Что такое дифференцированные клетки
• Многоклеточный организм состоит из различных типов клеток, которые выполняют специализированные функции
• Многие дифференцированные клетки утратили способность к делению и/или к образованию клеток других типов
• Стволовые клетки способны к делению с образованием различных типов клеток, которые необходимы для построения тканей организма
Когда выше мы давали определение клетки, то в качестве одного из ее свойств мы называли способность к делению с образованием копии себе подобной. Хотя это остается справедливым для клеток одноклеточных организмов, уровень специализации, которого достигли клетки у многоклеточных, требует расширения базовых понятий.
Термин дифференцировка описывает процесс, посредством которого клетка приобретает новый фенотип, или же дает начало предшественникам клеток, которые по фенотипу отличаются от родительской.
Под развитием организма подразумевают процесс, в результате которого исходная клетка (оплодотворенный ооцит в случае млекопитающих) путем последовательных делений превращается в организм, состоящий из клеток различных типов. Оплодотворенная зигота обладает тотипотентностью, т. е. из нее способны образовываться все клетки организма.
Питающие клетки окружают ооцит и участвуют в переносе веществ,
что создает асимметричность в распределении белков.
Процесс развития можно рассматривать как наложение неких дополнительных ограничений на свойства образующихся клеток. В результате этих ограничений клетки могут развиваться, образуя лишь определенный тип клеток.
Поскольку существуют многоклеточные организмы, состоящие из специализированных тканей, необходимо различать два типа клеток. К соматическим относятся все клетки организма, за исключением герминативных. Соматические клетки предназначены для выполнения в организме определенных функций и не участвуют в процессе воспроизводства организма. У млекопитающих они являются диплоидными клетками (т. е. содержат один материнский и один отцовский набор генетического материала).
Следующее поколение организма формируется при участии специализированных герминативных клеток. Эти клетки существуют для каждого пола отдельно и являются гаплоидными: сперматозоиды и ооциты содержат по одному набору генетического материала.
В период развития и существования взрослого организма некоторые клетки сохраняют способность к воспроизводству любых клеток различных тканей, в то время как другие образуют лишь родственные клетки или не образуют никаких. Клетки, обладающие широкими возможностями к регенерации, называются стволовыми. Например, клетки иммунной системы произошли от иммунных стволовых клеток. Основной вопрос биологии состоит в том, существуют стволовые клетки только при развитии организма или же они сохраняются и в зрелом возрасте.
При развитии ткани происходит серия процессов дифференцировки клеток, при которых они продолжают изменять свой фенотип до тех пор, пока не образуются все необходимые типы. По завершении этого процесса некоторые клетки могут утратить способность к делению и превратиться в терминально дифференцированные. Клетки также могут стареть и умирать. Многие соматические клетки являются терминально дифференцированными. К их числу относятся и половые клетки, хотя они обладают уникальной способностью образовывать зиготу, которая способна к делению.
Терминально дифференцированные клетки могут проявлять настолько необычные свойства, что возникает вопрос, применимо ли к ним определение самого понятия клетка. У млекопитающих дифференцировка эритроцитов приводит к потере ядра. Клетка представляет собой не более чем мембрану, которая внутри содержит раствор гемоглобина и форма которой поддерживается сетью волокон актина и спектрина. Поскольку эритроцит произошел из полностью функциональной клетки, мы рассматриваем его как клетку, хотя и утратившую почти все характерные признаки.
Широко обсуждается вопрос, происходят ли при дифференцировке клеток постоянные изменения их генетической программы или же ограничения на развитие фенотипа носят исключительно эпигенетическую природу? Возможность клонирования организмов при помещении ядра соматической клетки в ооцит дает однозначный ответ на этот вопрос: почти каждая клетка организма сохраняет генетическую информацию, необходимую для поддержания процесса развития. (Исключение составляют клетки с измененным генетическим материалом, например клетки, продуцирующие антитела, или утратившие генетическую информацию (эритроциты).)
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
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, моноцит развивается в макрофаг, промиобласт развивается в миобласт, который образуя синцитий, формирует мышечное волокно. Деление, дифференцировка и морфогенез— основные процессы, путём которых одиночная клетка (зигота) развивается в многоклеточный организм, содержащий самые разнообразные виды клеток. Дифференцировка меняет функцию клетки, её размер, форму и метаболическую активность.
Дифференцировка клеток происходит не только в эмбриональном развитии, но и во взрослом организме (при кроветворении, сперматогенезе, регенерации поврежденных тканей).
Содержание
Потентность
Общее название для всех клеток, ещё не достигших окончательного уровня специализации (то есть способных дифференцироваться), — стволовые клетки. Степень дифференцированости клетки (её «потенция к развитию») называется потентностью. Клетки, способные дифференцироваться в любую клетку взрослого организма, называются плюрипотентными. Для обозначения плюрипотентных клеток в организме животных используется также термин «эмбриональные стволовые клетки». Зигота и бластомеры являются тотипотентными, так как они могут дифференцироваться в любую клетку, в том числе и в экстраэмбриональные ткани.
Дифференцировка клеток млекопитающих
Самая первая дифференцировка в процессе развития эмбриона происходит на этапе формирования бластоцисты, когда однородные клетки морулы, разделяются на два клеточных типа: внутренний эмбриобласт и внешний трофобласт. Трофобласт участвует в имплантации эмбриона и дает начало эктодерме хориона (одна из тканей плаценты). Эмбриобласт даёт начало всем прочим тканям эмбриона. По мере развития эмбриона клетки становятся всё более специализированными (мультипотентные, унипотентные), пока не станут окончательно дифференцировавшимися 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 повреждённых тканей. Так как эти клетки обладают двумя основными функциями стволовых клеток — способностью обновляться, поддерживая мультипотентность, и способностью дифференцироваться — их называют взрослыми стволовыми клетками.
Дедифференцировка
Дедифференцировка — это 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, а также у растений. Например, при повреждении части растения клетки, соседствующие с раной, дедифференцируются и интенсивно делятся, формируя каллус. При помещении в определённые условия клетки каллуса дифференцируются в недостающие ткани. Так при погружении черенка в воду из каллуса формируются корни. С некоторыми оговорками к явлению дедифференцировки можно отнести опухолевую трансформацию клеток.
Что такое дифференцированные клетки
Дифференциация — это стойкое структурно-функциональное преобразование клеток в различные специализированные клетки. Дифференцировка клеток биохимически связана с синтезом специфических белков, а цитологически — с образованием специальных органелл и включений. При дифференцировке клеток происходит избирательная активация генов. Важным показателем клеточной дифференцировки является сдвиг ядерно-цитоплазменного отношения в сторону преобладания размеров цитоплазмы над размером ядра. Дифференцировка происходит на всех этапах онтогенеза. Особенно отчетливо выражены процессы дифференциации клеток на этапе развития тканей из материала эмбриональных зачатков. Специализация клеток обусловлена их детерминацией.
Детерминация — это процесс определения пути, направления, программы развития материала эмбриональных зачатков с образованием специализированных тканей. Детерминация может быть оотипической (программирующей развитие из яйцеклетки и зиготы организма в целом), зачатковой (программирующей развитие органов или систем, возникающих из эмбриональных зачатков), тканевой (программирующей развитие данной специализированной ткани) и клеточной (программирующей дифференцировку конкретных клеток). Различают детерминацию: 1) лабильную, неустойчивую, обратимую и 2) стабильную, устойчивую и необратимую. При детерминации тканевых клеток происходит стойкое закрепление их свойств, вследствие чего ткани теряют способность к взаимному превращению (метаплазии). Механизм детерминации связан со стойкими изменениями процессов репрессии (блокирования) и экспрессии (деблокирования) различных генов.
Клеточная гибель — широко распространенное явление как в эмбриогенезе, так и в эмбриональном гистогенезе. Как правило, в развитии зародыша и тканей гибель клеток протекает по типу апоптоза. Примерами программированной гибели являются гибель эпителиоцитов в межпальцевых промежутках, гибель клеток по краю срастающихся небных перегородок. Программированная гибель клеток хвоста происходит при метаморфозе личинки лягушки. Это примеры морфогенетической гибели. В эмбриональном гистогенезе также наблюдается гибель клеток, например при развитии нервной ткани, скелетной мышечной ткани и др. Это примеры гистогенетической гибели. В дефинитивном организме путем апоптоза погибают лимфоциты при их селекции в тимусе, клетки оболочек фолликулов яичников в процессе их отбора для овуляции и др.
Понятие о диффероне. По мере развития тканей из материала эмбриональных зачатков возникает клеточное сообщество, в котором выделяются клетки различной степени зрелости. Совокупность клеточных форм, составляющих линию дифференцировки, называют диффероном, или гистогенетическим рядом. Дифферон составляют несколько групп клеток: 1) стволовые клетки, 2) клетки-предшественники, 3) зрелые дифференцированные клетки, 4) стареющие и отмирающие клетки. Стволовые клетки — исходные клетки гистогенетического ряда — это самоподдерживающаяся популяция клеток, способных дифференцироваться в различных направлениях. Обладая высокими пролиферативными потенциями, сами они (тем не менее) делятся очень редко.
Клетки-предшественники (полустволовые, камбиальные) составляют следующую часть гистогенетического ряда. Эти клетки претерпевают несколько циклов деления, пополняя клеточную совокупность новыми элементами, и часть из них затем начинают специфическую дифференцировку (под влиянием факторов микроокружения). Это популяция коммитированных клеток, способная дифференцироваться в определенном направлении.
Зрелые функционирующие и стареющие клетки завершают гистогенетический ряд, или дифферон. Соотношение клеток различной степени зрелости в дифферонах зрелых тканей организма неодинаково и зависит от основных закономерных процессов физиологической регенерации, присущих конкретному виду ткани. Так, в обновляющихся тканях обнаруживаются все части клеточного дифферона — от стволовой до высокодифференцированной и гибнущей. В типе растущих тканей преобладают процессы роста. Одновременно в ткани присутствуют клетки средней и конечной частей дифферона. В гистогенезе митотическая активность клеток постепенно снижается до низкой или крайне низкой, наличие стволовых клеток подразумевается только в составе эмбриональных зачатков. Потомки стволовых клеток некоторое время существуют как пролиферативный пул ткани, но их популяция быстро расходуется в постнатальном онтогенезе. В стабильном типе тканей имеются лишь клетки высокодифференцированной и гибнущей частей дифферона, стволовые клетки обнаруживаются лишь в составе эмбриональных зачатков и полностью расходуются в эмбриогенезе.
Изучение тканей с позиций их клеточно-дифферонного состава позволяет различать монодифферонные — (например, хрящевая, плотная оформленная соединительная и др.) и полидифферонные (например, эпидермис, кровь, рыхлая волокнистая соединительная, костная) ткани. Следовательно, несмотря на то, что в эмбриональном гистогенезе ткани закладываются как монодифферонные, в дальнейшем большинство дефинитивных тканей формируются как системы взаимодействующих клеток (клеточных дифферонов), источником развития которых являются стволовые клетки разных эмбриональных зачатков.
Ткань — это фило- и онтогенетически сложившаяся система клеточных дифферонов и их неклеточных производных, функции и регенераторная способность которой определяется гистогенетическими свойствами ведущего клеточного дифферона.
Ткань является структурным компонентом органа и в то же время частью одной из четырех тканевых систем — покровных, тканей внутренней среды, мышечных и невральных.
Дифференцировка
Полезное
Смотреть что такое «Дифференцировка» в других словарях:
ДИФФЕРЕНЦИРОВКА — возникновение различий между однородными клетками и тканями, изменения их в ходе развития особи, приводяшие к формированию специализир. клеток, органов и тканей. Д. лежит в основе морфогенеза и происходит в осн. в процессе зародышевого развития,… … Биологический энциклопедический словарь
дифференцировка — и, ж. différencier, нем. differenzieren. устар. Действие по знач. гл. дифференицировать. Усовершенствования при нашей цивилизации клонятся все более и более к развитию только некоторых наших способностей, к развитию одностороннему, к… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
дифференцировка — 1. Процесс, в результате коего индивидуум перестает реагировать на те варианты стимула, после коих не предъявляются раздражители безусловные или подкрепляющие агенты, и воспроизводит поведенческие реакции лишь на те раздражители, кои продолжают… … Большая психологическая энциклопедия
ДИФФЕРЕНЦИРОВКА — превращение в процессе индивидуального развития организма (онтогенеза) первоначально одинаковых, неспециализированных клеток зародыша в специализированные клетки тканей и органов … Большой Энциклопедический словарь
Дифференцировка — процесс превращения стволовых клеток в клетки, дающие начало какой либо одной линии клеток крови. Этот процесс приводит к образованию красных кровяных клеток (эритроцитов), тромбоцитов, нейтрофилов, моноцитов, эозинофилов, базофилов и лимфоцитов … Медицинские термины
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… … Википедия
дифференцировка — сущ., кол во синонимов: 2 • дифференциация (11) • дифференцирование (6) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
дифференцировка — Специализация до этого однородных клеток и тканей организма [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN differentiation … Справочник технического переводчика
дифференцировка — ЭМБРИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ ДИФФЕРЕНЦИРОВКА – процесс формирования специфических свойств у клеток в ходе индивидуального развития и появления различий между однородными клетками и тканями, приводящий к образованию специализированных клеток, тканей и… … Общая эмбриология: Терминологический словарь
дифференцировка — превращение в процессе индивидуального развития организма (онтогенеза) первоначально одинаковых, неспециализированных клеток зародыша в специализированные клетки тканей и органов. * * * ДИФФЕРЕНЦИРОВКА ДИФФЕРЕНЦИРОВКА, превращение в процессе… … Энциклопедический словарь
Дифференцировка клеток: определение, примеры, процесс
Определение дифференцировки клеток
Клеточная дифференциация или просто клетка дифференциация, это процесс, посредством которого клетка претерпевает изменения в ген выражение, чтобы стать более конкретным типом клеток. Процесс дифференцировки клеток позволяет многоклеточным организмам создавать уникальные функциональные типы клеток и планы тела. Процесс дифференцировки клеток обусловлен генетика и их взаимодействие с окружающей средой.
Все организмы начинаются с одной клетки. Эта единственная клетка несет ДНК, кодирующую все белки взрослого организм буду использовать. Однако, если бы эта клетка экспрессировала все эти белки одновременно, она не была бы функциональной. Эта клетка должна делиться многократно, и клетки должны начать процесс дифференцировки клеток, когда они делятся. Линии клеток начинают появляться, и клетки становятся все более и более специфичными. В конечном счете, весь процесс формируется из сотен различных типов клеток в результате этого процесса дифференцировки клеток.
Исходная масса клеток, которые не подвергались дифференцировке, известны как стволовые клетки. В отличие от нормального деление клеток, который создает два одинаковых дочерние клетки Деление стволовых клеток является асимметричным делением клеток. В этом случае одна из клеток остается идентичной родительской стволовой клетке. В другой клетке химические триггеры активируют процесс дифференцировки клеток, и клетка начинает экспрессировать ДНК определенного типа клеток. Стволовые клетки, которые могут дифференцироваться в целые организмы, известны как эмбриональные стволовые клетки и говорят, что тотипотент.
В отличие от этого, в теле также есть много клеток, которые являются только плюрипотентными. Эти клетки уже подверглись некоторой клеточной дифференцировке. Эти стволовые клетки могут делиться только на узкий диапазон типов клеток. Например, костный мозг содержит соматические стволовые клетки, которые могут стать только красными кровь клетки. Эти клетки необходимы для постоянного пополнения кровяных клеток, которые в основном неактивны, кроме своей способности переносить кислород.
Примеры клеточной дифференцировки
В животных
После процесса оплодотворение у животных одноклеточный организм называется зигота сформирован. Зигота является тотипотентом и в конечном итоге станет целым организмом. Даже самое большое животное на Земле, синий кит, начинается как единая клетка. Сложные ткани и орган системы, которые совершенно различны по своей форме и функциям, все происходят из зиготы. Процесс дифференцировки клеток начинается рано в организме. К тому времени, когда сформировалась гаструла, клетки уже начали экспрессировать различные части ДНК.
Эти изменения ведут первые процессы складывания в эмбрион, Когда ткани продолжают формироваться, некоторые клетки начинают выделять гормоны или химические триггеры, которые сигнализируют различным клеткам о реакции. гормональный сигналы направляют экспрессию ДНК в различных частях тела, что способствует дальнейшей дифференцировке их клеток. У человека это занимает чуть более месяца для элементарного сердце а также сердечно-сосудистая система формировать.
Поскольку системы продолжают формироваться, многие из стволовых клеток теряют свою тотипотентность, сами подвергаясь дифференцировке клеток. Это позволяет быстрее производить специализированные клетки, необходимые растущему организму для поддержания роста и успешного выхода в мир. Через клеточную дифференциацию ткани, такие как головной мозг ткань а также мускул образуются из одной и той же клетки.
В растениях
В то время растение Жизненный цикл иногда кажется чуждым и сложным, процесс дифференцировки клеток очень похож. Хотя участвуют разные гормоны, все растения также развиваются из одной клетки. Семя – это просто защитный кожух для зиготы, который также обеспечивает питание. Это очень похоже на яйцо в животном мире. Зигота внутри подвергается клеточному делению и становится маленьким зародышем. Развитие остановлено, поскольку семя распространяется в мир.
После зимы или в любое время, когда среда является первоклассной, семена впитывают влагу и возобновляют процесс развития. Эмбрион начнет формировать две меристемы. меристемы является уникальной частью стволовых клеток, которые подвергаются дифференцировке клеток по мере их роста наружу. Один будет расти к поверхности, а другой станет корнями.
В корнях вокруг меристемы образуется слой клеток, образующий корневую шапку. Этот слой клеток отшелушивается по мере движения корней через почву и последовательно заменяется меристемой. Внутри меристемы дифференцировка клеток происходит в другом направлении. Гормоны и среда здесь заставляют клетки становиться сосудистая ткань и поддерживающие клетки. В конечном итоге они будут нести воду и питательные вещества на верхушку растения.
На поверхности меристема действует аналогичным образом. Когда он делится вверх, он создает как внутренние, так и внешние клетки. Внутренние клетки подвергаются дифференцировке, подобной дифференцировке корней, создавая больше сосудистой ткани. Снаружи клетки подвергаются дифференцировке клеток в стебли и листья. Они эквивалентны различным органам животных и так же отличаются от исходных клеток, как клетки животных. Если вы не уверены, возьмите желудь и сравните его с массивным деревом, которым он станет. Он не только значительно меньше, но и содержит совершенно разные типы клеток. Это можно объяснить через процесс дифференцировки клеток.
Процесс дифференцировки клеток
Одним из ключей к процессу дифференцировки клеток является транскрипция факторы. Эти гормоны и химические вещества управляют деятельностью, окружающей ДНК, определяя, что транскрибируется, а что игнорируется. Факторы, присутствующие в клетках от рождения до смерти, определяются организмом и другими соседними клетками.
Например, поджелудочная железа или щитовидная железа могут выделять гормон, требующий клеточного роста. Эта фактор транскрипции непосредственно влияет на белки, которые транскрибируют ДНК, превращая ее в конечном итоге в функциональные белки и больше клеток. Однако, когда клетки начинают сжиматься, они также сигнализируют друг другу, что места больше нет. Таким образом, процесс дифференцировки клеток имеет множество входов и возможных результатов.
Этот сложный процесс все еще изучается. Ученые добились значительных успехов в понимании дифференцировки клеток, начиная с полного понимания нематоды C. elegans. Это крошечное червеобразное существо имеет в общей сложности 959 клеток, как взрослая самка. С таким небольшим количеством их относительно легко проследить от зиготы до взрослого. Прослеживая их клеточную линию, ученые начали определять некоторые сложные и эпигенетические силы, работающие на дифференцировку клеток. Другими словами, важно не только то, какая ДНК клетка имеет, но где и как эта ДНК экспрессируется.
викторина
1. Почему дифференцировка клеток является важным процессом?A. Это позволяет для многоклеточных форм жизниB. Создает новые вид C. Мы могли бы обойтись без этого
Ответ на вопрос № 1
верно. Без процесса дифференцировки клеток, многоклеточный организмы были бы невозможны. Несколько водоросли живут в колониях, но это далеко от уровня сложности, развиваемого насекомыми или позвоночными. Дифференцировка клеток позволяет создавать ткани и органы, которые могут выполнять специфические и полезные функции для организма.
2. В чем разница между дифференцировкой и развитием клеток?A. Развитие не включает дифференциациюB. Клеточная дифференциация является частью развитияC. Нет никакой разницы
Ответ на вопрос № 2
В верно. Развитие – это весь процесс создания нового организма из одной клетки. Он включает в себя все, от формирования правильных тканей до создания нервных связей для поддержки нового тела. Дифференцировка клеток – это просто процесс, посредством которого клетки начинают экспрессировать только определенные части ДНК, превращаясь в специализированные типы клеток.
3. Если каждая стволовая клетка делится на более специализированные клетки, откуда вы получаете больше стволовых клеток?A. Вы неB. Стволовые клетки делятся асимметричноC. Зигота создает их
Ответ на вопрос № 3
В верно. Когда большинство стволовых клеток делятся, одна из них сохраняет первоначальный характер стволовых клеток. Зигота делится без дифференцировки клеток 3 раза, создавая 8 идентичных тотипотентных клеток. Эти клетки будут продолжать делиться асимметрично, и в конечном итоге приведет к образованию трех общих тканей, эктодерма, мезодерма, а также эндодермы, Эти ткани будут подвергаться дальнейшему делению клеток, чтобы стать специфическими тканями.
