Ez a blogbejegyzés azt vizsgálja, hogy a korai embrionális stádiumban lévő sejtek hogyan választanak különböző sorsokat a kulcsfontosságú tényezők, például az OCT4 és a CDX2 közötti kölcsönhatások, valamint a bipolaritást meghatározó anyagok eloszlásának különbségei alapján.
Testünkben számtalan sejt a zigótából származik, egyetlen sejtből, amely a spermium és a petesejt megtermékenyítésével, ismételt sejtosztódással jön létre. Emlősöknél a zigóta sejtosztódás által kialakuló korai blasztociszta stádiumban a trofoektoderma sejtek – amelyek később a méhlepény részévé válnak – elválnak a körülöttük lévő belső sejttömegtől (ICM). Ez az ICM pluripotenciával rendelkezik, azaz képes a magzat összes sejttípusává differenciálódni. Hogyan alakul ki tehát ez a belső sejttömeg?
A zigóta körülbelül három sejtosztódási cikluson megy keresztül, hogy elérje a nyolcsejtes stádiumot, amely nyolc gömb alakú sejtből áll. Ezután egy tömörödési folyamaton megy keresztül, amelyet morfológiai változások kísérnek, és 8-sejtes morulává válik. A következő szakaszban a 8-sejtes blasztula 16-sejtes blasztulává válik mind a mitotikus, mind a differenciális osztódás révén. A mitotikus osztódás arra az osztódásra utal, amikor a két keletkező sejt azonos, míg a differenciális osztódás arra az osztódásra utal, amikor a két keletkező sejt eltérővé válik. A 8-sejtes blasztociszta egyes sejtjei konzervatív osztódás révén a 16-sejtes blasztociszta külső rétegét alkotó sejtekké válnak. A fennmaradó sejtek differenciálódási osztódáson mennek keresztül, egy külső réteget alkotó sejtre és egy belső réteget alkotó sejtre osztódnak, kitöltve a belsejét. Így a 16-sejtes blasztociszta először egy olyan formát ölt, amelyet a külső réteg sejtjei és a belső sejtek különböztetnek meg.
Eközben ez a kettős sejtosztódási minta megismétlődik a 16-sejtes blasztocisztán belül, ami egy 32-sejtes blasztociszta kialakulásához vezet. Ebben a szakaszban a külső réteg sejtjei trofoektoderma sejtekké differenciálódnak, amelyek később a korai blasztocisztát alkotják, míg a belső sejtek azzá a sejtté differenciálódnak, amelyek a belső sejttömeget alkotják. A kulcskérdés az, hogy a sejtek hogyan differenciálódnak különböző sejttípusokká a 16-sejtes és a 32-sejtes blasztociszta stádiumban.
Két fő hipotézist fogalmaztak meg. Az első a „belső-külső hipotézis”, amely szerint egyetlen sejt különböző módokon differenciálódik a szomszédos sejtekkel való érintkezés mértéke és a külső környezetnek való kitettség különbségei alapján. Vagyis a blasztociszta mélyén lévő sejtek jobban érintkeznek a szomszédos sejtekkel, mint a felszíni sejtek, és nincsenek közvetlenül kitéve a külső környezetnek. Úgy gondolják, hogy ez a különbség okozza a mélyen fekvő és a felszíni sejtek különböző sejttípusokká való differenciálódását.
Azonban az a felfedezés, hogy a 8-sejtes blasztociszta stádiumban a tömörödési folyamat során bizonyos anyagok aszimmetrikusan oszlanak el a sejtekben, egy új „bipoláris hipotézis” felvetéséhez vezetett. A sejtekben kezdetben egyenletesen eloszló anyagok a tömörödés után a külső vagy belső régiók felé oszlanak újra. Következésképpen a 8-sejtes blasztociszta minden sejtje bipoláris szerkezetet szerez. Ezeket az anyagokat „bipoláris determinációs anyagoknak” nevezik, és a bipoláris hipotézis lényege, hogy a sejtek ezen anyagok eloszlási mintázata alapján különböző típusokra differenciálódnak. E hipotézis szerint, amikor a 8-sejtes blasztociszta sejtjei mitotikus osztódáson mennek keresztül, a felszíni sejtek megtartják az osztódás előtti polarizáló anyag eloszlását. Az újonnan képződött belső sejtekből azonban hiányzik az eredetileg a külső oldalon koncentrálódó polarizáló anyag. Ezt a különbséget a felszíni és a belső sejtek között magyarázzák, mint az okot, amely a különböző sejttípusokká való differenciálódásukhoz vezetett.
A tudósok a blasztociszta külső és belső sejtjeinek differenciálódási folyamata során az OCT4-re, amely a pluripotencia fenntartásában játszik szerepet, és a CDX2-re, amely az idegtaréj kialakulásában játszik szerepet, összpontosítottak. A 8-sejtes blasztocisztában az OCT4 egyenletesen oszlik el az összes sejtben, míg a CDX2 nem. Ez azért van, mert a bipoláris kristályos anyag egy része csak a sejtek külső régióiban létezik, a CDX2-t a külső oldal felé koncentrálva. Ezt követően, a 16-sejtes stádiumra, az OCT4 fokozatosan eltűnik a külső sejtekből, míg a belső sejtekben lévő maradék CDX2 fokozatosan eltűnik. Ez azért történik, mert a CDX2 gátolja az OCT4 expresszióját a külső sejtekben, az OCT4 pedig a belső sejtekben.
Eközben a „Hippo” jelátviteli útvonalat, amely elnyomja a CDX2 expresszióját elősegítő anyagok működését, szintén tanulmányozták, mint a folyamathoz kapcsolódó kulcsfontosságú jelenséget. E mechanizmus szerint a 16 sejtes embrió minden sejtjében jelen lévő Hippo jelátvitel akkor aktiválódik, amikor a környező sejtekkel való érintkezési terület megnő, ezáltal csökkentve a CDX2 szintet. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy a CDX2 és az OCT4 közötti kölcsönhatás kulcsfontosságú tényező a két sejt differenciálódás és osztódás által generált eltérő sorsában. A legújabb tanulmányok kimutatták, hogy ez az összetett mechanizmus szervesen összefügg az intracelluláris mechanikai erők, az epigenetikai szabályozás és a fehérjefoszforilációs jelátvitel különbségeivel is. Ez megerősíti, hogy a sejtek sorsának meghatározása a korai embrionális fejlődés során rendkívül kifinomult kölcsönhatások eredménye.
