العوامل المشاركة في تمايز الخلايا

المحتوى

• التعبير الجيني يعمل عن طريق نسخ الجينات
• العوامل الداخلية التي تؤثر على تخصص الخلايا
• الفصل غير المتماثل ينتج خلايا مختلفة
• خلية الإشارة في جذر تمايز الخلايا
• خلية اشارة من قبل نشر التأثيرات تطوير الأنسجة
• إشارات الخلية المحلية تتيح للخلايا التعرف على جيرانها
• العوامل المؤثرة في إشارات الخلية التأثير على تمايز الخلايا
• العوامل البيئية يمكن أن تؤثر على تمايز الخلايا

أثناء تمايز الخلايا في الكائنات متعددة الخلايا ، تصبح الخلايا متخصصة وتتولى أدوارًا مثل أدوار الخلايا العصبية والعضلية والدموية. وتشمل العوامل التي تنطوي على تحريك تمايز الخلايا الإشارات الخلويةالتأثيرات البيئية ومستوى تطور الكائن الحي.

يحدث التمايز الأساسي للخلية بعد أن تُخصب خلية منوية البويضة ويصل حجمها إلى حجم معين. عند هذه النقطة يبدأ zygote في تطوير أنواع مختلفة من الخلايا ويحتاج إلى خلايا متباينة لتولي الوظائف المتخصصة.

الآلية التي هي في جذر تمايز الخلايا التعبير الجيني. تحتوي كل خلايا الكائن الحي على مجموعات متطابقة من الجينات لأن الشفرة الوراثية تم نسخها من خلية البيض الأصلية المخصبة بواسطة خلية الحيوانات المنوية. للقيام بوظيفة متخصصة ، لن تقوم الخلية إلا بالتعبير عن أو استخدام بعض الجينات في شفرتها الوراثية وتجاهل الباقي.

على سبيل المثال ، فإن الخلية التي تميزت لتصبح خلية كبدية ستعبر عن جينات خلايا الكبد ، وستستخدم جميع خلايا الكبد الأخرى نفس مجموعة جينات الكبد. وسوف نفرق معا لتشكيل الكبد.

يحدث تمايز الخلايا في ثلاث حالات:

في كل حالة ، تُعلم إشارات الخلية الخلايا بنوع الخلية المتخصصة المطلوبة. تعبر الخلايا غير المتمايزة عن الجينات المقابلة لتلبية احتياجات الكائن الحي.

التعبير الجيني يعمل عن طريق نسخ الجينات

يوجد الرمز الوراثي للخلايا حقيقية النواة على الحمض النووي في النواة. لا يمكن للحمض النووي ترك النواة بحيث يتعين على الخلية نسخ الجين الذي تريد التعبير عنه.

رسول الحمض النووي الريبي (مرنا) تعلق على الحمض النووي ونسخ الجينات ذات الصلة. يمكن لرنا المرسال أن ينتقل خارج النواة ويجلب الإرشادات الوراثية إلى الريبوسومات التي تطفو في السيتوبلازم الخلوي أو المرتبطة بالشبكة الإندوبلازمية. تنتج الريبوسومات البروتين المشفر بواسطة الجين المعبر عنه.

اعتمادًا على الإشارات التي تتلقاها الخلية والتأثيرات البيئية والمرحلة التنموية للخلية ، يمكن حظر عملية التعبير الجيني في أي مرحلة. إذا لم يكن الكائن الحي بحاجة إلى البروتين المشفر بواسطة الجين ، فلن يقوم مرنا بنسخ الجين ، ولن تبدأ عملية التعبير الجيني.

حتى بعد نسخ الرنا المرسال للجين ، قد يتم منع جزيء الرنا المرسال من الخروج من النواة أو قد لا يكون قادرًا على الوصول إلى الريبوسوم. قد لا ينتج الريبوسوم البروتين المطلوب حتى لو كان الرنا المرسال يسلم الشفرة الوراثية المنسوخة. يمكن أن تؤثر العوامل المختلفة على التعبير الجيني من خلال هذه العملية متعددة الخطوات.

العوامل الداخلية التي تؤثر على تخصص الخلايا

الكائنات الحية لديها عدة طرق لضمان تطور الخلايا لتصبح الخلايا المتخصصة والمتمايزة اللازمة.

العامل الرئيسي الذي يدفع التمايز الخلوي في الجسم هو تصنيع البروتينات. يمكن أن تفرق الخلايا اعتمادًا على الجينات المعبر عنها والبروتينات المشفرة في الجينات المعبر عنها. تساعد البروتينات المنتجة الخلايا المتمايزة على أداء وظيفتها المتخصصة والسماح لها بإخبار الخلايا الأخرى بما تفعله من خلال إشارات الخلية.

وهناك آلية أخرى يمكن أن تؤثر على تمايز الخلايا فصل غير متماثل في انقسام الخلايا. تتجمع مواد مثل البروتينات الخاصة في أحد نهايات الخلية. عندما تنقسم الخلية ، تحتوي خلية ابنة واحدة على عدد أكبر من البروتينات الخاصة عن غيرها. تصبح الخلايا أنواعًا مختلفة من الخلايا بسبب توزيع البروتينات المختلفة.

مع تمايز الخلية ، يصبح نوع التخصص الذي يمكن أن تحصل عليه أكثر محدودية. يمكن للخلايا الجذعية الجنينية أن تصبح في البداية أي نوع من الخلايا ، ولكن بمجرد أن تنضج الخلية وتضطلع بدور متخصص ، فإنها غالباً ما لم تعد قادرة على التغيير. تسمى الخلايا الجذعية الجنينية مكتملة النمو الخلايا لأنها لا تزال قادرة على القيام بأي دور في حين أن الخلايا الناضجة والمتخصصة المتمايزة تمامًا لا يمكنها إلا أن تؤدي وظيفتها المتخصصة.

الفصل غير المتماثل ينتج خلايا مختلفة

يعد التعبير الجيني مسؤولاً عن تخصص الخلية ، ولكن يجب أن تكون الخلايا الأساسية قادرة على تولي الوظائف المتخصصة. قبل أن يحدث التمايز وتخصص الخلية ، يجب أن يكون النوع الصحيح من الخلايا متاحًا. الفصل غير المتماثل يمكن أن ينتج مثل هذه الأنواع المختلفة من الخلايا. تصبح الخلايا الجنينية الكاملة واحدة من ثلاثة أنواع من المحفزة الخلايا التي تميز في نهاية المطاف إلى أنسجة الجسم المختلفة.

الأنواع الثلاثة للخلايا متعددة القدرات هي:

في حين أن إشارات الخلية مسؤولة عن إنتاج بعض أنواع الخلايا المختلفة وعن تخصص الخلية ، فإن الفصل غير المتماثل يعمل في بداية تطور الخلية لإنتاج خلايا متعددة القدرات.

يحدث نسخ الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي (mRNA) بطريقة يتم بها إنتاج مرنا بروتينات معينة في أحد طرفي الخلية وبروتينات مختلفة في الطرف الآخر. ينتج عن انقسام الخلايا نوعان مختلفان من خلايا الابنة التي يمكن أن تستمر في إنتاج خلايا ذات تخصصات مختلفة.

خلية الإشارة في جذر تمايز الخلايا

الآليات الداخلية التي تؤثر على تمايز الخلايا للخلايا متعددة القدرات تعتمد بشكل رئيسي على إشارات الخلية. تتلقى الخلايا إشارات كيميائية تخبرهم بنوع الخلية أو نوع البروتين المطلوب.

تتضمن آليات إشارات الخلية:

تتخلص الخلايا بشكل مستمر من المواد الكيميائية فيما يتعلق بأنشطتها وتتلقى إشارات حول ما يحدث في جوارها المباشر ، وفي الأنسجة التي توجد فيها وفي الجسم ككل. هذه الإشارات هي العوامل الرئيسية التي تؤثر على تخصص الخلية ، وإشارات الخلية هي العامل الرئيسي الذي يؤدي إلى تمايز الخلايا في الجسم.

خلية اشارة من قبل نشر التأثيرات تطوير الأنسجة

تصبح الخلايا حساسة لبعض الإشارات الكيميائية لأن لديها مستقبلات على غشاء الخلية الخاصة بهم. تعتمد المستقبلات على نوع الخلية ، وكيف تطورت والجينات التي يتم التعبير عنها. عندما يتم تنشيط المستقبلات ، فإن الخلية تفرق أكثر.

عندما تشير خلية إلى العديد من الخلايا القريبة ، فإنها تنبعث منها مادة كيميائية تنتشر من خلال الأنسجة التي يتم تضمين الخلية فيها. يتم التقاط الإشارة الكيميائية عن طريق مستقبلات في أغشية الخلايا للخلايا المحيطة وتطلق استجابة داخل كل خلية. تساعد هذه الاستجابات في تمايز الخلايا بطريقة يبني الأنسجة.

على سبيل المثال ، فإن الخلايا التي ستصبح جزءًا من الكبد تنبعث منها مواد كيميائية تؤدي إلى تشغيل المستقبلات المقابلة في الخلايا القريبة ، وتختلف جميع الخلايا الموجودة في هذا الموقع لتصبح خلايا الكبد. عندما تتشكل أنسجة الكبد ، تؤدي إشارات الخلية الإضافية إلى تنشيط بعض الخلايا في خلايا مجرى الهواء أو ربط الأنسجة. في نهاية المطاف تشكل الخلايا المتباينة الكبد الكامل والوظيفي.

إشارات الخلية المحلية تتيح للخلايا التعرف على جيرانها

للتطور إلى الخلايا المتخصصة التي يحتاجها الكائن الحي ، يجب أن تعرف الخلايا ما تفعله الخلايا الأخرى الموجودة في محيطها المباشر. مستقبلات خاصة للاتصال من خلية إلى خلية وتقاطع الفجوة بين الخلايا تسهيل التبادل المباشر للإشارات بين الخلايا المجاورة. يمكن للخلايا أن تضمن أن محيطها يتوافق مع تخصصها المتمايز.

في إشارة الخلية إلى الخلية، تتطابق بروتينات المستقبلات المشكلة خصيصًا على سطح الخلية مع البروتينات المقابلة على غشاء الخلايا المجاورة. عندما تتلامس الخلايا ، يتم ربط البروتينين ، ويتم تشغيل إشارة من خلية إلى أخرى. تمر الإشارة عبر غشاء الخلية وتدخل الخلية حيث تتسبب في سلوك خلية معين.

على سبيل المثال ، يجب أن تتأكد خلايا الجلد من أن لديها خلايا جلدية أخرى من حولها ، ولكن بعض خلايا الجلد سوف تحتوي على خلايا الأنسجة الأساسية تحتها. تتيح الإشارة من خلية إلى خلية للخلايا ضمان أن محيطها يتناسب مع تمايزها.

تقاطعات الفجوة هي روابط خاصة بين الخلايا المجاورة التي تتيح تبادلًا سهلاً ومباشرًا للبروتينات التي تعمل في صورة خلايا. باستخدام تقاطعات الفجوة ، يمكن للخلايا تنسيق أنشطتهم وتبادل الإشارات بسرعة وسهولة.

على سبيل المثال ، تستخدم الخلايا العصبية تقاطعات الفجوة لتأسيس مسارات عصبية ، وتسمح تقاطعات الفجوة للخلايا بالتمييز في نوع الخلية العصبية المناسبة لموقعها في الجلد ، في الحبل الشوكي أو في الدماغ.

العوامل المؤثرة في إشارات الخلية التأثير على تمايز الخلايا

تشوير الخلية وتمايز الخلايا الناتجة هي عمليات معقدة مع العديد من الخطوات. يجب إنتاج الإشارات ونشرها واستلامها. يجب أن تعمل المشغلات الناتجة عن إشارات الخلايا كما هو متوقع. العوامل التي تعطل أي من الخطوات يمكن أن تؤثر على تمايز الخلايا وتسبب تغييرات في الكائن الحي.

تشمل العوامل التي يمكن أن تؤثر على إشارات الخلية وتعطيلها وتمايز الخلايا نقص المغذيات ؛ إذا كانت الخلية غير قادرة على إنتاج البروتين لأنها تفتقر إلى اللبنات الأساسية ، فإنها لا تستطيع التفريق. الطفرات في الشفرة الوراثية هي مشكلة أخرى.

إذا كان الحمض النووي معيبًا أو كان النسخ غير صحيح ، تتعطل عملية الإشارة والتمايز. بالإضافة إلى ذلك ، إذا تم حظر المواد الكيميائية للإشارة أو امتلاء مستقبلات الخلايا بالروابط الكيميائية غير الإشارة ، فإن عملية الإشارة لن تعمل بشكل صحيح.

العوامل البيئية يمكن أن تؤثر على تمايز الخلايا

التأثيرات من بيئة الكائن الحي التي يمكن أن تؤثر على إشارات الخلية والتعبير الجيني وتمايز الخلايا يمكن أن تغير أو توقف أو تعطل العملية. يتم استخدام بعض العوامل البيئية من قبل الكائن الحي للتكيف ، ويمكن استخدام بعضها لمكافحة المرض وبعض الضرر أو قتل الكائن الحي.

على سبيل المثال ، يمكن أن تؤثر درجة الحرارة البيئية على تطور بعض الكائنات الحية. ارتفاع درجات الحرارة تسريع نمو الخلايا وتمايزها في حين انخفاض درجات الحرارة تبطئ أو توقف التنمية.

يمكن أن تعطل المخدرات تمايز الخلايا الضارة. على سبيل المثال ، يمكن أن تمنع العقاقير إحدى خطوات العملية لنمو الورم غير المحدود وتوقف التعبير عن الجينات المقابلة.

يمكن أن تؤثر الإصابات على التعبير الجيني والتأثير على نوع الخلية اللازمة لإصلاح التلف. يمكن أن تؤثر الفيروسات والبكتيريا على تمايز الخلايا. على سبيل المثال ، إذا كانت الأم مصابة بمرض مثل الحصبة الألمانية ، فقد يتأثر الجنين النامي بتمايز الخلايا ، ويمكن أن يتطور إلى عيوب خلقية.

وأخيرا ، يمكن أن تؤثر المواد الكيميائية السامة على تمايز الخلايا. يمكن أن تتوقف المواد التي تهاجم أو تمنع المواد الكيميائية التي تشير إلى الإشارات أو التي تحجب مواقع مستقبلات الإشارة على أغشية الخلايا عن نشاط الإشارة وتؤثر على تمايز الخلايا.

في حالة هذه العوامل البيئية ، يحاول الكائن الحي الاستجابة عن طريق تكييف العمليات الداخلية أو تغييرها. التكيف فعال بالنسبة لبعض التأثيرات البيئية ، ولكن بالنسبة للآخرين ، قد يعيش الكائن الحي لكنه يظهر عيوبًا ، أو قد يموت الكائن الحي.