Dołącz do czytelników
Brak wyników

Genetyka

25 września 2018

NR 10 (Lipiec 2015)

Różnicowanie się komórek, czy da się odwrócić czas?

0 31

Różnicowanie się komórek to proces, w trakcie którego z niewyspecjalizowanych komórek macierzystych bądź merystemalnych u roślin wykształcają się komórki różnych typów i rodzajów, które pełnią odmienne role w dorosłym organizmie. Zjawisko różnicowania najsilniej występuje podczas rozwoju zarodkowego, co nie oznacza jednak, że w dorosłym osobniku ten proces nie zachodzi, ma on jednak o wiele mniejszą skalę. Sam proces różnicowania wyraźnie zauważalny jest pod mikroskopem, gdzie można dostrzec, jak zmienia się wielkość, kształt i ruchliwość komórek. Niezróżnicowane komórki m­ają zazwyczaj kulisty kształt. Podczas różnicowania wewnątrz komórki zachodzą zmiany niedostrzegalne przez mikroskop, takie jak zmiana składników cytoplazmy czy właściwości fizjologicznych. Proces ten jest ściśle kontrolowany przez selektywną ekspresję genów. Co ciekawe, różnicowanie się komórek nie ma wpływu na materiał genetyczny w nich zawarty. Prawie każdy typ zróżnicowanej komórki ma w obrębie jednego organizmu taką samą informację genetyczną zawartą w DNA, z wyjątkiem takich komórek jak erytrocyty, które w trakcie dojrzewania pozbywają się jąder komórkowych.

U zwierząt, jak i u ludzi komórki macierzyste powstają na etapie życia zarodkowego, dokładnie w tzw. węźle zarodkowym, który jest fragmentem bla­stocysty. To właśnie te komórki, które zawarte są w węźle zarodkowym, dają początek wszystkim typom komórek i tkanek znajdującym się w organizmie. Zróżnicowane komórki, w przeciwieństwie do komórek macierzystych, podlegają tzw. limitowi Hayflicka. Limit ten informuje o maksymalnej liczbie podziałów, których może dokonać komórka. Ograniczenie to wynika z faktu, że przy każdym powielaniu chromosomów skróceniu ulegają telomery, czyli fragmenty chromosomu znajdujące się na jego końcu zbudowane z wielokrotnych powtórzeń tej samej sekwencji nukleotydów. W 1961 r. Leonard Hayflick odkrył, że kultura komórek płodu może dzielić się jedynie 40–60 razy, nim podziały zostaną zatrzymane. Zjawisko to jest silnie powiązane z procesem starzenia się komórek.

Obecnie komórki macierzyste potrzebne do badań pobiera się głównie z embrionów, co w przypadku prac nad komórkami ludzkimi budzi duże wątpliwości moralne i dyskusje etyczne, dlatego też naukowcy od lat szukają skutecznego sposobu na cofnięcie komórek, które już są zróżnicowane, do etapu komórki macierzystej.

Dlaczego komórki macierzyste są tak istotne dla świata nauki? Ponieważ mając 


Komórki macierzyste mogą dać początek takim tkankom i komórkom jak mięśnie, czerwone krwinki, komórki nerwowe, naczynia krwionośne, komórki wątroby czy też komórki nabłonka. Wymienione typy oczywiście nie wyczerpują wszystkich możliwości komórek macierzystych.

zdolność do zmiany w każdą możliwą tkankę organizmu, posiadają ogromny potencjał w medycynie regeneracyjnej. Dzięki nim możliwe będzie leczenie chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Parkinsona czy Alzheimera, ale także wielu innych, jak cukrzyca czy stwardnienie rozsiane. Oprócz odtwarzania uszkodzonych tkanek prace nad komórkami macierzystymi pozwalają snuć przypuszczenia o odtwarzaniu całych ­organów, które będąc zgodne genetycznie z biorcą, nie będą grozić odrzuceniem przez organizm pacjenta.

Transfer jądra komórki zróżnicowanej do komórki jajowej był pierwszym zaproponowanym rozwiązaniem pozwalającym na „wyzerowanie” stanu komórki i przywróceniu jej zdolności odtworzenia dowolnej innej komórki. Metoda ta polega na pobraniu jądra komórki zróżnicowanej i umieszczeniu go w komórce jajowej, która uprzednio została pozbawiona własnego jądra. Białka znajdujące się w komórce jajowej powodują zmienioną ekspresję genów we wszczepionym jądrze. Dzięki odpowiedniej stymulacji takiej komórki ze zmienionym jądrem, np. poprzez traktowanie jej impulsami prądu elektrycznego, można pobudzić ją do rozpoczęcia procesu embriogenezy. Innymi słowy z tak zmienionej komórki można otrzymać klon organizmu, z którego pobrano materiał genetyczny. Jak dotąd dzięki tej metodzie otrzymano sklonowane okazy owiec, bydła, myszy, kóz, świń, kotów, królików, koni, szczurów, psów oraz fretek, stosując różne rodzaje komórek, z których pobrano jądro. Niestety metoda ta prowadzi do tworzenia komórek zarodkowych, czyli takich, które mogą dać początek całemu organizmowi. Rozwiązaniem tego problemu jest dążenie do stworzenia komórek pluripotencjalnych, czyli takich, które mogą przekształcić się w dowolną tkankę, jednak nie muszą przechodzić przez etap tworzenia nowego zarodka.

Przełom w badaniach nad stworzeniem takich komórek nastąpił w 2006 r., gdy zespołowi naukowców pod kierownictwem prof. Shin’ya Yamanaki z Uniwersytetu w Kyoto udało się cofnąć zróżnicowane komórki do stanu komórek macierzystych bez konieczności stosowania komórek jajowych. Przedtem w biologii popularny był pogląd, że wykluczając komórki nowotworowe, proces różnicowania się komórek był nieodwracalny, a zróżnicowane komórki podlegały prawu Hayflicka, które ograniczało ich maksymalną liczbę podziałów. Komórki otrzymane przez prof. Yamanakę nazywane są indukowanymi pluripotencjalnymi komórkami macierzystymi, w skrócie iPS (ang. induced pluripotent stem cells). Podstawą do stworzenia komórek iPS były ­fibroblasty pochodzące z myszy. Fibroblasty, czyli komórki tkanki łącznej właściwej, w organizmie zwierząt odpowiedzialne za tworzenie tzw. macierzy pozakomórkowej oraz syntezę kolagenu, są również wykorzystywane jako komórki-żywiciele w liniach komórek macierzystych. Właśnie kombinacja tych cech sprawiła, że zostały wybrane jako cel badań. Obserwowane pod mikroskopem fibroblasty wykazują charakterystyczny gwiaździsty kształt, co czyni je łatwymi do odróżnienia od komórek macierzystych.

U zwierząt, jak i u ludzi komórki macierzyste powstają na etapie życia zarodkowego, dokładnie w tzw. węźle zarodkowym, który jest fragmentem bla­stocysty. 

Badacze wyselekcjonowali 24...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań czasopisma "Biologia w Szkole"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy