Когда клетка дифференцируется (становится более специализированной), она может принимать значительные изменения в своем размере, форме, метаболической активности и общей функции. Поскольку все клетки организма, начиная с оплодотворенной яйцеклетки, содержат одну и ту же ДНК, как получается, что разные типы клеток могут быть такими разными?
Ответ аналогичен сценарию фильма. Различные актеры в фильме читают один и тот же сценарий, однако каждый из них читает только свою часть сценария. Аналогичным образом, все клетки содержат один и тот же полный комплект ДНК, но каждый тип клетки "читает" только те части ДНК, которые имеют отношение к ее собственной функции. В биологии это называется уникальной генетической экспрессией каждой клетки.
Для того, чтобы клетка дифференцировалась в свою специализированную форму и функцию, ей нужно манипулировать только теми генами (и, следовательно, теми белками), которые будут экспрессироваться, а не теми, которые останутся молчаливыми. Основным механизмом включения или выключения генов являются факторы транскрипции.
Фактор транскрипции является одним из классов белков, которые связываются с определенными генами молекулы ДНК и либо способствуют, либо подавляют их транскрипцию.
Исследование стволовых клеток
Исследование стволовых клеток направлено на поиск путей использования стволовых клеток для регенерации и восстановления повреждений клеток. Со временем большинство взрослых клеток подвергаются износу и старению, теряют способность к разделению и восстановлению. Стволовые клетки не имеют определенной морфологии или функции.
Взрослые стволовые клетки, которые существуют в виде небольшого подмножества клеток в большинстве тканей, продолжают делиться и могут дифференцироваться на ряд специализированных клеток, обычно образованных этой тканью. Эти клетки позволяют организму обновлять и восстанавливать ткани тела. Механизмы, побуждающие недифференцированную клетку к превращению в специализированную клетку, плохо изучены.
В лабораторных условиях можно стимулировать дифференцировку стволовых клеток в специализированные клетки, изменяя физические и химические условия роста. Экспериментально используются несколько источников стволовых клеток, которые классифицируются в зависимости от их происхождения и потенциала дифференциации.
Эмбриональные стволовые клетки человека извлекаются из эмбрионов и являются плюрипотентными. Взрослые стволовые клетки, присутствующие во многих органах и дифференцированных тканях, таких как костный мозг и кожа, являются мультипотентными и ограничены в дифференцировке по типам клеток, встречающихся в этих тканях.
Стволовые клетки, выделенные из пуповинной крови, также являются мультипотентными, как и клетки молочных зубов (молочные зубы). Исследователи недавно разработали индуцированные плюрипотентные стволовые клетки из стволовых клеток мышей и взрослых людей. Это генетически перепрограммированные мультипотентные взрослые клетки, функционирующие как эмбриональные стволовые клетки, способные генерировать клетки, характерные для всех трех зародышевых слоев.
Благодаря своей способности делиться и дифференцироваться на специализированные клетки стволовые клетки предлагают потенциальное лечение таких заболеваний, как диабет и болезни сердца. Клеточная терапия относится к лечению, при котором стволовые клетки, индуцированные к дифференцировке в тарелке для роста, вводятся пациенту для восстановления поврежденных или разрушенных клеток или тканей.
Для применения клеточной терапии необходимо преодолеть множество препятствий. Хотя эмбриональные стволовые клетки обладают практически неограниченным потенциалом дифференцировки, они рассматриваются иммунной системой пациента как чужеродные и могут вызвать отторжение. Кроме того, уничтожение эмбрионов для изоляции эмбриональных стволовых клеток ставит серьезные этические и правовые вопросы.