Come si specializzano le cellule?
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La specializzazione o differenziazione cellulare è un processo di conversione di cellule generiche nel corpo in cellule specializzate. Le cellule specializzate possono svolgere una determinata funzione all'interno del corpo. La specializzazione cellulare avviene in due fasi di un organismo multicellulare. Durante lo sviluppo embrionale, la specializzazione cellulare si verifica principalmente a causa della segnalazione cellulare dei determinanti citoplasmatici. Durante lo sviluppo degli adulti, il cellule staminali diventare specializzati per vari tipi di cellule staminali principalmente a causa della regolazione dell'espressione genica. La specializzazione delle cellule in entrambe le fasi di sviluppo è descritta in questo articolo.
Aree chiave coperte
1. Cos'è la specializzazione cellulare
- Definizione, Caratteristiche, Funzione
2. Come si specializzano le cellule?
- Sviluppo embrionale, sviluppo adulto
Termini chiave: Cellule staminali adulte, specializzazione cellulare, determinanti citoplasmatici, cellule staminali embrionali, controllo epigenetico, cascate di segnalazione
Cos'è la specializzazione cellulare
La specializzazione cellulare si riferisce alla differenziazione delle cellule in base alla loro posizione del tessuto durante il loro sviluppo. All'interno di un organismo pluricellulare, la specializzazione cellulare si verifica in numerose occasioni durante la riparazione del tessuto e durante il normale turnover cellulare. Inoltre, all'interno dell'embrione, le cellule sono specializzate in vari tipi per lo sviluppo di un organismo multicellulare. La specializzazione delle celle è mostrata in Figura 1.
Figura 1: specializzazione cellulare
La specializzazione cellulare modifica le dimensioni della cellula, la forma, l'attività metabolica, il potenziale di membrana e la reattività ai segnali.
Come si specializzano le cellule?
Diversi tipi di specializzazione cellulare possono essere osservati in diversi stadi di sviluppo della vita.
Specializzazione cellulare durante lo sviluppo embrionale
Lo zigote è il concetto di fecondazione ed è composto da una singola cellula. Si divide in molte cellule attraverso la mitosi, formando il blastomero. Le cellule nel blastomero sono totipotenti, e sono in grado di differenziarsi in qualsiasi tipo di cellula nel corpo e nella placenta. Le cellule dello stadio a otto cellule sono conosciute come cellule staminali embrionali. Le cellule staminali embrionali sono pluripotente, e sono in grado di differenziarsi in qualsiasi tipo di cellula nel corpo di un animale. Le cellule pluripotenti nelle piante sono conosciute come cellule meristematiche. Queste cellule staminali embrionali sono differenziate nei tre strati germinali del corpo: endoderma, ectoderma e mesoderma. Le cellule negli strati germinali sono multipotenti, e sono in grado di differenziare nei corrispondenti tessuti del corpo sviluppati da ciascuno dei tre strati germinali. Lo sviluppo embrionale è mostrato in Figura 1.
Figura 1: sviluppo embrionale
La divisione cellulare che si verifica durante lo sviluppo embrionale è un tipo di divisione cellulare asimmetrica. Divisione cellulare asimmetrica dà origine alle cellule figlie con destini di sviluppo distinti. I due principali motivi della divisione cellulare asimmetrica sono i determinanti citoplasmatici e le diverse cascate di segnalazione cellulare. Determinanti citoplasmatici sono molecole regolatrici della cellula genitrice. Nel segnalazione cascate, una particolare cellula induce le sue cellule vicine a svilupparsi nel suo tipo trasmettendo molecole di segnalazione in esse.
Specializzazione cellulare durante lo sviluppo degli adulti
Gli organismi multicellulari hanno diversi tipi di cellule che sono specializzati per eseguire una particolare funzione nel corpo. Le cellule che svolgono una determinata funzione sono disposte in tessuti. Pertanto, un particolare tessuto è costituito da cellule con una funzione definita. Le cellule non specializzate nel corpo adulto sono conosciute come cellule staminali adulte. La differenziazione delle cellule staminali ematopoietiche in tipi di cellule specializzate nel sangue è mostrata in figura 3.
Figura 3: differenziazione delle cellule staminali ematopoietiche
Il principale meccanismo di produzione di cellule specializzate da cellule staminali è la regolazione dell'espressione genica attraverso meccanismi epigenetici. Quindi, il tipo di cellula è determinato al livello dell'espressione genica. Inoltre, il modello dell'espressione genica deve essere mantenuto per generazioni. L'espressione genica differenziale è ottenuta mediante modificazioni dell'istone e diversi livelli di metilazione del DNA. Generalmente, i modelli di metilazione del DNA nelle cellule staminali embrionali e nelle cellule staminali pluripotenti adulte sono gli stessi. Ma è diverso nelle cellule somatiche specializzate. Le cellule staminali adulte sono pluripotenti e la loro pluripotenza è mantenuta da fattori di trascrizione noti come OCT4, SOX2 e NANGO.
Conclusione
La specializzazione cellulare è la differenziazione delle cellule per eseguire una determinata funzione del corpo di organismi multicellulari. Diversi tipi di specializzazione cellulare si verificano durante lo sviluppo embrionale e lo sviluppo degli adulti. Durante lo sviluppo embrionale, le cellule del blastomero sono differenziate in cellule con diversa potenza attraverso la segnalazione cellulare e determinanti citoplasmatici. Durante lo sviluppo dell'adulto, la specializzazione cellulare avviene attraverso la regolazione dell'espressione genica.
Riferimento:
1. "Differenziazione cellulare". Wikipedia, Wikimedia Foundation, 17 marzo 2018, disponibile qui.
2. "Innovazione nella comprensione di come le cellule staminali si specializzano". SBP, disponibile qui.
Cortesia dell'immagine:
1. "Figura 2. Risultati della diffusione delle cellule souches in une des trois différentes catégories de cellules qui se sous-divisent en types de cellules spécifiques avec des rôles précis7" Di Ryongraf (CC BY-SA 4.0) via Commons Wikimedia
2. "Stemcelldifferentiaion" di US gov (Public Domain) via Commons Wikimedia
3. "422 Feature Stem Cell new" di OpenStax College - Anatomy & Physiology, sito Web Connexions, 19 giugno 2013 (CC BY 3.0) via Commons Wikimedia
