Svako od nas je izrastao iz male grupe matičnih ćelija koje su nekada imale sposobnost da se pretvore u bilo koju komponentu tela. Kako smo rasli, ove ćelije su se delile i postajale specijalizovane.
Ali kako ćelija zna da treba da postane deo mozga, kosti ili ćelija jetre, a ne nešto drugo?
Svaka životinja, biljka ili čovek je poput civilizacije u malom
Prošlo je (verovatno) tri milijarde godina od pojave života do trenutka kada su ćelije razvile sposobnost da se kolektivno organizuju i stvore naprednije organizme. Pored spoljnih faktora poput nestašice kiseonika, deo problema je verovatno bio i pronalaženje načina da se osigura da svaka ćelija završi u pravoj ulozi. Dakle, šta je bilo magično rešenje koje nam je omogućilo da postanemo kolektiv od 30 milijardi ćelija koje sve rade svoj odgovarajući posao?
Odgovor se još uvek otkriva, ali ključne su razlike koje stvaraju određeni molekuli, poznati kao morfogeni. DNK ćelije je kodirana tako da reaguje i na obilje (koncentraciju) morfogena i na smer u kojem određeni morfogen postaje više ili manje obilan.
Kada su ovi uslovi ispunjeni, ovi morfogeni će pokrenuti ćeliju da ispolji gene koji je čine onim što je neophodno za njenu lokaciju – na primer, ispunjavanje potencijala da postane ćelija jetre ili bubrega.
Za neke ćelije ova informacija mora biti samo gruba, ali profesor Artur Lander sa Univerziteta u Kaliforniji, Irvajnu, napominje da je drugima potrebna mnogo veća preciznost. Ako je telo pretrpelo povredu, ćelije moraju znati tačno gde se nalaze u odnosu na oštećenje kako bi znale kako najbolje da ga poprave.
To znači da se morfogeni moraju ne samo stalno stvarati, već i neprekidno razgrađivati, kako bi se održao njoihov odnos dovoljno jasan da ga ćelija može koristiti za vođenje. Određeni ćelijski receptori preuzimaju morfogene i uništavaju ih dok se ne postigne ravnoteža koja ostavlja stabilan gradijent.
Međutim, odnosi morfogena ne mogu biti cela priča. Kao prvo, održavanje te ravnoteže savršeno stabilnim je gotovo nemoguć zadatak. Ako bi ćelije izgubile pravac svaki put kada se stvori previše morfogena na jednom mestu, stvari bi mogle poći po zlu.
Matične ćelije su razvile pametne načine za merenje morfogena
Na primer, neke ćelije razgrađuju upravo one morfogene na koje se oslanjaju da im kažu gde im je mesto. To je način da se dobije neka vrsta “drugog mišljenja”. Ako niste sigurni u kom pravcu taj odnos pokazuje, uništite morfogene oko sebe i sačekajte signal koji dolazi niz liniju od izvora, pružajući jasniju sliku o tome gde se nalazite. Ovo, međutim, može učiniti obrazac težim za čitanje drugim ćelijama koje su dalje od izvora, barem privremeno.
Kako Lander primećuje, ovo je jedan primer složenog skupa kompromisa za ćelije koje se oslanjaju na ova merenja gradijenta, balansirajući pitanja obilja morfogena. “Strategije koje poboljšavaju performanse u jednoj areni obično ih degradiraju u drugoj”, primećuje on.
Alan Tjuring (koji je skovao termin morfogen) primetio je da složeni obrasci, poput leopardovih fleka, mogu nastati samo pomoću dva elementa koja se međusobno balansiraju kao aktivator i inhibitor.
Ideja je bila široko prihvaćena, ali je dokazana tek 2014. godine, 60 godina nakon Tjuringove smrti.
Identifikacija morfogena
Uprkos tome što je ideja o morfogenima predložena početkom 20. veka, a razvio ju je Tjuring 1950-ih, prvi nije identifikovan sve do 1980. godine, za šta je Kristijana Nuslajn-Volhard (Christiane Nüsslein-Volhard) nagrađena Nobelovom nagradom za medicinu 1995. godine. Čak i to je bilo samo kod vinskih mušica, dok su ljudski morfogeni identifikovani kasnije.
Sa toliko organa koje treba napraviti u telu sisara, potrebno je mnogo različitih morfogena kako bi ćelija znala čiji deo treba da postane. Početni morfogen je retinoična kiselina, koja identifikuje jedan kraj embriona kao glavu, a jedan kao zadnji deo, govoreći ćelijama gde se uklapaju u ovom rasporedu. Ona pokreće Hox gene u ćelijama kako bi se one razvijale na način prikladan njihovoj lokaciji.
Budući da je ljudska biologija veoma nefleksibilna, kada jednom pokrene proces razvoja oblika tela, retinoična kiselina preuzima nove uloge u imunološkom funkcionisanju i proizvodnji spermatozoida. Sada kada telo u razvoju “zna gde mu je glava, a gde rep”, da tako kažemo, preuzimaju drugi morfogeni, posebno Sonic hedgehog protein, koji je odgovoran za organizaciju centralnog nervnog sistema i udova.
Poznato je najmanje 13 koštanih morfogenetskih proteina (BMP) koji, kao što ime sugeriše, kontrolišu izgradnju kostiju instruirajući ćeliju gde se nalazi u odnosu na druge, a time i formu koju mora poprimiti. Oni takođe kontrolišu formiranje hrskavice i utiču na mnoga druga tkiva u telu.
Neki morfogeni su otkriveni tek nedavno, pa je verovatno da postoji još onih koji tek treba da budu pronađeni.
Čak i sa nepotpunom listom, pokazalo se da mnoge ćelije reaguju na nekoliko različitih gradijenata morfogena, posebno u složenim organima kao što je mozak.
Biološke rezerve
Čak ni ovo nije dovoljno da se osigura da sve matične ćelije nađu svoje mesto, pa ćelije takođe dele informacije jedne sa drugima, proces koji je primećen u razvoju krila vinske mušice.
Uprkos svim ovim mehanizmima, znamo da stvari ponekad krenu po zlu. Čudni tumori (teratomi) nastaju kada se ćelije pretvore u nešto što ne bi trebale, poput zuba ili minijaturnih mozgova, uprkos tome što se nalaze na sasvim drugom mestu. Telo ima metode da identifikuje kada su ćelije možda na ivici da naprave grešku, na primer poređenjem odnosa različitih morfogena, koristeći neravnotežu kao upozorenje za proveru grešaka.
Pored molekula, ćelije mogu koristiti električna polja ili mehaničke signale da pojačaju ili smanje ekspresiju gena. Obim u kojem se to dešava takođe ostaje nepoznat.
Izvor: IFLScience
