Diferenciace v biologii charakterizuje transformaci ze špatně diferencovaného do vysoce diferencovaného stavu. Tento proces má zvláštní význam během vývoje oplodněného vajíčka na kompletní organismus. Poruchy v procesu diferenciace mohou vést na vážná onemocnění jako např rakovina nebo malformace.
Co je to diferenciace?
Biologická diferenciace je o specializaci nediferencovaných kmenových buněk na diferencované somatické buňky. Biologická diferenciace je o specializaci nediferencovaných kmenových buněk na diferencované somatické buňky. Zejména během embryogeneze a následného růstu hrají tyto procesy významnou roli. Diferenciační procesy jsou však stále důležité pro udržení tělesných funkcí u dospělých organismů. Zpočátku nediferencované kmenové buňky stále mají schopnost transformovat se do všech ostatních buněk těla. V tomto procesu vede několik diferenciačních procesů ke vzniku specializovaných tělesných buněk, které tvoří různé orgány a nakonec ztrácejí schopnost dělení. Existuje několik typů kmenových buněk. Například takzvané totipotentní kmenové buňky jsou stále schopné přeměnit každý na kompletní organismus. Pluripotentní kmenové buňky se zase mohou stále diferencovat na všechny buňky těla. Již však není možné, aby se z nich vyvinuly jednotlivé organismy. Multipotentní kmenové buňky již dosáhly určité diferenciace na konkrétní buněčnou linii. Stále se však mohou diferencovat na všechny ostatní buňky této buněčné linie.
Funkce a úkol
Biologická diferenciace představuje jeden z nejdůležitějších procesů ve vývoji rostlinných, živočišných nebo lidských organismů. Během tohoto procesu se mimo jiné v několika krocích z oplodněného vajíčka vyvine stále více diferencované somatické buňky. Oplodněná vaječná buňka je první totipotentní kmenovou buňkou, která zpočátku prochází buněčným dělením na čtyři stejné buňky. Každá z těchto čtyř buněk se může vyvinout v kompletní geneticky identický organismus. Po dosažení čtyřbuněčného stádia dochází k tvorbě blastocysty, která se skládá z pluripotentních embryonálních kmenových buněk. Tyto pluripotentní kmenové buňky se mohou vyvinout v další fázi diferenciace do tří zárodečných vrstev ektoderm, entoderm a mezoderm, a představují tak výchozí bod pro všechny další buňky těla. Na rozdíl od totipotentních kmenových buněk však již ztratily schopnost vyvinout se v geneticky identické nezávislé organismy. Tři klíčové listy dávají vzniknout dalším buněčným liniím, které se původně skládají z multipotentních kmenových buněk. V tomto procesu jsou multipotentní kmenové buňky schopné vyvinout se do všech typů buněk příslušné buněčné linie. Tyto buňky již nemají schopnost transformovat se do všech ostatních somatických buněk, protože již dosáhly vyššího stupně diferenciace než pluripotentní kmenové buňky. U živočišných a lidských organismů je proces diferenciace spojen s určením. Stanovení se vztahuje ke specifikaci specializace, jakmile je přijata, přičemž další vývoj buněčných linií se předává epigenetickými prostředky. Buňky, které již byly předem diferencovány, se samozřejmě budou v rámci svého stanovení nadále diferencovat na buňky odpovídající buněčné linie. Ačkoli je celková genetická informace každé buňky identická, je vyvolána odlišně od gen výraz v závislosti na typu buňky. To mimo jiné znamená, že v a játra buňka, například, je dekódována pouze genetická informace o funkci jater, zatímco všechny ostatní informace zůstávají nepřečtené. Diferenciace je ovlivněna různými vnějšími nebo vnitřními faktory. Hormony důležitou roli hrají například růstové faktory. Kontakty buňky se sousedními buňkami také určují směr diferenciace. Za určitých podmínek může dojít k transdeterminaci. V tomto případě se změní určení buňky. To hraje roli zejména v hojení ran. V těchto případech, pokud jsou buňky již diferencované, ztrácejí svoji diferenciaci a diferencují se znovu. Pokud je však tento proces narušen, rakovina Diferenciace je nezbytná pro to, aby organismus vůbec fungoval jako jednotný biologický systém.
Nemoci a poruchy
Během diferenciace buněk však mohou nastat potenciálně poruchy vést k malformacím orgánů během embryogeneze. Existují tedy některé genetická onemocnění s dyspláziemi více orgánů. Kromě malformací vnitřní orgány, vnější vzhled je často disharmonický. Existují však také negenetické příčiny malformací orgánů. Jedním příkladem je renální ageneze bez přítomnosti plodová voda. Protože člověk embryo se může vyvíjet pouze v rámci plodová voda, zde dochází k vadné orgánové diferenciaci kvůli nedostatku prostoru a jsou ovlivněny i další orgány a tkáně. Drogy může také narušit proces diferenciace během embryogeneze. Známým příkladem je trankvilizér thalidomid, který způsobil poškození růstu plod během rané těhotenství. To se stalo veřejností v roce 1961 takzvaným skandálem s thalidomidem. Může se však také stát, že již diferencované buňky se diferencují a poté nekontrolovatelně množí. Tato situace je přítomna v rakovina. Čím pokročilejší de-diferenciace buněk, tím malignější nádor. Jak již bylo zmíněno dříve, de-diferenciace je nutná v některých případech, kdy existuje větší potřeba buněčného růstu. To je mimo jiné případ hojení ran. V těchto procesech však po de-diferenciaci následuje opět diferenciace buněk. Pokud však nedojde k diferenciaci, vyvine se rakovina. Somatické mutace v buňkách mohou také ovlivňovat geny, které ovlivňují diferenciaci. Jak stárneme, zvyšuje se pravděpodobnost vzniku rakoviny.
