Livelli di differenziazione cellulare e controllo

Livelli di differenziazione cellulare e controllo!

Tutti i processi cellulari sono controllati da enzimi (proteine). Questi sono sintetizzati all'interno della cellula da geni.

L'espressione dei geni, cioè la proteina sintetizzata da essi, può essere controllata a tre diversi livelli e questo controllo è esercitato da fattori presenti nel citoplasma. Questi sono:

I. Differenziazione effettuata nel genoma:

A. Cambiamento del quantum del DNA:

La quantità di DNA può essere aumentata o diminuita e pertanto può essere determinata la differenziazione. L'aumento o la diminuzione possono essere determinati dai seguenti metodi.

1. Riduzione della cromatina:

Boveri (1889) osservò la diminuzione della cromatina nello zigote del nematode Parascaris, scoprì che dopo la prima scissione, dalla cellula più vicina al polo animale, parte del materiale cromosomico viene versato nel citoplasma durante la seconda scissione.

Nello stadio a 32 cellule, solo due cellule hanno il complemento completo del gene (cellule germinali primordiali), mentre quelle rimanenti hanno subito una diminuzione della cromatina (cellule somatiche presunte). Così diverse cellule della blastula hanno un contenuto differente di cromatina e hanno una differenziazione quantitativa. Il differenziale del DNA ha un'interazione differenziale tra nucleo e citoplasma. Un fenomeno simile è stato notato in alcuni Ditteri.

2. Amplificazione genica:

Negli ovociti anfibi la sintesi dell'rRNA è molto attiva. Per questo il gene per l'RRNA esiste in un gran numero di copie. Il genoma diploide di Xenopus laevis contiene circa 1600 copie dei geni per l'RRNA e tutti sono raggruppati nella regione dell'organizzatore nucleolare.

Ognuno di questi nucleoli sintetizza attivamente rRNA. I cromosomi a pennellino degli ovociti anfibi hanno copie extra dei geni tRNA e mRNA che sintetizzano un gran numero di queste molecole. Questi hanno un'influenza normativa sul processo di sviluppo.

3. Lesioni genetiche:

Una varietà mutante di Xenopus laevis possedeva solo un nucleolo invece dei due normali. Questa carenza di materiale nucleolare non impedisce il normale sviluppo. Quando questi mutanti sono stati accoppiati i discendenti erano di tre tipi: Normal Form (2 nu), eterozigote (1 nu) e omozigote mutante (0. nu) nel tipico rapporto mendeliano di 1: 2: 1. Gli individui senza nucleolo fanno non sviluppare oltre le prime fasi. Il mutante (Onu) si forma a causa della delezione di geni RRNA di 28 S e 18 S da uno dei cromosomi.

(B) Cambiamenti chimici nel DNA:

Il DNA può essere modificato chimicamente mediante alchilazione o metilazione per cui sono presenti gli enzimi necessari all'interno della cellula. Le reazioni influenzano particolari basi nucleotidiche del DNA che a loro volta alterano altri risultati. Di questi, la metilazione avviene solo dopo la replicazione del DNA e quindi questa reazione deve aver luogo ogni volta dopo il completamento della replicazione del DNA.

II. Controllo della differenziazione a livello di trascrizione:

A livello di trascrizione durante il processo di sintesi proteica, i vari geni presenti nei cromosomi di un embrione in via di sviluppo possono essere controllati con i seguenti metodi.

1. Regolazione del gene dagli istoni:

Una molecola di DNA a doppio filamento ha gruppi acidi liberi di acido fosforico sulla loro superficie esterna e questi possono stabilire legami saldi con i gruppi NH ⁺² degli aminoacidi basici delle catene di istoni. Questa intima associazione di DNA e istoni impedisce al DNA di interagire con altre sostanze nel citoplasma e serve quindi come modelli per la produzione di RNA. Gli istoni inibiscono la sintesi dell'RNA innescato dal DNA per diminuire l'attività della DNA polimerasi. Quindi, gli istoni servono da repressori.

2. Regolazione genica da parte delle proteine ​​acide:

Queste sono fosfoproteine ​​non istoniche, con triptofano e tirosina come costituenti principali. Queste proteine ​​rimangono intimamente associate al DNA (complesso libero di istoni) e sono considerate più vitali per gli istoni di regolazione genica.

Il complesso di DNA-istone rimane inerte alla trascrizione, così che le proteine ​​acide interagiscono con gli istoni di base, mettendo gli istoni di certi geni critici come promotori in modo che i geni possano essere trascritti.

3. Regolazione del gene mediante eterocromatazione:

L'eterocromatina dell'interfase ha un ruolo specifico nella regolazione genica. Ad esempio, la sintesi delle proteine ​​è molto meno negli esseri umani dove le cellule del sangue contengono grandi masse di eterocromatina condensata, mentre nei globuli bianchi la sintesi delle proteine ​​è molto meno dovuta alla mancanza di eterocromatina condensata.

III. Controllo della differenziazione a livello di traduzione:

Il messaggio trasportato dall'mRNA deve essere decodificato e gli aminoacidi richiesti devono essere raccolti per formare le varie proteine. Questo comporta diversi passaggi, quindi c'è sempre la possibilità di vari controlli esistenti ad ogni livello.

Gli importanti meccanismi normativi esistenti a livello di traduzione sono i seguenti:

1. Movimento dell'mRNA dal nucleo al citoplasma:

È possibile che tutto l'mRNA che lascia il nucleo non raggiunga il citoplasma. Potrebbero esserci perdite di bit di mRNA, il che significa che la traduzione potrebbe non essere corretta. Se ad alcuni mRNA viene impedito di raggiungere il citoplasma, allora anche la traduzione potrebbe essere diversa.

2. Ritenzione di rottura dell'mRNA all'interno del nucleo:

L'mRNA può essere trasmesso al citoplasma o può essere degradato o degradato a causa di vari fattori. La degradazione può verificarsi in alcune parti dei filamenti di mRNA che determinano una traduzione differenziale.

3. Mascheramento dell'mRNA:

Una volta che l'mRNA è mascherato la traduzione non è possibile. La mascheratura richiede il lavoro di un altro agente per agire. Il mascheramento potrebbe non essere intero ma parziale, determinando quindi differenze nella traduzione.

4. Effetto di specifiche molecole regolatrici sull'mRNA:

Alcune molecole regolatrici presenti nel citoplasma possono associarsi con l'mRNA e quindi impedire che l'mRNA svolga il proprio ruolo nella traduzione. L'associazione può essere parziale o completa.

5. Distruzione dell'mRNA:

A volte l'mRNA può raggiungere i ribosomi intatti ma può essere distrutto a causa di determinate forze che possono esistere. Ciò impedisce o altera il lavoro di traduzione determinando in tal modo la differenziazione.

6. Inattivazione ribosomiale:

I ribosomi che normalmente svolgono un ruolo importante nella sintesi proteica possono essere inattivati ​​in modo tale da non formare una particolare proteina. Dopo qualche tempo può essere attivato anche il ribosoma. Questo fenomeno provoca interruzioni temporanee nella traduzione.

7. Cambiamenti nella piegatura delle catene di polipeptidi nascenti:

Durante la sintesi proteica le catene polipeptidiche formano il precursore delle proteine. Questo succede piegando. Qualsiasi alterazione del modello pieghevole può alterare la struttura e determinare la differenziazione.

8. Cambiamenti determinati nei fattori che influenzano la sintesi proteica:

Molti fattori come ormoni, enzimi, ecc. Determinano la differenziazione influenzando il percorso della sintesi proteica. Gli ormoni si rivelano molto efficaci in questa direzione e portano a questi cambiamenti attraverso percorsi diversi.

Possono agire come depressori genetici. Quando ai ratti veniva somministrata una iniezione di idrocortisone, la velocità della sintesi dell'RNA aumentava nel fegato. Allo stesso modo se gli estrogeni vengono iniettati, l'endometrio uterino mostra una grande attività. Si nota che il cortisone stimola le secrezioni dei quattro enzimi: triptofano pirrolasi, tirosina transaminasi, alanina transaminasi glutammica e arginasi. Gli ormoni possono anche influenzare l'attività degli enzimi a livello di traduzione. Gli ormoni influenzano l'attività dei geni cromosomici trovandosi localizzati nel nucleo. Gli ormoni sono più specifici di un organo rispetto al gene specifico.