Nivåer av celldifferentiering och det är kontroll

Nivån av celldifferentiering och det är kontroll!

Alla cellprocesser kontrolleras av enzymer (proteiner). Dessa syntetiseras inuti cellen genom gener.

Expressionen av gener, dvs protein syntetiserad av dem kan kontrolleras vid tre olika nivåer och denna kontroll utövas av faktorer närvarande i cytoplasman. Dessa är:

I. Differentiering utförd i genomet:

A. Förändring i kvantet av DNA:

Mängden DNA kan ökas eller minskas och därigenom differentiering kan åstadkommas. Ökningen eller minskningen kan åstadkommas genom följande metoder.

1. Kromatinminering:

Boveri (1889) observerade kromatinminminering i zygotet av nematoden Parascaris, han fann att efter den första klyvningen, från cellen som närmast djurpolen, spilldes en del av det kromosomala materialet i cytoplasma under andra klyvning.

Vid 32-cellsteget har endast två celler det fulla genkomplementet (primordiala bakterieceller), medan de återstående har genomgått kromatinminminering (presumptiva somatiska celler). Sålunda har olika celler i blastula olika kromatinhalt och har kvantitativ differentiering. Differensial DNA-kvanten har differentiell nukleo-cytoplasmisk interaktion. Ett liknande fenomen har noterats i vissa Diptera.

2. Genförstärkning:

I amfibiska oocyter är rRNA-syntesen mycket aktiv. För detta finns genen för rRNA i ett stort antal kopior. Det diploida genomet av Xenopus laevis innehåller nästan 1600 kopior av generna för rRNA och alla är kluster i den nukleolära arrangörsregionen.

Var och en av dessa nukleoler syntetiserar aktivt rRNA. Lampbrushkromosomerna av amfibiska oocyter har extra kopior av tRNA- och mRNA-gener som syntetiserar stort antal av dessa molekyler. Dessa har ett reglerande inflytande över utvecklingsprocessen.

3. Genetiska skador:

En mutant variation av Xenopus laevis hade endast en nukleol i stället för normala två. Denna brist på nukleolärt material hindrar inte normal dev elopment. När dessa mutanter sammankopplades var avkommorna av tre typer: Normal Form (2 Nu), heterozygot (1 Nu) och homozygot mutant (0 Nu) i det typiska Mendel-förhållandet 1: 2: 1. Individerna utan nukleolus gör utvecklas inte bortom de tidiga stadierna. (Onu) -mutanten bildas på grund av deletionen av 28S- och 18S-rRNA-gener från en av kromosomerna.

(B) Kemiska förändringar i DNA:

DNA kan modifieras kemiskt genom alkylering eller metylering för vilken de nödvändiga enzymerna är närvarande i cellen. Reaktionerna påverkar specifika nukleotidbaser av DNA som i sin tur förändrar andra resultat. Av dessa sker metylering först efter DNA-replikation och så måste denna reaktion ske varje gång efter DNA-replikationen är avslutad.

II. Kontroll av differentiering vid graden av transkription:

Vid graden av transkription under proteinsyntesprocessen kan de olika generna som är närvarande i kromosomerna hos ett utvecklande embryo styras med följande metoder.

1. Genreglering av histoner:

Dubbelsträngad DNA-molekyl har fria sura grupper av fosforsyra på sin yttre yta och dessa kan etablera fasta bindningar med NH ^+2- grupperna av de grundläggande aminosyrorna av histonkedjor. Denna intima association av DNA och histoner förhindrar DNA från interaktioner med andra substanser i cytoplasma och tjänar sålunda som mallar för RNA-produktionen. Histoner inhiberar DNA-primerad RNA-syntes för att minska DNA-polymerasaktiviteten. Således fungerar histoner som repressorer.

2. Genreglering med sura proteiner:

Dessa är icke-histonfosfoproteiner, med tryptofan och tyrosin som huvudbeståndsdelar. Dessa proteiner förblir intimt associerade med DNA (histonfri komplex) och anses vara mer vitala för genregleringshistoner.

DNA-histonkomplexet förblir inert mot transkription, så att sura proteiner interagerar med basiska histoner, vilket sätter histonerna av vissa kritiska gener som promotorer så att gener kan transkriberas.

3. Genreglering genom heterochromatisering:

Heterokromatin av interfas har viss specifik roll i genreglering. Exempelvis är syntes av proteiner väldigt mindre hos människor där blodceller innehåller stora massor av kondenserad heterochromatin, medan vita proteiner är mycket mindre på grund av bristen på kondenserad heterochromatin i vita blodkroppar.

III. Kontroll av differentiering vid översättningsnivå:

Meddelandet som bärs av mRNA måste avkodas och de erforderliga aminosyrorna skall plockas upp för att bilda de olika proteinerna. Det innebär flera steg så det finns alltid möjlighet att olika kontroller finns på varje nivå.

De viktiga regleringsmekanismer som finns på översättningsnivå är följande:

1. Förflyttning av mRNA från kärnan till cytoplasma:

Det är möjligt att allt mRNA som lämnar kärnan kanske inte når cytoplasman. Det kan finnas förlust av bitar av mRNA vilket betyder att översättningen kanske inte är korrekt. Om några av mRNA hindras från att nå cytoplasman kan också översättningen vara annorlunda.

2. Retention av nedbrytning av mRNA i kärnan:

MRNA kan överföras till cytoplasman eller kan nedbrytas eller brytas ner på grund av olika faktorer. Nedbrytning kan inträffa i vissa delar av mRNA-strängarna som medför differentiell översättning.

3. Maskering av mRNA:

När mRNA är maskerad översättning är det inte möjligt. Masking kräver att en annan agent arbetar för att fungera. Masking kan inte vara helt men partiellt och därmed skapa skillnader i översättning.

4. Effekt av specifika regulatoriska molekyler på mRNA:

Vissa regulatoriska molekyler som finns närvarande i cytoplasman kan associera med mRNA och därmed förhindra att mRNA spelar sin roll i översättning. Föreningen kan vara delvis eller fullständig.

5. Destruktion av mRNA:

Ibland kan mRNA nå ribosomen intakt men kan förstöras på grund av vissa krafter som kan existera. Detta förhindrar eller ändrar översättningsarbetet och medför differentiering.

6. Ribosomal inaktivering:

Ribosomen som normalt spelar en viktig roll i proteinsyntesen kan inaktiveras så att det specifika proteinet inte kan bildas. Efter en tid kan ribosomen också aktiveras. Detta fenomen medför tillfälliga paus i översättning.

7. Förändringar i vikningen av växande polypeptidkedjor:

Under proteinsyntesen bildar polypeptidkedjorna prekursorn av proteiner. Detta händer genom vikning. Eventuella förändringar i vikningsmönstret kan förändra strukturen och åstadkomma differentiering.

8. Förändring medförde faktorer som påverkar proteinsyntesen:

Många faktorer som hormoner, enzymer etc. ger differentiering genom att påverka vägen för proteinsyntes. Hormoner har visat sig vara mycket effektiva i denna riktning, och de leder till dessa förändringar genom olika vägar.

De kan fungera som gentryckare. När en injektion av hydrokortison gavs till råttor ökade hastigheten av RNA-syntesen i levern. På liknande sätt om östrogener injiceras uppvisar livmoderendometrium stor aktivitet. Det noteras att kortison stimulerar utsöndringarna hos de fyra enzymerna: Tryptofanpyrrolas, Tyrosintransaminas, Glutaminsalanintransaminas och Arginas. Hormoner kan också påverka enzymaktivitet vid översättningsnivå. Hormoner påverkar kromosomal genaktivitet genom att lokaliseras i kärnan. Hormonerna är mer organspecifika än genspecifika.