Ovaj blog post istražuje kako stanice u ranoj embrionalnoj fazi biraju različite sudbine na temelju interakcija između ključnih čimbenika poput OCT4 i CDX2, kao i razlike u distribuciji tvari koje određuju bipolarnost.
Bezbrojne stanice u našim tijelima potječu iz zigote, jedne stanice nastale oplodnjom spermija i jajne stanice, kroz ponovljene diobe stanica. Kod sisavaca, tijekom rane faze blastociste nastale diobom stanica zigote, stanice trofoektoderma - koje kasnije postaju dio posteljice - odvajaju se od unutarnje stanične mase (ICM) koju okružuju. Ova ICM posjeduje pluripotentnost, sposobnost diferencijacije u sve tipove stanica fetusa. Dakle, kako se formira ta unutarnja stanična masa?
Zigota prolazi kroz otprilike tri kruga stanične diobe kako bi dosegla stadij od 8 stanica, koji se sastoji od osam sferičnih stanica. Zatim prolazi kroz proces zbijanja, popraćen morfološkim promjenama, te postaje morula od 8 stanica. U sljedećoj fazi, blastula od 8 stanica postaje blastula od 16 stanica kroz mitotičku i diferencijalnu diobu. Mitotička dioba odnosi se na diobu u kojoj su dvije rezultirajuće stanice identične, dok se diferencijalna dioba odnosi na diobu u kojoj dvije rezultirajuće stanice postaju različite. Neke stanice blastociste od 8 stanica postaju stanice koje tvore vanjski sloj blastociste od 16 stanica kroz konzervacijsku diobu. Preostale stanice prolaze kroz diferencijalnu diobu, dijeleći se u jednu stanicu za vanjski sloj i jednu stanicu za unutrašnjost, ispunjavajući unutrašnjost. Tako blastocista od 16 stanica prvo dobiva oblik koji se razlikuje po stanicama vanjskog sloja i unutarnjim stanicama.
U međuvremenu, ovaj dvostruki obrazac stanične diobe ponavlja se unutar blastociste sa 16 stanica, što dovodi do stvaranja blastociste s 32 stanice. U ovoj fazi, stanice vanjskog sloja diferenciraju se u stanice trofoektoderma koje će kasnije formirati ranu blastocistu, dok se unutarnje stanice diferenciraju u stanice koje će činiti unutarnju staničnu masu. Ključno pitanje ovdje je kako se stanice diferenciraju u različite tipove stanica u fazama blastociste sa 16 i 32 stanice.
Predložene su dvije glavne hipoteze. Prva, 'unutarnje-vanjska hipoteza' objašnjava da se jedna stanica diferencira na različite načine na temelju stupnja kontakta sa susjednim stanicama i razlika u izloženosti vanjskom okruženju. To jest, stanice duboko unutar blastociste imaju veći kontakt sa susjednim stanicama nego površinske stanice i nisu izravno izložene vanjskom okruženju. Smatra se da ta razlika uzrokuje diferencijaciju dubokih i površinskih stanica u različite tipove stanica.
Međutim, otkriće da se specifične tvari asimetrično raspoređuju unutar stanica tijekom procesa kompakcije u fazi 8-staničnog blastocista dovelo je do prijedloga nove 'bipolarne hipoteze'. Tvari koje su u početku ravnomjerno raspoređene unutar stanica nakon kompakcije preraspodijele se prema vanjskim ili unutarnjim područjima. Posljedično, svaka stanica u 8-staničnom blastocistu dobiva bipolarnu strukturu. Te se tvari nazivaju 'bipolarne determinacijske tvari', a srž bipolarne hipoteze je da se stanice diferenciraju u različite tipove na temelju obrasca raspodjele tih tvari. Prema ovoj hipotezi, kada se stanice u 8-staničnom blastocistu podvrgnu mitotičkoj diobi, površinske stanice zadržavaju raspodjelu polarizirajućeg materijala koji su posjedovale prije diobe. Međutim, novonastalim unutarnjim stanicama nedostaje polarizirajući materijal koji je izvorno bio koncentriran na vanjskoj strani. Ova razlika između površinskih i unutarnjih stanica objašnjava se kao uzrok njihove diferencijacije u različite tipove stanica.
Znanstvenici su se usredotočili na OCT4, koji sudjeluje u održavanju pluripotentnosti, i CDX2, koji sudjeluje u formiranju neuralnog grebena, tijekom procesa diferencijacije vanjskih i unutarnjih stanica blastociste. U blastocisti u fazi od 8 stanica, OCT4 je ravnomjerno raspoređen po svim stanicama, ali CDX2 nije. To je zato što dio bipolarnog kristalnog materijala postoji samo u vanjskim dijelovima stanica, koncentrirajući CDX2 prema vanjskoj strani. Nakon toga, do faze od 16 stanica, OCT4 postupno nestaje iz vanjskih stanica, dok preostali CDX2 u unutarnjim stanicama postupno nestaje. To se događa jer CDX2 potiskuje ekspresiju OCT4 u vanjskim stanicama, a OCT4 potiskuje ekspresiju CDX2 u unutarnjim stanicama.
U međuvremenu, 'Hippo' signalni put, koji potiskuje funkciju tvari koje potiču ekspresiju CDX2, također je proučavan kao ključni fenomen povezan s ovim procesom. Prema ovom mehanizmu, Hippo signalizacija, prisutna u svim stanicama embrija u stadiju od 16 stanica, aktivira se kada se poveća površina kontakta s okolnim stanicama, čime se smanjuju razine CDX2. Ovi nalazi pokazuju da je interakcija između CDX2 i OCT4 ključni faktor koji određuje divergentne sudbine dviju stanica nastale diferencijacijom i diobom. Nedavne studije otkrile su da je ovaj složeni mehanizam također organski povezan s razlikama u unutarstaničnim mehaničkim silama, epigenetičkoj regulaciji i signalizaciji fosforilacije proteina. To potvrđuje da je proces određivanja sudbine stanica tijekom ranog embrionalnog razvoja proizvod vrlo sofisticiranih interakcija.
