Niveaus van celdifferentiatie en it's control

Niveaus van celdifferentiatie en it's control!

Alle celprocessen worden gecontroleerd door enzymen (eiwitten). Deze worden door genen in de cel gesynthetiseerd.

De expressie van genen, dwz het eiwit dat daardoor wordt gesynthetiseerd, kan op drie verschillende niveaus worden gecontroleerd en deze controle wordt uitgeoefend door factoren die in het cytoplasma aanwezig zijn. Dit zijn:

I. Differentiatie uitgevoerd in het genoom:

A. Verandering in het kwantum van DNA:

De hoeveelheid DNA kan worden verhoogd of verlaagd en daardoor kan differentiatie tot stand worden gebracht. De toename of afname kan op de volgende manieren tot stand worden gebracht.

1. Chromatinedaling:

Boveri (1889) waargenomen chromatinedaling in de zygote van de nematode Parascaris, hij vond dat na de eerste splitsing, van de cel die het dichtst bij de dierlijke pool is, een deel van het chromosomale materiaal tijdens de tweede splitsing in het cytoplasma wordt gemorst.

In het 32-cellige stadium hebben slechts twee cellen het volledige gen-complement (primordiale kiemcellen), terwijl de overige cellen chromatineductie hebben ondergaan (vermoedelijke somatische cellen). Aldus hebben verschillende cellen van de blastula een verschillend chromatine-gehalte en hebben ze een kwantitatieve differentiatie. Het differentiële DNA-quantum heeft differentiële nucleo-cytoplasmatische interactie. Een soortgelijk fenomeen is opgemerkt in sommige Diptera.

2. Gene-amplificatie:

In amfibie-oöcyten is de rRNA-synthese zeer actief. Hiervoor bestaat het gen voor rRNA in een groot aantal kopieën. Het diploïde genoom van Xenopus laevis bevat bijna 1600 kopieën van de genen voor rRNA en ze zijn allemaal geclusterd in het nucleolaire ordeningsgebied.

Elk van deze nucleoli synthetiseert actief rRNA. De lampbrush-chromosomen van amfibische oöcyten hebben extra kopieën van tRNA- en mRNA-genen die een groot aantal van deze moleculen synthetiseren. Deze hebben een regulerende invloed op het ontwikkelingsproces.

3. Genetische letsels:

Een mutante variëteit van Xenopus laevis bezat slechts één nucleolus in plaats van normale twee. Dit tekort aan nucleolair materiaal verhindert de normale ontwikkeling niet. Wanneer deze mutanten samen werden gepaard waren de nakomelingen van drie typen: normale vorm (2 nu), heterozygote (1 nu) en homozygote mutant (0. nu) in de typische Mendeliaanse verhouding van 1: 2: 1. De individuen zonder nucleolus doen niet verder dan de vroege stadia. De (Onu) mutant wordt gevormd als gevolg van de deletie van 28 S- en 18 S-rRNA-genen van een van de chromosomen.

(B) Chemische veranderingen in DNA:

DNA kan chemisch worden gemodificeerd door alkylering of methylatie waarvoor de noodzakelijke enzymen in de cel aanwezig zijn. De reacties beïnvloeden bepaalde nucleotide-basen van het DNA die op hun beurt andere resultaten veranderen. Hiervan vindt methylatie pas na DNA-replicatie plaats en daarom moet deze reactie elke keer plaatsvinden nadat de DNA-replicatie is voltooid.

II. Beheersing van differentiatie op het niveau van transcriptie:

Op het niveau van transcriptie tijdens het proces van eiwitsynthese, kunnen de verschillende genen die aanwezig zijn in de chromosomen van een zich ontwikkelend embryo worden beheerst door de volgende werkwijzen.

1. Genregulatie door histonen:

Dubbelstrengig molecuul van DNA heeft vrije zure groepen van fosforzuur op hun buitenoppervlak en deze kunnen stevige bindingen vormen met de NH ^{+ 2-} groepen van de basische aminozuren van histonketens. Deze innige associatie van DNA en histonen voorkomt dat het DNA interacties met andere stoffen in het cytoplasma vormt en dient dus als sjablonen voor de RNA-productie. Histonen remmen DNA-geprimede RNA-synthese om DNA-polymerase-activiteit te verminderen. Dus, histonen dienen als repressors.

2. Genregulatie door zure eiwitten:

Dit zijn niet-histon-fosfoproteïnen, met tryptofaan en tyrosine als de hoofdbestanddelen. Deze eiwitten blijven nauw verbonden met DNA (histon vrij complex) en worden beschouwd als meer essentieel voor genregulatie histonen.

Het DNA-histoncomplex blijft inert voor transcriptie, zodat zure eiwitten een interactie aangaan met basische histonen, waardoor de histonen van bepaalde kritische genen als promotors worden geplaatst, zodat genen kunnen worden getranscribeerd.

3. Genregulatie door heterochromatisatie:

Heterochromatine van interfase heeft een specifieke rol in genregulatie. De synthese van eiwitten is bij menselijke wezens bijvoorbeeld veel minder waar bloedcellen grote hoeveelheden gecondenseerd heterochromatine bevatten, terwijl in witte bloedcellen de synthese van eiwitten zeer minder is vanwege het ontbreken van gecondenseerd heterochromatine.

III. Beheersing van differentiatie op het niveau van vertaling:

Het bericht dat door het mRNA wordt gedragen, moet worden gedecodeerd en de vereiste aminozuren moeten worden geselecteerd om de verschillende eiwitten te vormen. Dit omvat verschillende stappen, dus er is altijd een mogelijkheid van verschillende besturingselementen op elk niveau.

De belangrijke reguleringsmechanismen die bestaan ​​op het niveau van vertalingen zijn de volgende:

1. Beweging van mRNA van de kern naar cytoplasma:

Het is mogelijk dat al het mRNA dat de kern verlaat het cytoplasma niet bereikt. Er kan verlies van stukjes mRNA zijn, wat betekent dat de vertaling mogelijk niet correct is. Als wordt voorkomen dat een deel van het mRNA het cytoplasma bereikt, kan ook de vertaling anders zijn.

2. Behoud van de afbraak van mRNA in de kern:

Het mRNA kan worden doorgegeven aan het cytoplasma of kan worden afgebroken of afgebroken vanwege verschillende factoren. Degradatie kan optreden in sommige delen van de mRNA-strengen die differentiële translatie teweegbrengen.

3. Maskering van mRNA:

Als het mRNA eenmaal gemaskeerd is, is vertaling niet mogelijk. Maskeren vereist dat het werk van een andere agent handelt. Het maskeren kan niet geheel maar gedeeltelijk zijn, waardoor verschillen in vertaling ontstaan.

4. Effect van specifieke regulerende moleculen op mRNA:

Bepaalde regulerende moleculen die aanwezig zijn in het cytoplasma kunnen associëren met het mRNA en daardoor voorkomen dat het mRNA hun rol bij de vertaling speelt. De associatie kan gedeeltelijk of volledig zijn.

5. Vernietiging van mRNA:

Soms kan het mRNA de ribosomen intact bereiken maar kan het worden vernietigd vanwege bepaalde krachten die mogelijk aanwezig zijn. Dit voorkomt of verandert het vertaalwerk waardoor differentiatie tot stand komt.

6. Inactivatie van ribosomen:

De ribosomen die normaal een belangrijke rol spelen bij de eiwitsynthese kunnen worden geïnactiveerd zodat een bepaald eiwit mogelijk niet wordt gevormd. Na enige tijd kan het ribosoom ook worden geactiveerd. Dit fenomeen zorgt voor tijdelijke onderbrekingen in de vertaling.

7. Veranderingen in de vouwing van polypeptideketens in wording:

Tijdens eiwitsynthese vormen de polypeptideketens de voorloper van eiwitten. Dit gebeurt door te vouwen. Elke wijziging in het vouwpatroon kan de structuur wijzigen en differentiatie tot stand brengen.

8. Verandering teweeggebracht in de factoren die eiwitsynthese beïnvloeden:

Vele factoren zoals hormonen, enzymen, enz. Zorgen voor differentiatie door het pad van eiwitsynthese te beïnvloeden. Hormonen blijken zeer effectief in deze richting te zijn en brengen deze veranderingen via verschillende wegen teweeg.

Ze kunnen fungeren als gendepersors. Wanneer een injectie met hydrocortison werd toegediend aan ratten, nam de snelheid van RNA-synthese in de lever toe. Evenzo vertoont oestrogenen, als oestrogenen worden geïnjecteerd, een grote activiteit. Het wordt opgemerkt dat cortison de afscheidingen van de vier enzymen stimuleert: tryptofaan pyrrolase, tyrosine transaminase, glutamine alanine transaminase en arginase. Hormonen kunnen ook de enzymactiviteit op het niveau van translatie beïnvloeden. Hormonen beïnvloeden chromosomale genactiviteit door gelokaliseerd te worden in de kern. De hormonen zijn meer orgaanspecifiek dan genspecifiek.