stringtranslate.com

Соматическая клетка

В клеточной биологии соматическая клетка ( от древнегреческого σῶμα (sôma)  «тело»), или вегетативная клетка , — это любая биологическая клетка, образующая тело многоклеточного организма, за исключением гаметы , зародышевой клетки , гаметоцита или недифференцированной стволовой клетки . [1] Соматические клетки составляют тело организма и делятся посредством митоза .

Напротив, гаметы происходят из мейоза в половых клетках зародышевой линии и сливаются во время полового размножения . Стволовые клетки также могут делиться посредством митоза , но отличаются от соматических тем, что они дифференцируются в различные специализированные типы клеток.

У млекопитающих соматические клетки составляют все внутренние органы, кожу, кости, кровь и соединительную ткань , в то время как зародышевые клетки млекопитающих дают начало сперматозоидам и яйцеклеткам , которые сливаются во время оплодотворения , образуя клетку, называемую зиготой , которая делится и дифференцируется в клетки эмбриона . В организме человека насчитывается около 220 типов соматических клеток. [1]

Теоретически эти клетки не являются зародышевыми клетками (источником гамет); они передают свои мутации своим клеточным потомкам (если таковые имеются), но не потомкам организма. Однако у губок недифференцированные соматические клетки образуют зародышевую линию, а у Cnidaria дифференцированные соматические клетки являются источником зародышевой линии. Митотическое деление клеток наблюдается только в диплоидных соматических клетках. Только некоторые клетки, такие как зародышевые клетки, принимают участие в размножении. [2]

Эволюция

Поскольку предполагалось, что многоклеточность эволюционировала много раз, [3] то же самое произошло и со стерильными соматическими клетками. [ требуется ссылка ] Эволюция бессмертной зародышевой линии, производящей специализированные соматические клетки, включала возникновение смертности и может быть рассмотрена в ее простейшей версии в водорослях вольвокс . [4] Виды с разделением между стерильными соматическими клетками и зародышевой линией называются вейсманистами . Вейсманистское развитие встречается относительно редко (например, позвоночные , членистоногие , Volvox ), поскольку многие виды обладают способностью к соматическому эмбриогенезу (например, наземные растения , большинство водорослей и многочисленные беспозвоночные ). [5] [6]

Генетика и хромосомы

Как и все клетки, соматические клетки содержат ДНК , организованную в хромосомы . Если соматическая клетка содержит хромосомы, организованные парами, она называется диплоидной , а организм называется диплоидным организмом. Гаметы диплоидных организмов содержат только отдельные непарные хромосомы и называются гаплоидными . Каждая пара хромосом состоит из одной хромосомы, унаследованной от отца, и одной, унаследованной от матери. У людей соматические клетки содержат 46 хромосом, организованных в 23 пары. Напротив, гаметы диплоидных организмов содержат только половину хромосом. У людей это 23 непарные хромосомы. Когда две гаметы (то есть сперматозоид и яйцеклетка) встречаются во время зачатия, они сливаются вместе, создавая зиготу . Из-за слияния двух гамет человеческая зигота содержит 46 хромосом (то есть 23 пары). [ необходима цитата ]

У большого количества видов хромосомы в соматических клетках расположены по четыре (« тетраплоид ») или даже по шесть (« гексаплоид »). Таким образом, у них могут быть диплоидные или даже триплоидные зародышевые клетки. Примером этого является современный возделываемый вид пшеницы Triticum aestivum L. , гексаплоидный вид, соматические клетки которого содержат шесть копий каждой хроматиды . [ требуется ссылка ]

Частота спонтанных мутаций значительно ниже в продвинутых мужских половых клетках , чем в соматических типах клеток того же индивидуума. [7] Женские половые клетки также показывают частоту мутаций, которая ниже, чем в соответствующих соматических клетках, и похожа на частоту мутаций в мужских половых клетках. [8] Эти результаты, по-видимому, отражают использование более эффективных механизмов для ограничения первоначального возникновения спонтанных мутаций в половых клетках, чем в соматических клетках. Такие механизмы, вероятно, включают повышенные уровни ферментов репарации ДНК , которые смягчают большинство потенциально мутагенных повреждений ДНК . [8]

Клонирование

Схематическая модель переноса ядра соматической клетки. Эта техника использовалась для создания клонов организма или в терапевтической медицине.

В последние годы была разработана техника клонирования целых организмов у млекопитающих, что позволяет производить почти идентичные генетические клоны животного. Один из методов, позволяющих это сделать, называется « перенос ядра соматической клетки » и включает удаление ядра из соматической клетки, обычно клетки кожи. Это ядро ​​содержит всю генетическую информацию, необходимую для создания организма, из которого оно было удалено. Затем это ядро ​​вводится в яйцеклетку того же вида, у которой был удален собственный генетический материал. [9] Теперь яйцеклетку больше не нужно оплодотворять, поскольку она содержит правильное количество генетического материала ( диплоидное число хромосом ). Теоретически яйцеклетку можно имплантировать в матку животного того же вида и позволить ей развиваться. Полученное животное будет почти генетически идентичным клоном животного, у которого было взято ядро. Единственное различие вызвано любой митохондриальной ДНК, которая сохраняется в яйцеклетке, которая отличается от клетки, которая пожертвовала ядро. На практике этот метод до сих пор был проблематичным, хотя было несколько громких успехов, таких как овечка Долли (5 июля 1996 г. - 14 февраля 2003 г.) [10] и, совсем недавно, Снуппи (24 апреля 2005 г. - май 2015 г.), первая клонированная собака . [11]

Биобанкинг

Соматические клетки также собирались в практике биобанкинга. Криоконсервация генетических ресурсов животных является средством сохранения генетического материала животных в ответ на уменьшение экологического биоразнообразия. [12] По мере того, как популяции живых организмов сокращаются, сокращается и их генетическое разнообразие. Это ставит под угрозу долгосрочную выживаемость видов. Биобанкинг направлен на сохранение биологически жизнеспособных клеток посредством долгосрочного хранения для последующего использования. Соматические клетки хранились в надежде, что их можно будет перепрограммировать в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC), которые затем смогут дифференцироваться в жизнеспособные репродуктивные клетки. [13]

Генетические модификации

Схема метода редактирования генов на основе CRISPR

Развитие биотехнологий позволило проводить генетические манипуляции соматическими клетками, как для моделирования хронических заболеваний, так и для профилактики состояний недомогания. [14] [15] Два современных способа редактирования генов — это использование эффекторных нуклеаз, подобных активаторам транскрипции (TALEN), или кластеризованных регулярно расположенных коротких палиндромных повторов (CRISPR). [ необходима ссылка ]

Генная инженерия соматических клеток вызвала некоторые споры [16], хотя Международный саммит по редактированию генов человека опубликовал заявление в поддержку генетической модификации соматических клеток, поскольку ее изменения не передаются потомству. [17]

Старение клеток

У млекопитающих высокий уровень восстановления и поддержания клеточной ДНК, по-видимому, полезен на ранних этапах жизни. Однако некоторые типы клеток, такие как клетки мозга и мышц, претерпевают переход от митотического деления клеток к постмитотическому (неделящемуся) состоянию во время раннего развития, и этот переход сопровождается снижением способности к восстановлению ДНК . [18] [19] [20] Это снижение может быть эволюционной адаптацией, позволяющей перенаправить клеточные ресурсы, которые ранее использовались для восстановления ДНК, а также для репликации ДНК и деления клеток , на более приоритетные нейронные и мышечные функции. Эффект этих снижений заключается в том, что увеличивается накопление повреждений ДНК, что, вероятно, способствует старению клеток.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Campbell NA, Reece JB, Urry LA, Cain ML, Wasserman SA, Minorsky PV, Jackson RB (2009). Биология (9-е изд.). Pearson Benjamin Cummings. стр. 229. ISBN 978-0-8053-6844-4.
  2. ^ Chernis PJ (1985). "Петрографический анализ образцов специальной теплопроводности URL-2 и URL-6". Department Cf Energy, Mines, and Resources. Earth Physics Branch, Report . 8 : 20. doi : 10.4095/315247 .
  3. ^ Гросберг, Ричард К.; Стратманн, Ричард Р. (2007-12-01). «Эволюция многоклеточности: незначительный крупный переход?». Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics . 38 (1): 621–654. doi :10.1146/annurev.ecolsys.36.102403.114735. ISSN  1543-592X.
  4. ^ Холлманн А. (июнь 2011 г.). «Эволюция репродуктивного развития вольвоксиновых водорослей». Sexual Plant Reproduction . 24 (2): 97–112. doi : 10.1007/s00497-010-0158-4. PMC 3098969. PMID  21174128. 
  5. ^ Ридли М (2004) Эволюция, 3-е издание. Blackwell Publishing, стр. 29-297.
  6. ^ Никлас, К. Дж. (2014) Эволюционно-развитое происхождение многоклеточности.
  7. ^ Walter CA, Intano GW, McCarrey JR, McMahan CA, Walter RB (август 1998 г.). «Частота мутаций снижается во время сперматогенеза у молодых мышей, но увеличивается у старых мышей». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 95 (17): 10015–10019. Bibcode : 1998PNAS...9510015W. doi : 10.1073/pnas.95.17.10015 . PMC 21453. PMID  9707592 . 
  8. ^ ab Murphey P, McLean DJ, McMahan CA, Walter CA, McCarrey JR (январь 2013 г.). "Повышенная генетическая целостность в зародышевых клетках мышей". Biology of Reproduction . 88 (1): 6. doi :10.1095/biolreprod.112.103481. PMC 4434944. PMID  23153565. 
  9. ^ Вилмут, Ян; Бай, Ю; Тейлор, Джейн (2015-10-19). «Перенос ядра соматической клетки: происхождение, настоящее положение и будущие возможности». Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences . 370 (1680): 20140366. doi :10.1098/rstb.2014.0366. ISSN  0962-8436. PMC 4633995 . PMID  26416677. 
  10. ^ "Жизнь Долли | Овечка Долли" . Получено 2023-12-09 .
  11. ^ Ким, Мин Чжон; О, Хён Джу; Ким, Геон А; Сетъяван, Эриф Маха Нуграха; Чхве, Ю Бин; Ли, Сок Хи; Петерсен-Джонс, Саймон М.; Ко, Че Мён Дж.; Ли, Бён Чун (10.11.2017). «Рождение клонов первой в мире клонированной собаки». Scientific Reports . 7 (1): 15235. Bibcode :2017NatSR...715235K. doi :10.1038/s41598-017-15328-2. ISSN  2045-2322. PMC 5681657 . PMID  29127382. 
  12. ^ Болтон, Рианнон Л.; Муни, Эндрю; Петтит, Мэтт Т.; Болтон, Энтони Э.; Морган, Люси; Дрейк, Гэбби Дж.; Апеллант, Рут; Уокер, Сьюзан Л.; Джиллис, Джеймс Д.; Хвилсом, Кристина (01.07.2022). «Воскрешение биоразнообразия: передовые вспомогательные репродуктивные технологии и биобанкинг». Репродукция и фертильность . 3 (3): R121–R146. doi :10.1530/RAF-22-0005. ISSN  2633-8386. PMC 9346332. PMID  35928671 . 
  13. ^ Сан, Яньян; Ли, Юньлэй; Цзун, Юньхэ; Мехайсен, Гамаль МК; Чэнь, Цзилань (2022-10-09). «Криоконсервация и реконструкция генетического наследия птицы: прогресс и будущие проблемы». Журнал «Наука о животных и биотехнология» . 13 (1): 115. doi : 10.1186/s40104-022-00768-2 . ISSN  2049-1891. PMC 9549680. PMID 36210477  . 
  14. ^ Jarrett KE, Lee CM, Yeh YH, Hsu RH, Gupta R, Zhang M и др. (март 2017 г.). «Соматическое редактирование генома с помощью CRISPR/Cas9 порождает и исправляет метаболическое заболевание». Scientific Reports . 7 : 44624. Bibcode :2017NatSR...744624J. doi :10.1038/srep44624. PMC 5353616 . PMID  28300165. 
  15. ^ "NIH выделяет 190 млн долларов на инструменты/технологические исследования соматического редактирования генов". 24 января 2018 г. Получено 5 июля 2018 г.
  16. ^ Сингх, Амарендра Н. (01.04.2021). «Этические противоречия и проблемы редактирования генома человека. | Международный медицинский журнал | EBSCOhost». openurl.ebsco.com . Получено 20.06.2024 .
  17. ^ «Почему редактирование генов следует рассматривать по-разному в двух типах человеческих клеток?». 8 декабря 2015 г. Получено 5 июля 2018 г.
  18. ^ Gensler HL (1981). «Низкий уровень УФ-индуцированного незапланированного синтеза ДНК в постмитотических клетках мозга хомяков: возможное отношение к старению». Exp. Geronont . 16 (2): 199–207. doi :10.1016/0531-5565(81)90046-2.
  19. ^ Karran P, Moscona A, Strauss B (июль 1977 г.). «Снижение репарации ДНК в нейронных клетках сетчатки куриных эмбрионов в связи с развитием. Постоянный дефицит репарационной компетентности в клеточной линии, полученной из поздних эмбрионов». J Cell Biol . 74 (1): 274–86. doi :10.1083/jcb.74.1.274. PMC 2109876. PMID  559680 . 
  20. ^ Lampidis TJ, Schaiberger GE (декабрь 1975 г.). «Связанная с возрастом потеря синтеза репарации ДНК в изолированных клетках миокарда крысы». Exp Cell Res . 96 (2): 412–6. doi :10.1016/0014-4827(75)90276-1. PMID  1193184.