התמיינות תאים
התמיינות תאים היא מושג הלקוח מתחום הביולוגיה ההתפתחותית, ומתאר את התהליך שבו תא באורגניזם רב-תאי מקבל תפקיד מוגדר ורוכש תכונות המשמשות אותו לתפקיד זה. המורפולוגיה של התא יכולה להשתנות באופן משמעותי במהלך ההתמיינות, בעוד החומר הגנטי נשאר זהה, מלבד מספר יוצאי דופן.
במרבית האורגניזמים הרב-תאיים, אין התאים כולם זהים זה לזה. כך למשל, תאי עור אנושיים שונים מתאים ברקמות האיברים הפנימיים. אף על פי כן, מקורם של כל סוגי התאים השונים בגוף האדם הוא בביצית מופרה אחת, זיגוטה, וההבדלים ביניהם נוצרו בתהליך ההתמיינות, שבו, באופן מווסת ומבוקר, ברקמות התאים השונות מופעלים ומושתקים גנים שונים, על פי התפקיד שעל הרקמה לבצע. לאחר ההפריה מתחילה הזיגוטה בחלוקה לתאים זהים, ולאחר מספר מחזורי חלוקה, נוצרת הבלסטולה. בשלב זה מתחילה התמיינות התאים, ובשלב הגסטרולה כבר ניתן לראות חלוקה לשכבות שונות שיתפתחו בהמשך למערכות השונות של העובר. כתוצאה מתהליך ההתמיינות, תא ממוין יתפתח במבנה מסוים, וימלא תפקידים מסוימים. ההתמיינות עשויה לכלול שינויים בהיבטים שונים של הפיזיולוגיה של התא: גודל, צורה, קוטביוּת, פעילות מטבּוֹלית, תגובה לאותות וביטוי של גנים.
ישנם גם תאים היכולים להתמיין לסוגים שונים של תאים, גם במהלך חייו הבוגרים של האורגניזם. תאים אלו נקראים בבעלי-חיים תאי גזע, ובצמחים מריסטמה. בצמחים אלו הן הרקמות העובריות שיכולות לפתח איברים נדרשים. מראשית חייהם, בצמחים קיימות שתי מריסטמות: מריסטמת שורש ומריסטרמת נצר, עם הזמן הצמח יכול לפתח מריסטמות חדשות.
סוגי תאים ביונקים
ישנן שלוש קטגוריות בסיסיות של תאים שמהם מורכב גוף היונקים: תאי נבט, תאים סומטיים, ותאי גזע. בכל תא מכ- 100 טריליון באדם יש עותק או עותקים של הגנום למעט סוגים מסוימים של תאים, כמו תאי דם אדומים, שאין להם גרעין. רוב התאים הם דיפלואידים, יש להם שני עותקים מכל כרומוזום. תאים אלה נקראים תאים סומטיים, ומהווים את רוב גוף האדם כגון עור ותאי שריר.
תאי הנבט הם אלה היוצרים את תאי המין-ביצית וזרע- וכך הם נשארים לאורך בדורים. לעומתם, תאי גזע יש להם את היכולת להתחלק לתקופה בלתי מוגבלת ובכך להצמיח תאים מתמחים. הם בעלי תפקיד חשוב בהקשר ההתפתחות האנושית הנורמלית.
ההתפתחות מתחילה כאשר זרע מפרה ביצה ונוצר תא בודד שיש לו את הפוטנציאל ליצירת כל האורגניזם.
דה-דיפרנציאציה
זה הוא תהליך תאי, שנפוץ בקרב צורות חיים בסיסיים כגון תולעים ודו-חיים, שבו תא באופן חלקי או מלא חוזר לשלבי התפתחות מוקדמים יותר, בדרך כלל, כחלק מתהליך התחדשות. תהליך זה מתרחש גם בצמחים. בתרבית תאים, תאים יכולים לאבד תכונות שהיו להם במקור, כגון ביטוי חלבון, או לשנות את הצורה שלהם. תהליך זה נקרא גם דה-דיפרנציאציה.
יש מדענים שסבורים שתהליך זה מהווה סטייה ממחזור ההתפתחות הנורמלי שגורם לסרטן. מצד שני, יש כאלה שחושבים שזה תהליך טבעי של אובדן התגובה החיסונית בבני אדם כתוצאה של אבולוציה.
מנגנון
כל התאים המתמחים באורגניזם מבטאים את כל הגנים שמרכיבים את הגנום שלו. כל סוג תא מוגדר על ידי המנגנון המיוחד שלו בפיקוח התבטאות הגנים. התמיינות תאים היא המעבר של סוג תא אחד לאחר וזה כרוך בהחלפת מנגנון הפיקוח של אותו תא, ומוגדרת כתוצאה של רשת הפיקוח על התבטאות הגנים. (תאוריה אלטרנטיבית שמתבססת על ביטוי גנים סטוכסטיים הוצעה לאחרונה, והיא טוענת שחלבון ורשת הפיקוח הם תוצאה של תהליך תאי ולא ההפך).
ישנם תהליכים מולקולריים שמעורבים במנגנון התא לשליטה בהתמיינות. רוב התהליכים מערבים איתות תאי. הרבה ממולקולות האיתות שמעבירות מידע מתא לתא במהלך ההתמיינות נקראים גורמי גדילה. המסלולים להעברת אותות חולקים את הצעדים הבאים. ליגנד המיוצר על ידי תא אחד נקשר לקולטן שנמצא באזור החוץ תאי של תא אחר, דבר הגורם לשינוי במבנה הקולטן. הצורה של התחום הציטופלזמטי של הקולטן משתנה, והקולטן רוכש פעילות אנזימטית. הקולטן אז מזרז תגובות זירחון שמבצעות אקטיבציה לחלבונים מסוימים. שרשרת של תגובות זירחון בסופו של דבר מפעילה גורם שעתוק רדום או חלבון ציקלוסקלטון, ובכך לתרום לתהליך ההתמיינות בתא היעוד. תאים ורקמות יכולים להשתנות ביכולת שלהם להגיב לאות חיצונית.
קישורים חיצוניים
