Transdetermination

Transdetermination v biológii predstavuje preprogramovanie diferencovanej telesnej bunky. Proces diferenciácie telesných buniek z oplodnenej vaječnej bunky na plne rozvinutý organizmus je spravidla nezvratný. Za určitých podmienok sa však bunka, ktorá je určená v jej diferenciácii, môže preprogramovať.

Čo je to transdeterminácia?

Transdeterminácia znamená transformáciu z jedného určeného stavu do druhého určeného stavu.V biológii je transdeterminácia charakterizovaná preprogramovaním už diferencovanej telesnej bunky na inú diferencovanú telesnú bunku.

V prípade ľudí a väčšiny mnohobunkových zvierat začína vývoj organizmov oplodnenou vaječnou bunkou. Z tejto prvej bunky sa vyvíja celý organizmus. Keď sa bunky delia, jednotlivé bunky sa v priebehu embryogenézy čoraz viac diferencujú alebo špecializujú. Takto sa vyvíjajú orgány. Napríklad pečeňové bunky majú rovnakú genetickú informáciu ako srdcové bunky. V obidvoch bunkových typoch sú však potrebné genetické informácie získavané z rôznych génov.

V rámci diferenciácie sú určité gény zastavené metyláciou alebo modifikáciou histónov. K diferenciácii dochádza tým, že rôzne gény sú vypnuté z bunkovej línie na bunkovú líniu.

Počas transdeterminácie sa neaktívne gény reaktivujú a predtým aktivované gény sú opäť neaktívne. Príkladom by mohla byť komplexná transformácia kožných buniek na pečeňové bunky.

Funkcia a úloha

Hnojená vaječná bunka je prvou bunkou v organizme. Je to pôvodná kmeňová bunka všetkých neskôr vysoko diferencovaných buniek. Spolu s prvými ôsmimi bunkami sa označuje ako totipotentná kmeňová bunka. Tieto prvé bunky sú stále úplne nediferencované a každá sa môže vyvinúť v nezávislý organizmus.

Po ôsmom delení buniek sa tvoria pluripotentné alebo embryonálne kmeňové bunky. Tieto sa stále môžu transformovať do buniek všetkých troch zárodočných vrstiev (ektoderm, mezoderm, endoderm). Už však stratili schopnosť vyvinúť sa v nezávislé organizmy.

Ďalší vývoj vedie k postembryonálnym kmeňovým bunkám, ktoré sa v závislosti od štádia vývoja delia na fetálne, novorodenecké a dospelé kmeňové bunky. Postembryonálne kmeňové bunky už predstavujú rôzne bunkové línie, ktoré sa môžu transformovať do určitých orgánových systémov. Aj oni majú stále diferenciačný potenciál, ktorý sa však týka iba určitých typov buniek. Nazývajú sa multipotentné kmeňové bunky. Napríklad nervové kmeňové bunky sa môžu stále transformovať na rôzne formy nervových buniek, ale už na krvné bunky.

transdiferenciace alebo je možná transdeterminácia buniek. Je však sporné, či je možné úplne naprogramovať úplne diferencovanú telesnú bunku. Na tento účel by musela byť aktivovaná expresia tisícov génov súčasne a tisíce ďalších génov deaktivovaných súčasne, napríklad aby sa kožná bunka zmenila na svalovú bunku. Doteraz sa predpokladalo, že to dokážu len dospelé kmeňové bunky. Ich diferenciačný potenciál presahuje kotyledón.

Preprogramovanie sa zvyčajne uskutočňuje v dvoch krokoch. Po prvé, bunka je dediferencovaná. Po delení buniek dochádza k diferenciácii opäť v inej orientácii. Takáto transdeterminácia sa uskutočňuje v organizme, napríklad počas hojenia rán. Z dospelých kmeňových buniek sa vyvíja široká škála typov buniek, ktoré sú potrebné pre proces hojenia.

V budúcnosti bude mať medicína pravdepodobne vynikajúce vyhliadky ako alternatívu k dnešnej transplantačnej technológii. Týmto spôsobom môžu byť choré orgány pestované priamo z vlastných dospelých kmeňových buniek. Roky liečby drogami na obmedzenie reakcií na odmietnutie by boli minulosťou. V rôznych štúdiách bunkových kultúr in vitro sa na dediferencovanie a rediferencovanie buniek použil rastový faktor.

V rámci výskumu kmeňových buniek sa zistilo, že kmeňové bunky môžu byť schopné nahradiť bunky, ktoré boli zničené pri srdcovom infarkte. Výsledky tiež naznačujú, že liečenie nie je založené na nahradení trans-determinovanými bunkami, ale na stimulácii procesov bunkového rastu a diferenciácie buniek. Dospelé kmeňové bunky sa tiež osvedčujú pri regenerácii chrupavky a kostí.

Choroby a choroby

V súvislosti s transdetermináciou sa stále a znovu objavujú vážne choroby. Vývoj rakoviny je založený na dediferenciácii telesných buniek. Zmeny v bunke môžu viesť k nediferencovanému deleniu buniek, ktoré môže tvorbou metastáz zahrnúť celé telo. Príčinou môžu byť somatické mutácie, vírusy alebo mimo profilácie buniek v priebehu liečebných procesov.

Dediferenciacia môže byť rýchla. Existujú však aj formy rakoviny, pri ktorých nádor zostáva dlho diferencovaný. Po fáze dediferenciácie sa potom nedeje už žiadna ďalšia diferenciácia. Deliace bunky sú degenerované a po každom delení buniek sa vzdialia ďalej od svojho pôvodného stavu.

Genetická informácia sa tiež neustále mení. Napríklad hojenie rán je prírodný proces, ktorý je založený na transdeterminácii. Tu sa dospelé kmeňové bunky transformujú na diferencované kožné bunky, bunky spojivového tkaniva alebo bunky iného typu, v zriedkavých prípadoch sa však malígny nádor tvorí ako súčasť konštantného delenia buniek.

To isté sa môže stať po imunitných reakciách. Lymfómy sú okrem iného výrazom imunitného systému, ktorý sa vymkol spod kontroly.