transdifferenziazione

Nel transdifferenziazione avviene una metamorfosi. Le cellule differenziate di un dato cotiledone vengono trasformate nelle cellule di un altro cotiledone attraverso processi come la deacetilazione e la metilazione dell'istone. I processi di transdifferenziazione difettosi sono alla base di molte malattie, come l'estofago di Barrett.

Cos'è la transdifferenziazione?

Lo sviluppo embrionale avviene sulla base di tre differenti cotiledoni. La differenziazione è un passo nello sviluppo delle cellule embrionali. Le cellule si trasformano in una forma specializzata attraverso processi di differenziazione. La prima differenziazione delle cellule embrionali onnipotenti corrisponde allo sviluppo dei cotiledoni, tessuto-specifici e quindi non più onnipotenti.

La transdifferenziazione è un caso speciale o addirittura un ritorno alla differenziazione. Il processo corrisponde a una metamorfosi. Le cellule di un cotiledone vengono convertite nelle cellule di un altro cotiledone. La maggior parte delle transdifferenziazione non avviene direttamente, ma corrisponde a una dedifferenziazione, che a sua volta è seguita da una differenziazione nelle direzioni opposte. Gli scienziati associano principalmente la transdifferenziazione alle cellule staminali umane.

Ad ogni transdifferenziazione si verifica un cambiamento completo nella rispettiva espressione genica a livello biologico molecolare. Ogni transdifferenziazione richiede un cambiamento di attività in migliaia di singoli segmenti genici. I processi di transdifferenziazione patologica avvengono in connessione con alcune malattie. Fondamentalmente, la transdifferenziazione non deve avere alcun valore patologico.

Funzione e compito

Nel contesto della transdifferenziazione, l'espressione genica di una cellula cambia completamente a livello genetico molecolare. Ciò ha implicazioni per la replica. Nella cellula transdifferenziata, vengono replicate sezioni del gene completamente diverse da quelle originariamente previste. Per questo, alla fine, una sintesi proteica completamente diversa da quella originariamente prevista.

La transdifferenziazione è accompagnata dalla disattivazione di geni precedentemente attivi. Questo arresto avviene principalmente attraverso processi nel contesto della deacetilazione o metilazione degli istoni sui singoli segmenti di DNA. Il processo completo di transdifferenziazione richiede un cambiamento nell'attività di innumerevoli sezioni di un gene.

L'espressione genica della cellula transdifferenziata per lo più non corrisponde in parti essenziali al pattern originale dell'espressione genica. Il processo di deacetilazione dell'istone non viene utilizzato solo per disattivare alcuni segmenti genici, ma modifica anche la capacità del DNA di legarsi. Il processo di deacetilazione dell'istone si concentra sull'istone, dalla cui struttura viene rimosso un gruppo acetile. Ciò conferisce all'istone un'affinità molto più elevata per i gruppi di fosfato del DNA. Allo stesso tempo, c'è una minore capacità di legame tra i fattori di trascrizione e il DNA.

I fattori di trascrizione influenzano la trascrizione positivamente o negativamente e sono attivatori o repressori. La ridotta capacità di legame dei fattori di trascrizione si traduce in un'inibizione delle singole espressioni geniche che si trovano nel punto corrispondente nel DNA.

Il processo di metilazione segue anche il principio di inattivazione del DNA. L'unica differenza è che i processi di metilazione si concentrano sui gruppi metilici piuttosto che sugli istoni. Questi gruppi metilici si legano a una certa sezione del DNA e in questo modo inattivano le singole sezioni di DNA. Quando le cellule si differenziano, la loro espressione genica cambia in modo significativo e molti dei geni vengono addirittura disattivati ​​durante i processi.

La transdifferenziazione completa dipende dall'elevata espressione di migliaia di geni e allo stesso tempo richiede una sottoregolazione nell'espressione di migliaia di altri geni. Solo in questo modo sono disponibili le proteine ​​corrette per la trasformazione della cellula. Ad esempio, una cellula muscolare richiede proteine ​​fondamentalmente diverse rispetto a una cellula epatica.

La transdifferenziazione avviene direttamente o indirettamente. Questa deviazione corrisponde a una dedifferenziazione, seguita da una successiva nuova differenziazione in altre direzioni.

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Malattie e disturbi

Le transdifferenziazioni possono essere alla base di molte malattie diverse, il che le rende clinicamente rilevanti. L'esofago di Barrett, ad esempio, è associato ai processi di transdifferenziazione. Questa malattia si basa sulla conversione delle cellule dell'epitelio, che vengono transdifferenziate in cellule intestinali produttrici di mucina durante i processi patologici. In questo contesto si parla di metaplasia intestinale, che si associa a un rischio facoltativo di degenerazione e, ad esempio, può favorire lo sviluppo di adenocarcinomi. In generale, la sindrome di Barrett è descritta come un cambiamento infiammatorio cronico nell'esofago distale che provoca lo sviluppo di ulcere peptiche, che possono verificarsi come parte delle complicanze della malattia da reflusso. Nella sindrome, la conversione dell'epitelio squamoso si verifica nell'esofago distale.

Un'altra malattia basata sulla transdifferenziazione corrisponde alla formazione della leucoplachia. Come parte di questo fenomeno, le cellule della mucosa orale si transdifferenziano in precancerosi, che possono promuovere il carcinoma a cellule squamose. La leucoplachia è l'ipercheratosi della mucosa che è spesso displastica allo stesso tempo. Oltre alla cavità orale, queste leucoplachie si verificano principalmente sulle labbra e nell'area genitale. La leucoplachia è solitamente preceduta da un'irritazione cronica della pelle o delle mucose. Questa irritazione ispessisce lo strato corneo nella zona interessata. La mucosa rossastra diventa così biancastra che i vasi capillari sotto l'epitelio spesso non sono più visibili.

Lo stimolo causale può essere di natura meccanica, biologica, fisica o chimica. Gli stimoli biologici includono infezioni virali croniche. Gli stimoli chimicamente causali derivano principalmente dal fumo o dal tabacco da masticare. Una protesi mal adattata, ad esempio, può essere considerata uno stimolo causativo meccanicamente.