Ćelijska potencija

Ćelijska potentnost ili potencija, jest sposobnost ćelije da se diferencira u druge tipove ćelija.^[1][2] U što više tipova ćelija se može diferencirati, veća joj je sposobnost potentnosti. Potentnost se također objašnjava kao potencijal za aktivaciju neaktivnih ćelijskih gena, koji počinje stanjem totipotentnosti, gdje ćelija ima najveću potentnost, pluripotentnost, multipotentnost, oligopotentnost, i napokon, unipotentnost.

Pluripotentne, embrionske matične ćelije potiču od unutrašnje ćelijske mase u blastocistu. Ove matične ćelije mogu se diferencirati u bilo koje tkivo u tijelu, osim posteljice. Samo ćelije morule su totipotentne, sposobne postati sva tkiva i posteljica.

Totipotentnost

Totipotentnost (od lat. totus – u potpunosti + potens – imati moć, snagu, sposobnost) je sposobnost jedne ćelije da se dijeli i proizvede sve diferencirane ćelije u tijelu. Spore i zigoti su primjeri totipotentnih stanica.^[3]

Totipotentna ćelija ima najveći diferencijacijski potencijal.

Potpuno diferencirana ćelijaa može se vratiti u stanje totipotentnosti.^[4] Takva pretvorba je zamršena i nije do kraja razjašnjena, pa je tema i novijih istraživanja. Studije u 2011. pokazale su da ćelije ne prelaze u totipotentno stanje, već u kompleksnu ćelijsku varijaciju totipotentnosti.^[5] Matične ćelije slične totipotentnim blastomerama iz dvoćelijskog stupnja embrionskog razvoja mogu se spontano pojaviti u laboratorijski uzgojenim kulturama matičnih ćelija embriona.^[6][7] a također se može inducirati povećano pojavljivanje in vitro, putem smanjivanja aktivnosti hromatinskog lanca u CAF-1.^[8]

Nastajanje totipotentnih ćelija može se opisati modelom ljudskog razvoja.^[9] Čovječji razvoj počinje kad spermatozoid oplodi jajnu ćeliju, a iz nje se razvije jedna totipotentna ćelija, zigot.^[10] U prvih nekoliko sati nakon oplodnje, zigot se mitotski dijeli (brazda) na jednake totipotentne ćelije, koje se kasnije mogu razviti u bilo koji od tri zametna listića (endoderm, mezoderm ili ektoderm). Nakon postizanja faze sa 16 ćelija (morula), totipotentne ćelije počinju se diferencirati: jedan dio postaje unutrašnja ćelojska masa blastociste, a drugi trofoblasti. Nakon oko četiri dana po oplodnji i nakon nekoliko ciklusa dioba, totipotentne ćelije počinju se specijalizirati. Unutrašnja ćelijska masa, izvor embrionskih matičnih ćelija, tada postaje pluripotentna.

Istraživanja na obloj glisti Caenorhabditis elegans pokazuju kako različiti mehanizmi, uključujući regulaciju RNK, mogu imati ulogu u održavanju totipotentnosti u različitim fazama razvoja nekih vrsta.^[11] Rad s zebricama i sisarima svjedoči o daljnjoj interakciji između proteina koji vežu MikroRNK i RNK (RBP proteini) u određivanju razvojnih razlika.^[12]

Seprtembra 2013., tim španskog Nacionalnog centra za istraživanje kancera (CRC) po prvi je put uspio je stimulrati mišje ćelije odraslih da se vrate u stanje embrionih matičnih stanica, čime su postigle totipotentnost.^[13]

Pluripotentnost

Matične ćelije ljudskog embriiona.
Gore: nediferencirane kolonije. Dolje: Neuronska sestrinska ćelija

U ćelijskoj biologiji, pluripotentnost (od lat. plurimus – vrlo mnogo + potens – imati moć, snagu, sposobnost)^[14] odnosi se na matičnu ćeliju sa sposobnošću diferencijacije u bilo koji od tri zametna listića.^[15] Međutim, ćelijska pluripotentnost ima više stadija, u rasponu od potpuno pluripotentnih ćelija, koje mogu formirati svaku ćeliju embrija, naprimjer, embrionske matične ćelije, i inducirane pluripotentne matične ćelije, do nepotpuno ili djelimično pluripotentnih, koje mogu stvarati tri zametna listića ali nemaju sve karakteristike potpuno pluripotentnih stanica.

Inducirana pluripotentnost

Inducirane pluripotentne matične ćelije, skraćeno iPS s ili iPSC ćelije (eng. Induced Pluripotent Stem Cells) spadaju u tip pluripotentnih matičnih ćelija, vještački dobijenih iz ne-pluripotentnih ćelija, poput somatske čelije odraslih, podsticanjem prisilne ekspresije određenih gena i transkripcijskih faktora.^[16] Transkripcijski faktorii imaju ključnu ulogu u određivanju statusa tih ćelija i dokazuju da somatske ćelije sadrže iste genetičke informacije kao i rane embrionske.^[17] Sposobnost podsticanja ćelija u pluripotentno stanje prvi je put izvedeno 2006., pomoću mišjih fibroblasta i četiri transkripcijska faktora: Oct4, Sox2, Klf4 i c-Myc;^[18] ovaj metod, zvani reprogramiranje, donijela je Shini Yamanaki i Johnu Gurdonu Nobelovu nagradu za fiziologiju ili medicinu 2012.^[19]

Još u 2007. godini uspješno su inducirane ljudske ćelije iPSC iz fibroblasta kože čovjeka s pomoću tehnika sličnih onima koje su se koristile za indukciju mišjih ćelija.^[20] Ljudske inducirane ćelije pokazuju slične osobine kao i embrionske matične ćelije (EMS), ali ne zahtijevaju korištenje embriona. Neke od sličnosti između EMS i iPSC uključuju pluripotentnost, morfologiju, sposobnost regeneracije, osobinu koja implicira da se ćelie mogu zauvijek dijeliti i obnavljati, i ekspresija gena.^[21]

Multipotentnost

Hematopoetske matične ćelije primjer su multipotentnosti. Kada sediferenciraju u mijeloidne ili limfoidne progenitorske ćelije, gube učinkovitost i postaju oligopotentne, sa sposobnošću da postane svaka ćelija sopstvene loze.

Multipotentnost opisuje progenitorske ćelije, koje imaju potencijal za aktivaciju gena koji im daju sposobnost da se diferenciraju u brojne, ali ograničene tipove ćelija. Naprimjer, multipotentna krvna matična ćelija zove se hematopoetska ćelija koja imože se diferencirati u nekoliko tipova krvnih ćelija, kao što su limfociti, neutrofili, monociti ili sl., ali ne mogu se diferencirati u moždane, koštane ili druge ćelije, koje nisu krvne.

Novijaa istraživanja vezana uz multipotentnost ukazuju na to da multipotentne ćelije mogu biti sposobne za transformaciju u nepovezane tipove ćelija. U jednom slučaju, fibroblasti su se pretvorili u funkcionalne neurone.^[22] U drugom slučaju, ljudske krvne matične ćelijei u pupčanoj vrpci pretvorene su u ljudske neurone.^[23] istraživanje se također fokusira na pretvaranje multipotentnih u pluripotentne ćelije.^[24]

Multipotentne ćelije nalaze se u mnogim, ali ne svim tipovima ljudskih ćelija. Multipotentne ćelije nađene su u pupčanoj krvi,^[25] masnom tkivu,^[26] srčanim ćelijama,^[27]koštanoj srži i mezenhimnim matičnim ćelijama (MSC) u trećim kutnjacima (umnjacima).^[28]

Oligopotentnost

U citologiji, oligopotentnost je sposobnost progenitorskih ćelija da se diferenciraju u nekoliko tipova ćelija. To je stupanj potentnosti. Primjeri oligopotentnih matičnih ćelija su limfoidne ili mijeloidne matične ćelije.^[29]

Limfoidne ćelije mogu postati različite ili istotipske krvne ćelije, kao št su B– ili T-limfocit]]i (bijele krvne ćelije), ali ne mogu postati drugi tip krvne ćelije, poput crvenih krvnih ćelija.^[30] Primjeri progenitorskih ćelija su vaskularne matične ćelije koje imaju sposobnost pretvaranja u endotelne ili ćelije glatkih mišića.

Unipotentnost

U ćelijskoj biologiji, unipotentna ćelija je mogućnost da je jedna matična ćelija u stanju da se diferencira u samo jednan tip čelija. Još je nejasno postoje li unipotentne matične ćelije. Hepatoblasti, koji se diferenciraju u hepatocite (koje čine najveći dio jetre) ili holangiociti (epitelne ćelije žučnih sudova), su bipotentne.^[31] Bliski sinonim unipotentne ćelije je prekursorska ćelija.