V lidském těle bylo izolováno více než 200 typů buněk, z nichž každá má stejný dědičný kód. Všechny se vyvinuly nejprve z jednobuněčného a poté z mnohobuněčného embrya, které se o něco později rozdělilo na tři zárodečné vrstvy. Z každé jeho části se vyvinuly tkáně těla, kde se nachází přibližně stejný typ buněk. Téměř všechny se přitom vyvinuly ze stejné skupiny předchůdců. Tento proces se nazývá diferenciace buněk. Jedná se o lokální přizpůsobení buňky skutečným potřebám těla, implementaci funkcí naprogramovaných v jejím dědičném kódu.
Charakteristika buněk a tkání
Somatické buňky těla mají stejnou sadu chromozomů bez ohledu na funkční účel. Liší se však fenotypem, což je vysvětleno jejich přípravou na plnění různých místních úkolůbiologické tkáně. Fenotyp je výsledkem exprese specifické genetické sady ve specifickém prostředí. A za různých podmínek se buňky se stejným genetickým materiálem vyvíjejí odlišně, mají různé morfologické vlastnosti a plní specifické funkce.
Vysoce vyvinutý organismus to potřebuje pro tvorbu mnoha tkání, které tvoří jeho orgány. V tomto případě jsou tkáně vytvořeny z homogenní skupiny kmenových prekurzorů. Tento proces se nazývá diferenciace buněk. Jedná se o řetězec událostí zaměřených na růst buněčné populace podle předem stanovených kritérií pro růst a vývoj biologických tkání těla. Je základem růstu organismu a jeho mnohobuněčné organizace.
Podstata odlišení
Z hlediska molekulární biologie je buněčná diferenciace procesem aktivace některých částí chromozomů a deaktivace jiných. Tedy kompaktní sbalení nebo odvinutí úseků chromozomů, které je zpřístupní pro čtení dědičné informace. V konjugovaném stavu, kdy jsou geny zabaleny do heterochromatinu, je čtení nemožné a v expandované formě jsou požadované úseky genetického kódu dostupné pro messenger RNA a následnou expresi. To znamená, že diferenciace buněk je nepřísně regulovaná typizace stejného typu balení chromatinu.
Cytokiny a posly
V důsledku toho se skupina buněk diferencovala na identicképodmínek a majících podobné morfologické rysy, dochází k despriralizaci identických úseků chromozomů. A v průběhu expozice mezibuněčným poslům se aktivují lokální regulátory buněčné diferenciace, požadované úseky genů a dochází k jejich expresi. A proto buňky biologických tkání produkují stejné látky a plní podobné funkce, pro které je tento proces zajištěn. Z tohoto pohledu je diferenciace buněk řízeným účinkem molekulárních faktorů (cytokinů) na expresi genetické informace.
Membránové receptory
Buňky stejné tkáně mají podobnou sadu membránových receptorů, jejichž přítomnost je kontrolována T-zabijáky imunitního systému. Ztráta buněčného receptoru požadovaného typu nebo exprese jiného, nezamýšleného pro danou lokalizaci kvůli riziku onkogeneze, způsobuje řízenou buněčnou agresi proti „narušiteli“. Výsledkem bude zničení buňky, jejíž diferenciace se neřídila pravidly stanovenými vlivem mezibuněčných poslů ze specializovaných regulátorů.
Imunitní diferenciace
Imunitní buňky mají speciální receptorové molekuly zvané diferenciační shluky. Jedná se o tzv. markery, pomocí kterých lze pochopit, za jakých podmínek se imunocyty vyvíjely a pro jaké účely jsou určeny. Procházejí dlouhým a složitým procesem diferenciace, v jehož každé fázi jsou skupiny lymfocytů, které si vyvinuly nedostatečný počet receptorů, eliminovány a zničeny nebo v jejich interakci sprotilátky detekovány „nesoulad“.
Buněčné skupiny a tkáně
Většina tělesných buněk se během mitotické reprodukce dělí na dvě části. V jeho přípravné fázi se genetická informace zdvojnásobí, načež se vytvoří dvě dceřiné buňky s podobnou sadou genů. Kopírování podléhají nejen aktivní části chromozomů, ale také konjugované. V tkáních proto diferencované buňky po dělení dávají vzniknout dvěma novým dceřiným buňkám, které mají genetický materiál podobný kompletní somatické sadě chromozomů. Nedokážou se však diferencovat na jiné buňky, protože nemohou přirozeně migrovat do jiných stanovišť, tedy do jiných poslů diferenciace.
Růst buněčné populace
Ihned po rozdělení dvou dceřiných buněk dostanou speciální sadu organel, které zdědily od matky. Tyto nejmenší funkční prvky jsou již připraveny k plnění nezbytných úkolů v dané biologické tkáni. Dceřiná buňka tedy potřebuje pouze zvětšit objem dutin endoplazmatického retikula a zvětšit se.
Cílem vývoje buněk je rovněž získání dostatečného přísunu živin a vázaného kyslíku. K tomu v případě kyslíkového nebo energetického hladovění uvolňuje do mezibuněčného prostoru faktory angiogeneze. Podél těchto kotev vyraší nové kapilární cévy, které budou skupinu živit.buňky.
Proces zvětšování velikosti, získávání dostatečného přísunu kyslíku a energetických substrátů a rozšiřování intracelulárních organel se zvýšenou rychlostí produkce bílkovin se nazývá buněčný růst. Je základem růstu mnohobuněčného organismu a je regulován řadou proliferačních faktorů. V určitém okamžiku, po dosažení maximální velikosti, signálem zvenčí nebo shodou okolností, se vyrostlá buňka znovu rozdělí na polovinu, čímž se dále zvětší velikost biologické tkáně a organismu jako celku.
Mezodermální diferenciace
Jako jasnou ukázku diferenciace kmenových buněk a jejich vyvinutějších „potomků“bychom měli považovat transformaci mezodermální zárodečné vrstvy lidského těla. Z mezodermu - skupiny kmenových buněk se stejnou strukturou a vyvíjejících se za přítomnosti diferenciačních faktorů, pocházejí takové buněčné populace jako nefrotom, somit, splanchnotom, splanchnotomální mezenchym a paramezonefrický kanál.
Z každé takové populace pocházejí přechodné formy diferenciace, které později dají vzniknout buňkám dospělého organismu. Konkrétně se ze somitu vyvinou tři buněčné skupiny: myotom, dermatom a sklerotom. Z myotomových buněk vzniknou svalové buňky, sklerotom – chrupavka a kost a dermatom – pojivová tkáň kůže.
Nefrotom dává vzniknout epitelu ledvin a chámovodu a děložní epitel se odlišuje od paramezonefrického kanálutrubice a děloha. Fenotyp buněk splanchnotomu bude připraven pomocí diferenciačních faktorů pro jejich transformaci na mezotel (pleura, perikardium a peritoneum), myokard, kůru nadledvin. Mezenchym splanchnotomu je výchozím materiálem pro vývoj buněčných populací krve, pojivové a hladké svalové tkáně, krevních cév a mikrogliálních buněk.
Růst buněk v těchto populacích, jejich mnohonásobné dělení a diferenciace je základem pro podporu životaschopnosti mnohobuněčného organismu. Tento proces se také nazývá histogeneze - vývoj tkání z buněčných prekurzorů v důsledku jejich diferenciace a transformace fenotypu v souladu s vlivem extracelulárních faktorů, které regulují jejich vývoj.
Diferenciace rostlinných buněk
Funkce rostlinné buňky závisí na jejich umístění a také na přítomnosti růstových modulátorů a supresorů. Embryo rostliny ve složení semen nemá vegetativní a zárodečné oblasti, a proto je po vyklíčení musí vyvinout, což je nezbytné pro reprodukci a růst. A dokud nenastane příznivá doba pro jeho klíčení, zůstane v klidu.
Od chvíle, kdy je přijat signál pro růst, se funkce rostlinných buněk začnou realizovat spolu se zvětšováním jejich velikosti. Buněčné populace uložené v embryu projdou fází diferenciace a přemění se na transportní cesty, vegetativní části, zárodečné struktury.
