Bunková diferenciácia

Bunková diferenciácia je vo vývinovej biológii proces, pri ktorom sa z menej špecializovaných buniek stávajú viac špecializované bunky. Diferenciácia prebieha počas vývinu mnohobunkového organizmu, kedy sa jednoduchá zygota mení na komplexný systém tkanív, pletív, a bunkových typov. Diferenciácia prebieha tiež v dospelom organizme: zrelé kmeňové bunky sa delia a vytvárajú úplne diferencované dcérske bunky. Počas diferenciácie sa dramaticky mení veľkosť bunky, jej tvar, membránový potenciál, metabolická aktivita a schopnosť reagovať na podnety. Tieto zmeny vznikajú v dôsledku vysoko kontrolovaných modifikácií génovej expresie. S výnimkou niekoľkých prípadov, bunková diferenciácia takmer nikdy nezahŕňa zmenu v samotnej DNA sekvencii. Rozličné bunky teda môžu mať veľmi odlišné vlastnosti a pritom rovnaký genóm.

Bunka, ktorá je schopná diferencovať sa vo všetky typy buniek dospelého organizmu, sa nazýva pluripotentná. Takéto bunky sa nazývajú embryonálne kmeňové bunky u živočíchov a meristematické bunky u vyšších rastlín. Bunky, ktoré sú schopné diferencovať sa vo všetky typy buniek, vrátane buniek tkaniva placenty, sa nazývajú totipotentné. U cicavcov sú totipotentné iba zygota a nasledujúce blastoméry, kým u rastlín môžu túto vlastnosť získať jednoduchým laboratórnym zásahom mnohé diferencované bunky. V cytopatológii je úroveň bunkovej diferenciácie používaná ako meradlo progresívnosti rakoviny. „Stupeň“ je ukazovateľom toho, nakoľko je bunka v tumore diferencovaná.

Typy buniek cicavcov

Telo cicavca tvoria tri základné kategórie buniek: zárodočné bunky (germinálne), telové (somatické) bunky a kmeňové bunky. Každá z približne 10¹⁴ buniek v dospelom človeku má vlastnú kópiu alebo kópie genómu, s výnimkou istých typov buniek (napr. u človeka červené krvinky, ktorým pri úplnej diferenciácii chýba bunkové jadro).

Prevažná väčšina buniek je diploidná, má dve kópie každého chromozómu. Takéto bunky, nazývané somatické, vytvárajú väčšinu ľudského tela, ako napr. kožu či svaly. Bunky sa diferencujú, aby sa tak špecializovali na vykonávanie určitej funkcie.

Zárodočné bunky sú bunky, z ktorých vznikajú gaméty - vajíčka a spermie, - ktoré zabezpečujú kontinuitu života.

Na druhej strane kmeňové bunky majú schopnosť deliť sa neurčitý počet krát a umožniť vznik špecializovaných buniek. Najlepšie sa dajú opísať v kontexte ontogenézy, teda vývinu človeka.

Ontogenéza začína vtedy, keď spermia (mužská pohlavná bunka) oplodní vajíčko (ženskú pohlavnú bunku) a vytvoria jednu bunku, ktorá ma potenciál vytvoriť celé telo. V prvých hodinách po oplodnení sa táto bunka delí na identické dcérske bunky. U človeka, približne 4 dni po oplodnení a po niekoľkých cykloch bunkového delenia, sa tieto bunky začínajú špecializovať, formujúc dutú sféru buniek nazývanú blastocysta. Blastocysta má vonkajšiu vrstvu buniek, vo vnútri sa utvorí zhluk buniek, ktorý sa nazýva vnútrobunková hmota. Bunky tejto hmoty neskôr vytvárajú jednotlivé tkanivá ľudského tela. Hoci tieto bunky môžu prakticky vytvoriť každý typ bunky nájdený v ľudskom tele, nemôžu vytvoriť organizmus. Týmto bunkám hovoríme pluripotentné. Pluripotentné kmeňové bunky prechádzajú ďalšou špecializáciou v multipotentné progenitorové bunky, z ktorých vznikajú funkčné bunky.

Dediferenciácia

Dediferenciácia je bunkový proces viditeľný pri vývojovo starších živočíchoch, ako napr. obojživelníkoch, kedy sa čiastočne alebo úplne diferencované bunky navracajú do skoršieho ontogenetického štádia, zvyčajne ako súčasť regeneračného procesu. Dediferenciácia sa takisto vyskytuje u rastlín. Bunky v bunkových kultúrach môžu stratiť svoje pôvodné vlastnosti, alebo zmeniť tvar.

Niektorí vedci veria, že dediferenciácia je chyba v normálnej ontogenéze, ktorá má za následok vznik rakoviny, kým iní veria, že je to prirodzená súčasť imunitnej odpovede a že človek túto súčasť postupom evolúcie nejako stratil.