De differentiatie in de biologie markeert de overgang van een slecht gedifferentieerde naar een sterk gedifferentieerde toestand. Dit proces is van bijzonder belang bij de ontwikkeling van de bevruchte eicel tot een compleet organisme. Verstoringen in het differentiatieproces kunnen leiden tot ernstige ziekten zoals kanker of misvormingen.
Wat is de differentiatie?
Biologische differentiatie gaat over de specialisatie van ongedifferentieerde stamcellen tot gedifferentieerde lichaamscellen. Deze processen spelen een bijzonder belangrijke rol tijdens de embryogenese en de daaropvolgende groei. Differentiatieprocessen zijn ook belangrijk voor het behoud van lichaamsfuncties bij volwassen organismen.
Aanvankelijk hebben ongedifferentieerde stamcellen nog het vermogen om te transformeren in alle andere lichaamscellen. In het proces ontstaan gespecialiseerde lichaamscellen door verschillende differentiatieprocessen, die de verschillende organen vormen en uiteindelijk het vermogen tot delen verliezen.
Er zijn verschillende soorten stamcellen. De zogenaamde totipotente stamcellen kunnen zichzelf nog transformeren tot een compleet organisme. De pluripotente stamcellen kunnen op hun beurt differentiëren tot alle lichaamscellen. Het is echter niet meer mogelijk dat ze zich tot individuele organismen ontwikkelen. Multipotente stamcellen hebben al een zekere differentiatie ontwikkeld tot een bepaalde cellijn. Ze kunnen echter nog steeds differentiëren naar alle andere cellen van deze cellijn.
Functie en taak
Biologische differentiatie is een van de belangrijkste processen bij de ontwikkeling van plantaardige, dierlijke of menselijke organismen. Tijdens dit proces ontwikkelen zich onder andere Lichaamscellen die in verschillende stappen steeds meer onderscheiden worden van een bevruchte eicel.
De bevruchte eicel is de eerste totipotente stamcel die aanvankelijk onderhevig is aan celdeling in vier gelijke cellen. Elk van deze vier cellen kan zich ontwikkelen tot een volledig genetisch identiek organisme. Wanneer het viercellige stadium is bereikt, vormt zich de blastocyst, die bestaat uit pluripotente embryonale stamcellen. Deze pluripotente stamcellen kunnen zich via het volgende differentiatiestadium ontwikkelen tot de drie kiemlagen ectoderm, endoderm en mesoderm en vormen zo het startpunt voor alle andere lichaamscellen.
In tegenstelling tot de totipotente stamcellen hebben deze echter al het vermogen verloren om zich tot genetisch identieke onafhankelijke organismen te ontwikkelen.
Verdere cellijnen komen voort uit de drie zaadlobben, die aanvankelijk uit multipotente stamcellen bestaan. De multipotente stamcellen kunnen zich ontwikkelen tot alle celtypen van de respectievelijke cellijn. Deze cellen kunnen zich niet meer in alle andere lichaamscellen transformeren, aangezien ze al een hogere mate van differentiatie hebben bereikt dan de pluripotente stamcellen.
In dierlijke en menselijke organismen wordt het differentiatieproces geassocieerd met een bepaling. Bepaling beschrijft het tot stand brengen van een eenmaal doorlopen specialisatie, waarbij de verdere ontwikkeling van de cellijnen epigenetisch wordt doorgegeven. Natuurlijk zullen cellen die al vooraf gedifferentieerd zijn, verder differentiëren in de cellen van de corresponderende cellijn als onderdeel van hun bepaling.
Hoewel de volledige genetische informatie van elke individuele cel identiek is, wordt deze via genexpressie afhankelijk van het celtype anders opgeroepen. Dit betekent onder meer dat in bijvoorbeeld een levercel alleen de genetische informatie voor de leverfunctie wordt gedecodeerd, terwijl alle andere informatie ongelezen blijft.
Differentiatie wordt beïnvloed door verschillende externe of interne factoren. Hormonen en groeifactoren spelen een belangrijke rol. De celcontacten met naburige cellen bepalen ook de richting van differentiatie.
Een transdeterminatie kan onder bepaalde voorwaarden plaatsvinden. De celbepaling is gewijzigd. Dit speelt een bijzonder belangrijke rol bij wondgenezing. Als de cellen dan al gedifferentieerd zijn, verliezen ze in deze gevallen hun differentiatie en differentiëren ze weer. Als dit proces echter wordt verstoord, kan kanker optreden.
Differentiatie is essentieel voor het organisme om überhaupt als een uniform biologisch systeem te kunnen functioneren.
Ziekten en aandoeningen
In de context van celdifferentiatie kunnen echter stoornissen optreden die kunnen leiden tot orgaanmisvormingen tijdens de embryogenese. Er zijn enkele genetische ziekten met een verscheidenheid aan orgaandysplasieën. Naast misvormingen van de inwendige organen is het uiterlijk vaak disharmonisch.
Er zijn echter ook niet-genetische oorzaken van orgaanmisvormingen. Een voorbeeld is renale agenese in afwezigheid van vruchtwater. Omdat het menselijk embryo zich alleen in het vruchtwater kan ontwikkelen, leidt het gebrek aan ruimte hier tot een gebrekkige orgaandifferentiatie, waarbij ook andere organen en weefsels worden aangetast.
Geneesmiddelen kunnen ook het differentiatieproces tijdens de embryogenese verstoren. Een bekend voorbeeld is het kalmeringsmiddel Contergan, dat tijdens de vroege zwangerschap leidde tot schade aan de groeiontwikkeling van de foetus. Dit werd in 1961 openbaar via het zogenaamde Contergansandal.
Het kan echter ook gebeuren dat cellen die al gedifferentieerd zijn, dedifferentiëren en zich vervolgens ongecontroleerd vermenigvuldigen. Dit is de situatie bij kanker. Hoe verder de dedifferentiatie van de cellen is gevorderd, hoe kwaadaardiger de tumor. Zoals reeds vermeld, is dedifferentiatie nodig in sommige gevallen wanneer er meer behoefte is aan celgroei. Dit is onder meer het geval bij wondgenezing. Bij deze processen wordt de dedifferentiatie echter gevolgd door een differentiatie van de cellen. Als differentiatie dan mislukt, ontwikkelt zich kanker.
Somatische mutaties in de cellen kunnen ook invloed hebben op genen die differentiatie beïnvloeden. Daarom neemt de kans op het ontwikkelen van kanker in de loop van het leven toe.
.jpg)
