Дифференцировка клеток

Дифференцировка клеток — процесс реализации генетически обусловленной программы формирования специализированного фенотипа клеток, отражающего их способность к тем или иным профильным функциям. Иными словами, фенотип клеток есть результат координированной экспрессии (то есть согласованной функциональной активности) определённого набора генов.

В процессе дифференцировки менее специализированная клетка становится более специализированной. Например, эмбриональная стволовая клетка «превращается» в клетку эктодермы. Деление и дифференцировка — основные процессы, путем которых одиночная клетка (зигота) развивается в многоклеточный организм, содержащий самые разнообразные виды клеток. Дифференцировка меняет функцию клетки, ее размер, форму и метаболическую активность. Достигается это изменениями в экспрессии генов, в то время как ДНК остается неизменной. Один из способов регулирования экспрессии генов — метилирование ДНК. Дифференцировка также случается и во взрослом организме, когда поврежденные клетки тканей замещаются новыми, полученными путем деления и дальнейшей дифференцировки взрослых стволовых клеток. Запускать дифференцировку могут как внутренние причины так и внешние сигналы.

Потентность

Дифференцировка в процессе развития эмбриона

Общее название для всех клеток, еще не достигших окончательного уровня специализации (то есть способных дифференцироваться) — стволовые клетки. Степень дифференцированости клетки (ее «потенция к развитию») называется потентностью. Клетки, способные дифференцироваться в любую клетку взрослого организма, называются плюрипотентными. Для обозначения плюрипотентных клеток в организме животных чаще используется термин Эмбриональные стволовые клетки. Зигота и последуюшие бластомеры являются тотипотентными так как они могут дифференцироваться в любую клетку, в том числе и во внешние эмбриональные ткани.

Дифференцировка клеток млекопитающих

Самая первая дифференцировка в процессе развития эмбриона происходит когда из 32 тотипотентных клеток, на которые поделилась зигота, формируются два разных слоя: внутренний эмбриобласт и внешний трофобласт. Эмбриобласт дает начало плюрипотентным эмбриональным стволовым клеткам, из которых потом формируется весь организм. Трофобласт становится плацентой. По мере развития эмбриона клетки становятся все более специализированными (мультипотентные, унипотентные) пока не станут окончательно дифференцировавшими клетками, обладающими конечной функцией, как например мышечные клетки. В организме человека насчитывается порядка 220 различных типов клеток.

Небольшое количество клеток во взрослом организме сохраняют мультипотентность. Они используются в процессе естественного обновления клеток крови, кожи и др., а также для замещения поврежденных тканей. Так как эти клетки обладают двумя основными функциями стволовых клеток — способность обновляться, поддерживая мультипотентность, и способность дифференцироваться — их называют взрослыми стволовыми клетками.

Дедифференцировка

Процесс, обратный дифференцировке. Частично или полностью дифференцировавшаяся клетка возвращается в менее дифференцированное состояние. Обычно является частью регенеративного процесса и чаще наблюдается у низших форм животных и земноводных, а также у растений. Например при повреждении части растения, клетки соседствующие с раной, дедифференцируют и интенсивно делятся, формируя каллус. При помещении в определенные условия клетки каллуса дифференцируются в недостающие ткани. Так при погружении черенка в воду из каллуса формируются корни.

См. также

• Генетика развития растений