Šajā emuāra ierakstā tiek padziļināti aplūkots, kā šūnas agrīnā embrionālā stadijā izvēlas dažādus likteņus, pamatojoties uz mijiedarbību starp tādiem galvenajiem faktoriem kā OCT4 un CDX2, kā arī uz atšķirībām bipolaritāti noteicošo vielu sadalījumā.
Neskaitāmās šūnas mūsu ķermenī rodas no zigotas – vienas šūnas, kas veidojas, spermatozoīdiem un olšūnai apaugļojoties atkārtotas šūnu dalīšanās rezultātā. Zīdītājiem agrīnajā blastocistas stadijā, kas veidojas zigotas šūnu dalīšanās rezultātā, trofoektodermas šūnas, kas vēlāk kļūst par placentas daļu, atdalās no iekšējās šūnu masas (ICM), ko tās ieskauj. Šai ICM piemīt pluripotence – spēja diferencēties par visiem augļa šūnu tipiem. Tātad, kā veidojas šī iekšējā šūnu masa?
Zigota iziet aptuveni trīs šūnu dalīšanās kārtas, lai sasniegtu 8 šūnu stadiju, kas sastāv no astoņām sfēriskām šūnām. Pēc tam tā piedzīvo kompaktācijas procesu, ko pavada morfoloģiskas izmaiņas, kļūstot par 8 šūnu morulu. Nākamajā posmā 8 šūnu blastula kļūst par 16 šūnu blastulu, izmantojot gan mitotisko dalīšanos, gan diferenciālo dalīšanos. Mitotiskā dalīšanās attiecas uz dalīšanos, kurā abas iegūtās šūnas ir identiskas, savukārt diferenciālā dalīšanās attiecas uz dalīšanos, kurā abas iegūtās šūnas kļūst atšķirīgas. Dažas 8 šūnu blastocistas šūnas kļūst par šūnām, kas veido 16 šūnu blastocistas ārējo slāni, izmantojot konservatīvo dalīšanos. Atlikušās šūnas iziet diferenciācijas dalīšanos, sadaloties vienā ārējā slāņa šūnā un vienā iekšējā slāņa šūnā, aizpildot iekšpusi. Tādējādi 16 šūnu blastocista vispirms iegūst formu, ko raksturo ārējā slāņa šūnas un iekšējās šūnas.
Tikmēr šis divkāršais šūnu dalīšanās modelis atkārtojas 16 šūnu blastocistā, kā rezultātā veidojas 32 šūnu blastocista. Šajā posmā ārējā slāņa šūnas diferencējas trofoektodermas šūnās, kas vēlāk veidos agrīno blastocistu, savukārt iekšējās šūnas diferencējas šūnās, kas veidos iekšējo šūnu masu. Galvenais jautājums šeit ir, kā šūnas diferencējas atšķirīgos šūnu tipos 16 šūnu un 32 šūnu blastocistas stadijās.
Ir izvirzītas divas galvenās hipotēzes. Pirmkārt, "iekšējā-ārējā hipotēze" skaidro, ka viena šūna diferencējas dažādos veidos, pamatojoties uz saskares pakāpi ar kaimiņu šūnām un atšķirībām ārējās vides iedarbībā. Tas nozīmē, ka šūnām dziļi blastocistā ir lielāks kontakts ar kaimiņu šūnām nekā virsmas šūnām un tās nav tieši pakļautas ārējai videi. Tiek uzskatīts, ka šī atšķirība izraisa dziļo šūnu un virsmas šūnu diferenciāciju atšķirīgos šūnu tipos.
Tomēr atklājums, ka 8 šūnu blastocistas stadijā specifiskas vielas sablīvēšanās procesā šūnās sablīvēšanās procesā kļūst asimetriski sadalītas, noveda pie jaunas "bipolāras hipotēzes" ierosināšanas. Vielas, kas sākotnēji vienmērīgi sadalītas šūnās, pēc sablīvēšanās tiek pārdalītas uz ārējiem vai iekšējiem reģioniem. Līdz ar to katra šūna 8 šūnu blastocistā iegūst bipolāru struktūru. Šīs vielas sauc par "bipolāri determinējošām vielām", un bipolārās hipotēzes pamatā ir tas, ka šūnas diferencējas dažādos tipos, pamatojoties uz šo vielu sadalījuma modeli. Saskaņā ar šo hipotēzi, kad 8 šūnu blastocistas šūnas piedzīvo mitotisku dalīšanos, virsmas šūnas saglabā polarizējošā materiāla sadalījumu, kāds tām bija pirms dalīšanās. Tomēr jaunizveidotajām iekšējām šūnām trūkst polarizējošā materiāla, kas sākotnēji bija koncentrēts ārējā pusē. Šī atšķirība starp virsmas un iekšējām šūnām tiek skaidrota kā cēlonis to diferenciācijai atšķirīgos šūnu tipos.
Blastocistas ārējo un iekšējo šūnu diferenciācijas procesā zinātnieki koncentrējās uz OCT4, kas ir iesaistīts pluripotences uzturēšanā, un CDX2, kas ir iesaistīts neironu cekulu veidošanā. 8 šūnu stadijas blastocistā OCT4 ir vienmērīgi sadalīts visās šūnās, bet CDX2 nav. Tas ir tāpēc, ka daļa bipolārā kristāliskā materiāla pastāv tikai šūnu ārējos reģionos, koncentrējot CDX2 uz ārpusi. Pēc tam, sasniedzot 16 šūnu stadiju, OCT4 pakāpeniski izzūd no ārējām šūnām, savukārt atlikušais CDX2 iekšējās šūnās pakāpeniski izzūd. Tas notiek tāpēc, ka CDX2 nomāc OCT4 ekspresiju ārējās šūnās, un OCT4 nomāc CDX2 ekspresiju iekšējās šūnās.
Tikmēr kā būtiska parādība, kas saistīta ar šo procesu, ir pētīts arī "Hippo" signālceļš, kas nomāc CDX2 ekspresiju veicinošu vielu funkciju. Saskaņā ar šo mehānismu Hippo signālceļš, kas atrodas visās 16 šūnu stadijas embrija šūnās, aktivizējas, kad palielinās kontakta laukums ar apkārtējām šūnām, tādējādi samazinot CDX2 līmeni. Šie atklājumi liecina, ka mijiedarbība starp CDX2 un OCT4 ir galvenais faktors, kas nosaka abu šūnu atšķirīgos likteņus, kas rodas diferenciācijas un dalīšanās procesā. Jaunākie pētījumi ir atklājuši, ka šis sarežģītais mehānisms ir organiski saistīts arī ar atšķirībām intracelulārajos mehāniskajos spēkos, epigenetiskajā regulācijā un olbaltumvielu fosforilēšanas signālceļos. Tas apstiprina, ka šūnu likteņa noteikšanas process agrīnā embrionālās attīstības laikā ir ļoti sarežģītu mijiedarbību rezultāts.
