Клеточная дифференцировка
-
Клеточная дифференцировка
- Процесс перехода стволовой клетки в дифференцированный тип
- Происходит многократно в процессе развития и во взрослом возрасте
- Включает изменения размера, формы, мембранного потенциала и метаболической активности
-
Типы дифференцировки
- Терминальная дифференцировка важна в нервной системе, мускулатуре, эпидермисе и кишечнике
- Клетка-предшественник покидает клеточный цикл и экспрессирует гены конечной функции
- Дифференцировка может продолжаться после терминальной дифференцировки
-
Уровни клеточной активности
- Тотипотентные клетки могут дифференцироваться во все типы клеток
- Плюрипотентные клетки могут дифференцироваться во все типы клеток взрослого организма
- Мультипотентные клетки могут дифференцироваться в несколько типов клеток
- Олигопотентные клетки могут дифференцироваться в несколько близкородственных типов клеток
- Унипотентные клетки могут дифференцироваться только в один тип клеток
-
Типы клеток млекопитающих
- Организм состоит из зародышевых, соматических и стволовых клеток
- Зародышевые клетки дают начало гаметам
- Стволовые клетки делятся и дают начало специализированным клеткам
-
Развитие клеток
- Оплодотворение создает единственную клетку, которая делится и дифференцируется
- Клетки внутренней клеточной массы формируют ткани организма
- Плюрипотентные стволовые клетки дифференцируются в мультипотентные клетки-предшественники
-
Дедифференциация
- Процесс, при котором дифференцированная клетка возвращается на более раннюю стадию развития
- Наблюдается у примитивных форм жизни и в лабораторных условиях
- Некоторые считают дедифференцировку отклонением, другие — частью иммунного ответа
-
Механизмы дифференцировки
- Каждый тип клеток экспрессирует подмножество генов
- Клеточная дифференцировка включает переключение экспрессии генов
- Генная регуляторная сеть контролирует дифференцировку
-
Клеточная сигнализация
- Факторы роста передают информацию от клетки к клетке
- Лиганд связывается с рецептором, вызывая изменение конформации рецептора
- Рецептор активирует транскрипционные факторы и белки цитоскелета, способствуя дифференцировке
-
Индукция сигнала и асимметричные клеточные деления
- Индукция сигнала включает каскады событий, передающих сигналы от клетки к клетке.
- Асимметричные клеточные деления приводят к образованию дочерних клеток с различными направлениями развития.
- Асимметрия может быть вызвана асимметрично экспрессируемыми материнскими цитоплазматическими детерминантами или передачей сигналов.
-
Эпигенетический контроль
- Эпигенетические процессы играют важную роль в определении судьбы клеток.
- Эпигенетические изменения сохраняются на протяжении многих поколений клеточного деления.
- Эпигенетические процессы включают метилирование ДНК и модификацию гистонов.
-
Роль эпигенетических процессов в определении судьбы клеток
- Эпигенетические процессы активно участвуют в определении судьбы клеток.
- Механизмы перепрограммирования и дифференцировки сложны и не могут быть легко воспроизведены.
-
Первопроходческие факторы и репрессивный комплекс Polycomb
- Факторы транскрипции OCT4, SOX2 и NANOG регулируют плюрипотентность клеток.
- Репрессивный комплекс Polycomb (PRC2) подавляет транскрипцию генов, способствующих дифференцировке.
-
Белки группы Trithorax и метилирование ДНК
- Белки группы Trithorax активируют гены, способствующие дифференцировке.
- Метилирование ДНК поддерживает наследственную репрессию и контролирует доступность ДНК.
-
Позиционирование нуклеосом
- Различия в связывании факторов транскрипции определяются доступностью хроматина.
- Анализ иммунопреципитации хроматина позволяет определить, покрывает ли нуклеосома сайт связывания с геномом.
-
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.