Nucleaire en moleculaire basis van differentiatie en ontwikkeling van genen
Nucleaire en moleculaire basis van differentiatie en ontwikkeling van genen!
Moleculaire basis van differentiatie en ontwikkeling:
Telkens wanneer groei optreedt, vindt toename van massa, gewicht enz. Plaats. Het aantal cellen neemt toe als gevolg van celdeling. Soms groeien cellen in omvang en scheiden ze niet en leiden ze tot groei. De eenvoudige vermenigvuldiging van cellen zou massa's cellen produceren, maar geen organisme.
Kennis van ontwikkelingsprocessen als groei en differentiatie is essentieel voor het begrijpen van de gebeurtenissen die leiden tot de vorming van een embryo of foetus. Wanneer de zygoot zich verdeelt, blijven de embryonale cellen over het algemeen totipotent. Met andere woorden, elke embryonale cel is in staat embryo tot stand te brengen en een nieuw volwassen organisme te vormen. Geleidelijk verliezen de cellen dit vermogen echter en blijven ze niet langer totipotent. Door te kijken en te observeren, kunnen we een redelijk idee krijgen van hoe een cel een volledig individu produceert.
Weefsels worden bijvoorbeeld gespecialiseerd in hersenen, lever, blad, enz. Het proces waarbij totipotente embryonale cellen worden omgezet in gespecialiseerde cellen die specifieke weefsels vormen en veroorzaken, wordt differentiatie genoemd. Wanneer embryonale cellen delen, wordt na verloop van tijd hun ontwikkelingspotentieel beperkt en wordt het determinatie genoemd.
Het is het dogma van de moderne biologie en genetica dat de kern van de meeste somatische cellen van hogere organismen, ongeacht hoe gedifferentieerd de cel is, kopieën bevat van alle nucleaire genen van een individu. Differentiërende cellen starten nieuwe sets van eiwitten of verliezen het vermogen om een reeks eiwitten te vormen.
Welke factoren zijn verantwoordelijk voor dergelijke veranderingen? Er wordt aangenomen dat differentiatie van cellen in verschillende typen tijdens de ontwikkeling van een organisme regulatie van de expressie van genen omvat, in plaats van een ander mechanisme zoals mutatie.
Sydney Brener (Britse moleculair bioloog) zegt dat het fundamentele probleem in ontwikkelingsbiologie het bestuderen van de gebeurtenissen en processen is die doorlopen wanneer een embryo zich tot volwassene ontwikkelt.
Enkele van de late embryonale veranderingen worden onder de microscoop waargenomen. Maar veranderingen op moleculair niveau beginnen al heel vroeg. Zulke veranderingen komen veel voor vóór het optreden van morfologische veranderingen.
Differentiatie omvat processen zoals mitose, celfusie, celmigratie of intercellulaire interacties. Deze alle processen werken onafhankelijk van elkaar. Een goede coördinatie en aanpak is vereist om te weten over een definitief ontwikkelingspatroon.
Er kan worden geconcludeerd dat:
(i) Differentiatie en ontwikkeling vereisen geen massieve permanente veranderingen in nucleair DNA.
(ii) Het proces omvat zelfversterkende veranderingen in cytoplasma en selectieve gentranscriptie.
Nucleaire en moleculaire basis van differentiatie en ontwikkeling:
Planten in tegenstelling tot dieren zijn meestal in staat om een nieuwe plant te vormen van een vegetatief deel. Nu is het echter een vaststaand feit dat gedeeltelijk gedifferentieerde somatische cellen van dieren in dit opzicht lijken op planten-somatische cellen. Robert Briggs en Thomas King hebben aangetoond dat kernen uit de cellen van blastula- en gastrulastadia van kikker (Rana pipiens) embryo's bij transplantatie in ontkernde eieren een volledig embryo kunnen produceren. Het verhaal van nucleaire transplantatie (Fig. 6.67) is nuttig om te bepalen wanneer de kern van een weefsel zijn vermogen verliest om een complete ontwikkeling voor de vorming van een volwassene te genereren.
Briggs en King gebruikten graskikker, Rana pipiens en Afrikaanse kikker Xenopus voor geavanceerde experimenten. Ze verwijderden / vernietigden de kernen van kikker- of paddencellen en transplanteerden nieuwe kernen van de embryonale en kikkervetcel naar ontkernde eieren. Veel embryo's met pas geplante kernen ontwikkelen zich tot normale kikkervisjes (Fig. 6.67). Maar als kernen van gedifferentieerde darmcellen waren, ontwikkelden zich geen kikkervisjes. Er werd gevonden dat kernen van de vroege klievingsstadia (tot 64 cellen) gemakkelijk in ontkernde eieren konden worden getransplanteerd en ze zouden zich normaal ontwikkelen tot kikkervisjes en kikkers.
Maar kernen van laatstgenoemde stadia veroorzaken gewoonlijk de embryo's om af te breken. Er kan geen volledig gedifferentieerd adulte kikkerweefsel worden gebruikt voor het maken van klonale kikkers. Het laat duidelijk zien dat de kernen tijdens differentiatie enkele veranderingen ondergaan. Het proces van differentiatie is reversibel in vroege embryonale stadia.
In planten kunnen zelfs rijpe cellen differentiatie ondergaan om callus te vormen om de hele plant met succes te verhogen. Hoofdproces van differentiatie is te wijten aan veranderde genactiviteit. Deze verandering in genactiviteit wordt voornamelijk veroorzaakt door de interactie met de omgeving.
De onmiddellijke omgeving kan cytoplasma zijn. Cytoplasma wordt verder beïnvloed door vele parameters zoals temperatuur, vochtigheid, licht, cel-celinteractie, enz. Modulatie van gen en zijn cytoplasma is onafhankelijk.
