Ich möchte verstehen, welcher Mechanismus die erste Zelldifferenzierung nach n Teilungen auslöst.
Ich habe frühere Artikel auf SE und Wikipedia-Artikel über Zelldifferenzierung und Embryogenese gelesen , verstehe aber immer noch nicht, was genau dazu führt, dass Zellen ab einer bestimmten Teilung plötzlich anders werden.
Wikipedia behauptet das
In den ersten Stunden nach der Befruchtung teilt sich diese Zelle in identische Zellen. Beim Menschen beginnen sich diese Zellen etwa vier Tage nach der Befruchtung und nach mehreren Zellteilungszyklen zu spezialisieren und bilden eine hohle Zellkugel, die Blastozyste genannt wird
aber erkläre nicht, warum sie beginnen, sich zu spezialisieren.
Ich könnte mir vorstellen
aber warum würden einige Zellen zu "Zelle A" und einige andere zu "Zelle B"?
Ich bin mir ziemlich sicher, dass die biochemischen Mechanismen, die das Leben eines erwachsenen Mechanismus regulieren, die zelluläre Differenzierung (z. B. durch Hormone) erklären können – mich interessiert jedoch dieser spezifische Moment, diese n-te Teilung, in der identische Zellen differenziert werden .
Die erste Differenzierung in der menschlichen Embryogenese erfolgt von frühen Blastomeren in Trophoblasten, die die äußere Schicht der Blastozyste bilden, und innere Zellmasse (ICM). Es mag daher nicht überraschen, dass Zellen auf der Innenseite der Morula im 8-16-Zell-Stadium zu ICM differenzieren, während die auf der Außenseite zu Trophoblasten differenzieren. Es ist jedoch derzeit unklar, ob dies eine kausale Beziehung ist (das Inside-Outside-Modell) oder ob die Blastozystenmusterung früher in der Spaltung aufgebaut wird (wie im Apicobasal-Polaritätsmodell) oder ob es sich um eine Kombination aus beidem handelt.
Sie hatten Recht mit Ihrer Annahme, dass die Gewebemuster durch chemische Substanzen bestimmt werden: eine sehr breite Klasse namens Morphogene. Zellen zählen nicht unbedingt, wie oft sie sich geteilt haben, aber die Zellteilung kann sicherlich die Morphogenkonzentration und -lokalisierung beeinflussen. Ich nehme an, in gewissem Sinne könnte man das als Uhr beschreiben. Ich würde es aber nicht tun, besonders weil die Spaltung von Säugetieren asynchron ist.
Eine Reihe von Studien zeigte, dass ein Transkriptionsfaktor namens Tead4 Trophoblasten spezifiziert . Es wurde dann gezeigt, dass Tead4 durch Zell-Zell-Kontakt (vermittelt durch Hippo-Signalisierung) reguliert werden kann. . Sie stellten die Hypothese auf, dass das Ausmaß des Zell-Zell-Kontakts einen Mechanismus liefern könnte, durch den die Lokalisierung von Tead4 in mutmaßlichen Trophoblasten und ICM kontrolliert werden könnte. Dies könnte erklären, warum die Zellen unterschiedliche Schicksale haben, weil innere Zellen vollständig umgeben sind (mehr Zellübergänge), während äußere Zellen weitgehend dem Medium ausgesetzt sind. Beachten Sie, dass ich dies nur als Beispiel für einen möglichen Mechanismus angegeben habe. Es ist nicht bestätigt, und wie bei jedem Modell ist das reale Bild unglaublich komplexer und beinhaltet wahrscheinlich viele Faktoren.
Ich möchte hier nicht zu sehr ins Detail gehen, da Sie nach einem komplexen Prozess fragen, der noch aktiv untersucht wird, und mir nicht klar ist, wie viele Informationen Sie tatsächlich benötigen. Allein zu diesem Thema könnte man ein Buch schreiben, und viele Übersichtsartikel wurden veröffentlicht. Hier ist ein aktuelles:
Entwicklung: Würfeln Mäuseembryos?
Ich schlage vor, Sie lesen das und wenn Sie dann weitere, spezifischere Fragen haben, können wir versuchen, sie für Sie zu beantworten.
Warum sich Zellen differenzieren oder spezialisieren, ist eine kurzlebige Frage. Ich werde versuchen, darauf zu antworten – je mehr spezialisierte Zellen ein Organismus hat, desto besser ist dieser Organismus ausgestattet, um zu funktionieren.
In einem bestimmten Organismus beruht die Differenzierung nach n Teilungen oder nach t Zeit während der Entwicklung auf Veränderungen, die sowohl intrinsisch (genetisch) als auch extrinsisch (umweltbedingt) sind. Zwei Beispiele dafür, wie intrinsische und extrinsische Determinanten interagieren, sind:
und
Wenn sich eine Zelle nach n Teilungen zum Zeitpunkt t verändert, kann dies auf ihre lokale zelluläre Umgebung oder im Fall einiger Tiere auf eine hormonelle Regulation zurückzuführen sein, auf die jede Zelle unterschiedlich reagieren kann.
Warum differenzieren Zellen als solche? Denn in Organismen, die große Ansammlungen von Zellen sind, hängt das Überleben vollständig von der Trennung der Zellfunktionen ab.
Richard und Natalie Gordon schlugen vor, dass sich an den apikalen Enden von Zellen in Zellschichten, die kurz vor der Differenzierung (Kompetenz) stehen, eine mechanisch empfindliche, bistabile Organelle befindet, die unter mechanischer Spannung steht. Je nachdem, wo sich die Zelle auf dem Blatt befindet, wird die Spannung entweder durch Kontraktion des apikalen Endes oder durch Ausdehnung des apikalen Endes gelöst. Dies führt zu einem biomechanischen Transduktionssignal vom Zytoskelett, das an den Zellkern weitergegeben wird, der dann die Genexpression verändert. Wenn die Zelle eine Kontraktion erfahren hat, wird ein Signal gesendet, und wenn die Zelle eine Expansion erfahren hat, wird ein weiteres Signal gesendet. Das Signal ist die Bestimmung des Zellschicksals und erfolgt durch das Zytoskelett. Ihre Forschung und ihre Theorie der Differenzierungswellen haben sie in ihrem Buch „Embryogenesis Explained“ detailliert beschrieben.. In Ihrem konkreten Beispiel findet die erste Differenzierung während der Verdichtung von Säugetieren statt. Zellen auf der Außenseite dehnen sich aus und werden zu Trophoblasten, Zellen auf der Innenseite ziehen sich zusammen und werden zur inneren Zellmasse bestimmt. Alle anderen Dinge, Veränderungen der Genexpression, Signalproteine und der Rest sind sekundär, das Ergebnis der Differenzierung, nachdem das Zytoskelett das Zellschicksal mit mechanischen Signalen bestimmt. Beachten Sie, dass diese Hypothese sehr detailliert und spezifisch ist, insgesamt relativ einfach ist und auf Mechanik und Physik basiert. Es ist ohne "Handwinken" sehr gut prüfbar. Die Kurzfassung der Theorie können Sie kostenlos unter https://link.springer.com/article/10.1186/s12976-016-0037-2 nachlesen
Bitweise
WoJ
Kanadier