Contenu
- L'expression génique fonctionne en faisant des copies du gène
- Facteurs internes qui affectent la spécialisation cellulaire
- La ségrégation asymétrique produit différentes cellules
- La signalisation cellulaire est à la base de la différenciation cellulaire
- La signalisation cellulaire par diffusion influence le développement des tissus
- La signalisation cellulaire locale permet aux cellules de reconnaître leurs voisins
- Facteurs affectant la signalisation cellulaire influent sur la différenciation cellulaire
- Les facteurs environnementaux peuvent influencer la différenciation cellulaire
Au cours de la différenciation cellulaire dans les organismes multicellulaires, les cellules se spécialisent et jouent des rôles tels que ceux de cellules nerveuses, musculaires et sanguines. Les facteurs impliqués dans le déclenchement de la différenciation cellulaire incluent la signalisation cellulaire, influences environnementales et niveau de développement de l'organisme.
La différenciation cellulaire basique survient après la fertilisation d'un ovule par un spermatozoïde et le zygote résultant atteint une certaine taille. À ce stade, le zygote commence à développer différents types de cellules et a besoin de cellules différenciées pour assumer les fonctions spécialisées.
Le mécanisme qui est à la base de la différenciation cellulaire est l'expression du gène. Toutes les cellules d'un organisme ont des ensembles identiques de gènes car le code génétique a été copié à partir de l'ovule fécondé par le spermatozoïde. Pour assumer une fonction spécialisée, une cellule n'exprimera ou n'utilisera que certains gènes dans son code génétique et ignorera le reste.
Par exemple, une cellule qui se différencie pour devenir une cellule du foie exprimera les gènes de la cellule du foie, et toutes les autres cellules du foie utiliseront le même ensemble de gènes du foie. Ils se différencieront pour former le foie.
La différenciation cellulaire a lieu dans trois situations:
Dans chaque cas, la signalisation cellulaire informe les cellules du type de cellule spécialisée requis. Les cellules indifférenciées expriment les gènes correspondants pour répondre aux besoins de l'organisme.
L'expression génique fonctionne en faisant des copies du gène
Le code génétique des cellules eucaryotes est situé sur l'ADN dans le noyau. L'ADN ne peut pas quitter le noyau, la cellule doit donc copier le gène qu'elle veut exprimer.
ARN messager (ARNm) se fixe à l'ADN et copie le gène correspondant. L'ARNm peut voyager à l'extérieur du noyau et transmettre les instructions génétiques aux ribosomes qui flottent dans le cytoplasme cellulaire ou qui sont attachés au réticulum endoplasmique. Les ribosomes produisent la protéine codée par le gène exprimé.
En fonction des signaux reçus par la cellule, des influences environnementales et du stade de développement de la cellule, le processus d’expression génique peut être bloqué à n’importe quel stade. Si l'organisme n'a pas besoin de la protéine codée par le gène, l'ARNm ne le copiera pas et le processus d'expression du gène ne commencera pas.
Même après que l'ARNm ait copié le gène, la molécule d'ARNm peut être empêchée de sortir du noyau ou peut ne pas être capable d'atteindre un ribosome. Les ribosomes peuvent ne pas produire la protéine requise même si l'ARNm délivre le code génétique copié. Différents facteurs peuvent influencer l'expression des gènes tout au long de ce processus en plusieurs étapes.
Facteurs internes qui affectent la spécialisation cellulaire
Les organismes ont plusieurs moyens de s’assurer que les cellules se développent pour devenir les cellules spécialisées et différenciées dont elles ont besoin.
Le facteur clé de la différenciation cellulaire dans le corps est la fabrication de protéines. Les cellules peuvent se différencier en fonction des gènes exprimés et des protéines codées dans les gènes exprimés. Les protéines produites aident les cellules différenciées à remplir leur fonction spécialisée et leur permettent de dire aux autres cellules ce qu’elles font par le biais de la signalisation cellulaire.
Un autre mécanisme pouvant influencer la différenciation cellulaire est la ségrégation asymétrique dans la division cellulaire. Des substances telles que des protéines spéciales se rassemblent à une extrémité d'une cellule. Lorsque la cellule se divise, une cellule fille contient plus de protéines spéciales que l'autre. Les cellules deviennent différents types de cellules en raison de la distribution différente des protéines.
Au fur et à mesure que la cellule se différencie, le type de spécialisation qu'elle peut assumer devient plus limité. Les cellules souches embryonnaires peuvent initialement devenir n'importe quel type de cellule, mais une fois que la cellule est mature et a assumé un rôle spécialisé, elle ne peut souvent plus changer. Les cellules souches embryonnaires sont appelées totipotent les cellules, car elles peuvent encore jouer n'importe quel rôle, tandis que les cellules matures, spécialisées et totalement différenciées, ne peuvent remplir que leur fonction spécialisée.
La ségrégation asymétrique produit différentes cellules
L'expression génique est responsable de la spécialisation cellulaire, mais les cellules de base doivent pouvoir assumer les fonctions spécialisées. Avant que la différenciation et la spécialisation cellulaire puissent avoir lieu, le type de cellule approprié doit être disponible. La ségrégation asymétrique peut produire de tels types de cellules. Les cellules embryonnaires totipotentes deviennent l’un des trois types de pluripotente cellules qui finissent par se différencier en différents tissus corporels.
Les trois types de cellules pluripotentes sont:
Alors que la signalisation cellulaire est responsable de la production de différents types de cellules et de la spécialisation cellulaire, la ségrégation asymétrique agit au début du développement cellulaire pour produire des cellules pluripotentes.
La transcription de l'ADN en ARNm s'effectue de telle manière que l'ARNm produit certaines protéines à une extrémité de la cellule et différentes protéines à l'autre extrémité. La division cellulaire donne deux types différents de cellules filles pouvant produire des cellules avec des spécialisations différentes.
La signalisation cellulaire est à la base de la différenciation cellulaire
Les mécanismes internes qui influencent la différenciation cellulaire des cellules pluripotentes sont principalement basés sur la signalisation cellulaire. Les cellules reçoivent des signaux chimiques leur indiquant quel type de cellule ou quel type de protéine est nécessaire.
Les mécanismes de signalisation cellulaire comprennent:
Les cellules éliminent continuellement les produits chimiques concernant leurs activités et reçoivent des signaux sur ce qui se passe dans leur voisinage immédiat, dans les tissus où elles se trouvent et dans le corps au sens large. Ces signaux sont les principaux facteurs qui affectent la spécialisation cellulaire et la signalisation cellulaire est le facteur déterminant de la différenciation cellulaire dans le corps.
La signalisation cellulaire par diffusion influence le développement des tissus
Les cellules deviennent sensibles à certains signaux chimiques car elles ont les récepteurs sur leur membrane cellulaire. Les récepteurs dépendent du type de cellule, de son évolution et des gènes exprimés. Lorsque les récepteurs sont activés, la cellule se différencie davantage.
Lorsqu'une cellule envoie un signal à de nombreuses cellules voisines, elle émet une substance chimique qui diffuse à travers le tissu dans lequel la cellule est intégrée. Le signal chimique est capturé par les récepteurs des membranes cellulaires des cellules environnantes et déclenche une réponse à l'intérieur de chaque cellule. Ces réponses aident les cellules à se différencier de manière à construit des tissus.
Par exemple, les cellules qui feront partie du foie émettent des produits chimiques qui déclenchent les récepteurs correspondants dans les cellules voisines, et toutes les cellules se trouvant à cet endroit se différencient en cellules du foie. À mesure que le tissu hépatique se forme, la signalisation cellulaire supplémentaire amène certaines cellules à se différencier en cellules canalaires ou en tissus de liaison. Finalement, les cellules différenciées forment un foie complet et fonctionnel.
La signalisation cellulaire locale permet aux cellules de reconnaître leurs voisins
Pour se développer en cellules spécialisées nécessaires à l'organisme, les cellules doivent savoir ce que font les autres cellules dans leur environnement immédiat. Des récepteurs spéciaux pour le contact cellule à cellule et les jonctions lacunaires entre cellules facilitent l'échange direct de signaux entre les cellules voisines. Les cellules peuvent s'assurer que leur environnement correspond à leur spécialisation différenciée.
Dans signalisation de cellule à cellule, les protéines de récepteur spécialement formées à la surface d'une cellule correspondent aux protéines correspondantes sur la membrane de cellules voisines. Lorsque les cellules entrent en contact, les deux protéines se lient et un signal est déclenché d'une cellule à l'autre. Le signal passe à travers la membrane cellulaire et entre dans la cellule où il provoque un comportement cellulaire spécifique.
Par exemple, les cellules de la peau doivent s'assurer qu'elles sont entourées d'autres cellules de la peau, mais certaines cellules de la peau auront les cellules du tissu sous-jacent en dessous. La signalisation de cellule à cellule permet aux cellules de s’assurer que leur environnement correspond à leur différenciation.
Les jonctions sont des liens spéciaux entre les cellules voisines qui permettent un échange facile et direct de protéines jouant le rôle de s. En utilisant des jonctions, les cellules peuvent coordonner leurs activités et échanger des signaux rapidement et facilement.
Par exemple, les cellules nerveuses utilisent des jonctions lacunaires pour établir des voies nerveuses et permettent aux cellules de se différencier en un type de cellule nerveuse approprié à leur emplacement dans la peau, dans la moelle épinière ou dans le cerveau.
Facteurs affectant la signalisation cellulaire influent sur la différenciation cellulaire
La signalisation cellulaire et la différenciation cellulaire qui en résulte sont des processus complexes comportant de nombreuses étapes. Les signaux doivent être produits, propagés, reçus et traités. Les déclencheurs résultant des signaux de cellule doivent fonctionner comme prévu. Les facteurs qui perturbent toutes les étapes peuvent influencer la différenciation cellulaire et provoquer des changements dans l'organisme.
Les facteurs pouvant influencer et perturber la signalisation et la différenciation cellulaires sont notamment le manque de nutriments; Si une cellule ne peut pas produire de protéine car elle manque des éléments constitutifs, elle ne peut pas se différencier. Les mutations dans le code génétique sont un autre problème.
Si l'ADN est défectueux ou si la transcription est fausse, le processus de signalisation et de différenciation est interrompu. En outre, si les produits chimiques de signalisation sont bloqués ou si les récepteurs de cellules sont remplis de liaisons chimiques non signalant, le processus de signalisation ne fonctionnera pas correctement.
Les facteurs environnementaux peuvent influencer la différenciation cellulaire
Les influences de l'environnement de l'organisme qui peuvent affecter la signalisation cellulaire, l'expression des gènes et la différenciation cellulaire peuvent modifier, arrêter ou perturber le processus. Certains facteurs environnementaux sont utilisés par l’organisme pour l’adaptation, d’autres peuvent être utilisés pour combattre les maladies, d’autres, pour nuire à l’organisme ou le tuer.
Par exemple, la température ambiante peut influencer le développement de certains organismes. Les températures plus élevées accélèrent la croissance des cellules et leur différenciation tandis que les basses températures ralentissent ou arrêtent le développement.
Les médicaments peuvent perturber la différenciation des cellules nuisibles. Par exemple, les médicaments peuvent bloquer l'une des étapes du processus pour une croissance tumorale illimitée et arrêter l'expression des gènes correspondants.
Les blessures peuvent affecter l'expression des gènes et déterminer le type de cellule nécessaire pour réparer les dommages. Les virus et les bactéries peuvent influencer la différenciation cellulaire. Par exemple, si une mère est infectée par une maladie telle que la rubéole, le développement du foetus peut avoir une influence sur la différenciation cellulaire et peut entraîner des anomalies congénitales.
Enfin, les produits chimiques toxiques peuvent affecter la différenciation cellulaire. Les substances qui attaquent ou bloquent les produits chimiques de signalisation ou qui bloquent les positions des récepteurs de signaux sur les membranes cellulaires peuvent arrêter l’activité de signalisation et influer sur la différenciation cellulaire.
Dans le cas de ces facteurs environnementaux, l'organisme tente de réagir en s'adaptant ou en modifiant les processus internes. L'adaptation est efficace pour certaines influences environnementales, mais pour d'autres, l'organisme peut survivre mais présente des défauts, ou l'organisme peut mourir.