การเปลี่ยนแปลงสภาพของเซลล์ในการเจริญเติบโต
เซลล์ที่ถูกกำหนดแล้วจะได้รับโครงสร้างที่เฉพาะเจาะจง การแสดงออกของยีน และหน้าที่ของเซลล์ชนิดที่เจริญเต็มที่ได้อย่างไร
Definition
การเปลี่ยนแปลงสภาพของเซลล์ในการเจริญเติบโตคือกระบวนการที่เซลล์ต้นกำเนิดที่ถูกกำหนดแล้วแสดงออกชุดยีนที่จำเพาะเจาะจงกับชนิดเซลล์ และได้รับสัณฐานวิทยาและหน้าที่ของเซลล์ที่เจริญเต็มที่และมีความเชี่ยวชาญภายในสิ่งมีชีวิตที่กำลังพัฒนา
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมการดำเนินการระดับโมเลกุลของการเปลี่ยนแปลงสภาพ: ปัจจัยการถอดรหัสควบคุมหลัก การสร้างโปรแกรมการแสดงออกของยีนที่จำเพาะเจาะจงกับชนิดเซลล์ การทำให้โปรแกรมเหล่านั้นมีเสถียรภาพทางเอพิจีเนติก และความสัมพันธ์ระหว่างการเปลี่ยนแปลงสภาพ การแบ่งเซลล์ และการออกจากวัฏจักรเซลล์ นอกจากนี้ยังกล่าวถึงความยืดหยุ่นของสถานะที่เปลี่ยนแปลงสภาพซึ่งเปิดเผยโดยการปรับโปรแกรมและการเปลี่ยนแปลงสภาพข้ามชนิด
Core questions
- โปรแกรมการแสดงออกของยีนที่จำเพาะเจาะจงกับชนิดเซลล์ถูกเปิดใช้งานและทำให้มีเสถียรภาพได้อย่างไร
- ปัจจัยการถอดรหัสควบคุมหลักมีบทบาทอย่างไรในการเปลี่ยนแปลงสภาพ
- การปรับเปลี่ยนทางเอพิจีเนติกคงรักษาสถานะที่เปลี่ยนแปลงสภาพไว้ได้อย่างไรตลอดการแบ่งเซลล์
- สถานะที่เปลี่ยนแปลงสภาพสามารถย้อนกลับหรือยืดหยุ่นได้มากน้อยเพียงใด
Key theories
- ปัจจัยควบคุมหลักและเครือข่ายควบคุมยีน
- ชนิดของเซลล์ถูกสร้างขึ้นโดยปัจจัยการถอดรหัสที่ทำหน้าที่อยู่บนสุดของเครือข่ายควบคุมยีน โดยเปิดใช้งานชุดยีนที่จำเพาะเจาะจงกับชนิดเซลล์ ในบางกรณี ปัจจัยเดียวดังกล่าวสามารถเปลี่ยนทิศทางของเซลล์ที่เปลี่ยนแปลงสภาพชนิดหนึ่งไปสู่อีกชนิดหนึ่งได้
- ความยืดหยุ่นและการปรับโปรแกรมของสถานะที่เปลี่ยนแปลงสภาพ
- การเปลี่ยนแปลงสภาพถูกรักษาไว้โดยปัจจัยควบคุมและปัจจัยทางเอพิจีเนติกที่ดำเนินอยู่อย่างต่อเนื่อง แทนที่จะเป็นการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมถาวร ดังนั้น การรวมกันของปัจจัยที่กำหนดสามารถรีเซ็ตเซลล์ที่เปลี่ยนแปลงสภาพกลับไปสู่สถานะพหุศักยภาพได้
Mechanisms
เมื่อเซลล์ถูกกำหนดแล้ว ปัจจัยการถอดรหัสควบคุมหลักจะกระตุ้นเครือข่ายของยีนปลายน้ำที่ผลิตโปรตีนซึ่งกำหนดชนิดเซลล์ ในขณะที่ยับยั้งโปรแกรมของชะตากรรมทางเลือก การเปลี่ยนแปลงสภาพได้รับการเสริมแรงด้วยการปรับเปลี่ยนทางเอพิจีเนติก — การเมทิลเลชันของ DNA และเครื่องหมายฮิสโตน — และโดยการจัดระเบียบโครมาตินใหม่ที่ทำให้รูปแบบการแสดงออกสามารถถ่ายทอดได้ผ่านการแบ่งเซลล์ เซลล์หลายชนิดออกจากวัฏจักรเซลล์เมื่อพวกมันเปลี่ยนแปลงสภาพอย่างสมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม สถานะนี้ไม่ได้เป็นแบบสัมบูรณ์: การแสดงออกของปัจจัยที่เหมาะสมในการทดลองสามารถขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงสภาพข้ามชนิดระหว่างเซลล์ หรือการปรับโปรแกรมอย่างสมบูรณ์ไปสู่ภาวะพหุศักยภาพ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าจีโนมยังคงสมบูรณ์และปัจจัยควบคุมเป็นตัวกำหนดเอกลักษณ์
Clinical relevance
การเปลี่ยนแปลงสภาพของเซลล์ต้นกำเนิดไปเป็นเซลล์ชนิดเฉพาะเจาะจงมีความสำคัญต่อเวชศาสตร์ฟื้นฟูและการสร้างแบบจำลองโรค ในขณะที่การสูญเสียการเปลี่ยนแปลงสภาพปกติเป็นลักษณะสำคัญของมะเร็งหลายชนิด บทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการศึกษาและไม่ได้ให้คำแนะนำทางการแพทย์
History
ภาพภูมิทัศน์ทางเอพิจีเนติกของ Waddington ได้รวบรวมแนวคิดของเซลล์ที่กลิ้งลงไปตามเส้นทางที่แตกแขนงไปสู่สถานะที่เปลี่ยนแปลงสภาพ การทดลองถ่ายโอนนิวเคลียสแสดงให้เห็นว่านิวเคลียสที่เปลี่ยนแปลงสภาพยังคงมีศักยภาพเต็มที่ และการชักนำภาวะพหุศักยภาพในภายหลังโดยปัจจัยที่กำหนดได้ยืนยันว่าการเปลี่ยนแปลงสภาพสามารถย้อนกลับได้ในหลักการ
Key figures
- Conrad Waddington
- John Gurdon
- Shinya Yamanaka
Related topics
Seminal works
- takahashi2006
- gilbert2016
Frequently asked questions
- อะไรที่ทำให้เซลล์ที่เปลี่ยนแปลงสภาพไม่เปลี่ยนไปเป็นชนิดอื่น?
- รูปแบบการแสดงออกของยีนที่มั่นคง ซึ่งได้รับการเสริมแรงด้วยเครื่องหมายทางเอพิจีเนติก จะคงเอกลักษณ์ของเซลล์ไว้และถูกส่งต่อไปยังเซลล์ลูกสาว ดังนั้น ชนิดของเซลล์จึงได้รับการรักษาไว้ตามปกติ
- เซลล์ที่เปลี่ยนแปลงสภาพสามารถรีเซ็ตได้หรือไม่?
- ได้ — การทดลองแสดงให้เห็นว่าการให้ชุดปัจจัยการถอดรหัสที่กำหนดสามารถปรับโปรแกรมเซลล์ที่เปลี่ยนแปลงสภาพกลับไปสู่สถานะพหุศักยภาพได้ เนื่องจากจีโนมของมันยังคงสมบูรณ์