Kerne- og molekylær grundlag for differentiering og udvikling af gener
Kerne- og molekylær grundlag for differentiering og udvikling af gener!
Molekylær grundlag for differentiering og udvikling:
Når der sker vækst, øges i masse, vægt mv. Antallet af celler stiger som følge af celledeling. Nogle gange vokser cellerne i størrelse, og de deler ikke og fører til vækst. Den enkle multiplikation af celler ville producere masser af celler, men ikke en organisme.
Kendskab til udviklingsprocesser som vækst og differentiering er afgørende for forståelsen af de hændelser, der fører til dannelsen af et embryo eller foster. Når zygot deles, forbliver de embryonale celler generelt totipotente. Med andre ord kan alle embryonale celler give anledning til embryo og danne en ny voksen organisme. Imidlertid mister cellerne gradvist denne evne og forbliver ikke mere totipotente. Ved at se og observere kan vi få en rimelig ide om, hvordan en celle producerer et helt individ.
Vævene bliver specialiserede, f.eks. Af hjernen, leveren, bladet osv. Processen, hvormed totipotente embryonale celler omdannes til specialiserede celler, der udgør og giver anledning til specifikke væv, kaldes differentiering. Når embryonale celler opdeles, efter lidt tid bliver udviklingspotentialet begrænset og det kaldes bestemmelse.
Det er dogma for modembiologi og genetik, at kerne af de fleste somatiske celler af højere organismer, uanset hvordan differentieret cellen, indeholder kopier af alle nukleare gener af et individ. Differentierende celler starter nye sæt proteiner eller mister evnen til at danne et sæt proteiner.
Hvad er faktorerne der er ansvarlige for sådanne ændringer? Det antages, at differentiering af celler i forskellige typer under udvikling af en organisme involverer regulering af ekspressionen af gener, snarere end en anden mekanisme, såsom mutation.
Sydney Brener (britisk molekylærbiolog) siger, at det grundlæggende problem i udviklingsbiologi er at studere de hændelser og processer, der går igennem, når et embryo udvikler sig til voksen.
Få sent embryonale ændringer observeres under mikroskop. Men ændringer på molekylært niveau starter meget tidligere stadium. Sådanne ændringer forekommer meget før udseendet af morfologiske forandringer.
Differentiering involverer processer som mitose, cellefusion, cellemigration eller intercellulære interaktioner. Disse processer arbejder uafhængigt af hinanden. En ordentlig koordinering og tilgang er nødvendig for at vide om et bestemt udviklingsmønster.
Det kan konkluderes, at:
(i) Differentiering og udvikling kræver ikke massive permanente ændringer i nukleært DNA.
(ii) Proces involverer selvforstærkende ændringer i cytoplasma og selektiv gentranskription.
Kerne- og molekylære grundlag for differentiering og udvikling:
Planter i modsætning til dyr er normalt i stand til at danne en ny plante fra en vegetativ del. Men nu er det et fastslået faktum, at delvist differentierede animalske somatiske celler er som plantematiske celler i denne henseende. Robert Briggs og Thomas King har vist, at kerner fra cellerne fra blastula og gastrula stadier af frø (Rana pipiens) embryoner, når de transplanteres i enukleerede æg, kan producere et komplet embryo. Historien om nukleartransplantation (figur 6.67) er nyttig til bestemmelse af, hvornår kernen i et væv mister sin evne til at generere en komplet udvikling til dannelse af en voksen.
Briggs og King brugte græsfrø, Rana pipiens og afrikansk frø Xenopus til sofistikerede forsøg. De fjernede / ødelagde kernerne fra frø eller paddeceller og transplanterede friske kerner fra embryonale og tadpole celle i enukleerede æg. Mange embryoner med frisk plantede kerner udvikler sig til normale tadpoles (Fig. 6.67). Men hvis kerne var fra differentierede tarmceller, udviklede tadpoles ikke. Det blev fundet, at kerne fra de tidlige spaltningsfaser (op til 64 celler) let kunne transplanteres i enukleerede æg, og de ville normalt udvikle sig til tadpoles og frøer.
Men kerne fra sidstnævnte stadier forårsager normalt, at embryoerne afbrydes. Ikke fuldt differentieret voksen frøvæv kan bruges til fremstilling af klonale frøer. Det viser tydeligt, at kerne undergår nogle ændringer under differentiering. Differentieringsprocessen er reversibel i tidlige embryonale stadier.
Men i planter kan selv modne celler undergå differentiering for at danne callus for at hæve hele planten med succes. Hovedprocessen med differentiering skyldes ændret genaktivitet. Denne ændring i genaktivitet skyldes hovedsageligt dets interaktion med miljøet.
Det umiddelbare miljø kan være cytoplasma. Cytoplasma påvirkes yderligere af mange parametre som temperatur, fugtighed, lys, cellecelleinteraktion osv. Modulation af gen og dets cytoplasma er uafhængig.
