Celledifferensiering

Celledifferensiering er prosessen der forskjellige celletyper med spesifikke funksjoner oppstår under utviklingen av en organisme. Cellene går fra udifferensierte stamceller med høy cellepotens til spesialiserte celler med klare funksjoner og ditto lav cellepotens, slik som nerveceller, muskelfibre eller leverceller. Dannelsen av de forskjellige celletypene foregår etter et bestemt type hierarkisk system. Differensierte celler har forskjellige former som det er mulig å kjenne igjen under et lysmikroskop. Differensierte celler kjennetegnes ved at de vanligvis produserer store mengder av enkelte proteiner som er nødvendig for deres spesifikke funksjon. Celledifferensiering ligger under og drive den øvrige differensieringen av kroppen.

Utvikling av forskjellige celler
Celledifferensiering er vanligvis den siste fasen i dannelsen av et funksjonelt foster. Fram til da er cellene såkalt totipotente, det vil si at hver av dem kan utvikle seg til hvilken som helst celletype i kroppen. Disse cellene har imidlertid ingen tydelige funksjoner. Først etter at cellene er differensierte, kan fosteret selv begynne å fungere som organisme og går inn i en periode der det vokser mer likt måten organismer vokser etter fosterutviklingen. Celledifferensiering innledes med flere forstadier i cellene i et spesifikt hierarki. Disse forstadiene er ikke alltid synlige. 

Totipotente celler som begynner å spesialisere seg vil først bli en stamcelle, et forstadium som kan bli til et begrenset antall typer celler. Forstadiet til muskelceller kan for eksempel differensiere seg videre til tverrstripete muskulceller eller glatte muskelceller, men ikke til celletyper som ikke er muskler. På samme måte kan forstadiet til nerveceller ende opp som mange forskjellige nervecelletyper, men ikke som for eksempel muskelceller. Når en celle først har gitt seg inn på en spesiell løpebane, vil den fortsette nedover i hierarkiet, og ikke ta et «steg opp» og gi seg inn på en annen løpebane. Denne «deterministiske» spesialiseringen skaper stabilitet i vevene.

Styring av celledifferensiering
Kontroll av dannelse av forskjellige forstadier og endestadier av celler innebærer ofte påvirkning mellom celler, der dannelsen av en celletype vil føre til av cellen ved siden av tar på seg en annen rolle. Eksempelvis vil en dattercelle ta samme rollen som modercellen etter deling, og derved tvinge søstercellen til å ta på seg en annen (ofte endelig) rolle. Dette skjer i overhuden, der det innerste laget med hudceller deler seg og halvparten av dattercellene dyttes opp og ut av laget. Her vil de differensieres videre og til slutt ende opp som kjerneløse celler i overhuden.

En viktig del av dette kontrollsystemet er Notch-signalveien, som består av en serie proteiner på celleoverflaten som påvirker nabocellene. I andre tilfeller vil differensieringen være mer tilfeldig, ved at en stamcelle deler seg og skaper to forskjellige datterceller, eller ved at den danner to celler av samme type som seg selv.

Gener i differensierte celler
Genene som koder disse proteinene er meget aktive. Vanligvis er deres kromatinstruktur svært åpen, slik at det er lett tilgang for transkripsjon. Spesifikke transkripsjonsfaktorer binder seg til regulatorsekvenser i DNAet for å aktivere transkripsjonen. For eksempel er NeuroD nøkkeltranskripsjonsfaktor for dannelse av nerveceller, myogenin for dannelse av muskler og HNF4 for dannelse av leverceller.

Andre deler av DNAet som ikke er aktivt vil i noen typer celler konsentreres og er lite tilgjengelige. Disse ligger gjerne stuet bort langs innsiden av membranen i cellekjernen. Når en celle deler seg, vil dattercellene arve strukturen rundt disse delene av DNAet, slik at de samme områdene er inaktive også hos dattercellene.

Referanser

Utviklingsbiologi