Différenciation cellulaire chez les animaux et les plantes

Le différenciation cellulaire c'est le phénomène graduel par lequel les cellules multipotentielles des organismes atteignent certaines caractéristiques spécifiques. Il se produit pendant le processus de développement et les changements physiques et fonctionnels sont mis en évidence. Conceptuellement, la différenciation se déroule en trois étapes: détermination, différenciation et maturation appropriées.

Ces trois processus mentionnés se produisent en continu dans les organismes. Dans la première étape de la détermination, l'affectation des cellules multipotentielles de l'embryon à un type de cellule défini se produit; par exemple, une cellule nerveuse ou une cellule musculaire. Dans la différenciation, les cellules commencent à exprimer les caractéristiques du lignage.

Enfin, la maturation se produit dans les dernières étapes du processus, où de nouvelles propriétés acquièrent l’apparence finale des caractéristiques chez les organismes matures.

La différenciation cellulaire est un processus régulé de manière très stricte et précise par une série de signaux comprenant des hormones, des vitamines, des facteurs spécifiques et même des ions. Ces molécules indiquent l'initiation des voies de signalisation à l'intérieur de la cellule.

Il est possible que des conflits surviennent entre les processus de division cellulaire et de différenciation; par conséquent, le développement atteint un point où la prolifération doit cesser de donner lieu à une différenciation.

Index

• 1 Caractéristiques générales
• 2 Différenciation cellulaire chez les animaux
  • 2.1 Activer et désactiver les gènes
  • 2.2 Mécanismes produisant différents types de cellules
  • 2.3 Modèle de différenciation cellulaire: tissu musculaire
  • 2.4 gènes maîtres
• 3 différenciation cellulaire chez les plantes
  • 3.1 méristèmes
  • 3.2 Rôle des auxines
• 4 Différences entre animaux et plantes
• 5 références

Caractéristiques générales

Le processus de différenciation cellulaire implique la modification de la forme, de la structure et de la fonction d'une cellule dans une lignée donnée. En outre, cela implique la réduction de toutes les fonctions potentielles d’une cellule.

Le changement est régi par des molécules clés, entre ces protéines et des ARN messagers spécifiques. La différenciation cellulaire est le produit de l'expression contrôlée et différentielle de certains gènes.

Le processus de différenciation n'implique pas la perte de gènes initiaux; ce qui se passe, c'est une répression dans des endroits spécifiques de la machinerie génétique de la cellule en cours de développement. Une cellule contient environ 30 000 gènes, mais n'exprime qu'environ 8 000 ou 10 000.

Pour illustrer l'énoncé ci-dessus, l'expérience suivante a été soulevée: prendre le noyau d'une cellule différenciée et le corps d'un exemple d'amphibiens, pour une cellule de la muqueuse intestinal- et implanté dans un œuf de grenouille dont le noyau a été précédemment extraite .

Le nouveau noyau dispose de toutes les informations nécessaires pour créer un nouvel organisme dans des conditions parfaites; c'est-à-dire que les cellules de la muqueuse intestinale n'ont perdu aucun gène lors du processus de différenciation.

Différenciation cellulaire chez les animaux

Le développement commence par la fertilisation. Lorsque la formation des processus de développement de l'embryon morula se produit, les cellules sont considérées comme totipotentes, ce qui indique qu'ils sont capables de former un organisme entier.

Au fil du temps, la morula et blastocyste devient maintenant des cellules dites pluripotentes car ils peuvent former des tissus du corps. Ils ne peuvent pas former l'organisme complet car ils ne sont pas capables de donner naissance aux tissus extra-embryonnaires.

Histologiquement, les tissus fondamentaux d'un organisme sont l'épithélium, le connectif, le musculaire et le nerveux.

Au fur et à mesure que l'on avance, les cellules sont multipotentes, car elles se différencient en cellules matures et fonctionnelles.

-Spécialement chez les animaux en metazoos- il y a une voie génétique commune qui unifie groupe ontogénie de développement à travers une série de gènes qui définissent le motif spécifique des structures du corps, en contrôlant l'identité des segments dans l'axe antéropostérieur de l'animal

Ces gènes codent pour des protéines particulières qui partagent une séquence d'acides aminés se liant à l'ADN (homéobox dans le gène, homodomaine dans la protéine).

Activer et désactiver les gènes

L'ADN peut être modifié par des agents chimiques ou par des mécanismes cellulaires qui affectent l'induction ou la répression de l'expression des gènes.

Il existe deux types de chromatine, classés selon leur expression ou non: l'euchromatine et l'hétérochromatine. Le premier est organisé librement et ses gènes sont exprimés, le second a une organisation compacte et empêche l'accès à la machine de transcription.

Il a été proposé que, dans les processus de différenciation des cellules, des gènes qui ne sont pas requis pour cette lignée spécifique sont réduits au silence constitué en tant que domaines d'hétérochromatine.

Mécanismes qui produisent différents types de cellules

Dans les organismes multicellulaires sont une série de mécanismes qui produisent différents types de cellules dans le processus de développement, comme la séparation des facteurs cytoplasmiques et de la communication cellulaire.

La ségrégation des facteurs cytoplasmiques implique la séparation inégale d'éléments tels que les protéines ou les ARN messagers dans les processus de division cellulaire.

D'autre part, la communication cellulaire entre cellules voisines peut stimuler la différenciation de plusieurs types de cellules.

Un tel processus se produit dans la formation des vésicules ophtalmiques lorsqu'elles rencontrent l'ectoderme de la région céphalique et provoquent l'épaississement qui forme les plaques de lentilles. Celles-ci se replient dans la région interne et forment la lentille.

Modèle de différenciation cellulaire: tissu musculaire

Un des modèles les mieux décrits dans la littérature est le développement du tissu musculaire. Ce tissu est complexe et est composé de cellules à multiples noyaux dont la fonction est la contraction.

Les cellules mésenchymateuses donnent naissance à des cellules myogéniques, ce qui donne naissance à un tissu musculaire squelettique mature.

Pour que ce processus de différenciation puisse commencer, il faut que certains facteurs de différenciation empêchent la phase S du cycle cellulaire et agissent comme des stimulants géniques responsables du changement.

Lorsque ces cellules reçoivent le signal, il initie la transformation vers des myoblastes qui ne peuvent pas subir de processus de division cellulaire. Les myoblastes expriment les gènes liés à la contraction musculaire, tels que ceux codant pour les protéines d'actine et de myosine.

Les myoblastes peuvent fusionner les uns avec les autres et former un myotube avec plus d'un noyau. A ce stade, la production d'autres protéines liées à la contraction se produit, comme la troponine et la tropomyosine.

Lorsque les noyaux se déplacent vers la partie périphérique de ces structures, ils sont considérés comme une fibre musculaire.

Comme décrit, ces cellules ont des protéines liées à la contraction musculaire, mais sont dépourvues d'autres protéines telles que la kératine ou l'hémoglobine.

Gènes maîtres

L'expression différentielle dans les gènes est sous le contrôle de "gènes maîtres". Ceux-ci se trouvent dans le noyau et activent la transcription d'autres gènes. Comme son nom l'indique, ce sont des facteurs clés qui sont responsables du contrôle d'autres gènes dirigeant leurs fonctions.

Dans le cas de la différenciation musculaire, les gènes spécifiques sont ceux qui codent pour chacune des protéines impliquées dans la contraction musculaire, et les gènes maîtres sont MyoD et Myf5.

Lorsque les gènes maîtres régulateurs sont absents, les gènes subalterne ne sont pas exprimés. En revanche, lorsque le gène maître est présent, l'expression des gènes cibles est forcée.

Il existe des gènes maîtres qui dirigent la différenciation des neurones, épithéliaux, cardiaques, entre autres.

Différenciation cellulaire chez les plantes

Comme chez les animaux, le développement des plantes commence par la formation d'un zygote à l'intérieur de la graine. Lorsque la première division cellulaire se produit, deux cellules différentes sont originaires.

L'une des caractéristiques du développement des plantes est la croissance continue de l'organisme grâce à la présence continue de cellules à caractère embryonnaire. Ces régions sont appelées méristèmes et sont des organes de croissance perpétuelle.

Les voies de différenciation donnent naissance aux trois systèmes tissulaires présents dans les plantes: le protoderme qui comprend les tissus cutanés, les méristèmes fondamentaux et le processus de changement.

Le produit est à l'origine des tissus vasculaires de la plante, formés par le xylème (transporteur d'eau et de sels dissous) et le phloème (transporteur de sucres et d'autres molécules telles que les acides aminés).

Méristèmes

Les méristèmes sont situés à l'extrémité des tiges et des racines. Ainsi, ces cellules se différencient et donnent naissance aux différentes structures qui forment les plantes (feuilles, fleurs, entre autres).

La différenciation cellulaire des structures florales se produit à un certain moment du développement et le méristème devient une "inflorescence" qui, à son tour, forme les méristèmes floraux. De là viennent les pièces florales constituées de sépales, de pétales, d'étamines et de carpelles.

Ces cellules se caractérisent par une petite taille, une forme cubique, une paroi cellulaire mince mais flexible et un cytoplasme à haute densité et de nombreux ribosomes.

Rôle des auxines

Les phytohormones jouent un rôle dans les phénomènes de différenciation cellulaire, en particulier les auxines.

Cette hormone influence la différenciation du tissu vasculaire dans la tige. Des expériences ont montré que l'application d'auxines dans une plaie entraîne la formation de tissu vasculaire.

De même, les auxines sont liées à la stimulation du développement des cellules cambiales vasculaires.

Différences entre animaux et plantes

Le processus de différenciation cellulaire et de développement chez les plantes et les animaux ne se produit pas de manière identique.

Chez l'animal, des mouvements de cellules et de tissus doivent avoir lieu pour que les organismes acquièrent une conformation tridimensionnelle qui les caractérise. De plus, la diversité cellulaire est beaucoup plus élevée chez les animaux.

En revanche, les plantes n'ont pas de périodes de croissance uniquement dans les premiers stades de la vie de l'individu; ils peuvent augmenter leur taille tout au long de la vie du légume.

Références

1. Campbell, N. A. et Reece, J. B. (2007). Biologie. Ed. Panamericana Medical.
2. Cediel, J.F., Cardenas, M.H. et Garcia, A. (2009). Manuel d'histologie: tissus fondamentaux. Université de Rosario.
3. Hall, J. E. (2015). Livre électronique de Guyton et Hall sur la physiologie médicale. Elsevier Health Sciences.
4. Palomero, G. (2000). Cours d'embryologie. Université d'Oviedo.
5. Wolpert, L. (2009). Principes de développement. Ed. Panamericana Medical.