Cellular differentiation
-
Клеточная дифференциация
- Процесс изменения стволовых клеток в специализированные.
- Происходит многократно в процессе развития организма.
- Продолжается во взрослом возрасте при делении стволовых клеток.
-
Типы дифференциации
- Терминальная дифференциация важна в нервной системе, мышцах, эпидермисе и кишечнике.
- Клетки покидают клеточный цикл и экспрессируют гены, характерные для их функции.
- Дифференциация может продолжаться после терминальной дифференциации.
-
Потенциал клеток
- Тотипотентные клетки могут дифференцироваться во все типы клеток, включая плаценту.
- Плюрипотентные клетки могут дифференцироваться во все типы клеток взрослого организма.
- Мультипотентные клетки могут дифференцироваться в несколько близких типов клеток.
- Олигопотентные клетки могут дифференцироваться в несколько родственных типов клеток.
- Унипотентные клетки могут дифференцироваться только в один тип клеток, но способны к самообновлению.
-
Типы клеток млекопитающих
- Три основные категории клеток: половые, соматические и стволовые.
- Половые клетки дают начало гаметам, соматические клетки составляют большинство тела, стволовые клетки делятся и дают специализированные клетки.
- Развитие начинается с оплодотворения и образования бластоцисты.
-
Дедифференциация
- Процесс, при котором дифференцированная клетка возвращается к более ранней стадии развития.
- Происходит у некоторых животных и растений, а также в лабораторных условиях.
- Некоторые гипотезы связывают дедифференциацию с раком, другие считают её частью иммунной системы.
-
Механизмы дифференциации
- Каждый тип клетки экспрессирует подмножество генов.
- Дифференциация — это переход от одного паттерна экспрессии генов к другому.
- Дифференциация контролируется генными регуляторными сетями и клеточной сигнализацией.
- Сигнальные молекулы, такие как факторы роста, передают информацию между клетками.
-
Сигнальная индукция
- Сигнальная индукция — это каскады событий, в которых одна клетка или ткань сигнализирует другой клетке или ткани, влияя на её развитие.
- Пример: линза у рыб может индуцировать развитие других частей глаза.
-
Асимметричные клеточные деления
- Асимметричные клеточные деления приводят к дочерним клеткам с разными судьбами.
- Примеры: телоосевое паттернинг у дрозофилы, асимметричные деления у зелёных водорослей Volvox.
-
Эпигенетическое регулирование
- Эпигенетические процессы играют ключевую роль в определении судьбы клетки.
- Пример: исследование эпигенетических различий между эмбриональными и индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками.
-
Механизмы эпигенетической регуляции
- Пионерные факторы (Oct4, Sox2, Nanog) регулируют транскрипцию и поддерживают плюрипотентность.
- Polycomb repressive complex (PRC2) и Trithorax group proteins (TrxG) участвуют в подавлении и активации генов.
- ДНК метилирование регулирует доступность ДНК и экспрессию генов.
- Позиционирование нуклеосом важно для определения доступности сайтов связывания транскрипционных факторов.
-
Эпигенетические процессы и их роль в регуляции генов
- ДНК-нуклеосомные взаимодействия могут быть либо плотно связанными (гетерохроматин) или слабо связанными (эухроматин).
- Эпигенетические процессы, такие как метилирование и ацетилирование гистонов, влияют на эти изменения.
- Ацетилирование и деацетилирование более предсказуемы, а метилирование менее.
-
Роль метилирования и ацетилирования в дифференцировке стволовых клеток
- В процессе дифференцировки стволовые клетки меняют экспрессию генов.
- KDM1A предотвращает использование энхансерных областей генов, ингибируя их транскрипцию.
- Ми-2/NuRD комплекс взаимодействует с KDM1A, что указывает на взаимосвязь метилирования и ацетилирования.
-
Роль сигнальных путей в эпигенетическом контроле
- Сигнальные пути, такие как Wnt и TGFs, могут влиять на эпигенетические процессы.
- Wnt3a может заменять c-Myc в индукции плюрипотентных стволовых клеток.
- TGFs и FGFs поддерживают экспрессию генов, таких как OCT4 и SOX2.
- Другие сигнальные пути, такие как Jak-STAT3 и Notch, также участвуют в дифференцировке.
-
Примеры сигнальных путей и их роль в эпигенетических изменениях
- Sonic hedgehog (Shh) регулирует экспрессию BMI1, что влияет на дифференцировку стволовых клеток.
- Bmi1 mediates Shh-зависимое самообновление стволовых клеток молочной железы.
- Bmi1 также важен для развития мозжечка и поведения у мышей.
-
Роль матрицы в дифференцировке стволовых клеток
- Эластичность микроокружения влияет на дифференцировку мезенхимальных стволовых клеток (МСК).
- МСК могут принимать свойства различных типов клеток в зависимости от жесткости микроокружения.
- Фокальные адгезии МСК являются клеточным механо-трансдуктором, чувствительным к эластичности матрицы.
-
Эволюционная история дифференцировки
- Дифференцировка многоклеточных организмов, возможно, началась более 1 миллиарда лет назад.
- Bicellum brasieri, вероятно, является примером древней дифференцированной многоклеточности.