diferenciace v biologii znamená přechod ze špatně diferencovaného do vysoce diferencovaného stavu. Tento proces je zvláště důležitý během vývoje oplodněné vajíčko na kompletní organismus. Poruchy v procesu diferenciace mohou vést k závažným onemocněním, jako je rakovina nebo malformace.
Jaká je diferenciace?
Biologická diferenciace je o specializaci nediferencovaných kmenových buněk na diferencované tělesné buňky. Tyto procesy hrají zvláště důležitou roli během embryogeneze a následného růstu. Diferenciační procesy jsou také důležité pro udržení tělesných funkcí dospělých organismů.
Zpočátku mají nediferencované kmenové buňky stále schopnost transformovat se do všech ostatních tělesných buněk. V tomto procesu vznikají specializované tělesné buňky prostřednictvím několika diferenciačních procesů, které vytvářejí různé orgány a nakonec ztrácejí schopnost dělit se.
Existuje několik typů kmenových buněk. Takzvané totipotentní kmenové buňky se stále dokážou transformovat na kompletní organismus. Pluripotentní kmenové buňky se zase mohou diferencovat na všechny tělesné buňky. Už je však nelze rozvíjet v jednotlivé organismy. Multipotentní kmenové buňky již vyvinuly určitou diferenciaci na určitou buněčnou linii. Stále se však mohou rozlišovat do všech ostatních buněk této buněčné linie.
Funkce a úkol
Biologická diferenciace je jedním z nejdůležitějších procesů ve vývoji rostlinných, živočišných nebo lidských organismů, během nichž se mimo jiné vyvíjí tělesné buňky, které se v několika krocích stále více liší od oplodněné vajíčko.
Oplodněná vajíčka je první totipotentní kmenová buňka, která je zpočátku rozdělena na čtyři stejné buňky. Každá z těchto čtyř buněk se může vyvinout v úplně geneticky identický organismus. Po dosažení stadia čtyř buněk se vytvoří blastocysta, která se skládá z pluripotentních embryonálních kmenových buněk. Tyto pluripotentní kmenové buňky se mohou vyvinout do tří zárodečných vrstev, ektodermu, endodermu a mezodermu, v dalším stupni diferenciace, a tak představují výchozí bod pro všechny ostatní buňky těla.
Na rozdíl od totipotentních kmenových buněk však již ztratily schopnost vyvinout se na geneticky identické nezávislé organismy.
Další buněčné linie se vynoří ze tří kotyledonů, které zpočátku sestávají z multipotentních kmenových buněk. Multipotentní kmenové buňky se mohou vyvinout do všech typů buněk příslušné buněčné linie. Tyto buňky již nemají schopnost transformovat se do všech ostatních tělesných buněk, protože již dosáhly vyššího stupně diferenciace než pluripotentní kmenové buňky.
U živočišných a lidských organismů je proces diferenciace spojen s určením. Stanovení popisuje vytvoření specializace, jakmile se provede, přičemž další vývoj buněčných linií se předává epigenetickými prostředky. Buňky, které již byly předem diferencovány, se budou samozřejmě dále diferencovat na buňky odpovídající buněčné linie jako součást jejich stanovení.
Přestože je celá genetická informace každé jednotlivé buňky identická, vyvolává se odlišně v závislosti na typu buňky prostřednictvím genové exprese. To mimo jiné znamená, že v jaterní buňce je například dekódována pouze genetická informace pro funkci jater, zatímco všechny ostatní informace zůstávají nepřečtené.
Diferenciaci ovlivňují různé vnější nebo vnitřní faktory. Hormony a růstové faktory hrají důležitou roli. Buněčné kontakty se sousedními buňkami také určují směr diferenciace.
Za určitých podmínek může dojít k transdeterminaci. Stanovení buňky se změní. To je zvláště důležité při hojení ran. Pokud jsou buňky již diferencované, ztratí v těchto případech svoji diferenciaci a znovu se diferencují. Pokud je však tento proces narušen, může dojít k rakovině.
Diferenciace je nezbytná pro to, aby organismus vůbec fungoval jako jednotný biologický systém.
Nemoci a nemoci
V souvislosti s buněčnou diferenciací však mohou nastat poruchy, které mohou vést k malformacím orgánů během embryogeneze. Existují některá genetická onemocnění s řadou orgánových dysplasií. Kromě malformací vnitřních orgánů je vnější vzhled často nepoctivý.
Existují však i genetické příčiny malformací orgánů. Jedním příkladem je renální ageneze v nepřítomnosti plodové vody. Protože se lidské embryo může vyvíjet pouze v plodové vodě, nedostatek prostoru zde vede k chybné diferenciaci orgánů, čímž jsou ovlivněny i jiné orgány a tkáně.
Léky mohou také narušit proces diferenciace během embryogeneze. Známým příkladem je sedativní Contergan, který během časného těhotenství vedl k poškození růstu plodu. Toto stalo se veřejné v roce 1961 s takzvaným Contergansandal.
Může se však také stát, že buňky, které jsou již diferencované, se dediferencovaly a poté se nekontrolovaně množily. To je situace s rakovinou. Čím více se buňky diferencují, tím malignější je nádor. Jak již bylo zmíněno, dediferenciace je nezbytná v některých případech, kdy je větší potřeba buněčného růstu. To je mj. Případ hojení ran. V těchto procesech však po dediferenciaci následuje diferenciace buněk. Pokud však diferenciace selže, rakovina se rozvíjí.
Somatické mutace v buňkách mohou také ovlivnit geny, které ovlivňují diferenciaci. Pravděpodobnost rozvoje rakoviny se tedy v průběhu života zvyšuje.
