З моменту зачаття організм зазнає безліч змін. Розвиваючись всього з однієї клітини, що містить спадковий матеріал батьків, він росте за рахунок розмноження і диференціації клітин. Це постійний процес підтримки життя багатоклітинного організму, в основі якого лежить безліч міжклітинних взаємодій. На кожному етапі життя спеціалізація клітин змінюється і стає все більш вузькою.
Клітини і тканини
Група клітин з однаковими морфофізіологічними характеристиками, розташованих в одному місці і які вирішують однакові завдання, називається тканиною. З тканин складаються органи, а з систем органів - організм. Але щоб пройти шлях від зародкової клітини до організму, необхідно подолати безліч етапів диференціації клітин. Цей процес являє собою підготовку клітин до виконання покладених на них функцій, в результаті чого на високих щаблях розвитку вони втрачають здатність ділитися.
Регенерація
Необхідністю проходження тривалої диференціації пояснюється неможливість істинної регенерації високоспецифічних тканин і органів, клітини яких знаходяться на високому ступені свого розвитку. У цих органах механічні пошкодження відновлюються шляхом зрощення живих ділянок сполучною тканиною. Тобто повного відновлення клітин, які знаходилися в цьому місці раніше, якщо вони були високодиференційованими, ніколи не відбудеться.
Як приклади доречно навести освіту рубців при ураженні м 'язів, в тому числі і в серці. Також в результаті ураження мозку або нервів не відбувається відновлення нейронів. Після пошкодження високодиференційованої тканини організм змушений миритися з втратами її функцій. І лише використання стовбурових клітин, які ще не пройшли етап трансформації під дією локальних цитокінів і умов перебування, залишає надію на справжню регенерацію. Але поки це технологія майбутнього.
Зростання організму
Диференціація клітин в організмі відбувається поетапно залежно від медіаторів і сигналів, які вони отримують від регулятора. Без зовнішнього фактора трансформація неможлива в тому напрямку, в якому це потрібно для розвитку. А при його отриманні процес має спрямований строго типізований характер, де на кожному етапі є система контролю і відсіювання цитологічних популяцій, що не відбулися.
Тому процес зростання від зародка до сформованого організму являє собою запрограмовану в суворій послідовності диференціацію клітин. Цей порядок повинен неухильно дотримуватися, і, поки не відбувся один важливий етап, інша стадія поділу і цитологічної специфікації наступити не повинна. Інакше розвиток і зростання спочатку будуть відбуватися з помилкою, що призводить до формування вад або аномалій розвитку.
Еволюція багатоклітинності
У дорослого організму такий механізм лежить в основі формування пухлинних клітин. Складно уявити, наскільки величезна кількість етапів повинні змінити один одного в найсуворішій послідовності для правильної диференціації клітин і тканин. Це неймовірний механізм, завдяки якому функціонує багатоклітинний організм. Він же є наочною демонстрацією тези про те, що онтогенез є коротке повторення філогенезу. Це означає, що диференціація клітин відбувається в тій послідовності, в якій рухалася еволюція.
Гемопоетичне диференціювання
Диференціація клітин крові - наочний приклад стадійності даного процесу у високорозвиненого організму. У людини вона починається від спільного попередника, який називається гемопоетичною стовбуровою кліткою. Вона поліпотентна, тобто з неї під дією різних типів цитокінів може формуватися будь-яка клітина крові. Що важливіше, вона також є продуктом тривалого розвитку і підготовки до того, щоб стати попередницею гемопоезу. Вона пройшла стадію диференціації стовбурових клітин, підготувавшись лише до однієї мети - стати початком паростків кроветворіння. Інша тканина з неї вже не вийде, що відрізняє її від недифференційованих стовбурових клітин.
Початковий гемопоез
На першому етапі від стовбурової клітини під дією двох принципово різних факторів розвивається дві популяції. Під впливом тромбопоетину і колоніестимулюючого фактора (КСФ) формується велика клітинна група попередників мієлопоезу. Від цієї групи будуть розвиватися всі моноцити, зернисті лейкоцити, тромбоцити і еритроцити. Якраз утворення примітивної клітини-попередниці і є стартовим етапом поділу гемопоезу на два потоки. Перший потік - це мієлопоез, а другий - лейкопоез.
Під час нього від цієї ж поліпотентної клітини-попередниці, але вже під впливом інтерлейкіна, формується клітинна популяція лейкопоезу. Від неї будуть розвиватися Т і В лімфоцити з природними клітинами-вбивцями. Поділ на два потоки є прикладом початкової диференціації клітин. Це означає, що до моменту формування функціонуючих клітин крові пройде кілька стадій, на кожній з яких зміниться фенотип і рецепторний набір. Багато хто змінить локацію, де поділ і цитологічна специфікація відбуватимуться під впливом цитокінів і антигенів з антитілами.
Мієлопоез
Основною здатною до ділення клітиною, яка дає початок всім мієлоцитам, є мієлоїдний паросток. Його розвиток йде за двома потоками: перший - утворення спільного з тромбоцитами і еритроцитами попередника, а другий - формування протолейкоциту, від якого візьме свій початок моноцит і гранулоцит. Перший потік диференціації клітин - це процес їх розвитку під дією колоніестимулюючого фактора, тромбопоетину та інтерлейкіну 3-го типу.
Попередники лейкоцитів і моноцитів утворюються під дією гемопоетичного колоніестимулюючого фактора. Із загального попередника тромбоцитів і еритроцитів під дією тромбопоетину та еритропоетину відповідно розвиваються проміжні форми клітин. З них шляхом так званого визрівання та додаткового розвитку будуть сформовані дорослі клітини еритроцитів і тромбоцитів.
Примітно, що тромбоцити - це, швидше, осколки клітини, що передує їм, так як на етапі диференціювання вони втратили непотрібні органели і ядро. У еритроцитів ядро також було ліквідовано, а цитоплазма заповнилася гемоглобіном. Лейкоцити як клітини, що розвиваються на другому потоці мієлопоезу, мають ядро, хоча їх ступінь диференціювання також дуже висока.
Лейкопоез
Лімфоцитарна диференціація клітин - це процес утворення лімфоцитів і природних клітин-убивць із загального попередника лімфопоезу. Вона здійснюється переважно під впливом інтерлейкінів і спочатку також ділиться на два потоки - В-лімфопоез і Т-лімфопоез. Цей етап контрольованого розвитку дає дві популяції уніпотентних клітин, призначених тільки для того, щоб стати проміжною формою для формування одного лімфоцитарного паростка.
З Т-паросткової зони формується попередник Т-кілерів і Т-лімфоцитів, а з В-клітинного попередника вплив інтерлейкіна-4 формує В-лімфоцитарну росткову зону. Т-кілери формуються під дією інтерлейкіна-15, фактора експресії відповідних рецепторів - кластерів диференціювання (CD). На їх підставі вся популяція лімфоцитів буде поділена на групи в залежності від типу свого CD-антигена. Відповідно цьому, імунноцити будуть виконувати різні функції.