Nivåer av celledifferensiering og det er kontroll

Nivåer av celledifferensiering og det er kontroll!

Alle celleprosesser styres av enzymer (proteiner). Disse syntetiseres inne i cellen ved gener.

Ekspresjonen av gener, dvs. protein syntetisert av dem, kan kontrolleres på tre forskjellige nivåer, og denne kontroll utøves av faktorer tilstede i cytoplasma. Disse er:

I. Differensiering utført i genomet:

A. Endring i kvantet av DNA:

Mengden DNA kan økes eller reduseres, og derved kan differensiering oppnås. Økningen eller reduksjonen kan oppnås ved hjelp av følgende metoder.

1. Kromatin-reduksjon:

Boveri (1889) observert kromatin reduksjon i zygot av nematoden Parascaris, han fant at etter den første spaltningen, fra cellen nærmest dyrestokken, blir en del av det kromosomale materialet spilt i cytoplasma under andre spaltning.

På 32-celletrinnet har bare to celler det fulle genkomplementet (primordiokjemceller), mens de resterende har gjennomgått kromatin-reduksjon (presumptive somatiske celler). Dermed har forskjellige celler i blastula forskjellig kromatininnhold og har kvantitativ differensiering. Differensial DNA-kvantet har differensiell nukleo-cytoplasmisk interaksjon. Et lignende fenomen har blitt lagt merke til i noen Diptera.

2. Genforsterkning:

I amfibiske oocytter er rRNA-syntesen meget aktiv. For dette finnes genet for rRNA i et stort antall kopier. Det diploide genomet av Xenopus laevis inneholder nesten 1600 eksemplarer av gener for rRNA, og alle er gruppert i nukleolarorganiseringsregionen.

Hver av disse nukleolene syntetiserer aktivt rRNA. Lampebørstkromosomene av amfibiske oocytter har ekstra kopier av tRNA og mRNA-gener som syntetiserer stort antall av disse molekylene. Disse har regulatorisk innflytelse i utviklingsprosessen.

3. Genetiske skader:

Et mutant utvalg av Xenopus laevis hadde bare en nukleol i stedet for normal to. Denne mangelen på nukleolært materiale hindrer ikke normal dev elopment. Når disse mutantene ble parret sammen, var avkomene av tre typer: Normal Form (2 Nu), heterozygot (1 Nu) og homozygot mutant (0. Nu) i det typiske Mendel-forholdet på 1: 2: 1. Individer uten nukleolus gjør ikke utvikle seg utover de tidlige stadiene. Onu-mutanten dannes på grunn av sletting av 28 S og 18 S rRNA-gener fra en av kromosomene.

(B) Kjemiske endringer i DNA:

DNA kan modifiseres kjemisk ved alkylering eller metylering for hvilke de nødvendige enzymer er tilstede i cellen. Reaksjonene påvirker bestemte nukleotidbaser av DNA som igjen forandrer andre resultater. Av disse finner metylering bare etter DNA-replikasjon, og denne reaksjonen må derfor skje hver gang etter at DNA-replikasjonen er fullført.

II. Kontroll av differensiering på transskripsjonsnivå:

På transskripsjonsnivået under proteinsynteseprosessen kan de forskjellige gener som er tilstede i kromosomene til et utviklende embryo, styres ved hjelp av følgende metoder.

1. Gene regulering av histoner:

Dobbelstrenget DNA-molekyl har frie sure grupper av fosforsyre på deres ytre overflate, og disse kan etablere faste bindinger med NH ^+2- gruppene av de grunnleggende aminosyrer av histonkedene. Denne intime sammensetningen av DNA og histoner hindrer DNA fra interaksjoner med andre stoffer i cytoplasma, og tjener dermed som maler for RNA-produksjonen. Histoner hemmer DNA-primet RNA-syntese for å redusere DNA-polymeraseaktivitet. Dermed tjener histoner som repressorer.

2. Gene regulering av sure proteiner:

Disse er ikke-histonfosforproteiner, med tryptofan og tyrosin som hovedbestanddeler. Disse proteinene forblir nært forbundet med DNA (histonfri kompleks) og anses å være mer vitale for genreguleringshistoner.

DNA-histonkomplekset forblir inert til transkripsjon, slik at sure proteiner interagerer med basale histoner, og legger histonene av visse kritiske gener som promotorer slik at gener kan transkriberes.

3. Gene regulering ved heterochromatization:

Heterokromatin av interfase har noen spesifikk rolle i genregulering. For eksempel er syntese av proteiner meget mindre hos mennesker hvor blodceller inneholder store mengder kondensert heterochromatin, mens i hvite blodlegemer er syntese av proteiner meget mindre på grunn av mangel på kondensert heterochromatin.

III. Kontroll av differensiering på oversettelsesnivå:

MRNA-meldingen skal dekodes og de nødvendige aminosyrene skal plukkes opp for å danne de forskjellige proteinene. Dette innebærer flere trinn, så det er alltid en mulighet for ulike kontroller som finnes på hvert nivå.

De viktige reguleringsmekanismer som finnes på oversettelsesnivå er følgende:

1. Bevegelse av mRNA fra kjernen til cytoplasma:

Det er mulig at alt mRNA som forlater kjernen, ikke kommer til cytoplasma. Det kan være tap av biter av mRNA, noe som betyr at oversettelsen kanskje ikke er riktig. Hvis noen av mRNA er forhindret i å nå cytoplasmaen, så kan oversettelsen også være forskjellig.

2. Retensjon av nedbrytning av mRNA i kjernen:

MRNAet kan overføres til cytoplasma eller kan nedbrytes eller brytes ned på grunn av forskjellige faktorer. Nedbrytning kan forekomme i noen deler av mRNA-strengene som gir differensiell oversettelse.

3. Maskering av mRNA:

Når mRNA er maskert, er oversettelsen ikke mulig. Masking krever at en annen agent skal jobbe. Maskeringen kan ikke være helt, men delvis, og dermed skape forskjeller i oversettelsen.

4. Effekt av spesifikke regulatoriske molekyler på mRNA:

Visse regulatoriske molekyler som er tilstede i cytoplasma, kan forholde seg til mRNA og dermed forhindre at mRNA spiller sin rolle i oversettelse. Foreningen kan være delvis eller fullstendig.

5. Destruksjon av mRNA:

Noen ganger kan mRNA nå ribosomene intakt, men kan ødelegges på grunn av visse krefter som kan eksistere. Dette forhindrer eller endrer oversettelsesarbeidet og derved oppnår differensiering.

6. Ribosomal Inaktivering:

Ribosomene som normalt spiller en viktig rolle i proteinsyntese kan inaktiveres slik at det spesielle protein ikke kan dannes. Etter en stund kan ribosomet også aktiveres. Dette fenomenet gir midlertidige brudd på oversettelsen.

7. Endringer i foldingen av naserende polypeptidkjeder:

Under proteinsyntesen danner polypeptidkjedene forløperen til proteiner. Dette skjer ved folding. Enhver endring i brettmønsteret kan endre strukturen og føre til differensiering.

8. Endring medførte faktorer som påvirker proteinsyntese:

Mange faktorer som hormoner, enzymer, etc. gir differensiering ved å påvirke banen til proteinsyntese. Hormoner er funnet å være svært effektive i denne retningen, og de gir disse endringene gjennom ulike veier.

De kan fungere som gentrykkere. Når en injeksjon av hydrokortison ble gitt til rotter, økte frekvensen av RNA-syntese i leveren. På samme måte hvis østrogener injiseres, viser livmor endometrium stor aktivitet. Det legges merke til at kortison stimulerer sekresjonene fra de fire enzymene: Tryptofanpyrrolase, Tyrosintransaminase, Glutaminsalanintransaminase og Arginase. Hormoner kan også påvirke enzymaktiviteten på oversettelsesnivået. Hormoner påvirker kromosomal genaktivitet ved å bli lokalisert i kjernen. Hormonene er mer orginspesifikke enn genspesifikke.