differensiering

De differensiering innen biologi markerer overgangen fra en dårlig differensiert til en sterkt differensiert tilstand. Denne prosessen er spesielt viktig under utviklingen av den befruktede eggcellen til en komplett organisme. Forstyrrelser i differensieringsprosessen kan føre til alvorlige sykdommer som kreft eller misdannelser.

Hva er differensieringen?

Biologisk differensiering handler om spesialisering av udifferensierte stamceller til differensierte kroppsceller. Disse prosessene spiller en spesielt viktig rolle under embryogenese og påfølgende vekst. Differensieringsprosesser er også viktige for å opprettholde kroppsfunksjoner i voksne organismer.

Til å begynne med har udifferensierte stamceller fortsatt muligheten til å transformere seg til alle andre kroppsceller. I prosessen oppstår spesialiserte kroppsceller gjennom flere differensieringsprosesser, som danner de forskjellige organene og til slutt mister evnen til å dele seg.

Det er flere typer stamceller. De såkalte totipotente stamcellene er fortsatt i stand til å transformere seg til en komplett organisme. De pluripotente stamcellene kan i sin tur differensiere til alle kroppens celler. Imidlertid er det ikke lenger mulig for dem å utvikle seg til individuelle organismer. Multipotente stamceller har allerede utviklet en viss differensiering til en viss cellelinje. Imidlertid kan de fortsatt differensiere til alle andre celler i denne cellelinjen.

Funksjon & oppgave

Biologisk differensiering er en av de viktigste prosessene i utviklingen av plante-, dyre- eller menneskelige organismer. Under denne prosessen utvikles blant annet kroppsceller som i økende grad differensieres fra en befruktet eggcelle i flere trinn.

Den befruktede eggcellen er den første totipotente stamcellen som opprinnelig er underlagt celledeling i fire like celler. Hver av disse fire cellene kan utvikle seg til en helt genetisk identisk organisme. Når firecelletrinnet er nådd, dannes blastocysten, som består av pluripotente embryonale stamceller. Disse pluripotente stamcellene kan utvikle seg til de tre kimlagene ectoderm, endoderm og mesoderm via neste differensieringstrinn og dermed representerer utgangspunktet for alle andre kroppsceller.

I motsetning til de totipotente stamcellene har disse imidlertid allerede mistet evnen til å utvikle seg til genetisk identiske uavhengige organismer.

Ytterligere cellelinjer dukker opp fra de tre cotyledonene, som opprinnelig består av multipotente stamceller. De multotente stamcellene er i stand til å utvikle seg til alle celletyper av den respektive cellelinjen. Disse cellene har ikke lenger muligheten til å transformere seg til alle andre kroppsceller, da de allerede har nådd en høyere grad av differensiering enn de pluripotente stamcellene.

I dyre- og menneskeorganismer er prosessen med differensiering assosiert med en bestemmelse. Bestemmelse beskriver etablering av en spesialisering en gang tatt, hvorved videreutviklingen av cellelinjene videreføres med epigenetiske midler. Naturligvis vil celler som allerede er blitt pre-differensiert differensiere ytterligere inn i cellene i den tilsvarende cellelinjen som en del av deres bestemmelse.

Selv om hele den genetiske informasjonen til hver enkelt celle er identisk, kalles den opp annerledes avhengig av celletypen gjennom genuttrykk. Dette betyr blant annet at i en levercelle, for eksempel, bare blir den genetiske informasjonen for leverfunksjon dekodet, mens all annen informasjon forblir ulest.

Differensiering påvirkes av forskjellige eksterne eller interne faktorer. Hormoner og vekstfaktorer spiller en viktig rolle. Cellekontaktene til naboceller bestemmer også differensieringsretningen.

En transdeterminering kan skje under visse forhold. Cellebestemmelsen blir endret. Dette er spesielt viktig i sårheling. Hvis cellene allerede er differensierte, mister de differensieringen i disse tilfellene og differensierer igjen. Hvis denne prosessen er forstyrret, kan kreft imidlertid oppstå.

Differensiering er viktig for at organismen i det hele tatt skal fungere som et enhetlig biologisk system.

Sykdommer og plager

I sammenheng med celledifferensiering kan det imidlertid oppstå forstyrrelser, noe som kan føre til organdeformasjoner under embryogenese. Det er noen genetiske sykdommer med en rekke organdysplasi. I tillegg til misdannelser i de indre organene, er det ytre utseendet ofte disharmonisk.

Imidlertid er det også ikke-genetiske årsaker til organdeformasjoner. Et eksempel er renal agenese i fravær av fostervann. Siden det menneskelige embryoet bare kan utvikle seg innen fostervannet, fører mangelen på plass her til feil organdifferensiering, der også andre organer og vev påvirkes.

Legemidler kan også forstyrre differensieringsprosessen under embryogenese. Et velkjent eksempel er beroligende Contergan, som førte til skade på fosterets vekstutvikling under tidlig graviditet. Dette ble offentlig i 1961 med den såkalte Contergansandal.

Imidlertid kan det også skje at celler som allerede er differensiert skiller seg ut og deretter multipliserer på en ukontrollert måte. Dette er situasjonen med kreft. Jo mer cellene har blitt differensiert, jo mer ondartet svulsten. Som allerede nevnt er det nødvendig med dedifferensiering i noen tilfeller når det er større behov for cellevekst. Dette er tilfellet med sårheling, blant annet. I disse prosessene følges imidlertid dedifferensieringen av en differensiering av cellene. Hvis differensiering ikke mislykkes, utvikles kreft.

Somatiske mutasjoner i cellene kan også påvirke gener som påvirker differensiering. Derfor øker sannsynligheten for å utvikle kreft i løpet av livet.