تمایز سلولی

دگرسانش سلولی (Cellular differentiation) یا دگرگونی یاخته‌ای فرآروندی است که طی آن سلول‌ها از نظر ویژگی‌های عملکردی به سطح بالاتری گذار می‌کنند. عملیات «دگرسانش» در طول رشد و گسترش یک جاندار پرسلولی (از تک‌سلولی تخم بارور به راژمانی (سیستمی) پیچیده از سلول‌ها و بافتهای گوناگون) بارها صورت می‌گیرد.

در زیست‌شناسی تکوینی، دگرسانش سلولی فرآروندی است که یک سلول از یک گونه به گونه ایی دیگر تغییر می‌کند. بیشتر یک سلول به گونه ایی ویژه یافته تر تغییر می‌کند. فراروند دگرسانش چندین بار در درازای تکوین یک ارگانیسم چند سلولی که از یک زیگوت (سلول تخم) ساده به یک راژمان پیچیده از گونه های بافت‌ها و سلول‌ها تغییر می‌کند، رخ می‌دهد. دگرسانش در درازای دوران بزرگسالی همچنان ادامه پیدا می‌کند. برخی از دگرسانش ها در پاسخ به برخورد با آنتی‌ژن رخ می‌دهند. دگرسانش به طرز چشمگیری باعث تغییر اندازه، شکل، پتانسیل پوشش، فعالیت متابولیکی و پاسخ دهی به نشال ها (سیگنال‌ها) در سلول می‌شود. این دگرگونی ها بیشتر ناشی از دیسشهای (رفورم) بسیار مهار شده در بیان ژن و موضوع پرهانه (مطالعه) در اپی ژنتیک (epigenetics) استند. با چند استثناء، دگرسانش سلولی خود به تنهایی نزدینن هرگز باعث دگرش در زنجیره DNA نمی‌گردد؛ بنابراین، سلول‌های گوناگون می‌توانند ویژگی‌های فیزیکی بسیار متفاوتی داشته باشند با وجودی که ژنوم یکسانی دارند.

سطوح مختلفی از توانایی سلول برای دگرسانش به گونه های دیگر سلول، وجود دارد. سلولی که می‌تواند به همهٔ انواع سلول‌ها، از جمله بافت جفتی دگرسانش یابد، با عنوان همه-توان (totipotent) شناخته می‌شود. در پستانداران، تنها سلول زیگوت و بلاستومرهای پس از آن همه-توان استند، در حالی که در گیاهان بسیاری از سلول‌های دگرسانش یافته می‌توانند با تکنیک‌های سادهٔ آزمایشگاهی همه-توان شوند. سلولی که می‌تواند به همهٔ گونه های سلول از یک ارگانیسم بزرگسال دگرسانش یابد، پرتوان (pluripotent) نامیده می‌شود. چنین سلول‌هایی در گیاهان رده بالاتر سلول‌های مریستماتیک (meristematic) و در جانداران سلول‌های بنیادی جنینی (embryonic stem cells) نامیده می‌شوند، هر چند برخی گروه‌ها حضور سلول‌های همه-توان بزرگسال را گزارش می‌دهند.

القای بیان چهار عامل رونویسی Oct4، Sox2، c-Myc و Kfl4 (عوامل Yamanaka) از راه ویروس برای ایجاد سلول‌های پرتوان (iPS) از فیبروبلاست‌های بزرگسال بسنده است.

یک سلول چندتوان (multipotent)، سلولی است که می‌تواند به چندین سلول گوناگون اما مرتبط به هم دگرسانش یابد. سلول‌های کم توان (Oligopotent)، بسیار محدود تر از سلول‌های چندتوان استند، اما هنوز هم می‌توانند به شمار کمی از گونه سلول‌های مرتبط به هم دگرسانش یابند. در پایان، سلول‌های تک توان (unipotent) استند که تنها می‌توانند به یک گونه سلول دگرسانش یابند، اما توانایی خودنوزایی (self-renewal) دارند. در سیتوپاتولوژی (cytopathology)، سطح دگرسانش سلولی به عنوان یک شاخص اندازه‌گیری پیشرفت سرطان مورد استفاده قرار می‌گیرد. درجه (Grade) رشد سرطان نشانگر میزان دگرسانش یک سلول در یک تومور است.

گونه های سلول‌های پستانداران 
سه دستهٔ اصلی از سلول‌ها، بدن پستانداران را تشکیل می‌دهند:

سلول‌های زایا (germ cells)،

سلول‌های پیکری (somatic cells)

و سلول‌های بنیادی (stem cells).

هر یک از حدود ۱۰۰ تریلیون (۱۰۱۴) سلول در یک انسان بزرگسال دارای رونوشت (کپی) یا رونوشت‌های خود از ژنوم است به جز گونه های ویژه ایی از سلول‌ها، مانند سلول‌های (گلبول‌های) قرمز خون، که بدون هسته در حالت کاملاْ دگرسانش خود استند. بیشتر سلول‌ها دوتایی دیپلوئید (diploid) استند که دو رونوشت از هر کروموزوم دارند. چنین سلول‌هایی، سلول‌های سوماتیک، بیشتر بدن انسان را تشکیل می‌دهند، مانند سلول‌های پوستی و ماهیچه ایی. سلول‌ها دگرسانش می‌یابند تا برای عملکردهای متفاوت، کارشناس شوند.

سلول‌های ردهٔ زایا، رده ای از سلول‌ها استند که به گامت‌ها -تخمک‌ها و اسپرم دگرسانش می‌یابند و بدین سان در طی نسل‌ها باقی می‌مانند. از طرف دیگر، سلول‌های بنیادی توانایی دارند تا برای دوره‌های بیکران بخش شوند و به سلول‌های ویژه مند دگرسانش پیدا کنند.

تکوین زمانی آغاز می‌شود که یک اسپرم، تخمک را بارور می‌کند و یک سلول یکتا را ایجاد می‌کند که توانایی تشکیل یک ارگانیسم کامل را دارد. در نخستین ساعات پس از لقاح، این سلول به سلول‌های کاملاً مشابه تقسیم می‌شود. در انسان‌ها، تقریباً چهار روز پس از لقاح و بعد از چندین چرخهٔ تقسیم سلولی، این سلول‌ها آغاز به ویژه مند شدن می‌کنند، و یک کُرهٔ توخالی از سلول‌ها به نام بلاستوسیست (blastocyst) را شکل می‌دهند. بلاستوسیست یک لایهٔ بیرونی از سلول‌ها را دارد، و درون این کرهٔ توخالی، دسته ای از سلول‌ها به نام تودهٔ سلولی درونی (inner cell mass) قرار دارد.

سلول‌های تودهٔ سلولی درونی عملاً همهٔ بافت‌های بدن انسان را شکل دهند. اگرچه سلول‌های تودهٔ سلولی درونی می‌توانند عملاً هر گونه سلولی را که در بدن انسان یافت می‌شود، تشکیل دهند، آن‌ها نمی‌توانند یک ارگانیسم را ایجاد کنند. این سلول‌ها به عنوان پرتوان شناخته می‌شوند.

سلول‌های بنیادی پرتوان دچار ویژه مندی بیشتری می‌شوند و به سلول‌های پیش ساز چندتوان (multipotent progenitor cells) تبدیل می‌شوند که سپس این سلول‌ها به سلول‌های عملکردی تبدیل می‌گردند. نمونه‌هایی از سلول‌های بنیادی و پیش ساز عبارتند از
 سلول‌های گلیال شعاعی (radial glial cells) (سلول‌های بنیادی عصبی جنینی) که به نورون‌های تحریکی در مغز جنین در طی فراروند نوروژنزیز تبدیل می‌شوند.
 سلول‌های بنیادی خون ساز (hematopoietic stem cells) (سلول‌های بنیادی بزرگسال) از مغز استخوان که باعث ایجاد گلبول‌های قرمز، گلبول‌های سفید و پلاکت‌ها می‌شوند.
 سلول‌های بنیادی مزانشیمی (mesenchymal stem cells) (سلول‌های بنیادی بزرگسال) از مغز استخوان که باعث ایجاد سلول‌های استروما (stromal cells)، سلول‌های چربی و گونه هایی از سلول‌های استخوانی می‌شوند.
 سلول‌های بنیادی اپیتلیال (epithelial stem cells) (سلول‌های پیش ساز) که گونه های گوناگونی از سلول‌های پوستی را تولید می‌کنند.
 سلول‌های ماهیچه ایی ماهواره ای (muscle satellite cells) (سلول‌های پیش ساز) که در دگرسانش بافت ماهیچه ایی همداری می‌کنند.

مسیری که توسط مولکول‌های چسبنده سلولی ای که شامل چهار آمینو اسید آرژنین، گلایسین، آسپارژین و سرین استند، هدایت می‌شود به عنوان بلاستومر سلولی نامیده می‌شود. این بلاستومر از یک بلاستولای تک لایه ای به سه لایهٔ آغازین سلول‌های زایا (germ cells) در پستانداران به نام‌های اکتودرم (ectoderm)، مزودرم (mesoderm) و اندودرم (endoderm) (به ترتیب از نزدیک‌ترین (بیرونی) به دورترین (درونی) لایه) دگرسانش می‌یابد. در پایان اکتودرم منجر به تشکیل پوست و سیستم عصبی می‌شود، مزودرم استخوان‌ها و بافت ماهیچه ای را تشکیل می‌دهد و اندودرم بافت‌های ارگان‌های درونی را شکل می‌دهد.

دگرسانش سلولی در مگس سرکه 
در مگس سرکه، مورفوژن‌ها به دو دسته بخش می‌شوند:
 ژن‌های کارکرد تخم بارور (به انگلیسی:Zygotic acting)
 ژن‌های اثر مادری (به انگلیسی:Maternal effect)

چهرسازهای دستهٔ دوم توسط ۱۵ سلول پرستار که اطراف تخمک در هنگام تخمک‌سازی (به انگلیسی:Oogenesis) قرار دارند با شیب ویژه ایی در تخمک قرار می‌گیرند. این سلول‌های پرستار توسط دریچه‌های حلقوی با تخمک ارتباط دارند. در اطراف این مجموعه ۱۶ سلولی حدود ۱۰۰۰ سلول فولیکولی قرار دارد. یکی از اعمال این سلول‌های فولیکولی ایجاد پوستهٔ تخم است.

سلول تخم درآغاز رویان‌لایه (به انگلیسی:Blastoderm)را تشکیل می‌دهد و سپس با ایجاد فرورفتگی به روده‌سا (به انگلیسی:Gastrula) تبدیل می‌شود. در روده‌سا دو فرورفتگی به نام‌های شیار سر (به انگلیسی:cephalic furrow) و شیار شکمی (به انگلیسی:ventral furrow) وجود دارند.

دگرسانش سلول‌های بنیادی 
روش‌های مرسوم در دگرسانش سلول‌های بنیادی در محیط برون تن شامل استفاده از شماری مولکول‌های گوناگون واسطه به عنوان مثال مولکول‌های کوچک یا فاکتورهای رشد می‌باشد.

برای نمونه پوشش نانو فایبرها با فسفات کلسیم باعث دگرسانش سلول‌های مزانشیمال انسانی به سمت استخوان خواهد شد. از طرف دیگر مشخص شده‌است که سلول‌های بنیادی به سیگنال‌های فیزیکی محیط پیرامون نیز حساس استند. سلول‌های مزانشیمال می‌توانند بر اساس هندسه سطح در مسیر دگرسانش به دو دودمان سلولی شامل سلول‌های چربی یا استخوان قرار گیرند. تغییر در هندسه سطح در تنظیم اسکلت سلولی و چسبندگی موضعی سلول با اعمال محدودیت بر روی پهن شدگی سلولی و در پایان تأثیر بر روی مسیرهای نشال (سیگنال) سلولی باعث دگرسانش سلول‌های بنیادی می‌شود. برای نمونه بسترهای نانو فایبری که به صورت موازی ریسیده شده در مقایسه با بسترهای نانو فابری که به صورت درهم ریسیده شده‌است تمایز سلول‌های C17.2 تأثیر بیشتری داشته‌است. پژوهش های دیگری نشان داده‌است که سختی سطح، تحریک‌های الکتریکی و … نیز بر دگرسانش سلول‌های بنیادی تأثیر خواهد داشت.

منابع

زیرنویس 
  Zygote

زیست‌شناسی تکوینی
فرایندهای سلولی