differentiering från synligt odifferentierade prekursorceller uppträder under embryonal utveckling, under metamorfos av larvformer och efter separation av delar i asexuell reproduktion. Det sker också hos vuxna organismer under förnyelse av vävnader och regenerering av saknade delar. Således är celldifferentiering en väsentlig och pågående process i alla skeden av livet.
den synliga differentieringen av celler är bara den sista av en progressiv sekvens av tillstånd., I varje tillstånd blir cellen alltmer begått mot en typ av cell i vilken den kan utvecklas. Åtagandestaterna beskrivs ibland som ” specifikation ”för att representera en reversibel typ av åtagande och som” beslutsamhet ” för att representera ett oåterkalleligt åtagande. Även om tillstånd av specifikation och bestämning båda representerar differentiell genaktivitet, är egenskaperna hos embryonala celler inte nödvändigtvis desamma som för helt differentierade celler. I synnerhet är celler i specifikationstillstånd vanligtvis inte stabila under längre tidsperioder.,
två mekanismer medför förändrade åtaganden i de olika regionerna av det tidiga embryot: cytoplasmatisk lokalisering och induktion. Cytoplasmatisk lokalisering är uppenbar i de tidigaste utvecklingsstadierna av embryot. Under denna tid delar embryot utan tillväxt och genomgår klyvningsavdelningar som producerar separata celler som kallas blastomerer. Varje blastomere ärver en viss region av den ursprungliga äggcytoplasman, som kan innehålla en eller flera regulatoriska ämnen som kallas cytoplasmiska determinanter., När embryot har blivit en fast massa blastomerer (kallas en morula), består det i allmänhet av två eller flera olika engagerade cellpopulationer—ett resultat av blastomererna som har införlivat olika cytoplasmiska determinanter. Cytoplasmiska determinanter kan bestå av mRNA eller protein i ett visst tillstånd av aktivering. Ett exempel på påverkan av en cytoplasmatisk determinant är en receptor som kallas Toll, belägen i membranen hos Drosophila (fruktfluga) ägg., Aktivering av vägtull säkerställer att blastomererna kommer att utvecklas till ventrala (undersida) strukturer, medan blastomerer som innehåller inaktiv vägtull kommer att producera celler som kommer att utvecklas till dorsala (tillbaka) strukturer.
vid induktion förändrar den andra mekanismen för engagemang, ett ämne som utsöndras av en grupp celler utvecklingen av en annan grupp. I tidig utveckling är induktion vanligtvis lärorik; det vill säga vävnaden förutsätter ett annat tillstånd av engagemang i närvaro av signalen än det skulle i frånvaro av signalen., Induktiva signaler har ofta formen av koncentrationsgradienter av ämnen som framkallar ett antal olika svar vid olika koncentrationer. Detta leder till bildandet av en sekvens av grupper av celler, var och en i ett annat tillstånd av specifikation. Till exempel i Xenopus (clawed frog) innehåller det tidiga embryot ett signalcentrum som kallas arrangören som utsöndrar inhibitorer av benmorfogenetiska proteiner (BMP), vilket leder till en ventral-till-dorsal (Mage-till-rygg) gradient av BMP-aktivitet., Aktiviteten av BMP i embryonets ventrala Region undertrycker uttrycket av transkriptionsfaktorer som är involverade i bildandet av centrala nervsystemet och segmenterade muskler. Suppression säkerställer att dessa strukturer bildas endast på dorsalsidan, där det finns minskad aktivitet hos BMP.
det sista steget av differentiering innebär ofta bildandet av flera typer av differentierade celler från en prekursor eller stamcellspopulation. Terminal differentiering sker inte bara i embryonal utveckling utan även i många vävnader i postnatalt liv., Kontrollen av denna process beror på ett system med lateral hämning där celler som skiljer sig längs en viss väg skickar ut signaler som undertrycker liknande differentiering av sina grannar. Till exempel, i det utvecklande centrala nervsystemet hos ryggradsdjur uppstår neuroner från ett enkelt rör av neuroepitelium, vars celler har en ytreceptor som kallas hak. Dessa celler har också en annan cellyta molekyl som kallas Delta som kan binda till och Aktivera hack på intilliggande celler., Aktivering av Notch initierar en kaskad av intracellulära händelser som resulterar i undertryckande av Deltaproduktion och undertryckande av neuronal differentiering. Detta innebär att neuroepitelium genererar endast ett fåtal celler med högt uttryck av Delta omgiven av ett större antal celler med lågt uttryck av Delta. Hög Delta produktion och låg Notch aktivering gör cellerna utvecklas till nervceller. Låg Delta produktion och hög Hack aktivering gör cellerna kvar som prekursorceller eller bli glial (stödjande) celler., En liknande mekanism är känd för att producera de endokrina cellerna i bukspottkörteln och bägge cellerna i tarmepitelet. Sådana laterala inhiberingssystem fungerar eftersom celler i en population aldrig är helt identiska till att börja med. Det finns alltid små skillnader, till exempel i antalet Deltamolekyler som visas på cellytan. Mekanismen för lateral inhibering förstärker dessa små skillnader, med hjälp av dem för att åstadkomma differentialgenuttryck som leder till stabila och ihållande tillstånd av celldifferentiering.