται στην ενήλικη ζωή καθώς τα ενήλικα βλαστοκύτταρα διαιρούνται και δημιουργούν πλήρως διαφοροποιημένα θυγατρικά κύτταρα κατά την επιδιόρθωση των ιστών και κατά τη διάρκεια της φυσιολογικής κυτταρικής ανανέωσης. Κάποια διαφοροποίηση εμφανίζεται ως απόκριση στην έκθεση σε αντιγόνο. Η διαφοροποίηση αλλάζει δραματικά το μέγεθος, το σχήμα, το δυναμικό μεμβράνης, τον μεταβολική δραστηριότητα και την ανταπόκριση ενός κυττάρου στα σήματα. Αυτές οι αλλαγές οφείλονται σε μεγάλο βαθμό σε εξαιρετικά ελεγχόμενες τροποποιήσεις στην γονιδιακή έκφραση και αποτελούν τη μελέτη της επιγενετικής. Με λίγες εξαιρέσεις, η κυτταρική διαφοροποίηση σχεδόν ποτέ δεν περιλαμβάνει αλλαγή στην ίδια την αλληλουχία DNA. Ωστόσο, η μεταβολική σύνθεση αλλάζει αρκετά δραματικά,[4] όπου τα βλαστοκύτταρα χαρακτηρίζονται από άφθονους μεταβολίτες με εξαιρετικά ακόρεστες δομές των οποίων τα επίπεδα μειώνονται κατά τη διαφοροποίηση. Έτσι, διαφορετικά κύτταρα μπορεί να έχουν πολύ διαφορετικά φυσικά χαρακτηριστικά παρόλο που έχουν το ίδιο γονιδίωμα.
Ένας εξειδικευμένος τύπος διαφοροποίησης, γνωστός ως τελική διαφοροποίηση, είναι σημαντικός σε ορισμένους ιστούς, συμπεριλαμβανομένου του νευρικού συστήματος των σπονδυλωτών, των γραμμωτών μυών, της επιδερμίδας και του εντέρου. Κατά τη διάρκεια της τελικής διαφοροποίησης, ένα πρόδρομο κύτταρο που προηγουμένως ήταν ικανό για κυτταρική διαίρεση εγκαταλείπει οριστικά τον κυτταρικό κύκλο, αποδιοργανώνει τον μηχανισμό του κυτταρικού κύκλου και συχνά εκφράζει μια σειρά γονιδίων χαρακτηριστικών της τελικής λειτουργίας του κυττάρου (π.χ. μυοσίνη και ακτίνη για ένα μυϊκό κύτταρο). Η διαφοροποίηση μπορεί να συνεχίσει να συμβαίνει μετά την τελική διαφοροποίηση, εάν η χωρητικότητα και οι λειτουργίες της κυψέλης υποστούν περαιτέρω αλλαγές.
Μεταξύ των διαιρούμενων κυττάρων, υπάρχουν πολλαπλά επίπεδα κυτταρικής ισχύος (cell potency), που είναι η ικανότητα του κυττάρου να διαφοροποιείται σε άλλους τύπους κυττάρων. Μια μεγαλύτερη ισχύς υποδηλώνει μεγαλύτερο αριθμό τύπων κυττάρων που μπορούν να προκύψουν. Ένα κύτταρο που μπορεί να διαφοροποιηθεί σε όλους τους τύπους κυττάρων, συμπεριλαμβανομένου του ιστού του πλακούντα, είναι γνωστό ως ολοδύναμο (totipotent). Στα θηλαστικά, μόνο ο ζυγώτης και τα επόμενα βλαστομερή είναι παντοδύναμα, ενώ στα φυτά, πολλά διαφοροποιημένα κύτταρα μπορούν να γίνουν παντοδύναμα με απλές εργαστηριακές τεχνικές. Ένα κύτταρο που μπορεί να διαφοροποιηθεί σε όλους τους τύπους κυττάρων του ενήλικου οργανισμού είναι γνωστό ως πολυδύναμο (pluripotent). Τέτοια κύτταρα ονομάζονται μεριστωματικά κύτταρα στα ανώτερα φυτά και εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα στα ζώα, αν και ορισμένες ομάδες αναφέρουν την παρουσία ενηλίκων πολυδύναμων κυττάρων. Η ιογενώς επαγόμενη έκφραση τεσσάρων μεταγραφικών παραγόντων Oct4, Sox2, c-Myc και Klf4 (παράγοντες Yamanaka) είναι επαρκής για τη δημιουργία πολυδύναμων (iPS) κυττάρων από ενήλικα ινοβλάστεςς.[5] Ένα πλειοδύναμο (multipotent) κύτταρο είναι ένα κύτταρο που μπορεί να διαφοροποιηθεί σε πολλούς διαφορετικούς, αλλά στενά συνδεδεμένους τύπους κυττάρων.[6] Τα ολιγοδύναμα (Oligopotent) κύτταρα είναι πιο περιορισμένα από τα πλειοδύναμα (multipotent), αλλά μπορούν ακόμα να διαφοροποιηθούν σε μερικούς στενά συνδεδεμένους τύπους κυττάρων.[6] Τέλος, τα μονοδύναμα (unipotent) κύτταρα μπορούν να διαφοροποιηθούν σε έναν μόνο τύπο κυττάρου, αλλά είναι ικανά να αυτοανανεωθούν.[6] Στην κυτταροπαθολογία, το επίπεδο κυτταρικής διαφοροποίησης χρησιμοποιείται ως μέτρο της εξέλιξης του καρκίνου. Η αξιολόγηση ενός καρκίνου είναι ένας δείκτης του πόσο διαφοροποιημένο είναι ένα κύτταρο σε έναν όγκο.[7]