Соматическая клетка
В клеточной биологии ( соматическая клетка от древнегреческого σῶμα (sôma) «тело»), или вегетативная клетка , — это любая биологическая клетка, образующая тело многоклеточного организма, кроме гаметы , зародышевой клетки , гаметоцита или недифференцированной стволовой клетки . [1] Соматические клетки составляют тело организма и делятся митозом .
Напротив, гаметы возникают в результате мейоза внутри зародышевых клеток и зародышевой линии сливаются во время полового размножения . Стволовые клетки также могут делиться посредством митоза , но они отличаются от соматических тем, что дифференцируются в различные специализированные типы клеток.
У млекопитающих соматические клетки составляют все внутренние органы, кожу, кости, кровь и соединительную ткань , тогда как зародышевые клетки млекопитающих дают начало сперматозоидам и яйцеклеткам , которые сливаются во время оплодотворения , образуя клетку, называемую зиготой , которая делится и дифференцируется в клетки. эмбриона . В организме человека существует около 220 типов соматических клеток. [1]
Теоретически эти клетки не являются половыми клетками (источником гамет); они передают свои мутации своим клеточным потомкам (если они есть), но не потомкам организма. Однако у губок недифференцированные соматические клетки образуют зародышевую линию, а у Cnidaria источником зародышевой линии являются дифференцированные соматические клетки. Митотическое деление клеток наблюдается только в диплоидных соматических клетках. В размножении принимают участие лишь некоторые клетки, например половые клетки. [2]
Эволюция [ править ]
Поскольку предполагалось, что многоклеточность эволюционировала много раз, [3] то же самое произошло со стерильными соматическими клетками. [ нужна ссылка ] Эволюция бессмертной зародышевой линии, продуцирующей специализированные соматические клетки, привела к появлению смертности , и в простейшей версии ее можно рассматривать у вольвоциновых водорослей. [4] Те виды, у которых есть разделение между стерильными соматическими клетками и зародышевой линией, называются вейсманистами . Вейсманистское развитие встречается относительно редко (например, у позвоночных , членистоногих , вольвоксов ), так как многие виды обладают способностью к соматическому эмбриогенезу (например, наземные растения , большинство водорослей и многочисленные беспозвоночные ). [5] [6]
Генетика и хромосомы [ править ]
Как и все клетки, соматические клетки содержат ДНК , расположенную в хромосомах . Если соматическая клетка содержит хромосомы, расположенные попарно, она называется диплоидной , а организм — диплоидным. Гаметы диплоидных организмов содержат только одиночные непарные хромосомы и называются гаплоидными . Каждая пара хромосом включает одну хромосому, унаследованную от отца, и одну, унаследованную от матери. У человека соматические клетки содержат 46 хромосом, организованных в 23 пары. Напротив, гаметы диплоидных организмов содержат вдвое меньше хромосом. У человека это 23 непарные хромосомы. Когда две гаметы (т.е. сперматозоид и яйцеклетка) встречаются во время зачатия, они сливаются, образуя зиготу . В результате слияния двух гамет зигота человека содержит 46 хромосом (т. е. 23 пары). [ нужна ссылка ]
У большого числа видов хромосомы в соматических клетках расположены по четыре (« тетраплоид ») или даже по шесть (« гексаплоид »). Таким образом, они могут иметь диплоидные или даже триплоидные клетки зародышевой линии. Примером этого является современный культивируемый вид пшеницы , гексаплоидный вид , Triticum aestivum L. соматические клетки которого содержат шесть копий каждой хроматиды . [ нужна ссылка ]
Частота спонтанных мутаций значительно ниже в продвинутых мужских половых клетках , чем в соматических типах клеток того же человека. [7] Женские половые клетки также демонстрируют частоту мутаций, которая ниже, чем в соответствующих соматических клетках, и аналогична таковой в мужских половых клетках. [8] Эти результаты, по-видимому, отражают использование более эффективных механизмов для ограничения первоначального возникновения спонтанных мутаций в зародышевых клетках, чем в соматических клетках. Такие механизмы, вероятно, включают повышенные уровни ферментов репарации ДНК , которые уменьшают большинство потенциально мутагенных повреждений ДНК . [8]
Клонирование [ править ]
В последние годы на млекопитающих была разработана методика клонирования целых организмов, позволяющая создавать практически идентичные генетические клоны животного. Один из методов сделать это называется « перенос ядра соматической клетки » и включает удаление ядра из соматической клетки, обычно клетки кожи. Это ядро содержит всю генетическую информацию, необходимую для создания организма, из которого оно было удалено. Затем это ядро вводится в яйцеклетку того же вида, у которой был удален собственный генетический материал. [9] Яйцеклетку теперь больше не нужно оплодотворять, поскольку она содержит правильное количество генетического материала ( диплоидное число хромосом ). Теоретически яйцеклетку можно имплантировать в матку животного того же вида и дать ей возможность развиваться. Полученное животное будет почти генетически идентичным клону животного, у которого было взято ядро. Единственное различие вызвано наличием в яйцеклетке митохондриальной ДНК, которая отличается от ДНК клетки, пожертвовавшей ядро. На практике этот метод до сих пор был проблематичным, хотя было несколько громких успехов, таких как « Овечка Долли» (5 июля 1996 г. - 14 февраля 2003 г.) [10] и, совсем недавно, Снуппи (24 апреля 2005 г. — май 2015 г.), первую клонированную собаку . [11]
Биобанкинг [ править ]
Соматические клетки также собирались в практике биобанкинга. Криоконсервация генетических ресурсов животных является средством сохранения генетического материала животных в ответ на сокращение экологического биоразнообразия. [12] По мере сокращения популяций живых организмов падает и их генетическое разнообразие. Это ставит под угрозу долгосрочную выживаемость вида. Целью биобанкинга является сохранение биологически жизнеспособных клеток путем длительного хранения для последующего использования. Соматические клетки хранились в надежде, что их можно будет перепрограммировать в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), которые затем смогут дифференцироваться в жизнеспособные репродуктивные клетки. [13]
Генетические модификации [ править ]
Развитие биотехнологии позволило осуществлять генетические манипуляции соматическими клетками как для моделирования хронических заболеваний, так и для предотвращения недомоганий. [14] [15] Двумя современными способами редактирования генов являются использование эффекторных нуклеаз, подобных активаторам транскрипции (TALEN), или кластеризованных коротких палиндромных повторов с регулярными промежутками (CRISPR). [ нужна ссылка ]
Генная инженерия соматических клеток привела к некоторым противоречиям . [16] хотя Международный саммит по редактированию генов человека опубликовал заявление в поддержку генетической модификации соматических клеток, поскольку их модификации не передаются потомству. [17]
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Кэмпбелл Н.А., Рис Дж.Б., Урри Л.А., Кейн М.Л., Вассерман С.А., Минорский П.В., Джексон Р.Б. (2009). Биология (9-е изд.). Пирсон Бенджамин Каммингс. п. 229 . ISBN 978-0-8053-6844-4 .
- ^ Чернис П.Дж. (1985). «Петрографический анализ образцов специальной теплопроводности УРЛ-2 и УРЛ-6» . Департамент энергетики, горнодобывающей промышленности и ресурсов. Отделение физики Земли, Отчет . 8:20 . дои : 10.4095/315247 .
- ^ Гросберг, Ричард К.; Стратманн, Ричард Р. (1 декабря 2007 г.). «Эволюция многоклеточности: незначительный крупный переход?» . Ежегодный обзор экологии, эволюции и систематики . 38 (1): 621–654. doi : 10.1146/annurev.ecolsys.36.102403.114735 . ISSN 1543-592X .
- ^ Холлманн А (июнь 2011 г.). «Эволюция репродуктивного развития у вольвоциновых водорослей» . Половое размножение растений . 24 (2): 97–112. дои : 10.1007/s00497-010-0158-4 . ПМК 3098969 . ПМИД 21174128 .
- ^ Ридли М (2004) Эволюция, 3-е издание. Блэквелл Паблишинг, с. 29-297.
- ^ Никлас, KJ (2014) Истоки многоклеточности в процессе эволюции .
- ^ Уолтер К.А., Интано Г.В., МакКерри-младший, МакМэхан К.А., Уолтер Р.Б. (август 1998 г.). «Частота мутаций снижается во время сперматогенеза у молодых мышей, но увеличивается у старых мышей» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 95 (17): 10015–10019. Бибкод : 1998PNAS...9510015W . дои : 10.1073/pnas.95.17.10015 . ПМК 21453 . ПМИД 9707592 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Мерфи П., Маклин DJ, МакМэхан Калифорния, Уолтер CA, Маккерри-младший (январь 2013 г.). «Повышенная генетическая целостность зародышевых клеток мыши» . Биология размножения . 88 (1): 6. doi : 10.1095/biolreprod.112.103481 . ПМЦ 4434944 . ПМИД 23153565 .
- ^ Уилмут, Ян; Бай, Ю; Тейлор, Джейн (19 октября 2015 г.). «Перенос ядра соматической клетки: истоки, нынешнее положение и будущие возможности» . Философские труды Королевского общества B: Биологические науки . 370 (1680): 20140366. doi : 10.1098/rstb.2014.0366 . ISSN 0962-8436 . ПМЦ 4633995 . ПМИД 26416677 .
- ^ «Жизнь Долли | Овечка Долли» . Проверено 9 декабря 2023 г.
- ^ Ким, Мин Юнг; О, Хён Джу; Ким, Геон А; Сетьяван, Эриф Маха Нуграха; Чхве, Ю Бин; Ли, Сок Хи; Петерсен-Джонс, Саймон М.; Ко, Че Мьонг Дж.; Ли, Пён Чон (10 ноября 2017 г.). «Рождение клонов первой в мире клонированной собаки» . Научные отчеты . 7 (1): 15235. Бибкод : 2017НатСР...715235К . дои : 10.1038/s41598-017-15328-2 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 5681657 . ПМИД 29127382 .
- ^ Болтон, Рианнон Л; Муни, Эндрю; Петтит, Мэтт Т; Болтон, Энтони Э; Морган, Люси; Дрейк, Габби Дж; Апеллянт, Рут; Уокер, Сьюзен Л; Гиллис, Джеймс Д.; Хвилсом, Кристина (01 июля 2022 г.). «Воскрешение биоразнообразия: передовые вспомогательные репродуктивные технологии и биобанкинг» . Репродукция и рождаемость . 3 (3): Р121–Р146. дои : 10.1530/RAF-22-0005 . ISSN 2633-8386 . ПМЦ 9346332 . ПМИД 35928671 .
- ^ Сунь, Яньян; Ли, Юнлей; Цзун, Юнхэ; Мехайсен, Гамаль, депутат Кнессета; Чен, Цзилань (9 октября 2022 г.). «Криоконсервация и реконструкция генетического наследия домашней птицы: развитие и будущие задачи» . Журнал зоотехники и биотехнологии . 13 (1): 115. дои : 10.1186/s40104-022-00768-2 . ISSN 2049-1891 . ПМЦ 9549680 . ПМИД 36210477 .
- ^ Джарретт К.Е., Ли С.М., Йе Ю.Х., Сюй Р.Х., Гупта Р., Чжан М. и др. (март 2017 г.). «Редактирование соматического генома с помощью CRISPR/Cas9 вызывает и корректирует метаболические заболевания» . Научные отчеты . 7 : 44624. Бибкод : 2017NatSR...744624J . дои : 10.1038/srep44624 . ПМЦ 5353616 . ПМИД 28300165 .
- ^ «NIH выделяет 190 миллионов долларов на инструменты соматического редактирования генов/технические исследования» . 24 января 2018 года . Проверено 5 июля 2018 г.
- ^ Сингх, Амарендра Н. (01 апреля 2021 г.). «Этические противоречия и проблемы редактирования генома человека. | Международный медицинский журнал | EBSCOhost» . openurl.ebsco.com . Проверено 20 июня 2024 г.
- ^ «Почему по-разному относиться к редактированию генов в двух типах человеческих клеток?» . 8 декабря 2015 года . Проверено 5 июля 2018 г.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
