Differentiatie in de biologie kenmerkt de transformatie van een slecht gedifferentieerde naar een sterk gedifferentieerde toestand. Dit proces is met name van belang tijdens de ontwikkeling van het bevruchte ei tot een compleet organisme. Storingen in het differentiatieproces kunnen dat wel leiden tot ernstige ziekten zoals kanker of misvormingen.
Wat is differentiatie?
Biologische differentiatie gaat over de specialisatie van ongedifferentieerde stamcellen tot gedifferentieerde somatische cellen. Biologische differentiatie gaat over de specialisatie van ongedifferentieerde stamcellen tot gedifferentieerde somatische cellen. Vooral tijdens de embryogenese en de daaropvolgende groei spelen deze processen een prominente rol. Differentiatieprocessen zijn echter nog steeds belangrijk voor het behoud van lichaamsfuncties bij volwassen organismen. Aanvankelijk hebben ongedifferentieerde stamcellen nog het vermogen om te transformeren in alle andere lichaamscellen. Tijdens het proces leiden verschillende differentiatieprocessen tot gespecialiseerde lichaamscellen, die de verschillende organen vormen en uiteindelijk het vermogen tot delen verliezen. Er zijn verschillende soorten stamcellen. Zo zijn de zogenaamde totipotente stamcellen nog steeds in staat om elk tot een compleet organisme te transformeren. De pluripotente stamcellen kunnen op hun beurt nog differentiëren in alle lichaamscellen. Ze kunnen zich echter niet meer ontwikkelen tot individuele organismen. Multipotente stamcellen hebben al een zekere differentiatie bereikt tot een specifieke cellijn. Ze kunnen echter nog steeds differentiëren naar alle andere cellen van die cellijn.
Functie en taak
Biologische differentiatie vertegenwoordigt een van de belangrijkste processen bij de ontwikkeling van plantaardige, dierlijke of menselijke organismen. Tijdens dit proces ontwikkelen zich onder meer steeds sterk gedifferentieerde somatische cellen in meerdere stappen uit een bevruchte eicel. De bevruchte eicel is de eerste totipotente stamcel, die aanvankelijk een celdeling ondergaat in vier identieke cellen. Elk van deze vier cellen kan zich ontwikkelen tot een compleet genetisch identiek organisme. Wanneer het viercellige stadium is bereikt, vindt de vorming van de blastocyst plaats, die bestaat uit pluripotente embryonale stamcellen. Deze pluripotente stamcellen kunnen zich door de volgende fase van differentiatie ontwikkelen tot de drie kiemlagen ectoderm, entoderm en mesoderm en vormen zo het startpunt voor alle verdere lichaamscellen. In tegenstelling tot totipotente stamcellen hebben deze echter al het vermogen verloren om zich tot genetisch identieke onafhankelijke organismen te ontwikkelen. De drie zaadlobben geven aanleiding tot verdere cellijnen, die aanvankelijk bestaan uit multipotente stamcellen. In dit proces kunnen de multipotente stamcellen zich ontwikkelen tot alle celtypen van de respectieve cellijn. Deze cellen hebben niet langer het vermogen om te transformeren naar alle andere somatische cellen, 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 verwijst naar het specificeren van een specialisatie nadat deze is afgelegd, waarbij de verdere ontwikkeling van de cellijnen langs epigenetische weg wordt doorgegeven. Natuurlijk zullen cellen die al vooraf gedifferentieerd zijn, blijven differentiëren tot de cellen van de corresponderende cellijn als onderdeel van hun bepaling. Hoewel de algemene genetische informatie van elke cel identiek is, wordt deze anders opgeroepen door gen uitdrukking afhankelijk van het celtype. Dit betekent onder meer dat in a lever cel wordt bijvoorbeeld alleen de genetische informatie voor de leverfunctie gedecodeerd, terwijl alle andere informatie ongelezen blijft. Differentiatie wordt beïnvloed door verschillende externe of interne factoren. hormonen en groeifactoren spelen bijvoorbeeld een belangrijke rol. Celcontacten met naburige cellen bepalen ook de richting van differentiatie. Onder bepaalde voorwaarden kan transdeterminatie plaatsvinden. In dit geval wordt de celbepaling gewijzigd. Dit speelt vooral een rol in wond genezen In deze gevallen, als de cellen al gedifferentieerd zijn, verliezen ze hun differentiatie en differentiëren ze weer. Als dit proces echter wordt verstoord, kanker Differentiatie is essentieel voor het organisme om überhaupt te functioneren als een verenigd biologisch systeem.
Ziekten en aandoeningen
Tijdens celdifferentiatie kunnen echter mogelijk stoornissen optreden leiden op misvormingen van organen tijdens de embryogenese. Er zijn er dus een paar genetische ziekten met meerdere orgaandysplasieën. Naast misvormingen van de interne organen, het uiterlijk is vaak disharmonisch. Er zijn echter ook niet-genetische oorzaken van orgaanmisvormingen. Een voorbeeld is renale agenese bij afwezigheid van vruchtwater Sinds de mens embryo- kan zich alleen ontwikkelen binnen de vruchtwatertreedt hier gebrekkige orgaandifferentiatie op als gevolg van ruimtegebrek, en worden ook andere organen en weefsels aangetast. Drugs kan ook het differentiatieproces tijdens de embryogenese verstoren. Een bekend voorbeeld is het kalmeringsmiddel thalidomide, dat schade veroorzaakte aan de groei-ontwikkeling van de foetus gedurende vroege zwangerschap Dit werd in 1961 openbaar met het zogenaamde thalidomide-schandaal. Het kan echter ook gebeuren dat reeds gedifferentieerde cellen de-differentiëren en zich vervolgens ongecontroleerd vermenigvuldigen. Deze situatie is aanwezig in kanker Hoe verder de differentiatie van de cellen is gevorderd, hoe kwaadaardiger de tumor. Zoals eerder vermeld, is de-differentiatie nodig in sommige gevallen wanneer er meer behoefte is aan celgroei. Dit is onder meer het geval in wond genezen Bij deze processen wordt de-differentiatie echter weer gevolgd door celdifferentiatie. Als differentiatie dan echter uitblijft, ontwikkelt zich kanker. Somatische mutaties in cellen kunnen ook invloed hebben op genen die differentiatie beïnvloeden. Daarom neemt de kans op het ontwikkelen van kanker toe naarmate we ouder worden.
