...
I když máme v každé buňce stejnou DNA, stejně máme různé typy buněk, tkání a každý vypadáme jinak. Čím to je? Velkou roli v tom hrají kmenové buňky, buněčná signalizace a genová exprese.
Embryonální vývoj a kmenové buňky
Při vývoji lidského organismu vše začíná splynutím vajíčka a spermie, z čehož vzniká tzv. totipotentní zygota, což je první buňka, která má schopnost se diferencovat do všech typů buněk v organismu, včetně tzv. trofoblastu, což je tenká vrstva buněk, která pomáhá vyvíjejícímu se embryu, přichytit se ke stěně dělohy, chrání embryo a tvoří část placenty. Z jediné totipotentní kmenové buňky tak může postupným vývojem vzniknout celý životaschopný organismus.
Zygota se začíná dělit mitózou, čímž vznikají dvě, čtyři a později více buněk (blastomery). Po několika cyklech dělení se buňky organizují do struktury zvané morula, která se skládá z 16-32 buněk. V této fázi jsou buňky stále totipotentní. Jakmile morula dosáhne určité velikosti, vzniká blastocysta, která se skládá z vnitřní buněčné hmoty (embryoblast) a vnější vrstvy buněk (trofoblast). Vnitřní buněčná hmota obsahuje už kmenové buňky pluripotentní. To jsou buňky, které se stále mohou diferencovat do různých typů buněk, ale už nejsou schopny vytvořit nového jedince. Pluripotentní buňky už nedokážou vytvořit výše zmíněný trofoblast. Vzniklá blastocysta se implantuje do děložní sliznice a nastává stádium gastrulace, při kterém se vnitřní buněčná hmota blastocysty začne diferenciovat do tří zárodečných listů:
Ektoderm: Vyvíjejí se z něj pokožka, nervový systém a další struktury.
Mezoderm: Z něj vznikají svaly, kosti, krev a další tkáně.
Endoderm: Tato vrstva dává vznik vnitřním orgánům, jako jsou plíce, játra a trávící trakt.
...
Během embryonálního vývoje se tedy kmenové buňky mění z totipotentních na pluripotentní a následně na multipotentní, které se diferencují do specifických buněk, což umožňuje vznik kompletního organismu s různými funkcemi a strukturami. Tento proces je řízen komplexními signálními dráhami a interakcemi mezi buňkami.
Buněčná signalizace
Buněčnou signalizací rozumíme prostředky, díky kterým mezi sebou buňky vzájemně komunikují. Díky buněčné signalizaci dochází k regulaci vývoje buněk a jejich organizace do tkání, růstu a dělení buněk a také koordinaci buněčných funkcí.
Většinou to funguje tak, že je jednou buňkou vylučována specifická signální molekula, například na jejím povrchu nebo přímo do volného mimobuněčného prostoru, zatímco druhá buňka přijímá signál, a to zpravidla skrze specifický receptor. Z receptorů vedou různé signalizační kaskády dovnitř buňky, kde ovlivňují různé buněčné procesy včetně změn v expresi genů. Signální molekuly jsou:
Hydrofilní – jsou velké a neprocházejí membránou (např. proteiny)
Hydrofobní – jsou menší a méně početné, procházejí přes buněčnou membránu a mají intracelulární receptory (např. steroidy)
Receptorový protein rozpozná signální molekulu a reaguje na ni – jeden typ receptoru na jeden typ signálu. Cílová buňka pak převádí extracelulární signál na intracelulární a tím ovlivní chování celé buňky
Typy extracelulárních signálů
Fyzikální – např. světlo, tlak, teplo
Chemické – např. hormony, neurotransmitery, cytokiny nebo neurohormony
Formy extracelulární signalizace
Endokrinní – funguje na delší vzdálenost, hormony jsou vyloučeny do oběhu a ovlivňují vzdálené tkáně
Parakrinní – funguje na kratší vzdálenost, hormony fungují na blízké tkáně
Autokrinní – buňka je zdrojem i příjemcem signálu
Neurokrinní - signální molekuly jsou vylučovány nervovými buňkami a působí na jiné buňky jako neurotransmitery nebo neurohormony
Intrakrinní – signální molekula je dodána do tkáně, ale ta si ji ještě upraví: buď zcela změní, nebo zvýší/sníží její biologickou aktivitu
Juxtakrinní (dotyková) – komunikace mezi dvěma sousedními buňkami, propojenými pomocí membránových proteinů a receptorů
Kryptokrinní - specifický typ přenosu signálu např. mezi spermatidami a Sertoliho buňkami. Signální látka se v tomto případě vůbec neuvolní do mimobuněčného prostoru, ale je předána přes mezerový spoj
Typy receptorů na povrchu buněk
Receptory spojené s iontovými kanály
Receptory spojené s G- proteiny
Receptory spojené s enzymy
Signální dráhy a regulace exprese genu
Signální dráhy hrají zásadní roli v regulaci exprese genů a následné diferenciaci buněk. Jak to ale funguje?
...