Дифференциация (биология)

Дифференциация (от латинского Differentre «отличаться» ) описывает в биологии развития развитие клеток или тканей от менее специализированного состояния к более специализированному . Это видоспецифичное, часто необратимое, а потому, казалось бы, предопределенное изменение отдельных клеток и тканей. Это изменение может происходить в разных (поливалентных) направлениях. Из-за болезни достижения в развитии могут регрессировать в пользу более примитивных стадий, что в таком случае называется де-дифференцировкой .

Морфогенез

Дифференциация вместе с делением клеток ответственна за придание многоклеточному живому существу его формы; весь этот процесс известен как морфогенез .

Происходить

Процессы дифференциации происходят, с одной стороны, в индивидуальном развитии многоклеточного организма, который развивается из зиготы (оплодотворенной яйцеклетки) в сложную структуру с множеством различных типов клеток и типов тканей. Но процессы дифференциации также играют важную роль в поддержании функций организма у взрослых людей.

Дифференциация и геном

В молекулярной биологии дифференцировка клеток выражается в том, что не весь геном экспрессируется , то есть превращается в белки , а активны только гены, необходимые для соответствующего типа клеток . В отличие от кратковременной вариабельной экспрессии генов, которая позволяет, например, реагировать на гормоны или стресс , дифференцировка, таким образом, представляет собой долгосрочную стабильную форму регуляции генов.

Дифференциация и определение

У живых существ с половым размножением развитие начинается с одной клетки, оплодотворенной яйцеклетки (зиготы), которая может производить все типы клеток всего организма . Это свойство называется тотипотентностью (от латинского totus - все и потенция - сила, способность). Деление клетки дает начало нескольким дочерним клеткам, которые выполняют разные роли в зависимости от происхождения клетки .

В частности , у животных этот процесс связан с так называемой детерминацией . Это означает, что выбранное направление специализации будет передано эпигенетически последующим поколениям клеток . Таким образом, детерминированная клетка сохраняет свою программу развития, даже если, например, ее пересаживают в другое место в организме. В результате эффективность клеточной линии становится все более ограниченной, от плюрипотентных эмбриональных стволовых клеток (от латинского pluriens - множественные), которые могут продуцировать все типы клеток эмбриона , через мультипотентные стволовые клетки тела («соматические стволовые клетки», латинские multus - много или древнегреческий) σῶμα soma , нем. «тело» ), который может производить только типы клеток определенной ткани, вплоть до необратимо дифференцированных функциональных клеток тела. Они обычно теряют способность делиться и часто имеют ограниченный срок службы.

Однако при определенных обстоятельствах клетки могут изменить свою детерминацию ( трансдифференцировку ), потерять свою дифференцировку ( дедифференцировку ) или снова дифференцироваться после дедифференцировки ( трансдифференцировка ). Эти процессы играют роль, например, в заживлении ран и развитии рака .

Растения также содержат так называемые меристематические клетки, которые специализируются на делении и, следовательно, на генерации новых клеток и тканей ; однако дифференцированные клетки часто не определяются или определяются только в ограниченной степени и сохраняют способность восстанавливать себя при определенных обстоятельствах, например, после ранения. делятся и производят разные типы клеток.

Регулирование дифференциации

Способ дифференцировки, то есть решение о том, в какой тип клетки развивается клетка, зависит от различных внешних и внутренних факторов, например, влияния:

Примеры

Ген-контролируемое образование белков

Человеческий генетик Фридрих Фогель (1961) говорил о проблемах дифференцировки во время эмбрионального развития , которые связаны с образованием контролируемых генами белков, которые, в свою очередь, зависят от доступного субстрата . Чтобы проиллюстрировать этот процесс, Vogel выбирает экспериментально проверяемый пример ферментативной адаптации : Когда дрожжи подаются с глюкозой , он не показывает готовности преобразовать другие сахара , такие как галактоза . Только в течение нескольких часов может быть продемонстрирована эта готовность из-за увеличения активности галактокиназы , когда галактоза, соответственно, доступна , ср. → индукция ферментов . Однако в то же время активность глюкокиназы падает.

Сравнительное рассмотрение этапов развития

Сравнительное общее рассмотрение стадий развития внутри филогенеза поучительно для понимания функциональной структуры нашей собственной нервной системы, поскольку оно показывает нам как преимущества, так и недостатки и, следовательно, биологический смысл такой дифференциации. Такой пример организации сетчатки глаза можно увидеть при сравнении человеческого развития и развития кальмара, см. → Централизация . Схема обратного глаза дает преимущества с точки зрения кровоснабжения.

Дифференциация похожа на кору

Сетчатка человека также является примером корковой дифференцировки нервной ткани. Сетчатка представляет собой верхнюю часть мозга и имеет микроскопическую слоистую структуру ( ламинацию ), типичную для корковых структур . Ламинирование - это принцип построения серого вещества .

Клеточные предэтапы поздней дифференцировки

Так называемые бласты представляют собой не окончательно дифференцированные гистогенетические предварительные стадии различных линий развития . Конкретным примером могут служить однообразно спроектированные клетки стенки, лежащие в стенке эмбриональной нервной трубки ( промежуточная зона ядра ), которые также называют нейроэпителием . Глиобласты, а также нейробласты и эпендимные клетки развиваются из этих клеток стенки . Нейробласты следует рассматривать как предварительные стадии более поздних нейронов , а глиобласты - как предварительные стадии глии .

Гештальт-психология

Согласно теории отдельных гештальт-психологов, таких как Хайнц Вернер и др. а. Дифференциацию как принцип биологического развития следует рассматривать в тесной связи с концепцией централизации . В то время как дифференцировку можно понимать как устойчивое состояние без значительных морфологических изменений, централизация органов больше связана с функциональной сетью по- разному дифференцированных клеточных элементов в системе пространственных органов, см. Гл. Морфогенез . Каждая вновь приобретенная поведенческая единица должна быть интегрирована в организм в целом, чтобы избежать дезорганизации поведения из- за этой интеграции . Интеграция требует дифференциации. Даже если интеграцию и дифференциацию следует рассматривать как противоположные действующие начала, это увеличивает способность организма специфически реагировать на различные раздражители.

литература

  • WA Müller, M. Hassel: Биология развития. Springer, Heidelberg 1999, ISBN 3-540-65867-X .
  • Л. Тайз, Э. Зейгер: Физиология растений. Spectrum Academic Publishing House, 2000, ISBN 3-8274-0537-8 .
  • Хайнц Вернер : Введение в психологию развития . 1926 г.

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ a b Босс, Норберт (ред.): Roche Lexicon Medicine . 5-е издание. Hoffmann-La Roche AG и Urban & Schwarzenberg, Мюнхен, 1987 г., ISBN 3-541-13191-8 ; (a) по лемме «Дифференцирование»: стр. 399; (b) к Lex.-Lemma "... blast": стр. 209; по Lex.-Lemma «Neuroblast»: стр. 1232. Gesundheit.de/roche
  2. ↑ Отто Гроссер обр. Рольф Ортманн: Очерк истории человеческого развития . 6-е издание, Springer, Берлин, 1966 г .; С. 2, на голову 24. «Предопределение».
  3. ^ Фриц Брозер : Актуальная и клиническая диагностика неврологических заболеваний. 2-е издание, U&S, Мюнхен, 1981, ISBN 3-541-06572-9 ; С. 134 к гл. 2–9, район «дедифференцировка».
  4. ↑ Фридрих Фогель : Общая генетика человека . Спрингер, Берлин, 1961 г .; С. 418.
  5. ^ A b c Альфред Беннингхофф и Курт Герттлер : Учебник анатомии человека. Показано, что предпочтение отдается функциональным отношениям . Том 3: Нервная система, кожа и органы чувств . 7-е издание. Урбан и Шварценберг, Мюнхен, 1964; (а) по вопросу «Сравнительный анализ стадий разработки»: стр. 106; (b) Re. «Слоистая структура сетчатки»: стр. 428–435; о «короподобной дифференциации»: стр. 189; (c) Re. «Neuroblasts»: стр. 73, 123.
  6. ↑ нейробласты . В: Гельмут Фернер : История человеческого развития . 7-е издание. Рейнхардт, Мюнхен, 1965, стр. 125, 137 и далее.
  7. ↑ Питер Р. Хофштеттер (Ред.): Психология . Лексикон Фишера. Fischer-Taschenbuch, Франкфурт а. М. 1972, ISBN 3-436-01159-2 ; на тему «Централизация, дифференциация, развитие» с. 102, 164 ф .; to Stw. «Гештальт-психология, основные положения» стр. 164 f.
  8. ^ Вильгельм Карл Арнольд и др. (Ред.): Лексикон психологии . Бехтермюнц, Аугсбург 1996, ISBN 3-86047-508-8 ; к Lex.-Lemma: «Дифференциация»: Col. 367; к Lex.-Lemma: "Integration": Col. 995 f.