Hücre Farklılaşması nedir, neden ve nasıl meydana gelir? Hayvan ve bitkilerde Hücre Farklılaşmasına örnekler.
Hücre Farklılaşması
Hücresel farklılaşma veya basitçe hücre farklılaşması, bir hücrenin daha spesifik bir hücre türü haline gelmek için gen ekspresyonunda değişikliklere uğradığı süreçtir. Hücre farklılaşması süreci, çok hücreli organizmaların benzersiz şekilde işlevsel hücre türleri ve vücut planları oluşturmasına izin verir. Hücre farklılaşması süreci, genetik ve bunların çevre ile etkileşimi tarafından yönlendirilir.
Tüm organizmalar tek bir hücreden başlar. Bu tek hücre, yetişkin organizmanın kullanacağı tüm proteinler için DNA kodlamasını taşır. Ancak bu hücre tüm bu proteinleri bir defada ifade etseydi işlevsel olmayacaktı. Bu hücre tekrar tekrar bölünmeli ve hücreler bölünürken hücre farklılaşması sürecine başlamalıdır. Hücre hatları ortaya çıkmaya başlar ve hücreler giderek daha spesifik hale gelir. Sonunda, bu hücre farklılaşması sürecinden yüzlerce farklı hücre tipiyle bütün bir organizma oluşur.
Farklılaşmaya uğramamış orijinal hücre kütlesi kök hücreler olarak bilinir. İki özdeş yavru hücre oluşturan normal hücre bölünmesinin aksine, kök hücrelerin bölünmesi asimetrik hücre bölünmesidir. Bu durumda hücrelerden biri ana kök hücre ile aynı kalır. Diğer hücrede, kimyasal tetikleyiciler hücre farklılaşması sürecini harekete geçirir ve hücre, belirli bir hücre tipinin DNA’sını ifade etmeye başlar. Tüm organizmalara farklılaşabilen kök hücreler, embriyonik kök hücreler olarak bilinir ve totipotent oldukları söylenir.
Aksine, vücutta sadece pluripotent olan birçok hücre vardır. Bu hücreler zaten bazı hücre farklılaşmasına uğramıştır. Bu kök hücreler yalnızca dar bir hücre tipine bölünebilir. Örneğin kemik iliği, yalnızca alyuvarlara dönüşebilen somatik kök hücreler içerir. Bu hücreler, oksijen taşıma yeteneklerinin yanı sıra çoğunlukla inaktif olan kan hücrelerinin sürekli yenilenmesi için gereklidir.
Hücre Farklılaşma Örnekleri
Hayvanlarda
Hayvanlarda döllenme sürecinden sonra zigot adı verilen tek hücreli bir organizma oluşur. Zigot totipotenttir ve sonunda bütün bir organizma haline gelecektir. Dünyadaki en büyük hayvan olan mavi balina bile tek bir hücre olarak başlar. Biçim ve işlev bakımından tamamen farklı olan karmaşık doku ve organ sistemlerinin tamamı zigottan gelir. Hücre farklılaşması süreci organizma içinde erken başlar. Gastrula oluştuğunda, hücreler zaten DNA’nın çeşitli kısımlarını ifade etmeye başlamışlardır.
Bu değişiklikler embriyo içindeki ilk katlanma sürecini yönlendirir. Dokular oluşmaya devam ederken, bazı hücreler hormonları veya çeşitli hücrelerin tepki vermesi için sinyal gönderen kimyasal tetikleyicileri salmaya başlar. Hormon sinyalleri, DNA’nın çeşitli vücut kısımlarındaki ifadesini yönlendirir ve bu da hücre farklılaşmasını daha da ileri götürür. İnsanlarda ilkel bir kalp ve dolaşım sisteminin oluşması yalnızca bir aydan biraz fazla sürer.
Sistemler oluşmaya devam ettikçe, kök hücrelerin çoğu totipotensini kaybeder ve kendileri de hücre farklılaşmasına uğrar. Bu, büyüyen organizmanın büyümesini sürdürmesi ve dünyaya başarıyla gelmesi için ihtiyaç duyduğu özelleşmiş hücrelerin daha hızlı üretimine izin verir. Hücre farklılaşması sayesinde, aynı tek hücreden beyin dokusu ve kas kadar farklı dokular oluşur.
Bitkilerde
Bitki yaşam döngüsü bazen yabancı ve karmaşık görünse de, hücre farklılaşması süreci çok benzerdir. Dahil olan farklı hormonlar varken, tüm bitkiler de tek bir hücreden gelişir. Tohum, zigot için basitçe koruyucu bir yuvadır ve aynı zamanda bir besin kaynağı da sağlar. Hayvan dünyasındaki yumurtaya çok benziyor. İçerideki zigot hücre bölünmesine uğrar ve küçük bir embriyo haline gelir. Tohum dünyaya dağılırken gelişme durur.
Kıştan sonra veya ortamın uygun olduğu herhangi bir zamanda tohum nemi emecek ve gelişme sürecini yeniden başlatacaktır. Embriyo iki meristem oluşturmaya başlayacaktır. Meristem, kök hücrelerin dışa doğru büyüdükçe hücre farklılaşmasına uğrayan benzersiz bir parçasıdır. Biri yüzeye doğru büyüyecek, diğeri ise kök olacak.
Köklerde, meristemin etrafında kök kapağını oluşturan bir hücre tabakası oluşur. Bu hücre tabakası, kökler toprakta hareket ettikçe sıyrılır ve sürekli olarak meristem ile yer değiştirir. Meristemin içinde hücre farklılaşması farklı bir yönde gerçekleşir. Buradaki hormonlar ve ortam, hücreleri damar dokusu ve destekleyici hücrelere yönlendirir. Bunlar sonunda su ve besin maddelerini bitkinin tepesine taşıyacak.
Yüzeyde meristem benzer şekilde hareket eder. Doğru bölündüğü için hem içe hem de dışa doğru hücreler oluşturur. İç hücreler, köklerinkine benzer bir farklılaşmaya uğrayarak daha fazla vasküler doku oluşturur. Dış kısımda, hücreler hücre farklılaşmasına uğrar ve gövde ve yapraklara dönüşür. Bunlar, hayvanların farklı organlarına eşdeğerdir ve başlangıç hücrelerinden hayvan hücreleri kadar farklıdır. Eğer ikna olmazsanız, bir meşe palamudu alın ve onu olacağı büyük ağaçla karşılaştırın. Sadece çok küçük değil, aynı zamanda tamamen farklı hücre tiplerini de içeriyor. Bu, hücre farklılaşması süreciyle açıklanabilir.
Hücre Farklılaşma Süreci Nasıl Olur?
Hücre farklılaşma sürecinin anahtarlarından biri, transkripsiyon faktörleridir. Bu hormonlar ve kimyasallar, DNA’yı çevreleyen faaliyetleri yönetir, neyin yazılacağını ve neyin göz ardı edildiğini belirler. Hücrelerde doğumdan ölüme kadar bulunan faktörler vücut ve çevredeki diğer hücreler tarafından belirlenir.
Örneğin, pankreas veya tiroid, hücresel büyümeyi gerektiren bir hormon salabilir. Bu transkripsiyon faktörü, DNA’yı kopyalayan proteinleri doğrudan etkiler ve sonunda onu fonksiyonel proteinlere ve daha fazla hücreye dönüştürür. Bununla birlikte, hücreler birbirine sıkışmaya başladığında, birbirlerine yer kalmadığının da sinyalini verirler. Bu nedenle, hücre farklılaşması sürecinin çok sayıda girdisi ve olası sonuçları vardır.
Bu karmaşık süreç hala incelenmektedir. Bilim adamları, C. elegans nematodunun tam olarak anlaşılmasıyla başlayarak, hücre farklılaşmasını anlamada önemli ilerlemeler kaydetti. Bu küçük, solucan benzeri yaratık, yetişkin bir dişi olarak toplam 959 hücreye sahiptir. Bu kadar küçük bir sayı ile, zigottan yetişkine kadar takip edilmeleri nispeten kolaydır. Bilim adamları, hücre soylarının izini sürerek, hücre farklılaşması üzerinde çalışan bazı karmaşık ve epigenetik kuvvetleri belirlemeye başladılar. Diğer bir deyişle, sadece bir hücrenin DNA’sının ne olduğu değil, bu DNA’nın nerede ve nasıl ifade edildiği de önemlidir.
