Дифференцировка

ДИФФЕРЕНЦИРОВКА (дифференциация онтогенетическая), процесс приобретения клетками развивающегося зародыша устойчивых химических, морфологических и функциональных различий; лежит в основе формирования специализированных тканей и органов. Дифференцировка  наступает вслед за выбором клеткой направления пути развития - детерминацией. Число типов дифференцированных (специализированных) клеток возрастает по ходу эволюции многоклеточных организмов. Например, у губок (примитивно организованных многоклеточных) имеется несколько десятков типов дифференцированных клеток, а у позвоночных животных и человека - несколько сотен (по минимальным оценкам, а с учётом клеток, продуцирующих разные типы антител, - несколько миллионов). Примерами дифференцированных клеток у позвоночных животных и человека являются различные типы мышечных, нервных, соединительнотканных, эпителиальных клеток. Дифференцировка  постоянно обновляющихся клеток (клеток крови, эпителиальных) протекает у этих организмов и во взрослом состоянии.

Дифференцировка  прежде всего обусловлена синтезом специфических белков, по набору которых разные типы клеток отличаются друг от друга. Так, дифференцировка в мышечных клетках связана с синтезом в них сократительного белка миозина, в соединительнотканных клетках - коллагена (белка внеклеточного матрикса), в лимфоцитах - разных типов иммуноглобулинов и др. Эти различия, в свою очередь, связаны с избирательной активностью (дифференциальной экспрессией) определённых групп генов. В подавляющем числе типов клеток (за исключением лимфоцитов) при дифференцировке структура ДНК не изменяется. Именно это позволяет осуществлять клонирование, при котором развитие целого зародыша, обладающего всеми типами дифференцированных клеток, происходит за счёт ядра уже дифференцированной клетки взрослого организма, пересаженного в лишённую ядра яйцеклетку. Дифференцировка  сопровождается относительно обратимыми (хотя нередко и продолжительными) изменениями генетической активности ДНК в результате её метилирования, ацилирования и/или связывания с регуляторными белками, активирующими или подавляющими активность генов. В результате дифференцированные клетки отличаются друг от друга по набору молекул матричной РНК (мРНК), нуклеотидные последовательности которой определяют последовательность аминокислот в белках, синтезируемых клеткой, и тем самым специфичность этих белков. В некоторых случаях дифференцировка связана со вторичными изменениями структуры уже синтезированных молекул мРНК (смотри Сплайсинг) или же с избирательным блокированием их активности в течение определённого периода времени. Помимо специфических белков, дифференцированные клетки различаются между собой по набору определённых мембранных рецепторов, воспринимающих внешние сигналы, и по надмолекулярным структурам, образованным элементами мембраны или цитоскелета. Дифференцировка  некоторых типов клеток (например, образующих мезодерму у моллюсков и других беспозвоночных) обусловлена попаданием в них специфических компонентов цитоплазмы или кортикального слоя яйцеклетки при дроблении. В большинстве же случаев дифференцировка определяется химическими или физическими сигналами, поступающими от других клеток, от внеклеточного матрикса или же (преимущественно у растений) из внешней среды. Эти сигналы влияют на цитоскелет, ферментные системы клеток и её генетический аппарат. Механизмы дифференцировки до конца не выяснены. Их изучение имеет первостепенное значение для раскрытия природы многих заболеваний (особенно онкологических) и для решения проблем биотехнологии (например, при конструировании клеток и тканей с заданными свойствами). Смотри также Зародышевое развитие.

Лит.: Патрушев Л. И. Экспрессия генов. М., 2000; Корочкин Л. И. Биология индивидуального развития (Генетический аспект). М., 2002.  

Л. В. Белоусов.

Связанные статьи