Ebenen der Zelldifferenzierung und ihre Kontrolle
Ebenen der Zelldifferenzierung und ihre Kontrolle!
Alle Zellprozesse werden durch Enzyme (Proteine) gesteuert. Diese werden innerhalb der Zelle durch Gene synthetisiert.
Die Expression von Genen, dh von ihnen synthetisiertem Protein, kann auf drei verschiedenen Ebenen kontrolliert werden, und diese Kontrolle wird durch im Cytoplasma vorhandene Faktoren ausgeübt. Diese sind:
I. Differenzierung im Genom:
A. Veränderung im DNA-Quantum:
Die DNA-Menge kann erhöht oder verringert werden und dadurch kann eine Differenzierung bewirkt werden. Die Zunahme oder Abnahme kann durch die folgenden Verfahren bewirkt werden.
1. Chromatinverminderung:
Boveri (1889) beobachtete eine Verringerung des Chromatins in der Zygote des Nematoden Parascaris. Er fand heraus, dass nach der ersten Spaltung aus der dem tierischen Pol nächstgelegenen Zelle ein Teil des Chromosomenmaterials während der zweiten Spaltung in das Zytoplasma gespült wird.
Im 32-zelligen Stadium haben nur zwei Zellen das vollständige Genkomplement (ursprüngliche Keimzellen), während die restlichen Zellen einer Chromatinverminderung unterzogen wurden (präsumptive somatische Zellen). Somit haben verschiedene Zellen der Blastula unterschiedliche Chromatingehalte und sind quantitativ differenziert. Das differentielle DNA-Quant hat eine differentielle nukleo-cytoplasmatische Wechselwirkung. Ein ähnliches Phänomen wurde in einigen Dipteren festgestellt.
2. Genamplifikation:
In Amphibien-Oozyten ist die rRNA-Synthese sehr aktiv. Dafür existiert das Gen für rRNA in einer großen Anzahl von Kopien. Das diploide Genom von Xenopus laevis enthält fast 1600 Kopien der Gene für rRNA, und alle sind in der nukleolaren Organisationsregion gebündelt.
Jede dieser Nukleinsäuren synthetisiert aktiv rRNA. Die Lampenbürstenchromosomen von Amphibien-Oozyten weisen zusätzliche Kopien von tRNA- und mRNA-Genen auf, die eine große Anzahl dieser Moleküle synthetisieren. Diese haben einen regulatorischen Einfluss auf den Entwicklungsprozess.
3. Genetische Läsionen:
Eine mutierte Varietät von Xenopus laevis besaß nur einen Nukleolus anstelle von normalen zwei. Dieser Mangel an nukleolarem Material verhindert die normale Entwicklung nicht. Wenn diese Mutanten zusammengefügt wurden, gab es drei Arten von Nachkommen: Normalform (2 nu), heterozygote (1 nu) und homozygote Mutante (0 nu) im typischen Mendel-Verhältnis von 1: 2: 1. Die Individuen ohne Nukleolus tun dies nicht über die frühen Stadien hinaus entwickeln. Die (Onu) -Mutante wird aufgrund der Deletion von 28 S- und 18 S-rRNA-Genen aus einem der Chromosomen gebildet.
(B) Chemische Veränderungen in der DNA:
DNA kann chemisch durch Alkylierung oder Methylierung modifiziert werden, für die die notwendigen Enzyme in der Zelle vorhanden sind. Die Reaktionen beeinflussen bestimmte Nukleotidbasen der DNA, die wiederum andere Ergebnisse verändern. Von diesen findet die Methylierung erst nach der DNA-Replikation statt, so dass diese Reaktion jedes Mal erfolgen muss, nachdem die DNA-Replikation abgeschlossen ist.
II. Kontrolle der Differenzierung auf der Transkriptionsebene:
Auf dem Transkriptionsniveau während des Prozesses der Proteinsynthese können die verschiedenen Gene, die in den Chromosomen eines sich entwickelnden Embryos vorhanden sind, durch die folgenden Verfahren kontrolliert werden.
1. Genregulation durch Histone:
Das doppelsträngige DNA-Molekül weist an seiner äußeren Oberfläche freie saure Gruppen von Phosphorsäure auf, die feste Bindungen mit den NH +2- Gruppen der basischen Aminosäuren der Histonketten eingehen können. Diese enge Verbindung von DNA und Histonen verhindert, dass die DNA mit anderen Substanzen im Zytoplasma interagiert, und dient somit als Vorlage für die RNA-Produktion. Histone inhibieren die DNA-grundierte RNA-Synthese, um die Aktivität der DNA-Polymerase zu verringern. Somit dienen Histone als Unterdrücker.
2. Genregulation durch saure Proteine:
Hierbei handelt es sich um Nicht-Histon-Phosphoproteine mit Tryptophan und Tyrosin als Hauptbestandteilen. Diese Proteine bleiben eng mit DNA (Histon-freier Komplex) verbunden und gelten als wichtiger für Genregulationshistone.
Der DNA-Histon-Komplex bleibt gegenüber der Transkription inert, so dass saure Proteine mit basischen Histonen interagieren und die Histone bestimmter kritischer Gene als Promotoren einsetzen, so dass Gene transkribiert werden können.
3. Genregulation durch Heterochromatisierung:
Heterochromatin der Interphase hat eine spezifische Rolle bei der Genregulation. Zum Beispiel ist die Proteinsynthese beim Menschen sehr gering, wo Blutzellen große Massen kondensiertes Heterochromatin enthalten, während bei weißen Blutzellen die Proteinsynthese aufgrund des Fehlens von kondensiertem Heterochromatin sehr geringer ist.
III. Differenzierungskontrolle auf der Ebene der Übersetzung:
Die von der mRNA getragene Nachricht muss decodiert werden und die benötigten Aminosäuren müssen aufgenommen werden, um die verschiedenen Proteine zu bilden. Dies umfasst mehrere Schritte, so dass immer auf jeder Ebene verschiedene Steuerungen vorhanden sind.
Die wichtigsten Regulierungsmechanismen, die auf Übersetzungsebene existieren, sind folgende:
1. Bewegung der mRNA vom Zellkern zum Zytoplasma:
Es ist möglich, dass nicht alle mRNA, die den Kern verlässt, das Zytoplasma erreicht. Es kann zu einem Verlust von mRNA-Bits kommen, was bedeutet, dass die Translation möglicherweise nicht korrekt ist. Wenn ein Teil der mRNA daran gehindert wird, das Zytoplasma zu erreichen, kann auch die Translation unterschiedlich sein.
2. Retention des Abbaus von mRNA im Kern:
Die mRNA kann an das Zytoplasma weitergegeben werden oder aufgrund verschiedener Faktoren abgebaut oder abgebaut werden. In einigen Abschnitten der mRNA-Stränge kann ein Abbau auftreten, was zu einer unterschiedlichen Translation führt.
3. Maskierung von mRNA:
Sobald die mRNA maskiert ist, ist keine Translation möglich. Das Maskieren erfordert die Arbeit eines anderen Agenten. Die Maskierung kann nicht vollständig, sondern partiell sein, wodurch Unterschiede in der Übersetzung hervorgerufen werden.
4. Wirkung spezifischer regulatorischer Moleküle auf mRNA:
Bestimmte im Cytoplasma vorhandene regulatorische Moleküle können sich mit der mRNA verbinden und dadurch verhindern, dass die mRNA ihre Rolle bei der Translation spielt. Die Assoziation kann teilweise oder vollständig sein.
5. Zerstörung von mRNA:
Manchmal erreicht die mRNA die Ribosomen intakt, kann aber durch bestimmte Kräfte zerstört werden. Dies verhindert oder ändert die Übersetzungsarbeit und führt zu einer Differenzierung.
6. Ribosomeninaktivierung:
Die Ribosomen, die normalerweise eine wichtige Rolle bei der Proteinsynthese spielen, können inaktiviert werden, so dass ein bestimmtes Protein nicht gebildet wird. Nach einiger Zeit kann das Ribosom auch aktiviert werden. Dieses Phänomen führt zu vorübergehenden Unterbrechungen der Übersetzung.
7. Änderungen in der Faltung von entstehenden Polypeptidketten:
Während der Proteinsynthese bilden die Polypeptidketten die Vorstufe von Proteinen. Dies geschieht durch Falten. Jede Änderung des Faltmusters kann die Struktur verändern und zu einer Differenzierung führen.
8. Veränderung der Faktoren, die die Proteinsynthese beeinflussen:
Viele Faktoren wie Hormone, Enzyme usw. bewirken eine Differenzierung, indem sie den Weg der Proteinsynthese beeinflussen. Hormone haben sich in dieser Richtung als sehr wirksam erwiesen und bewirken diese Veränderungen auf verschiedenen Wegen.
Sie können als Gen-Depressoren wirken. Wenn Ratten eine Injektion von Hydrocortison verabreicht wurde, erhöhte sich die Geschwindigkeit der RNA-Synthese in der Leber. Wenn Östrogene injiziert werden, zeigt das Uterusendometrium ebenfalls eine starke Aktivität. Es wird bemerkt, dass Cortison die Sekretion der vier Enzyme stimuliert: Tryptophanpyrrolase, Tyrosin-Transaminase, Glutamic-Alanin-Transaminase und Arginase. Hormone können auch die Enzymaktivität auf der Translationsebene beeinflussen. Hormone beeinflussen die chromosomale Genaktivität, indem sie im Kern lokalisiert werden. Die Hormone sind mehr organspezifisch als genspezifisch.
