Диференціація клітин

Стовбурова клітина як попередник диференційованих клітин

Диференціа́ція кліти́н, в біології розвитку, — процес, у якому клітини отримують певний тип або «фенотип».

Питання диференціації клітин — одне з основних питань біології розвитку: як з однієї клітини, зиготи, формується велика кількість різноманітних за формою та функцією клітин багатоклітинного організму, всі з яких мають однакову ДНК в ядрі.

Морфологія клітини та картина експресії генів можуть значно змінитися протягом диференціації, але генетичний матеріал зазвичай залишається без змін (хоча і з цього правила є нечисленні винятки, наприклад спеціалізований мутагенез клітин імунної системи).

Диференціація клітин виникає завдяки тому, що різні клітини мають активними різні типи генів. При цьому змінюється не лише генетичний, а й епігенетичний профіль клітин. Так, метилювання ДНК та пострансляційні модифікації гістонів, включення гістонових варіантів та ремоделювання хроматину грають дуже важливі ролі під час диференціації клітин.

Клітини, які здатні до поділу і диференційування в робочі клітини організму, які поповнюють запаси відмираючих старих клітин, називаються стовбуровими клітинами у тварин і меристематичними клітинами (клітинами твірної тканини) у вищих рослин. Клітина, яка може диференціюватися у всі клітинні типи, властиві даному організму, називається тотипотентною. У ссавців тільки зигота і ранні ембріональні клітини є тотипотентними, тоді як у рослин багато навіть диференційованих клітин можуть стати тотипотентними в лабораторних умовах.

Ссавці

Групи людських клітин, розподілені за кількістю клітин і за сукупною клітинною масою

У ссавців перша стадія диференціації клітин настає незадовго після запліднення яйцеклітини. В період дроблення бластоциста розділяється на дві частини, внутрішню клітинну масу та трофобласт. Внутрішня клітинна маса складається з плюрипотентних клітин, які дадуть початок власне зародку, тоді як трофобласт або трофоектодерма формує зовнішню частину бластоцисти і диференціюється на поза-зародкові тканини, які становитимуть велику долю плаценти Цей процес відбувається до імплантації, поки зародок подорожує по фаллопієвим трубам до матки

Епігенетичне перепрограмування

Діаграма, що демонструє кілька методів, які використовуються для перепрограмування дорослих соматичних клітин до тотипотентності або плюрипотентності.

Епігенетичне перепрограмування передбачає перетворення одних типів клітин в інші. Зазвичай, клітини спочатку перетворюються назад в стан стовбурових клітин, а згодом перетворюють на конкретні типи клітин (нейрони, кардіоміоцити та інші).

Тіло людини містить, за деякими оцінками, 400 основних типів клітин^[en] у 60 підтипах тканин — але кожен тип клітин має однакову геномну послідовність ДНК — їх відрізняють зміни в епігеномі. (див. Епігеноміка) Впливаючі на ці епігенетичні мітки, науковці можуть перетворюювати один тип клітин в інший, створювати специфічні культури клітин та органоїди, і використовувати їх в біомедичних дослідженнях, регенеративній медицині (лікування стовбуровими клітинами, тканинна інженерія), моделюванні хвороб та розробці ліків, харчовій промисловості (культивоване м'ясо), біотехнології тощо.

Див. також

• Клітина
• Клітинна біологія
• Стовбурові клітини
• Епігенетика та Епігеноміка
• Епігенетичне перепрограмування

Джерела

• Gilbert, Scott F., (2010). Developmental biology. Sinauer Associates. ISBN 0878933840. OCLC 551199641.

Додаткова література

Книги

• Серія книг Results and Problems in Cell Differentiation (Springer Nature, 1968-2023+)

Журнали

• Cell Death and Differentiation (Nature Portfolio)
• Differentiation (Elsevier)
• Development Growth and Differentiation (Wiley-Blackwell)