細胞分化は、生物の多能性細胞は、ある特定の特性を達成することにより緩やかな現象です。これは開発プロセス中に発生し、物理的および機能的な変更が明らかです。概念的には、分化は、決定、分化自体、成熟という3つの段階で発生します。
これらの3つの言及されたプロセスは、生物内で継続的に発生します。決定の最初の段階では、胚の多能性細胞が定義された細胞型に割り当てられます。たとえば、神経細胞や筋肉細胞。分化において、細胞は系統の特徴を発現し始めます。
最後に、成熟はプロセスの最後の段階で発生し、成熟した生物に特徴が現れる新しいプロパティが取得されます。
細胞分化は、ホルモン、ビタミン、特定の因子、さらにはイオンを含む一連の信号によって非常に厳密かつ正確に制御されるプロセスです。これらの分子は、細胞内のシグナル伝達経路の開始を示します。
細胞分裂と分化のプロセス間で矛盾が発生する可能性があります。したがって、分化は分化を可能にするために増殖を停止しなければならない点に到達します。
一般的な特性
細胞分化のプロセスには、特定の系統における細胞の形状、構造、および機能の変化が含まれます。さらに、それは細胞が持つことができるすべての潜在的な機能の減少を意味します。
変化は、これらのタンパク質と特定のメッセンジャーRNAの間の重要な分子によって支配されています。細胞分化は、特定の遺伝子の制御された差次的発現の産物です。
分化プロセスには、初期遺伝子の喪失は含まれません。発生しているのは、発生過程にある細胞内の遺伝子機構の特定の場所での抑圧です。細胞には約30,000個の遺伝子が含まれていますが、それは約8,000〜10,000個しか発現していません。
前のステートメントを例証するために、次の実験が提案されました：両生類の体からすでに分化した細胞の核-たとえば、腸粘膜からの細胞-が採取され、以前に核が抽出されたカエルの胚珠に移植されます。
新しい核には、完全な状態で新しい生物を作成するために必要なすべての情報があります。つまり、腸粘膜の細胞は、分化プロセスを受けたときに遺伝子を失っていませんでした。
動物の細胞分化
開発は受精から始まります。胚の発生過程で桑実胚が形成されると、細胞は全能性と見なされます。これは、生物全体を形成できることを示しています。
やがて、桑実胚は胞胚となり、細胞は体の組織を形成できるため、今では多能性と呼ばれています。それらは胚体外組織を生じさせることができないため、完全な生物を形成することはできません。
組織学的には、生物の基本的な組織は上皮、結合組織、筋肉、神経です。
細胞がさらに進行すると、成熟した機能的な細胞に分化するため、多能性になります。
動物-特に後生動物-には、体の構造の特定のパターンを定義する一連の遺伝子のおかげで、グループの個体発生を統合する遺伝的発達の共通の経路があり、前後軸のセグメントのアイデンティティを制御します。動物の。
これらの遺伝子は、DNA結合アミノ酸配列（遺伝子のホメオボックス、タンパク質のホモドメイン）を共有する特定のタンパク質をコードします。
遺伝子のオンとオフを切り替える
DNAは、化学物質によって、または遺伝子の発現に影響を与える-誘発または抑制する-細胞メカニズムによって修飾できます。
クロマチンには、ユークロマチンとヘテロクロマチンの2つのタイプがあります。前者は大まかに構成され、その遺伝子が発現され、後者はコンパクトな構成を持ち、転写機構へのアクセスを妨げます。
細胞分化の過程において、その特定の系統に必要とされない遺伝子は、ヘテロクロマチンで作られたドメインの形でサイレンシングされることが提案されています。
異なる細胞型を生み出すメカニズム
多細胞生物では、細胞質因子の分泌や細胞間コミュニケーションなど、発生過程でさまざまな種類の細胞を生成する一連のメカニズムがあります。
細胞質因子の分離は、細胞分裂の過程でタンパク質やメッセンジャーRNAなどの要素の不平等な分離を伴います。
一方、隣接する細胞間の細胞連絡は、様々な細胞型の分化を刺激することができます。
このプロセスは、眼小胞が頭側領域の外胚葉に出会い、レンズ板を形成する肥厚を引き起こすときに、眼小胞の形成で発生します。これらは内側の領域に折りたたまれ、レンズを形成します。
細胞分化モデル：筋肉組織
文献で最もよく説明されているモデルの1つは、筋肉組織の発達です。この組織は複雑で、その機能が収縮する複数の核を持つ細胞で構成されています。
間葉系細胞は筋原性細胞を生じさせ、これは成熟した骨格筋組織を生じさせる。
この分化プロセスを開始するには、細胞周期のS期を妨げ、変化を引き起こす遺伝子の刺激物質として機能する特定の分化因子が存在する必要があります。
これらの細胞が信号を受信すると、細胞分裂プロセスを実行できない筋芽細胞への変換を開始します。筋芽細胞は、アクチンおよびミオシンタンパク質をコードするものなど、筋肉の収縮に関連する遺伝子を発現します。
筋芽細胞は互いに融合し、複数の核を持つ筋管を形成します。この段階では、トロポニンやトロポミオシンなど、収縮に関連する他のタンパク質の産生が起こります。
核がこれらの構造の周辺部分に向かって移動すると、筋線維と見なされます。
説明されているように、これらの細胞は筋肉の収縮に関連するタンパク質を持っていますが、ケラチンやヘモグロビンなどの他のタンパク質が欠けています。
マスター遺伝子
遺伝子の差次的発現は「マスター遺伝子」の制御下にあります。これらは核に存在し、他の遺伝子の転写を活性化します。それらの名前が示すように、それらはそれらの機能を指示することによって他の遺伝子を制御することに責任がある重要な要因です。
筋肉分化の場合、特定の遺伝子は筋肉収縮に関与する各タンパク質をコードする遺伝子であり、マスター遺伝子はMyoDとMyf5です。
調節マスター遺伝子が欠けている場合、サブオルター遺伝子は発現されません。対照的に、マスター遺伝子が存在する場合、ターゲット遺伝子の発現が強制されます。
ニューロン、上皮、心臓などの分化を指示するマスター遺伝子があります。
植物の細胞分化
動物の場合と同様に、植物の発育は種子内部での受精卵の形成から始まります。最初の細胞分裂が発生すると、2つの異なる細胞が発生します。
植物の発育の特徴の1つは、胚の特徴を持つ細胞が常に存在することによる、生物の継続的な成長です。これらの領域は分裂組織として知られ、永久に成長する器官です。
分化経路は、植物に存在する3つの組織システムを生み出します。真皮組織を含む原始胚、基本分裂組織、および交換です。
交換は、木部（水および溶解した塩の輸送体）および師部（糖およびアミノ酸などの他の分子の輸送体）によって形成される、植物の血管組織の発生に関与しています。
分裂組織
分裂組織は茎と根の先端にあります。したがって、これらの細胞は分化し、植物（特に葉、花など）を構成するさまざまな構造を生み出します。
植物構造の細胞分化は発生の特定の時点で発生し、分裂組織は「花序」になり、次に花の分裂組織を形成します。ここから、がく片、花びら、雄しべ、心皮からなる花片が生じます。
これらの細胞は、小さいサイズ、立方体の形状、薄くて柔軟な細胞壁、高密度で多数のリボソームを持つ細胞質を特徴としています。
オーキシンの役割
植物ホルモンは細胞分化現象、特にオーキシンに役割を持っています。
このホルモンは、茎の血管組織の分化に影響を与えます。実験は、創傷へのオーキシンの適用が血管組織の形成をもたらすことを示した。
同様に、オーキシンは血管形成層細胞の発達を刺激することに関連しています。
動物と植物の違い
植物と動物における細胞の分化と発達の過程は、同じようには起こりません。
生物がそれらを特徴づける三次元構造を獲得するためには、動物が細胞や組織の動きを起こさなければなりません。さらに、細胞の多様性は動物ではるかに高いです。
対照的に、植物は個人の人生の初期段階でのみ成長期間を持っているわけではありません。それらは植物の寿命を通してサイズが大きくなる可能性があります。
参考文献
- キャンベル、NA、およびリース、JB（2007）。生物学。Panamerican Medical Ed。
- セディエル、JF、カルデナス、MH、およびガルシア、A。（2009）。組織学マニュアル：基本的な組織。ロサリオ大学。
- ホール、JE（2015）。ガイトンとホールの医学生理学の電子ブックの教科書。Elsevier Health Sciences。
- Palomero、G.（2000）。発生学のレッスン。オビエド大学。
- Wolpert、L.（2009）。開発の原則。Panamerican Medical Ed。