Số phận và Sự biệt hóa của Tế bào
Cách các tế bào ban đầu tương đương trở nên cam kết với các bản sắc cụ thể và sau đó biệt hóa thành các loại tế bào chuyên biệt xây dựng nên các mô và cơ quan.
Definition
Số phận tế bào là bản sắc cuối cùng mà một tế bào hoặc các tế bào con của nó sẽ đảm nhận trong quá trình phát triển bình thường; biệt hóa là quá trình một tế bào ít chuyên biệt hơn thu nhận các đặc điểm cấu trúc và phân tử của một loại tế bào chức năng cụ thể thông qua biểu hiện gen chọn lọc.
Scope
Lĩnh vực này bao gồm cách số phận phát triển được xác định và hạn chế dần dần, sự khác biệt giữa sự xác định và sự biệt hóa rõ ràng, các cơ chế nội tại và ngoại tại của tế bào (các yếu tố quyết định trong bào tương so với tín hiệu cảm ứng) gán số phận, và vai trò của quá trình chết tế bào theo chương trình trong việc tạo hình các mô. Nó coi sự biệt hóa là sự thiết lập biểu hiện gen đặc trưng cho loại tế bào và liên kết nó với sự hiểu biết hiện đại rằng số phận có thể được tái lập trình một cách thực nghiệm.
Sub-topics
Core questions
- Làm thế nào các tế bào ban đầu tương tự lại có được các số phận khác nhau?
- Điều gì phân biệt một tế bào đã cam kết (được xác định) với một tế bào đã biệt hóa rõ ràng?
- Khi nào số phận được thiết lập bởi các yếu tố quyết định nội tại so với các tín hiệu từ các tế bào lân cận?
- Làm thế nào một trạng thái biệt hóa được duy trì, và khả năng đảo ngược của nó đến mức nào?
Key theories
- Biểu hiện gen khác biệt
- Các tế bào của một sinh vật chia sẻ cùng một bộ gen, vì vậy sự khác biệt giữa các loại tế bào không phát sinh từ các gen khác nhau mà từ việc gen nào được biểu hiện; biệt hóa là sự thiết lập các kiểu hoạt động gen ổn định, đặc trưng cho loại tế bào.
- Khả năng tái lập trình số phận tế bào
- Các tế bào đã biệt hóa giữ lại một bộ gen đầy đủ và có thể được đưa trở lại trạng thái đa năng bằng một tập hợp các yếu tố phiên mã xác định, cho thấy rằng trạng thái biệt hóa được duy trì bởi các yếu tố điều hòa chứ không phải do mất thông tin di truyền không thể đảo ngược.
Mechanisms
Số phận được gán bằng hai chiến lược rộng lớn. Trong sự xác định tự chủ (khảm), các yếu tố quyết định trong bào tương được định vị được phân chia cho các tế bào cụ thể trong quá trình phân cắt, cố định số phận của chúng một cách độc lập với các tế bào lân cận. Trong sự xác định có điều kiện (điều hòa), các tế bào thu nhận số phận từ các tín hiệu cảm ứng và thông tin vị trí do mô xung quanh cung cấp. Trong cả hai trường hợp, số phận đã chọn được thực hiện bởi các mạng lưới yếu tố phiên mã bật các gen đặc trưng cho loại tế bào và, cùng với các sửa đổi biểu sinh, ổn định trạng thái qua các lần phân chia tế bào. Sự cam kết tiến triển từ trạng thái được xác định không ổn định sang trạng thái được xác định không thể đảo ngược, sau đó sự biệt hóa rõ ràng tạo ra các protein và cấu trúc xác định loại tế bào trưởng thành.
Clinical relevance
Hiểu biết về cách số phận được xác định và duy trì là nền tảng của y học tái tạo, việc sản xuất trực tiếp các loại tế bào cụ thể từ tế bào gốc, và việc giải thích các bệnh ung thư như các rối loạn biệt hóa. Mục này mang tính giáo dục và không cung cấp hướng dẫn lâm sàng.
History
Nguyên tắc rằng sự biệt hóa phản ánh sự biểu hiện gen khác biệt chứ không phải mất gen đã được ủng hộ bởi các thí nghiệm chuyển nhân cho thấy một nhân đã biệt hóa có thể hỗ trợ sự phát triển. Quan điểm này lên đến đỉnh điểm trong việc chứng minh rằng các yếu tố phiên mã xác định có thể tái lập trình các tế bào đã biệt hóa thành trạng thái đa năng, công trình được công nhận bằng giải Nobel.
Key figures
- Lewis Wolpert
- Conrad Waddington
- John Gurdon
- Shinya Yamanaka
Related topics
Seminal works
- takahashi2006
- gilbert2016
- wolpert1969
Frequently asked questions
- Nếu tất cả các tế bào đều có cùng DNA, tại sao chúng lại khác nhau?
- Các loại tế bào khác nhau vì chúng biểu hiện các tập hợp con khác nhau của bộ gen chung; biệt hóa là quá trình bật một kiểu gen đặc trưng cho loại tế bào và giữ cho nó ổn định.
- Sự khác biệt giữa sự xác định và sự biệt hóa là gì?
- Sự xác định là sự cam kết của một tế bào với một số phận cụ thể, thường trước bất kỳ thay đổi rõ ràng nào; biệt hóa là sự xuất hiện sau đó của các đặc điểm chuyên biệt của số phận đó.