Клітинне диференціювання

Диференціація – це процес, в результаті якого клітини стають спеціалізованими, тобто набувають морфологічні, цитохімічні, а головне – функціональні особливості, відповідають запитам багатоклітинного організму (див. також розділи 8.2.5, 8.2.5.1, 8.2.5.2 і 8.2.6). У широкому сенсі під дифференциров-кою розуміють поступове, спостережуване, зокрема, в процесі ембріогенезу через ряд послідовних поділів і зміну положення в тілі організму, що розвивається, поява все більших відмінностей між клітинами, що відбуваються з відносно однорідних кле-

ток конкретного ембріонального зачатка (наприклад, зародкового листка – енто-, ЕКТО мезодерми). Спеціалізовані в заданому структурно-функціональному напрямку клітини виникають і в дорослому організмі, заміщаючи, наприклад, постійно гинуть клітини – фізіологічна регенерація.

Процес клітинної диференціювання як в ембріогенезі, так і в дорослому стані «розтягнутий» у часі, поширюється на групи клітин і визначається поняттям гистогенез. Гистогенез починається зі стовбурових (у дорослого, регіональні стовбурові, див. П. 3.1.2) клітин, включає кілька мітотичних поділів, що дають ряд закономірних проміжних клітинних форм, і завершується виникненням диференційованих клітин. Поява окремих морфологічних, цитохімічних, метаболічних і інших характеристик диференційованого стану в ході гистогенеза може відбуватися незалежно і приурочене, як правило, до конкретних проміжним клітинним формам. Вся сукупність відповідних характеристик виявляється в диференційованої зрілої клітці, складаючи її цітофенотіп. Імовірно така поява говорить про зміну одних генів, активно транскрібіруемих на попередній стадії гістогенезу, на інші.

Клітинні форми, з яких починається гистогенез, зазвичай позбавлені ознак спеціалізації. Проте в нормальних умовах розвитку і життєдіяльності організму напрямок диференціювання визначено. Відомо, наприклад, що клітини дерматома, склеротома і міотома, на які поділяються мезодермальниє соміти, в подальшому розвитку диференціюються відповідно в фібробласти сполучної тканини власне шкіри (дерми), хондробласти хряща і міобласти скелетної мускулатури. У цих випадках говорять про стан детермінації. Конкретні чинники та механізми клітинної детермінації однозначно не визначені. Імовірно йдеться про активний стан певних генів та експресії клітинами відповідних білків. Свою роль, мабуть, грають характер дистантних (діючих на відстані) і місцевих (локальних) міжклітинних взаємодій і положення клітин в організмі, органі або клітинної тканинної системі (див. П. 3.2) – морфогенетические поля: клітинні контакти з іншими структурами, наприклад клітин базального шару епідермісу з базальноїмембраною, особливості мікрооточення за маршрутом переміщення клітин-попередниць в процесі їх перетворення на «каймисті» або залізисті диференційовані епітеліальні клітини вистилки тонкої кишки з придонних ділянок крипт на ворсинку – все те, що об’єднується поняттям епігенетичний ландшафт.

Уявлення про механізми цітодіфференціровкі мають свою історію (рис. 3.6). Гіпотези, що зв’язують клітинну диференціювання з нерівнозначністю спадкового матеріалу в різних типах клітин (А. Вейсман), мають історичне значення. До теперішнього часу зібрано багато доказів того, що соматичні клітини переважної більшості тварин, у тому числі високоорганізованих, характеризуються незмінним диплоїдним набором хромосом. Цітофотометріче-ські дослідження показали, що кількість ДНК в ядрах клітин різних тканин і органів не розрізняється. Воно однаково і, як правило, відповідає диплоїдний (2с). Результати, отримані методом молекулярної гібридизації (див. П. 5.2.2.3-б), свідчать про відсутність відмінностей у нуклеотидних послідовностях ДНК клітин різних напрямків

Рис. 3.6. Розвиток уявлень про механізми цітодіфференціровкі

спеціалізації. Про збереження соматичними клітинами функціонально-генетичного потенціалу кажуть успішні досліди з репродуктивного клонування організмів (див. П. 3.1.1).

Сучасна біологія пов’язує генетичний механізм клітинного диференціювання з явищем диференціальної (виборчої) активності генів. Відмінності між характеристиками соматичних клітин різних напрямків структурно-функціональної спеціалізації (диференціювання) вбачають у тому, що в різних типах клітин активні (транскрибуються) різні гени і, відповідно, експрес-сіруются (транслюються) різні білки. Природно, що вище йшлося про білки, що відносяться до сімейства «білків розкоші», а не про білки «домашнього господарства» (див. П. 2.4.4.4-е). До диференційованим клітинам відносяться, зокрема, еритроцити. Хоча в зрілих еритроцитах білкові синтези зведені до нуля, в клітинах-попередницях еритроцитів (поліхроматофільние і базофільні, в термінології класичної гістології – еритробласти, ретикулоцити) активні гени, що обумовлюють експресію поліпептидів гемоглобіну – α- і β-глобинов. Приклад з Глобине показовий тим, що ці гени мають кластерну організацію, тобто представлені сукупністю генів, кожен з яких активний в строго певний період онтогенезу. Так, β-глобінових кластер (β-мультігенное сімейство) людини представлений 7 генами. У ембріонів активний ген ε, у плода – Gγ і Αγ (Джі-гамма і Ей-гамма), після народження – δ і β. Крім того, є два так званих псевдогена. Активація чергового гена кластера пов’язана з інактивацією гена, який транскрибуватися в попередній період онтогенезу. Імовірно зміна активних β-глобінових генів оптимізує функцію транспорту кисню в різних умовах існування організму людини (ембріон – доплацентарний період внутрішньоутробного розвитку, плід – плацентарний період, після народження – дихання атмосферним повітрям).

Важливе місце в процесі клітинної диференціювання належить експресії білків цитоскелетних структур і плазмолеми. Наявність цитоскелету – неодмінна умова придбання й підтримки диференційованої кліткою необхідної форми, а в разі необхідності – полярності (всмоктуючий «каймистий» епітелій кишки), побудови таких структур, як мікроворсинки (всмоктуючий епітелій тонкої кишки) або війки (Війчастий епітелій трахеї і великих бронхів) . У разі плазмолеми мова йде, зокрема, про рецепторних та інших білках (див. П. 2.4.2).

Посилання на основну публікацію