Hücre Kaderi ve Farklılaşması
Başlangıçta eşdeğer olan hücrelerin belirli kimliklere nasıl bağlandığı ve ardından doku ve organları oluşturan özelleşmiş hücre tiplerine nasıl farklılaştığı.
Tanım
Hücre kaderi, bir hücrenin veya onun soyundan gelenlerin normal gelişimde edineceği nihai kimliktir; farklılaşma ise daha az özelleşmiş bir hücrenin, seçici gen ekspresyonu yoluyla belirli bir fonksiyonel hücre tipinin yapısal ve moleküler özelliklerini kazandığı süreçtir.
Kapsam
Bu alan, gelişimsel kaderin nasıl belirlendiğini ve aşamalı olarak kısıtlandığını, belirlenim (determination) ile açık farklılaşma (overt differentiation) arasındaki farkı, kaderi atayan hücre içi ve hücre dışı mekanizmaları (sitoplazmik belirleyiciler ile indüktif sinyalizasyon), ve programlı hücre ölümünün dokuları şekillendirmedeki rolünü kapsamaktadır. Farklılaşmayı, hücre tipine özgü gen ekspresyonunun kurulması olarak ele almakta ve kaderin deneysel olarak yeniden programlanabileceği modern anlayışla ilişkilendirmektedir.
Alt konular
Temel sorular
- Başlangıçta benzer hücreler farklı kaderleri nasıl edinir?
- Taahhüt edilmiş (belirlenmiş) bir hücreyi, gözle görülür şekilde farklılaşmış bir hücreden ayıran nedir?
- Kader ne zaman iç belirleyiciler tarafından, ne zaman komşu hücrelerden gelen sinyaller tarafından belirlenir?
- Farklılaşmış bir durum nasıl sürdürülür ve ne kadar geri döndürülebilirdir?
Temel kuramlar
- Diferansiyel gen ekspresyonu
- Bir organizmanın hücreleri aynı genomu paylaşır, bu nedenle hücre tipleri arasındaki farklılıklar farklı genlerden değil, hangi genlerin eksprese edildiğinden kaynaklanır; farklılaşma, kararlı, hücre tipine özgü gen aktivitesi paternlerinin kurulmasıdır.
- Hücre kaderinin yeniden programlanabilirliği
- Farklılaşmış hücreler tam bir genomu korur ve tanımlanmış bir transkripsiyon faktörleri kümesi tarafından pluripotent bir duruma geri döndürülebilir, bu da farklılaşmış durumun genetik bilginin geri döndürülemez kaybından ziyade düzenleyici girdilerle sürdürüldüğünü göstermektedir.
Mekanizmalar
Kader, iki geniş strateji ile atanmaktadır. Otonom (mozaik) belirlemede, lokalize sitoplazmik belirleyiciler, bölünme sırasında belirli hücrelere dağıtılmakta ve komşularından bağımsız olarak kaderlerini sabitlemektedir. Koşullu (regülatif) belirlemede ise hücreler, çevre doku tarafından sağlanan indüktif sinyallerden ve konumsal bilgiden kaderlerini edinmektedir. Her iki durumda da seçilen kader, hücre tipine özgü genleri açan transkripsiyon faktörleri ağları tarafından ve epigenetik modifikasyonlarla birlikte, hücre bölünmeleri boyunca durumu stabilize ederek uygulanmaktadır. Bağlanma (commitment), kararsız bir belirlenmiş durumdan geri döndürülemez bir taahhüt edilmiş duruma ilerlemekte, ardından açık farklılaşma, olgun hücre tipini tanımlayan proteinleri ve yapıları üretmektedir.
Klinik önem
Kaderin nasıl belirlendiğini ve sürdürüldüğünü anlamak, rejeneratif tıbbın, kök hücrelerden belirli hücre tiplerinin yönlendirilmiş üretiminin ve kanserlerin farklılaşma bozuklukları olarak yorumlanmasının temelini oluşturmaktadır. Bu madde eğitim amaçlıdır ve klinik rehberlik sağlamamaktadır.
Tarihçe
Farklılaşmanın gen kaybından ziyade diferansiyel gen ekspresyonunu yansıttığı ilkesi, farklılaşmış bir çekirdeğin gelişimi destekleyebileceğini gösteren nükleer transfer deneyleri ile desteklenmiştir. Bu görüş, tanımlanmış transkripsiyon faktörlerinin farklılaşmış hücreleri pluripotensiye yeniden programlayabildiğinin gösterilmesiyle doruk noktasına ulaşmış ve bu çalışma Nobel Ödülü ile tanınmıştır.
Öne çıkan isimler
- Lewis Wolpert
- Conrad Waddington
- John Gurdon
- Shinya Yamanaka
İlgili konular
Temel eserler
- takahashi2006
- gilbert2016
- wolpert1969
Sıkça sorulan sorular
- Tüm hücreler aynı DNA'ya sahipse, neden farklıdırlar?
- Hücre tipleri, paylaşılan genomun farklı alt kümelerini eksprese ettikleri için farklılık gösterir; farklılaşma, hücre tipine özgü bir gen paternini açma ve onu kararlı tutma sürecidir.
- Belirlenim (determination) ve farklılaşma arasındaki fark nedir?
- Belirlenim, bir hücrenin belirli bir kadere bağlanmasıdır, genellikle gözle görülür herhangi bir değişiklikten önce gerçekleşir; farklılaşma ise o kaderin özelleşmiş özelliklerinin daha sonra ortaya çıkmasıdır.