Niveauer af celledifferentiering og det er kontrol
Niveauer af celledifferentiering og det er kontrol!
Alle celleprocesser styres af enzymer (proteiner). Disse syntetiseres inde i cellen af gener.
Ekspressionen af gener, dvs. protein syntetiseret af dem, kan styres på tre forskellige niveauer, og denne kontrol udøves af faktorer, der er til stede i cytoplasmaet. Disse er:
I. Differentiering udført i genomet:
A. Ændring i kvantet af DNA:
Mængden af DNA kan forøges eller formindskes, og derved kan differentiering frembringes. Forøgelsen eller reduktionen kan frembringes ved hjælp af følgende metoder.
1. Chromatin-reduktion:
Boveri (1889) observerede kromatin-formindskelse i zygotet af nematoden Parascaris, han fandt ud af, at en del af det kromosomale materiale efter den første spaltning spildes i cytoplasma under den anden spaltning fra cellen nærmest dyrestangen.
I det 32-celle stadium har kun to celler det fulde genkomplement (primordiale kimceller), mens de resterende har undergået chromatin-reduktion (presumptive somatiske celler). Således har forskellige celler i blastula forskellige kromatinindhold og har kvantitativ differentiering. Differentielt DNA-kvantet har differentiel nukleo-cytoplasmisk interaktion. Et lignende fænomen er blevet bemærket i nogle Diptera.
2. Genforstærkning:
I amfibiske oocytter er rRNA-syntesen meget aktiv. For dette findes genet for rRNA i et stort antal kopier. Det diploide genom af Xenopus laevis indeholder næsten 1600 kopier af generne til rRNA, og alle er klynge i det nukleolare organiseringsområde.
Hver af disse nucleoli syntetiserer aktivt rRNA. Lampebørstkromosomerne af amfibiske oocytter har ekstra kopier af tRNA og mRNA-gener, som syntetiserer stort antal af disse molekyler. Disse har en regulerende indflydelse på udviklingsprocessen.
3. Genetiske læsioner:
En mutant variant af Xenopus laevis havde kun en nucleolus i stedet for normale to. Denne mangel på nukleolært materiale forhindrer ikke normal dev elopment. Når disse mutanter blev parret sammen, var afkomene af tre typer: Normal Form (2 Nu), heterozygot (1 Nu) og Homozygot mutant (0. Nu) i det typiske Mendel-forhold på 1: 2: 1. Personer uden nukleolus gør ikke udvikle sig ud over de tidlige stadier. (Onu) mutanten dannes på grund af deletionen af 28 S og 18 S rRNA gener fra en af kromosomer.
(B) Kemiske ændringer i DNA:
DNA kan modificeres kemisk ved alkylering eller methylering, for hvilke de nødvendige enzymer er til stede i cellen. Reaktionerne påvirker bestemte nukleotidbaser af DNA'et, hvilket igen ændrer andre resultater. Af disse finder methylering kun sted efter DNA-replikation, og denne reaktion skal derfor finde sted hver gang efter DNA-replikationen er afsluttet.
II. Kontrol af differentiering ved transskriptionsniveauet:
På niveauet af transkription under proteinsynteseprocessen kan de forskellige gener, der er til stede i kromosomerne i et udviklende embryo, styres ved hjælp af følgende metoder.
1. Genregulering af histoner:
Dobbeltstrenget DNA-molekyle har frie sure grupper af phosphorsyre på deres ydre overflade, og disse kan etablere faste bindinger med NH +2- grupperne af de basiske aminosyrer af histonkæder. Denne intime association af DNA og histoner forhindrer DNA'et i at interagere med andre stoffer i cytoplasma, hvilket således tjener som skabeloner til RNA-produktionen. Histoner hæmmer DNA-primet RNA-syntese for at formindske DNA-polymeraseaktivitet. Histoner tjener således som repressorer.
2. Genregulering af sure proteiner:
Disse er ikke-histon-phosphoproteiner, med tryptophan og tyrosin som hovedbestanddele. Disse proteiner forbliver intimt forbundet med DNA (histonfri kompleks) og betragtes som mere vitale for genreguleringshistoner.
DNA-histonkomplekset forbliver inert til transkription, således at sure proteiner interagerer med basale histoner, idet histonerne af visse kritiske gener bliver som promotorer, således at gener kan transkriberes.
3. Genregulering ved heterokromatisering:
Heterochromatin af interfase har en vis specifik rolle i genregulering. Eksempelvis er syntese af proteiner meget mindre hos mennesker, hvor blodceller indeholder store masser af kondenseret heterochromatin, mens i hvide blodlegemer syntese af proteiner er meget mindre på grund af manglen på kondenseret heterochromatin.
III. Kontrol af differentiering på niveau af oversættelse:
Meddelelsen båret af mRNA'et skal dekodes, og de nødvendige aminosyrer skal plockes op til dannelse af de forskellige proteiner. Dette indebærer flere trin, så der er altid mulighed for forskellige kontroller, der findes på hvert niveau.
De vigtige reguleringsmekanismer, der findes på oversættelsesniveau, er følgende:
1. Bevægelse af mRNA fra kernen til cytoplasma:
Det er muligt, at alle de mRNA, der forlader kernen, muligvis ikke når frem til cytoplasma. Der kan være tab af bits af mRNA, hvilket betyder, at oversættelsen måske ikke er korrekt. Hvis nogle af mRNA'en forhindres i at nå cytoplasmaen, kan også oversættelsen være anderledes.
2. Retention af nedbrydning af mRNA i kernen:
MRNA'et kan overføres til cytoplasma eller kan nedbrydes eller nedbrydes på grund af forskellige faktorer. Nedbrydning kan forekomme i nogle dele af mRNA-strengene, der skaber differentiel oversættelse.
3. Maskering af mRNA:
Når mRNA'en er maskeret, er oversættelse ikke mulig. Maskering kræver, at en anden agent arbejder for at handle. Maskering er måske ikke helt, men delvis, hvilket medfører forskelle i oversættelse.
4. Effekt af specifikke regulerende molekyler på mRNA:
Visse regulerende molekyler til stede i cytoplasmaet kan associere sig med mRNA'et og derved forhindre mRNA'et i at spille deres rolle i oversættelse. Foreningen kan være delvis eller fuldstændig.
5. Destruktion af mRNA:
Sommetider kan mRNA'et nå ribosomerne intakt, men kan ødelægges på grund af visse kræfter, som kan eksistere. Dette forhindrer eller ændrer oversættelsesarbejdet og derved skaber differentiering.
6. Ribosomal inaktivering:
Ribosomerne, der normalt spiller en vigtig rolle i proteinsyntese, kan inaktiveres, så det pågældende protein ikke må dannes. Efter en tid kan ribosomet også aktiveres. Dette fænomen medfører midlertidige pauser i oversættelsen.
7. Ændringer i foldningen af fremspringende polypeptidkæder:
Under proteinsyntesen danner polypeptidkæderne prækursoren af proteiner. Dette sker ved foldning. Enhver ændring i foldemønstret kan ændre strukturen og skabe differentiering.
8. Ændring fremkaldt i de faktorer, der påvirker proteinsyntese:
Mange faktorer som hormoner, enzymer osv. Skaber differentiering ved at påvirke proteinsyntesens vej. Hormoner har vist sig at være meget effektive i denne retning, og de frembringer disse ændringer gennem forskellige veje.
De kan virke som gentrykkere. Når en injektion af hydrocortison blev givet til rotter, steg RNA-syntesens hastighed i leveren. På samme måde, hvis østrogener injiceres, viser livmoderendometrium stor aktivitet. Det bemærkes, at kortison stimulerer sekretionerne fra de fire enzymer: Tryptophan pyrrolase, Tyrosine transaminase, Glutamic alanintransaminase og Arginase. Hormoner kan også påvirke enzymaktivitet på oversættelsesniveau. Hormoner påvirker kromosomal genaktivitet ved at blive lokaliseret i kernen. Hormonerne er mere organspecifikke end genspecifikke.
