¿Qué es la diferenciación celular? ¿Cómo distinguir?
En la ontogenia de las células, el proceso en el que la descendencia producida por la proliferación de un tipo de célula o de un tipo de célula presenta diferencias estables en estructura morfológica y función fisiológica se denomina diferenciación celular. La diferenciación celular es un cambio permanente. La diferenciación celular no sólo ocurre durante el desarrollo embrionario, sino que también ocurre a lo largo de la vida para reponer las células que envejecen y mueren, como la diferenciación de células madre hematopoyéticas pluripotentes en diferentes células sanguíneas. En general, las células diferenciadas permanecen diferenciadas hasta la muerte.
Introducción
La diferenciación celular es un proceso en el que un mismo tipo de célula desarrolla gradualmente diferencias en morfología, estructura y estabilidad funcional después de la división celular, produciendo así diferentes poblaciones de células. También se puede decir que la diferenciación celular es un proceso en el que las células de la misma fuente desarrollan gradualmente su propia estructura morfológica, funciones fisiológicas y características bioquímicas únicas. El resultado es que existen diferencias entre células en el espacio, y una misma célula en el tiempo es diferente de su estado anterior. La diferenciación celular es un proceso desde la diferenciación química hasta la diferenciación morfológica y funcional. División no significa diferenciación.
Desde un nivel molecular, la diferenciación celular se refiere a la síntesis de diferentes proteínas específicas en varias células (como la cristalina sintetizada por células cristalinas de agua, la hemoglobina sintetizada por glóbulos rojos, la actina y el músculo sintetizados por células musculares). . Globulina, etc.), y la síntesis de proteínas específicas se consigue mediante la expresión selectiva de determinados genes en las células en un período determinado. Por tanto, la regulación genética es una cuestión central en la diferenciación celular.
хⅺCaracterísticas
Gvbvvr se puede resumir en tres puntos clave:
(1) Persistencia: la diferenciación celular recorre todo el proceso de vida de un organismo. La etapa embrionaria alcanza el máximo.
②Estabilidad e irreversibilidad: En general, las células diferenciadas permanecerán diferenciadas hasta la muerte.
③Universalidad: Es omnipresente en el mundo biológico y es la base del desarrollo individual.
En circunstancias normales, la diferenciación celular es estable e irreversible. Una vez que una célula cambia bajo un determinado estímulo y comienza a diferenciarse en una determinada dirección, incluso si el estímulo causado por V ya no existe, la diferenciación aún puede proceder y continuar a través de la división celular.
Sin embargo, una gran cantidad de experimentos científicos han demostrado que las células vegetales altamente diferenciadas todavía tienen la capacidad de invertir hchahag y matar de hambre a gvr, es decir, la totipotencia de las células vegetales. Entre las células animales, algunas células (con núcleo) también tienen esta capacidad.
Las células embrionarias necesitan pasar por una etapa llamada determinación antes de que puedan mostrar su estructura morfológica única, funciones fisiológicas y características bioquímicas. En esta etapa, aunque las células aún no presentan características morfológicas específicas, ya han sufrido cambios específicos en esta dirección. A lo largo de la vida, la diferenciación celular alcanza su máximo durante la etapa embrionaria.
El tiempo para la determinación celular varía entre los diferentes animales y tejidos, pero generalmente es un proceso gradual. Por ejemplo, en los anfibios, el trasplante de los primeros segmentos de embriones neurales de partes normales al abdomen del mismo embrión también puede cambiar la dirección de la diferenciación y formar túbulos renales y glóbulos rojos en lugar de músculos. Sin embargo, el trasplante de células somáticas en la etapa tardía de la neurula no puede cambiar la dirección de la diferenciación de las células somáticas. Se puede observar que la diferenciación de segmentos corporales se ha determinado de manera estable durante este período.
La relación entre división celular, crecimiento, diferenciación y canceración
División celular: Es la base para el crecimiento, desarrollo, reproducción y herencia de los organismos.
① Provoca que los organismos unicelulares produzcan nuevos individuos.
②Permite que los organismos multicelulares produzcan nuevas células, lo que permite que las larvas biológicas crezcan de pequeñas a grandes.
③ Dividir el material genético replicado en partes iguales en dos células hijas mediante división.
Crecimiento celular: El crecimiento de un organismo incluye un aumento del número de células y del volumen celular. La división celular y el crecimiento celular son la base celular del crecimiento biológico.
ⅲDiferenciación celular: Es un fenómeno de la vida común en el mundo biológico y la base del desarrollo individual. A través de la diferenciación celular, los organismos multicelulares forman diferentes células y tejidos.
ⅳ Canceración celular: Es un fenómeno en el que las células continúan dividiéndose bajo la acción de agentes cancerígenos, superando así el número máximo de divisiones y multiplicándose indefinidamente.
La conexión entre los cuatro
⑴La división celular es la base de la diferenciación celular.
⑵Con sólo la división celular, los organismos no pueden crecer y desarrollarse normalmente.
(3) La diferenciación normal de las células puede inhibir la cancerización celular, y la cancerización celular es una diferenciación anormal de las células. Después de volverse cancerosas, las células se dividirán indefinidamente, formando tumores y poniendo en peligro la salud humana. Sin embargo, las células cancerosas son fáciles de metastatizar y difíciles de curar, y siempre han sido una de las enfermedades difíciles que ponen en peligro la salud humana. Delgado
Recordatorio especial: ① La división celular no significa que un organismo deba crecer desde una edad temprana. Porque el número de células aumenta cuando el óvulo fecundado comienza a dividirse, pero debido a las limitaciones de la membrana del óvulo, el tamaño del embrión no aumenta. ② La diferenciación debe basarse en la división, es decir, la diferenciación debe ir acompañada de la división, pero las células en división no necesariamente se diferencian. Cuanto mayor sea el grado de diferenciación, peor será la capacidad de diferenciación.
Diferenciación y Núcleo
En la diferenciación celular, el núcleo juega un papel decisivo. Se cree que el núcleo contiene todo el conjunto de información genética del organismo. Cuando se cumplen las condiciones, permite que las células se desarrollen y se diferencien en individuos completos compuestos por varios tipos de células. Las células desprendidas se toman de bloques de tejido formados a partir de pequeñas rodajas de médula de tabaco cultivado. Los cogollos con raíces y hojas se pueden obtener en un solo aislamiento y cultivo, y luego se trasplantan al suelo para cultivar plantas con flores. En los anfibios, el desarrollo normal de los huevos se puede lograr trasplantando los núcleos de blastocistos y embriones de gastrulación temprana en huevos que se han extraído de antemano, lo que indica que los núcleos de células somáticas de animales y plantas son omnipotentes.
Diferenciación y citoplasma
La relación entre diferenciación y citoplasma se puede discutir desde la perspectiva de la calidad del óvulo. Por ejemplo, después de la fertilización de Ascaris equi, todas las células después de la deducción cromosómica se convierten en células somáticas (consulte Calidad reproductiva).
La distribución del citoplasma en los huevos de muchos animales tiene características regionales obvias. Aunque esta regionalidad no afecta al comportamiento de los cromosomas, sí juega un papel decisivo en el desarrollo posterior de los órganos embrionarios.
El embriólogo chino Tong Dizhou también utilizó tecnología de transferencia nuclear para confirmar el papel de la calidad del óvulo en el desarrollo de rasgos. Transferieron los núcleos de las etapas de blastocisto de peces dorados a huevos de peces enucleados, aunque hay pocos ejemplos de desarrollo de peces juveniles, el proceso de desarrollo es relativamente normal y se conservan algunas características básicas del desarrollo, como las caras dorsal y ventral del embrión, la simetría y escisión temprana El proceso, etc. son los mismos que los de este pez, y el tamaño del pez joven es el mismo que el de este pez. La apariencia de estos rasgos parece ser enteramente citoplasmática.
El efecto del citoplasma sobre el núcleo también se refleja en su influencia sobre las actividades funcionales del núcleo. Por ejemplo, la síntesis de ADN y ARN de las células HeLa, una célula de cáncer epitelial cervical humano cultivada, es muy activa, aunque los glóbulos rojos de pollo tienen núcleo, están inactivos, con una síntesis de ARN débil y ninguna síntesis de ADN. Mediante el método de fusión celular, el citoplasma de las células HeLa no nucleadas se fusiona con los glóbulos rojos de pollo, lo que puede aumentar el tamaño del núcleo de estos últimos y aflojar la cromatina concentrada, y reanudar la síntesis del ARN perdido bajo la influencia. del citoplasma HeLa del huésped y de las funciones del ADN.
Diferenciación e interacciones célula-célula
Las interacciones entre células son diversas y pueden ser inducidas o inhibidas. En términos del modo de acción, algunas acciones requieren el contacto directo de las células, mientras que otras pueden requerir difusión química a cierta distancia.
①Resumen. Las células del ectodermo en la parte posterior del embrión de anfibio se diferencian en células nerviosas bajo la acción del mesodermo en forma de cordón y luego se desarrollan hasta formar el sistema nervioso. La inducción de este órgano axial es universal entre los vertebrados. En general, se cree que las células mesodérmicas de la notocorda liberan algunas sustancias que inducen a las células ectodérmicas a diferenciarse en tejido neural.
La inducción juega un papel no sólo en la formación de órganos axiales, sino también en el desarrollo de órganos posteriores. Por ejemplo, la presencia de células estromales es esencial para la formación y diferenciación del epitelio glandular in vivo. Estas glándulas incluyen la tiroides, el timo, las glándulas salivales y el páncreas, que varían ampliamente en su dependencia de las células de Leydig. In vitro, el primordio pancreático puede continuar desarrollándose mientras haya células intersticiales presentes.
②Supresión. Por ejemplo, después de retirar el cristalino de una larva o de un adulto de salamandra, se puede regenerar uno nuevo a partir del arcoíris de la espalda. Un análisis más detallado mostró que la capacidad de regenerar la lente se limita a la capa marginal en la parte posterior del arco iris.
Si este tejido se traslada a otro ojo al que se le ha quitado el lente, no se ubica en la espalda sino en el abdomen, y el cristalino aún se puede regenerar a partir de él.
Dado que estas células tienen la capacidad de hacer crecer lentes, ¿por qué no mostrarla en ojos normales? Si mueves la parte posterior del arco iris al otro ojo sin quitar el cristalino, el cristalino no crecerá sin importar dónde esté. Por ejemplo, a los ojos a los que se les han quitado los lentes a menudo se les inyecta una cavidad de líquido completa (con un lente). Durante el proceso de inyección, las células en la parte posterior del arco iris no pueden desarrollar un lente. Se puede observar que las células en la parte posterior del arcoíris tienen la capacidad de producir cristales. Los cristales normales producirán una sustancia que lo inhibe.
La regulación de la expresión génica en la diferenciación celular es un proceso muy complejo. Existen mecanismos reguladores en todos los niveles de la síntesis de proteínas, desde la transcripción, el procesamiento y la traducción del ARNm. También existen mecanismos reguladores a nivel del ADN (como pérdida de genes, amplificación, translocación, recombinación, selección y cambios en la estructura de la cromatina). Diferentes células tienen diferente regulación de la expresión génica durante su desarrollo; una misma célula tiene diferentes mecanismos de regulación en cada etapa de su desarrollo.
Potencial de diferenciación celular
1. Totipotencia, diversidad y monotonicidad
Un óvulo fecundado puede diferenciarse en diversas células y tejidos para formar un Individuo completo, por lo que se produce la diferenciación. El potencial del óvulo fertilizado se llama totipotencia. Con el proceso de diferenciación y desarrollo, las células pierden gradualmente su potencial de diferenciación. De la totipotencia a la pluripotencia, luego a la unipotencia, y finalmente perdiendo potencial de diferenciación y convirtiéndose en células maduras y estereotipadas.
Las ramas, hojas y raíces de una planta pueden crecer hasta convertirse en una planta completa. Los resultados del cultivo celular también demuestran que incluso células vegetales altamente diferenciadas pueden cultivarse hasta convertirse en una planta completa, por lo que se puede decir. que la mayoría de las células vegetales son totipotentes.
Las células animales maduras obviamente no son totipotentes. La causa no está en el núcleo sino en el citoplasma. Un gran número de experimentos de transferencia nuclear han confirmado que los núcleos de las células diferenciadas aún conservan el ADN genómico intacto. En 1978, el biólogo chino del desarrollo Tong Dizhou trasplantó con éxito núcleos de células maduras de ranas con manchas negras en huevos fertilizados enucleados y crió renacuajos. El trasplante nuclear en Xenopus en la década de 1960 y en ratones en la década de 1980, y el nacimiento de la oveja Dolly a finales de la década de 1990, demostraron que las células diferenciadas tienen ADN genómico completo.
A lo largo de la vida de una persona, tejidos como la piel, el intestino delgado y la sangre necesitan renovarse constantemente, y esta tarea la completan las células madre. Las células madre son células con la capacidad de dividirse y diferenciarse. Las células madre pluripotentes pueden diferenciarse en muchos tipos de células, pero no pueden diferenciarse en todas las células que forman un individuo completo. Por tanto, el potencial de diferenciación de las células madre pluripotentes se denomina pluripotencia. Las células madre unipotentes se derivan de células madre pluripotentes y tienen la capacidad de diferenciarse en linajes celulares específicos, también conocidos como células progenitoras.
2. Características de las células madre
Las células madre tienen las siguientes características biológicas: ① Permanecen en un estado indiferenciado o poco diferenciado durante toda la vida ② El número y la ubicación en el cuerpo son relativamente; constante; ③ Capacidad de autorrenovación; ④ Puede dividirse y proliferar indefinidamente; ⑤ Las células madre adultas, como las células madre hematopoyéticas, las células madre mesenquimales de la médula ósea, las células madre neurales, etc., tienen un potencial de diferenciación multidireccional y pueden diferenciarse en diferentes. tipos de células tisulares. ⑥ El ciclo de división es lento y la mayoría de las células madre se encuentran en la fase G0. ⑦ Hay dos formas: la primera forma dos células madre idénticas y la segunda forma una célula madre y una célula progenitora.
Según la capacidad de diferenciación de las células madre, se pueden dividir en células madre totipotentes, células madre multipotentes y células madre unipotentes. Las células madre totipotentes pueden diferenciarse en cualquier tipo de célula del cuerpo hasta formar organismos complejos. Las células madre pluripotentes pueden diferenciarse en múltiples tipos de células. Por ejemplo, las células madre hematopoyéticas pueden diferenciarse en 12 tipos de células sanguíneas.
En alguna literatura, las células con un potencial de diferenciación más amplio se denominan células madre pluripotentes, como las células madre mesenquimales de la médula ósea, y las células madre que se diferencian en células de un determinado tipo de tejido se denominan células madre pluripotentes, como se mencionó. arriba de células madre hematopoyéticas. Las células madre unipotentes sólo pueden diferenciarse en un tipo de célula y tienen una capacidad limitada de autorrenovación.
En tercer lugar, las células madre embrionarias
Según el orden de desarrollo individual, las células madre se pueden dividir en células madre embrionarias y células madre adultas.
Las células madre embrionarias (ESC) se refieren a células pluripotentes o totipotentes aisladas de masas celulares o células germinales primordiales en embriones. También se pueden obtener mediante tecnología de transferencia nuclear de células somáticas. Las ESC pueden expresar el factor de transcripción de la familia POU oct-3/4; los teratomas que pueden formarse después del trasplante pueden diferenciarse en células somáticas que representan la estructura de las tres capas germinales en condiciones apropiadas in vitro.
Los principales usos de las ESC son: ①Clonar animales, producidos a partir de células somáticas como donantes nucleares. Aunque los materiales son fáciles de obtener, los animales clonados muestran graves deficiencias fisiológicas o inmunes, y la mayoría de ellos son fatales. ② Los animales transgénicos, que utilizan células ESC como portadores, pueden acelerar en gran medida la producción de animales transgénicos y mejorar la tasa de éxito; Ingeniería, que induce artificialmente la diferenciación dirigida de ESC para cultivar tejidos y órganos específicos con fines médicos.
Cuarto, regeneración
La regeneración en un sentido estricto se refiere al fenómeno de que después del daño del órgano, las partes restantes crecen hasta convertirse en estructuras con la misma forma y función que las originales, como la cola de un gecko y una salamandra. Las extremidades de las salamandras y las patas de los cangrejos se pueden volver a formar después de perderse. Los pepinos de mar pueden formar todos los órganos internos, y cada segmento de animales inferiores como la hidra, las lombrices y los gusanos puede formar un individuo completo. Sin embargo, en un sentido amplio, la regeneración es un fenómeno común en la vida, desde moléculas y células hasta tejidos y órganos.
Formas de regeneración:
Regeneración fisiológica: es decir, renovación celular. Por ejemplo, unos 6 millones de nuevos glóbulos rojos por segundo en el cuerpo humano reemplazan la misma cantidad de rojos muertos. células sanguíneas.
Regeneración reparadora: Muchos invertebrados utilizan este método para formar órganos perdidos, como la cola de gecko y las extremidades de cangrejo mencionadas anteriormente.
Reconstrucción: Es un fenómeno especial bajo condiciones experimentales artificiales. Por ejemplo, un trozo de tejido de hidra se dispersa artificialmente en una sola célula. Mientras están en suspensión, estas células se reorganizan y forman nuevos pólipos en el transcurso de días o semanas.
Reproducción asexual:
Hay muchas preguntas interesantes sobre la regeneración:
1 ¿Cómo se da cuenta el cuerpo de la parte que falta y cómo lo sabe? que le faltan piezas y cuantas faltan? Es decir, ¿cómo iniciar y controlar la regeneración?
2. ¿De dónde surgen los sustitutos? ¿Es el resultado de la desdiferenciación de las células problásticas restantes, de las células madre o de las células diferenciadas?
3. ¿La reconstrucción de la estructura original se complementa con tejido nuevo, o la estructura faltante se reemplaza mediante la proliferación de algunas células en la herida?
Ahora se acepta generalmente que la regeneración es una combinación de desdiferenciación celular, migración celular y proliferación celular, en lugar de una simple reposición o proliferación. Por ejemplo, después de que se extraen las extremidades anteriores de una salamandra, la regeneración incluye los siguientes procesos: ① La adhesión de las células en la herida se debilita y se mueven hacia la herida mediante deformación. Forma una monocapa de células para sellar la herida. Esta capa de células se llama casquete apical o casquete ectodérmico apical. ② Las células debajo de la tapa, como osteocitos, condrocitos, fibroblastos, miocitos, células gliales, etc., se desdiferencian rápidamente. Formación de germen. (3) El embrión está hipóxico y el valor del pH se reduce, lo que aumenta la actividad de los lisosomas y promueve la eliminación del tejido dañado. ④ Las células embrionarias se dividen y crecen a un ritmo acelerado y, finalmente, las células comienzan a diferenciarse para formar nuevas extremidades.
Los experimentos sobre la regeneración de las extremidades en ajolotes encontraron que: ① Cuando el nervio braquial se elimina por completo, la regeneración de las extremidades ya no ocurre. Esto se debe a que los nervios producen factores que promueven la regeneración, uno de los cuales ha sido identificado como factor de crecimiento glial (GGF). ② El uso de ácido retinoico para tratar la base de la yema amputada del antebrazo ignorará el húmero, el radio y el cúbito existentes, formando un brazo completo desde el húmero hasta las falanges. Esto muestra que el ácido retinoico puede interferir con la información posicional normal y ahora se cree que la información posicional está relacionada con la expresión homóloga y heteróloga.
Diferenciación de células tumorales
Los pacientes con cáncer suelen escuchar términos profesionales como "carcinoma de células escamosas bien diferenciado" y "adenocarcinoma poco diferenciado". La mayoría de los pacientes a menudo no comprenden el significado de estos términos en las primeras etapas de la enfermedad. Ahora introduzcamos un término clave sobre las células cancerosas: la diferenciación de las células tumorales.
El llamado grado de diferenciación se refiere al grado en que las células tumorales se acercan a las células normales. Una mejor diferenciación (llamada "bien diferenciada") significa que las células tumorales están más cerca del correspondiente tejido normal de origen; sin embargo, las células menos diferenciadas (llamadas "pobremente diferenciadas" o "indiferenciadas") están más cerca del correspondiente tejido normal de origen; la diferencia en el tejido es mayor y la malignidad del tumor es relativamente mayor.
Según el grado de diferenciación de los tumores, los patólogos suelen dividirlos en tres grados patológicos, que están representados por la letra inglesa G (que indica grado, es decir, diferenciación). Cuanto mayor sea el grado, menos diferenciadas serán las células.
G1 significa alto grado de diferenciación y buena diferenciación celular. En términos generales, las células tumorales G1 se dividen lentamente.
G2, es decir, diferenciación moderada, el grado de diferenciación celular está en el medio.
G3, es decir, poco diferenciados, con mala diferenciación celular. Las células tumorales se dividen más rápido.
Se puede decir que cuanto peor es la diferenciación de las células tumorales, mayor es el grado de malignidad, más rápido es el crecimiento del tumor y más fácil es metastatizar. Los tumores bien diferenciados generalmente crecen lentamente y tienen menos probabilidades de recaer después del tratamiento. Sin embargo, para diferentes tumores, el grado de diferenciación de las células tumorales no está necesariamente relacionado directamente con el pronóstico del paciente. Desde una perspectiva terapéutica, algunas células poco diferenciadas son más sensibles a la quimioterapia y la radioterapia. En otras palabras, estos tumores poco diferenciados son más susceptibles a la quimioterapia y la radioterapia. Por tanto, no todos los tumores bien diferenciados tienen mejor pronóstico que los tumores poco diferenciados. Por ejemplo, el linfoma es una enfermedad maligna hematológica común. Mediante el tratamiento combinado de quimioterapia y radioterapia, la tasa de curación de algunos linfomas moderadamente y altamente diferenciados es de aproximadamente el 40%. La mayoría de los linfomas crónicos (poco diferenciados) tienden a desarrollarse muy lentamente y duran varios años o incluso más de diez años, pero el tratamiento farmacológico casi no tiene efecto en los linfomas crónicos. Existe una situación similar en el diagnóstico y tratamiento del cáncer de nasofaringe. Otro ejemplo es el carcinoma de células escamosas de boca o garganta. El grado de diferenciación de las células tumorales no está directamente relacionado con el pronóstico del paciente.
En resumen, para diferentes tumores, el grado de diferenciación celular tiene diferentes significados. El grado de diferenciación de las células tumorales es un dato de referencia importante para el diagnóstico y tratamiento del cáncer, pero el efecto del tratamiento aún debe juzgarse de manera integral en función del tipo, estadio y método de tratamiento del cáncer.