Tento blogový příspěvek se ponoří do toho, jak si buňky v raném embryonálním stádiu vybírají různé osudy na základě interakcí mezi klíčovými faktory, jako jsou OCT4 a CDX2, a také do rozdílů v distribuci látek určujících bipolaritu.
Nespočet buněk v našem těle pochází ze zygoty, jediné buňky vzniklé oplodněním spermie a vajíčka opakovaným buněčným dělením. U savců se během raného stádia blastocysty, které vzniká dělením buněk zygoty, trofoektodermální buňky – které se později stanou součástí placenty – oddělí od vnitřní buněčné hmoty (ICM), kterou obklopují. Tato ICM má pluripotenci, schopnost diferencovat se do všech typů buněk plodu. Jak tedy tato vnitřní buněčná hmota vzniká?
Zygota prochází přibližně třemi koly buněčného dělení, aby dosáhla stádia 8 buněk, které se skládají z osmi kulovitých buněk. Poté prochází procesem zhutňování, doprovázeným morfologickými změnami, a stává se z 8buněčné moruly. V další fázi se z 8buněčné blastocysty stává 16buněčná blastula, a to jak mitotickým, tak diferenciálním dělením. Mitotické dělení označuje dělení, při kterém jsou dvě výsledné buňky identické, zatímco diferenciální dělení označuje dělení, při kterém se dvě výsledné buňky liší. Některé buňky 8buněčné blastocysty se konzervačním dělením stanou buňkami tvořícími vnější vrstvu 16buněčné blastocysty. Zbývající buňky procházejí diferenciačním dělením, kdy se rozdělí na jednu buňku pro vnější vrstvu a jednu buňku pro vnitřní vrstvu, která vyplní vnitřek. 16buněčná blastocysta tak nejprve získává tvar, který se vyznačuje buňkami vnější vrstvy a vnitřními buňkami.
Mezitím se tento vzorec dvojitého buněčného dělení opakuje i v 16buněčné blastocystě, což vede k tvorbě 32buněčné blastocysty. V této fázi se buňky vnější vrstvy diferencují na buňky trofoektodermu, které později vytvoří ranou blastocystu, zatímco vnitřní buňky se diferencují na buňky, které budou tvořit vnitřní buněčnou hmotu. Klíčovou otázkou je, jak se buňky diferencují na odlišné typy buněk ve stádiu 16buněčné a 32buněčné blastocysty.
Byly navrženy dvě hlavní hypotézy. Zaprvé, „vnitřní-vnější hypotéza“ vysvětluje, že jedna buňka se diferencuje různými způsoby na základě stupně kontaktu se sousedními buňkami a rozdílů v expozici vnějšímu prostředí. To znamená, že buňky hluboko uvnitř blastocysty mají větší kontakt se sousedními buňkami než povrchové buňky a nejsou přímo vystaveny vnějšímu prostředí. Předpokládá se, že tento rozdíl způsobuje, že se hluboké buňky a povrchové buňky diferencují na odlišné typy buněk.
Objev, že specifické látky se během procesu zhutňování ve stádiu 8buněčné blastocysty asymetricky distribuují v buňkách, však vedl k návrhu nové „bipolární hypotézy“. Látky, které byly původně v buňkách rovnoměrně distribuovány, se po zhutnění redistribuují směrem k vnějším nebo vnitřním oblastem. V důsledku toho každá buňka v 8buněčné blastocystě získává bipolární strukturu. Tyto látky se nazývají „bipolární determinační látky“ a jádrem bipolární hypotézy je, že buňky se diferencují do odlišných typů na základě distribučního vzoru těchto látek. Podle této hypotézy si při mitotickém dělení buněk v 8buněčné blastocystě povrchové buňky zachovávají distribuci polarizačního materiálu, kterou měly před dělením. Nově vytvořené vnitřní buňky však postrádají polarizační materiál, který byl původně koncentrován na vnější straně. Tento rozdíl mezi povrchovými a vnitřními buňkami je vysvětlen jako příčina vedoucí k jejich diferenciaci do odlišných buněčných typů.
Vědci se zaměřili na OCT4, který se podílí na udržování pluripotence, a CDX2, který se podílí na tvorbě nervového hřebene, během procesu diferenciace vnějších a vnitřních buněk blastocysty. V blastocystě ve stádiu 8 buněk je OCT4 rovnoměrně rozložen ve všech buňkách, zatímco CDX2 nikoli. Je to proto, že část bipolárního krystalického materiálu existuje pouze ve vnějších oblastech buněk, přičemž CDX2 se koncentruje směrem k vnější straně. Následně, ve stádiu 16 buněk, OCT4 postupně mizí z vnějších buněk, zatímco zbytkový CDX2 ve vnitřních buňkách postupně mizí. K tomu dochází, protože CDX2 potlačuje expresi OCT4 ve vnějších buňkách a OCT4 potlačuje expresi CDX2 ve vnitřních buňkách.
Mezitím byla jako klíčový jev související s tímto procesem studována také signální dráha „Hippo“, která potlačuje funkci látek podporujících expresi CDX2. Podle tohoto mechanismu se signalizace Hippo, přítomná ve všech buňkách embrya v 16buněčném stádiu, aktivuje, když se zvětší kontaktní plocha s okolními buňkami, čímž se snižují hladiny CDX2. Tato zjištění ukazují, že interakce mezi CDX2 a OCT4 je klíčovým faktorem určujícím odlišné osudy obou buněk vzniklých diferenciací a dělením. Nedávné studie ukázaly, že tento komplexní mechanismus je také organicky spojen s rozdíly v intracelulárních mechanických silách, epigenetické regulaci a signalizaci fosforylace proteinů. To potvrzuje, že proces určování buněčného osudu během raného embryonálního vývoje je výsledkem vysoce sofistikovaných interakcí.
