Det differentiering i biologi markerer overgangen fra en dårligt differentieret til en stærkt differentieret tilstand. Denne proces er af særlig betydning under udviklingen af den befrugtede ægcelle til en komplet organisme. Forstyrrelser i differentieringsprocessen kan føre til alvorlige sygdomme som kræft eller misdannelser.
Hvad er differentieringen?
Biologisk differentiering handler om specialiseringen af udifferentierede stamceller i differentierede kropsceller. Disse processer spiller en særlig vigtig rolle under embryogenese og efterfølgende vækst. Differentieringsprocesser er også vigtige for opretholdelse af kropsfunktioner i voksne organismer.
Oprindeligt har udifferentierede stamceller stadig evnen til at transformere til alle andre kropsceller. I processen opstår specialiserede kropsceller gennem flere differentieringsprocesser, der danner de forskellige organer og i sidste ende mister evnen til at dele sig.
Der er flere typer stamceller. De såkaldte totipotente stamceller er stadig i stand til at omdanne sig selv til en komplet organisme. De pluripotente stamceller kan igen differentiere sig til alle kropsceller. Det er dog ikke længere muligt for dem at udvikle sig til individuelle organismer. Multipotente stamceller har allerede udviklet en vis differentiering til en bestemt cellelinje. De kan dog stadig differentiere til alle andre celler i denne cellelinje.
Funktion & opgave
Biologisk differentiering er en af de vigtigste processer i udviklingen af plante-, dyre- eller humane organismer. Under denne proces udvikler man sig bl.a. kropsceller, der i stigende grad differentieres fra en befrugtet ægcelle i flere trin.
Den befrugtede ægcelle er den første totipotente stamcelle, der oprindeligt er underlagt celledeling i fire lige store celler. Hver af disse fire celler kan udvikle sig til en helt genetisk identisk organisme. Når fire-celletrinnet nås, dannes blastocysten, der består af pluripotente embryonale stamceller. Disse pluripotente stamceller kan udvikle sig til de tre kimlag ectoderm, endoderm og mesoderm via det næste differentieringsstadium og repræsenterer således udgangspunktet for alle andre kropsceller.
I modsætning til de totipotente stamceller har disse imidlertid allerede mistet evnen til at udvikle sig til genetisk identiske uafhængige organismer.
Yderligere cellelinjer kommer frem fra de tre cotyledoner, der oprindeligt består af multipotente stamceller. De multipotente stamceller er i stand til at udvikle sig til alle celletyper i den respektive cellelinie. Disse celler har ikke længere evnen til at omdanne sig til alle andre kropsceller, da de allerede har nået en højere grad af differentiering end de pluripotente stamceller.
I dyre- og humane organismer er processen med differentiering forbundet med en bestemmelse. Bestemmelse beskriver etablering af en specialisering, når den først er taget, hvorved videreudviklingen af cellelinierne videreføres med epigenetiske midler. Naturligvis vil celler, der allerede er blevet differentieret, differentieres yderligere ind i cellerne i den tilsvarende cellelinie som en del af deres bestemmelse.
Selvom hele den genetiske information for hver enkelt celle er identisk, kaldes den forskelligt op afhængig af celletypen gennem genekspression. Dette betyder blandt andet, at for eksempel i en levercelle kun afkodes den genetiske information til leverfunktionen, mens al anden information forbliver ulæst.
Differentiering påvirkes af forskellige eksterne eller interne faktorer. Hormoner og vækstfaktorer spiller en vigtig rolle. Cellekontakterne til naboceller bestemmer også differentieringsretningen.
En transdetermination kan forekomme under visse betingelser. Cellebestemmelsen ændres. Dette er især vigtigt ved sårheling. Hvis cellerne allerede er differentieret, mister de deres differentiering i disse tilfælde og differentieres igen. Hvis denne proces forstyrres, kan kræft dog forekomme.
Differentiering er essentiel for, at organismen overhovedet skal fungere som et ensartet biologisk system.
Sygdomme og lidelser
I forbindelse med celledifferentiering kan der dog forekomme forstyrrelser, hvilket kan føre til organmisdannelser under embryogenese. Der er nogle genetiske sygdomme med en række organdysplasier. Ud over misdannelser i de indre organer er det ydre udseende ofte uharmonisk.
Der er dog også ikke-genetiske årsager til organmisdannelser. Et eksempel er renal agenese i fravær af fostervand. Da det menneskelige embryo kun kan udvikle sig inden fostervandet, fører manglen på plads her til defekt orgordifferentiering, hvorved andre organer og væv også påvirkes.
Lægemidler kan også forstyrre differentieringsprocessen under embryogenese. Et velkendt eksempel er det beroligende middel, som førte til skade på fosterets vækstudvikling under den tidlige graviditet. Dette blev offentligt i 1961 med den såkaldte Contergansandal.
Det kan dog også ske, at celler, der allerede er differentieret, differentierer sig og derefter formerer sig på en ukontrolleret måde. Dette er situationen med kræft. Jo mere cellerne er blevet differentieret, desto mere ondartet er tumoren. Som allerede nævnt er dedifferentiering nødvendig i nogle tilfælde, når der er et større behov for cellevækst. Dette er blandt andet tilfældet med sårheling. I disse processer efterfølges dog differentieringen af en differentiering af cellerne. Hvis differentiering derefter mislykkes, udvikler kræft sig imidlertid.
Somatiske mutationer i cellerne kan også påvirke gener, der påvirker differentiering. Derfor øges sandsynligheden for at udvikle kræft i løbet af livet.
