Диференціація клітин в ході індивідуального розвитку організму

Процеси диференціації мають місце на всіх етапах онтогенезу. В яйцеклітині відбувається овоплазматична сегрегація (розділення яйця на зони), яка визначає напрямок розвитку бластомерів у зародках ряду видів тварин. Під час цього етапу диференціації, який називається овотиповим, існують біохімічні відмінності між різними ділянками цитоплазми зиготи. Ці ділянки (їх називають презумптивними або морфогенетичними детермінантами), потрапляючи при дробленні зиготи в той або інший бластомер, визначають напрямок його подальшої диференціації. Ідея про нерівноцінність різних ділянок цитоплазми яйцеклітини лежала в основі однієї із наукових теорій клітинної диференціації – теорії Дріша-Моргана. Дійсно, цитоплазма яйцеклітини впливає на транскрипційну активність ядер. Найкраще це показано в класичних дослідах Дж. Гердона (див.вище) по пересадці ядер диференційованих клітин в енуклеїнові яйцеклітини: в пересаджених ядрах починається синтез різних видів РНК точно за тим же розкладом, що і в нормальній яйцеклітині, що дробиться.

На молекулярному рівні морфогенетичні детермінанти реалізують свою дію як фактори, що регулюють і/або модулюють транскрипцію, а їх переніс в ту або іншу частину яйця опосередковується внутрішньоклітинною системою транспорту (білки цитоскелету, динеїн, кінезин).

Але у більшості випадків напрямок диференціації ембріональних клітин може бути змінений вже після того як завершилась овоплазматична сегрегація (інтенсивне переміщення цитоплазми яйцеклітини, в ході якого намічаються основні, але далеко не всі, елементи просторової організації зародка). Основну роль у виборі даної клітини напрямку диференціації виконують зовнішні сигнали, які поступають безпосередньо або опосередковано від інших клітин організму, а також від структур позаклітинного матриксу. Саме диференціація у відповідь на зовнішні сигнали забезпечує гнучкість і тонку просторово-часову координацію диференціювань, без чого неможливий нормальний розвиток.

Бластомерний етап – між бластомерами виникають біохімічні та морфологічні відмінності, які підсилюються в міру дроблення. По мірі дроблення утворені ядра розходяться в різні ділянки яйця і оточуються різними видами цитоплазми. Це різне оточення і визначає диференціальну активність генів в різних зачатках. При цьому незначна, чисто кількісна відмінність в цитоплазмі двох клітин, які опинились в різних частинах бластули, може привести до включення різних генів, що в свою чергу, приведе до синтезу вже зовсім різних білків і тим самим істотно змінить і всі властивості цих клітин.

За рахунок овоплазматичної сегрегації може виникнути стільки видів клітин, скільки в яйці утворилось зон цитоплазми. Таким чином можна пояснити тільки первинну диференціацію і початкові процеси розвитку у вигляді гаструляції. Подальша диференціація – поява відмінностей між однаковими до того клітинами – може бути досягнута тільки за рахунок впливу на клітину зовні, зі сторони інших клітин.

Гаструляційний етап – між клітинами посилюються біохімічні й морфологічні відмінності, можливості ж їхнього подальшого специфічного розвитку все більше звужуються.

Ранній гістогенетичний етап – поява зачатків тканин.

Пізній гістогенетичний етап – формування тканин і органів.

У ході гаструляції, закладання й розвитку органів відбуваються різноманітні процеси морфологічної, фізіолого-біохімічної та функціональної диференціації клітин. При цьому клітини, які диференціюються, стають усе більш залежними одна від одної та від організму як цілісної системи, а отже, усе менше здатними до самозабезпечення. Процеси диференціювання відбуваються і в дорослому організмі, вони лежать в основі оновлення багатьох тканин. Таким чином, здатність до диференціації є характерною не лише для клітин організму, який розвивається, вона зберігається і в клітинах дорослої особини.