Αυτή η ανάρτηση ιστολογίου εμβαθύνει στο πώς τα κύτταρα στο πρώιμο εμβρυϊκό στάδιο επιλέγουν διαφορετικές μοίρες με βάση τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ βασικών παραγόντων όπως οι OCT4 και CDX2, καθώς και τις διαφορές στην κατανομή των ουσιών που καθορίζουν τη διπολικότητα.
Τα αμέτρητα κύτταρα στο σώμα μας προέρχονται από το ζυγωτό, ένα μόνο κύτταρο που σχηματίζεται από τη γονιμοποίηση του σπερματοζωαρίου και του ωαρίου, μέσω επαναλαμβανόμενων κυτταρικών διαιρέσεων. Στα θηλαστικά, κατά το πρώιμο στάδιο της βλαστοκύστης που σχηματίζεται από την κυτταρική διαίρεση του ζυγωτού, τα κύτταρα του τροφοεκτόδερμου - τα οποία αργότερα γίνονται μέρος του πλακούντα - διαχωρίζονται από την εσωτερική κυτταρική μάζα (ICM) που περιβάλλουν. Αυτή η ICM διαθέτει πολυδυναμικότητα, την ικανότητα να διαφοροποιείται σε όλους τους κυτταρικούς τύπους του εμβρύου. Πώς, λοιπόν, σχηματίζεται αυτή η εσωτερική κυτταρική μάζα;
Το ζυγωτό υφίσταται περίπου τρεις γύρους κυτταρικής διαίρεσης για να φτάσει στο στάδιο των 8 κυττάρων, το οποίο αποτελείται από οκτώ σφαιρικά κύτταρα. Στη συνέχεια, υφίσταται μια διαδικασία συμπύκνωσης, συνοδευόμενη από μορφολογικές αλλαγές, μετατρέποντας σε μορίδιο 8 κυττάρων. Στο επόμενο στάδιο, το βλαστίδιο των 8 κυττάρων γίνεται βλαστίδιο 16 κυττάρων μέσω τόσο μιτωτικής όσο και διαφορικής διαίρεσης. Η μιτωτική διαίρεση αναφέρεται στη διαίρεση όπου τα δύο προκύπτοντα κύτταρα είναι πανομοιότυπα, ενώ η διαφορική διαίρεση αναφέρεται στη διαίρεση όπου τα δύο προκύπτοντα κύτταρα γίνονται διαφορετικά. Ορισμένα κύτταρα της βλαστοκύστης των 8 κυττάρων γίνονται τα κύτταρα που σχηματίζουν το εξωτερικό στρώμα της βλαστοκύστης των 16 κυττάρων μέσω διαίρεσης διατήρησης. Τα υπόλοιπα κύτταρα υφίστανται διαφοροποίηση, διαιρούμενα σε ένα κύτταρο για το εξωτερικό στρώμα και ένα κύτταρο για το εσωτερικό, γεμίζοντας το εσωτερικό. Έτσι, η βλαστοκύστη των 16 κυττάρων αποκτά πρώτα μια μορφή που διακρίνεται από κύτταρα εξωτερικού στρώματος και εσωτερικά κύτταρα.
Εν τω μεταξύ, αυτό το μοτίβο διπλής κυτταρικής διαίρεσης επαναλαμβάνεται εντός της βλαστοκύστης των 16 κυττάρων, οδηγώντας στο σχηματισμό μιας βλαστοκύστης των 32 κυττάρων. Σε αυτό το στάδιο, τα κύτταρα του εξωτερικού στρώματος διαφοροποιούνται στα κύτταρα του τροφοεκτόδερματος που αργότερα θα σχηματίσουν την πρώιμη βλαστοκύστη, ενώ τα εσωτερικά κύτταρα διαφοροποιούνται στα κύτταρα που θα αποτελέσουν την εσωτερική κυτταρική μάζα. Το βασικό ερώτημα εδώ είναι πώς τα κύτταρα διαφοροποιούνται σε διακριτούς κυτταρικούς τύπους στα στάδια της βλαστοκύστης των 16 κυττάρων και των 32 κυττάρων.
Έχουν προταθεί δύο κύριες υποθέσεις. Πρώτον, η «υπόθεση εσωτερικού-εξωτερικού» εξηγεί ότι ένα μόνο κύτταρο διαφοροποιείται με διαφορετικούς τρόπους με βάση τον βαθμό επαφής με τα γειτονικά κύτταρα και τις διαφορές στην έκθεση στο εξωτερικό περιβάλλον. Δηλαδή, τα κύτταρα βαθιά μέσα στη βλαστοκύστη έχουν μεγαλύτερη επαφή με τα γειτονικά κύτταρα από τα επιφανειακά κύτταρα και δεν εκτίθενται άμεσα στο εξωτερικό περιβάλλον. Αυτή η διαφορά θεωρείται ότι προκαλεί τη διαφοροποίηση των βαθιών και των επιφανειακών κυττάρων σε διακριτούς κυτταρικούς τύπους.
Ωστόσο, η ανακάλυψη ότι συγκεκριμένες ουσίες κατανέμονται ασύμμετρα μέσα στα κύτταρα κατά τη διαδικασία συμπύκνωσης στο στάδιο της βλαστοκύστης των 8 κυττάρων οδήγησε στην πρόταση μιας νέας «διπολικής υπόθεσης». Ουσίες που αρχικά κατανέμονταν ομοιόμορφα μέσα στα κύτταρα ανακατανέμονται προς τις εξωτερικές ή εσωτερικές περιοχές μετά τη συμπύκνωση. Κατά συνέπεια, κάθε κύτταρο στην βλαστοκύστη των 8 κυττάρων αποκτά διπολική δομή. Αυτές οι ουσίες ονομάζονται «διπολικές ουσίες προσδιορισμού» και ο πυρήνας της διπολικής υπόθεσης είναι ότι τα κύτταρα διαφοροποιούνται σε διακριτούς τύπους με βάση το πρότυπο κατανομής αυτών των ουσιών. Σύμφωνα με αυτήν την υπόθεση, όταν τα κύτταρα στην βλαστοκύστη των 8 κυττάρων υφίστανται μιτωτική διαίρεση, τα επιφανειακά κύτταρα διατηρούν την κατανομή του πολωτικού υλικού που κατείχαν πριν από τη διαίρεση. Ωστόσο, τα νεοσχηματισμένα εσωτερικά κύτταρα δεν έχουν το πολωτικό υλικό που αρχικά ήταν συγκεντρωμένο στην εξωτερική πλευρά. Αυτή η διαφορά μεταξύ των επιφανειακών και των εσωτερικών κυττάρων εξηγείται ως η αιτία που οδηγεί στη διαφοροποίησή τους σε διακριτούς κυτταρικούς τύπους.
Οι επιστήμονες επικεντρώθηκαν στην OCT4, η οποία εμπλέκεται στη διατήρηση της πολυδυναμικότητας, και στην CDX2, η οποία εμπλέκεται στον σχηματισμό της νευρικής ακρολοφίας, κατά τη διάρκεια της διαδικασίας διαφοροποίησης των εξωτερικών και εσωτερικών κυττάρων της βλαστοκύστης. Στη βλαστοκύστη σταδίου 8 κυττάρων, η OCT4 κατανέμεται ομοιόμορφα σε όλα τα κύτταρα, αλλά η CDX2 όχι. Αυτό συμβαίνει επειδή μέρος του διπολικού κρυσταλλικού υλικού υπάρχει μόνο στις εξωτερικές περιοχές των κυττάρων, συγκεντρώνοντας την CDX2 προς την εξωτερική πλευρά. Στη συνέχεια, μέχρι το στάδιο των 16 κυττάρων, η OCT4 εξαφανίζεται σταδιακά από τα εξωτερικά κύτταρα, ενώ η υπολειμματική CDX2 στα εσωτερικά κύτταρα εξαφανίζεται σταδιακά. Αυτό συμβαίνει επειδή η CDX2 καταστέλλει την έκφραση της OCT4 στα εξωτερικά κύτταρα και η OCT4 καταστέλλει την έκφραση της CDX2 στα εσωτερικά κύτταρα.
Εν τω μεταξύ, η οδός σηματοδότησης «Hippo», η οποία καταστέλλει τη λειτουργία ουσιών που προάγουν την έκφραση CDX2, έχει επίσης μελετηθεί ως ένα κρίσιμο φαινόμενο που σχετίζεται με αυτή τη διαδικασία. Σύμφωνα με αυτόν τον μηχανισμό, η σηματοδότηση Hippo, η οποία υπάρχει σε όλα τα κύτταρα του εμβρύου σταδίου 16 κυττάρων, ενεργοποιείται όταν αυξάνεται η περιοχή επαφής με τα περιβάλλοντα κύτταρα, μειώνοντας έτσι τα επίπεδα CDX2. Αυτά τα ευρήματα καταδεικνύουν ότι η αλληλεπίδραση μεταξύ CDX2 και OCT4 είναι ένας βασικός παράγοντας που καθορίζει τις αποκλίνουσες μοίρες των δύο κυττάρων που παράγονται από τη διαφοροποίηση και τη διαίρεση. Πρόσφατες μελέτες έχουν αποκαλύψει ότι αυτός ο πολύπλοκος μηχανισμός συνδέεται επίσης οργανικά με διαφορές στις ενδοκυτταρικές μηχανικές δυνάμεις, την επιγενετική ρύθμιση και τη σηματοδότηση φωσφορυλίωσης πρωτεϊνών. Αυτό επιβεβαιώνει ότι η διαδικασία προσδιορισμού της μοίρας των κυττάρων κατά την πρώιμη εμβρυϊκή ανάπτυξη είναι προϊόν εξαιρετικά εξελιγμένων αλληλεπιδράσεων.
