differenziazione

Il differenziazione in biologia segna il passaggio da uno stato scarsamente differenziato a uno altamente differenziato. Questo processo è di particolare importanza durante lo sviluppo della cellula uovo fecondata in un organismo completo. Disturbi nel processo di differenziazione possono portare a malattie gravi come cancro o malformazioni.

Qual è la differenziazione?

La differenziazione biologica riguarda la specializzazione delle cellule staminali indifferenziate in cellule del corpo differenziate. Questi processi svolgono un ruolo particolarmente importante durante l'embriogenesi e la successiva crescita. I processi di differenziazione sono importanti anche per il mantenimento delle funzioni corporee negli organismi adulti.

Inizialmente, le cellule staminali indifferenziate hanno ancora la capacità di trasformarsi in tutte le altre cellule del corpo. Nel processo, le cellule del corpo specializzate nascono attraverso diversi processi di differenziazione, che formano i vari organi e alla fine perdono la capacità di dividersi.

Esistono diversi tipi di cellule staminali. Le cosiddette cellule staminali totipotenti sono ancora in grado di trasformarsi in un organismo completo. Le cellule staminali pluripotenti possono a loro volta differenziarsi in tutte le cellule del corpo. Tuttavia, non è più possibile per loro svilupparsi in singoli organismi. Le cellule staminali multipotenti hanno già sviluppato una certa differenziazione in una certa linea cellulare. Tuttavia, possono ancora differenziarsi in tutte le altre cellule di questa linea cellulare.

Funzione e compito

La differenziazione biologica è uno dei processi più importanti nello sviluppo di organismi vegetali, animali o umani. Durante questo processo, tra le altre cose, sviluppare cellule del corpo che si differenziano sempre più da un ovulo fecondato in più passaggi.

La cellula uovo fecondata è la prima cellula staminale totipotente che è inizialmente soggetta alla divisione cellulare in quattro cellule uguali. Ciascuna di queste quattro cellule può svilupparsi in un organismo completamente geneticamente identico. Quando viene raggiunto lo stadio a quattro cellule, si forma la blastocisti, che consiste di cellule staminali embrionali pluripotenti. Queste cellule staminali pluripotenti possono svilupparsi nei tre strati germinali ectoderma, endoderma e mesoderma attraverso la fase successiva di differenziazione e quindi rappresentano il punto di partenza per tutte le altre cellule del corpo.

A differenza delle cellule staminali totipotenti, tuttavia, queste hanno già perso la capacità di svilupparsi in organismi indipendenti geneticamente identici.

Ulteriori linee cellulari emergono dai tre cotiledoni, che inizialmente sono costituiti da cellule staminali multipotenti. Le cellule staminali multipotenti sono in grado di svilupparsi in tutti i tipi di cellule della rispettiva linea cellulare. Queste cellule non hanno più la capacità di trasformarsi in tutte le altre cellule del corpo, poiché hanno già raggiunto un grado di differenziazione più elevato rispetto alle cellule staminali pluripotenti.

Negli organismi animali e umani, il processo di differenziazione è associato a una determinazione. Determinazione descrive l'istituzione di una specializzazione una volta presa, in base alla quale l'ulteriore sviluppo delle linee cellulari viene trasmesso per mezzi epigenetici. Naturalmente, le cellule che sono già state pre-differenziate si differenzieranno ulteriormente nelle cellule della linea cellulare corrispondente come parte della loro determinazione.

Sebbene l'intera informazione genetica di ogni singola cellula sia identica, viene richiamata in modo diverso a seconda del tipo di cellula attraverso l'espressione genica. Ciò significa, tra le altre cose, che in una cellula epatica, ad esempio, viene decodificata solo l'informazione genetica per la funzionalità epatica, mentre tutte le altre informazioni rimangono non lette.

La differenziazione è influenzata da vari fattori esterni o interni. Ormoni e fattori di crescita svolgono un ruolo importante. I contatti delle cellule con le cellule vicine determinano anche la direzione della differenziazione.

Una transdeterminazione può verificarsi in determinate condizioni. La determinazione delle cellule viene modificata. Ciò è particolarmente importante nella guarigione delle ferite. Se le cellule sono già differenziate, in questi casi perdono la loro differenziazione e si differenziano nuovamente. Se questo processo è disturbato, tuttavia, può verificarsi il cancro.

La differenziazione è essenziale affinché l'organismo funzioni come un sistema biologico uniforme.

Malattie e disturbi

Nel contesto della differenziazione cellulare, tuttavia, possono verificarsi disturbi che possono portare a malformazioni d'organo durante l'embriogenesi. Ci sono alcune malattie genetiche con una varietà di displasie d'organo. Oltre alle malformazioni degli organi interni, l'aspetto esterno è spesso disarmonico.

Tuttavia, ci sono anche cause non genetiche di malformazioni d'organo. Un esempio è l'agenesia renale in assenza di liquido amniotico. Poiché l'embrione umano può svilupparsi solo all'interno del liquido amniotico, la mancanza di spazio qui porta a una differenziazione degli organi difettosa, per cui sono interessati anche altri organi e tessuti.

I farmaci possono anche interrompere il processo di differenziazione durante l'embriogenesi. Un esempio ben noto è il sedativo Contergan, che ha causato danni allo sviluppo della crescita del feto durante le prime fasi della gravidanza. Questo divenne pubblico nel 1961 con il cosiddetto Contergansandal.

Tuttavia, può anche accadere che cellule già differenziate si dedifferenzino e poi si moltiplichino in maniera incontrollata. Questa è la situazione con il cancro. Più le cellule si sono de-differenziate, più il tumore è maligno. Come già accennato, la dedifferenziazione è necessaria in alcuni casi quando c'è una maggiore necessità di crescita cellulare. Questo è il caso della guarigione delle ferite, tra le altre cose. In questi processi, tuttavia, la dedifferenziazione è seguita da una differenziazione delle cellule. Se la differenziazione poi fallisce, tuttavia, si sviluppa il cancro.

Le mutazioni somatiche nelle cellule possono anche influenzare i geni che influenzano la differenziazione. Pertanto, la probabilità di sviluppare il cancro aumenta nel corso della vita.