Informasi

Sel Kolonial Mendemonstrasikan Spesialisasi Sel

Sel Kolonial Mendemonstrasikan Spesialisasi Sel


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Apakah ada contoh hidup koloni seluler yang menunjukkan spesialisasi seluler yang sangat primitif? Jika demikian, apa yang kita ketahui tentang bagaimana mereka berasimilasi? Seberapa independen sel individu dan apa yang kita ketahui tentang perilaku mereka (misalnya, apakah mereka, mungkin, bermigrasi ke koloni yang berbeda dalam jarak tertentu)?


Mungkin bukan yang Anda cari tetapi jamur lendir protozoa Dictyostelium discoideum hidup sebagai amuba bebas yang dapat bergabung menjadi siput migrasi multiseluler yang akhirnya membentuk tubuh buah di mana beberapa sel membentuk tangkai sementara yang lain membentuk spora.

Pembentukan slug adalah dengan pensinyalan kemotaktik dengan AMP siklik sebagai sinyal. Sepertinya saya ingat bahwa ada spesies predator jamur lendir yang menggunakan cAMP untuk menarik D. diskoideum sebagai mangsa, tetapi saya tidak dapat mengingat namanya dan gagal menemukannya secara online.


Para ilmuwan mengusulkan model baru untuk spesialisasi sel

Matematikawan di Sekolah Tinggi Ekonomi telah mengembangkan model yang menjelaskan bagaimana spesialisasi sel muncul dalam konteks keterbatasan sumber daya. Hasilnya dipublikasikan di PLOS SATU jurnal.

Pembagian kerja dan spesialisasi fungsional sel dimanifestasikan pada tingkat organisasi seluler yang berbeda. Bahkan dalam organisme multiseluler sederhana (misalnya, cyanobacteria, mikobakteri, ragi multiseluler), spesialisasi dua jenis dapat diamati: somatik, ketika sel bertanggung jawab untuk kelangsungan hidup, dan reproduksi, ketika sel hanya bertanggung jawab untuk reproduksi. Pertanyaan tentang bagaimana spesialisasi sel terjadi menarik tidak hanya bagi ahli biologi, tetapi juga bagi ahli matematika yang membangun model proses biologis. Namun, banyak model spesialisasi yang digunakan dalam biologi evolusioner untuk menggambarkan proses yang terjadi pada organisme multiseluler paling sederhana memiliki sejumlah kekurangan. Misalnya, mereka tidak memperhitungkan pengaruh lingkungan pada sistem.

Dalam sebuah artikel berjudul "Pemodelan spesialisasi fungsional koloni sel di bawah tingkat fekunditas dan viabilitas yang berbeda dan kendala sumber daya," para ilmuwan dari Sekolah Tinggi Ekonomi dan Universitas Quebec di Montreal mengusulkan model yang menjelaskan kondisi di mana spesialisasi seluler muncul di bawah kendala sumber daya.

Salah satu model paling umum saat ini adalah milik Richard Michod. Diasumsikan bahwa sel yang identik menunjukkan tingkat viabilitas dan fekunditas yang sama. "Distribusi ideal sel ini sulit dibayangkan dalam sistem kehidupan. Selain itu, sistem tidak dapat eksis secara terpisah karena selalu dipengaruhi oleh lingkungan," kata Fuad Aleskerov, profesor di Sekolah Tinggi Ekonomi. "Model kami menunjukkan bahwa dalam hal keterbatasan sumber daya, spesialisasi terjadi untuk membantu seluruh tubuh menjadi lebih efisien di bawah parameter lingkungan saat ini."

Para peneliti menganggap model di mana jumlah sumber daya yang berbeda diperlukan untuk melakukan fungsi somatik dan reproduksi (untuk kesederhanaan, sinar matahari diperlakukan sebagai sumber daya).

Misalkan untuk melakukan fungsi somatik, tubuh membutuhkan 1 joule (J), sedangkan untuk melakukan fungsi reproduksi diperlukan 5 J. Masukan dari lingkungan eksternal adalah 4 J. Dalam situasi ini, sel akan berspesialisasi sedemikian rupa sehingga memastikan bahwa seluruh sistem bekerja secara efektif. Jumlah sel yang bertanggung jawab untuk kelangsungan hidup akan meningkat karena mereka membutuhkan lebih sedikit energi. Sejauh mana model ini sesuai dengan kenyataan tetap menjadi pertanyaan bagi ahli biologi untuk memverifikasi.

Selain mempertimbangkan kendala sumber daya umum, model yang diusulkan memperhitungkan aspek lain dari biologi organisme multiseluler protozoa, kata Denis Tverskoy, seorang mahasiswa pascasarjana di Sekolah Tinggi Ekonomi. Secara khusus, model mempertimbangkan parameter pentingnya fungsi reproduksi dan somatik untuk efektivitas organisme. Eksperimen biologis menunjukkan bahwa dalam beberapa jenis lingkungan, fungsi somatik mungkin lebih penting daripada yang lain. Selain itu, model ini memungkinkan kemungkinan diferensiasi awal sel, yang terjadi pada tahap perkembangan embrio sebagai hasil dari kerja gen pengatur khusus atau rangsangan kimia eksternal.


Biologi sel induk dan makrofag

Pekerjaan tim Michael Sieweke adalah pada antarmuka imunologi dan studi sel punca, sel yang dapat memperbarui diri dan berdiferensiasi menjadi banyak jenis sel. Ada harapan besar bahwa sel punca dapat merevolusi pengobatan di masa depan. Harapan-harapan ini didasarkan pada gagasan bahwa sel-sel 'belum memutuskan' yang belum matang ini dapat dibujuk untuk membuat sejumlah besar jenis sel tubuh tertentu untuk melayani tujuan terapeutik.

Bekerja pada sel induk hematopoietik, prekursor semua sel darah kita, tim menemukan bahwa keputusan sel-sel ini untuk berkembang menjadi jenis sel darah tertentu daripada yang lain tidak acak tetapi di bawah pengaruh faktor eksternal dan penerimaan internal. Temuan mereka mungkin menawarkan kemungkinan baru untuk mempengaruhi pilihan hematopoietik, dan mungkin sel induk lainnya.

Baru-baru ini tim juga mempertanyakan paradigma bahwa begitu sel menjadi terspesialisasi, ia kehilangan kemampuannya untuk berkembang biak. Namun, dengan perubahan genetik kecil, mereka berhasil menumbuhkan sel dewasa yang berfungsi untuk waktu yang lama. Pengobatan regeneratif mungkin mengambil langkah berikutnya dengan memperluas sel dewasa secara langsung tanpa melalui perantara sel induk!

Courtesy of Ulasan Alam Imunologi.

Sangat mudah untuk melihat bahwa tubuh kita terdiri dari berbagai jenis sel. Jelas, sel-sel kulit kita berbeda dengan sel-sel mata, dan bahkan jika disembunyikan dari pandangan, kita masih curiga bahwa sel-sel hati atau otak kita berbeda. Namun pada awalnya, semua dimulai dengan satu sel, ibu dari semua sel dalam tubuh! Hingga tahap paling awal perkembangan embrio, sel dapat diisolasi yang masih dapat memunculkan jenis sel tubuh apa pun dan membentuk organisme lengkap. Sangat penting untuk penelitian dan aplikasi, sel induk berpotensi majemuk ini juga dapat tumbuh hampir tanpa batas dalam kultur

Saat tubuh berkembang dan sel matang, mereka kehilangan kemampuan yang berguna ini. Namun, pada orang dewasa pun sel punca masih dapat ditemukan. Namun, mereka sudah sedikit lebih terspesialisasi, dan hanya menghasilkan kumpulan sel yang berkontribusi pada komposisi satu jaringan dan / atau organ: hati, kulit, otak, darah. Sel punca multipoten tersebut juga tidak dapat diamplifikasi dalam kultur tetapi telah menghasilkan aplikasi klinis yang penting, misalnya untuk sel punca darah.

Setiap penggunaan sel punca akan diperlukan untuk mengarahkan perkembangannya ke sel dewasa yang diinginkan. Lalu apa sinyal yang memicu diferensiasi sel punca menjadi salah satu dari banyak kemungkinan arah? Untuk menjawab pertanyaan lama dalam biologi ini, Michael Sieweke telah mempelajari diferensiasi sel punca hematopoietik, nenek moyang semua sel darah kita.

Pergi, menjadi sel darah putih!

Bahkan pada organisme dewasa, sistem kekebalan mempertahankan kemampuan untuk terus memproduksi sel-sel kekebalan baru, yang memungkinkannya untuk secara fleksibel menanggapi tantangan lingkungan yang berubah secara permanen, seperti infeksi atau cedera. Dengan demikian, semua sel darah khusus diganti terus menerus dari sel induk hematopoietik, sekelompok kecil prekursor umum yang terletak di sumsum tulang. Mempelajari sel-sel ini dalam kultur sel dan pada tikus, Michael Sieweke telah memilih model ini untuk mencoba membuka rahasia diferensiasi.

Tim Michael Sieweke dapat menunjukkan bahwa diferensiasi sel punca tidak acak tetapi bergantung pada sinyal eksternal dan internal sel. Tim menunjukkan bahwa inaktivasi MafB, faktor intrinsik sel yang mengatur ekspresi gen yang dikombinasikan dengan sinyal dari lingkungan (sitokin yang dikenal sebagai M-CSF) memicu diferensiasi sel induk hematopoietik ke dalam garis keturunan myeloid dari sistem kekebalan (menyebabkan granulosit dan monosit, subset sel darah putih dengan kemampuan khusus untuk melawan mikroba).

Temuan ini menjadi mungkin, karena Michael Sieweke mampu mengamati kelahiran sel anak pertama dari garis keturunan: "Dengan label yang secara khusus mengidentifikasi sel-sel myeloid, kami mengamati pada skala sel tunggal, saat yang tepat ketika yang terakhir berubah. takdir mereka."

Penemuan mendasar ini dapat memecahkan salah satu tantangan kedokteran regeneratif: penguasaan diferensiasi sel punca yang terkontrol. Ini juga bisa menjelaskan leukemia, di mana sel induk abnormal "lupa" untuk terlibat dalam proses diferensiasi, berkembang biak tanpa batas dalam keadaan sel "ibu" yang biasanya transisi ini dan melarikan diri dari pengobatan.

Amplifikasi sel tanpa sel induk?

Untuk mendapatkan sel terapeutik yang diinginkan dalam jumlah besar, haruskah pengobatan regeneratif melalui jalur sel punca? Sampai saat ini jawabannya adalah ya, tetapi sekali lagi, penemuan tim dapat mengubah ini.

Setelah spesialisasi diperoleh, sel kehilangan kemampuannya untuk berkembang biak, hanya karena tubuh tidak membutuhkan jumlah sel khusus yang tak terbatas. Dengan demikian, kapasitas untuk pembaruan diri dan spesialisasi fungsional telah lama dianggap tidak sesuai, "Sel terdiferensiasi yang berproliferasi selalu dipandang sebagai masalah potensial karena biasanya identik dengan kanker," kata Michael Sieweke. "Namun kami telah menantang doktrin ini: kami telah menunjukkan bahwa adalah mungkin bagi sel untuk membelah jangka panjang dalam keadaan terdiferensiasi, tanpa tanda-tanda transformasi kanker, atau hilangnya fungsi yang terkait dengan spesialisasinya."

Untuk mencapai ini, tim merekayasa secara genetik makrofag tikus, sel-sel yang berbeda dari garis keturunan myeloid. Dengan secara bersamaan menonaktifkan dua faktor (c-Maf dan MafB) yang mengontrol proliferasi sel dalam makrofag tikus, mereka memulihkan kemampuan mereka untuk membelah tanpa batas dalam kultur tanpa mengorbankan fitur yang menjadikannya makrofag.
Lebih mengejutkan lagi, setelah ekspansi yang lama dalam kultur, makrofag yang kekurangan MafB dan c-Maf dapat ditransplantasikan pada tikus, di mana mereka tidak lagi berkembang biak dan tidak membentuk tumor. Lebih baik lagi, mereka berintegrasi ke dalam jaringan inang mereka dengan perilaku yang baik dan berkontribusi pada perlindungan hewan terhadap infeksi bakteri, menunjukkan bahwa mereka telah mempertahankan fungsinya di seluruh organisme.

Makrofag yang kekurangan mafB dan c-maf adalah sel dewasa khusus yang mempertahankan kemampuan untuk menelan mikroba tetapi mereka memperoleh sifat luar biasa untuk membelah tanpa batas dalam kultur: sel menelan manik-manik fluoresen (lingkaran merah) sambil terus membelah dalam kultur (panah hijau). Hak Cipta M Sieweke, CIML.


"Ini adalah revolusi kecil!" antusias Michael Sieweke, "Bayangkan bahwa dalam waktu dekat, kami dapat mengidentifikasi faktor-faktor yang setara dengan MafB dan c-Maf tidak dalam makrofag, tetapi dalam sel yang didedikasikan untuk mengontrol sel-sel lain di tubuh. Faktor-faktor ini kemudian dapat dinonaktifkan dalam jumlah kecil. sampel sel, dikalikan dalam kultur dan kemudian disuntikkan langsung ke organ pasien yang rusak untuk memperbaikinya. Tidak perlu transplantasi organ atau sel punca! Jelas masih banyak yang harus dilakukan untuk mewujudkan impian ini. Pertama kita masih harus menunjukkan bahwa pendekatan ini bekerja pada manusia dan untuk jenis sel lainnya."


Garis Besar Pelajaran

Diskusi Pekerjaan Rumah (lakukan sebanyak mungkin)
Tinjau pertanyaan berikut:

  1. Apa itu ekspresi gen? | Transkripsi gen menjadi mRNA dan translasi mRNA menjadi protein.
  2. Apa itu transkripsi dan terjemahan? | Siswa dapat mengingat urutan mereka dengan memikirkan gulungan yang berisi teks kuno. Seorang sarjana dapat menulis transkrip di mana dia menuliskan bahasa kuno (DNA) ke dalam bahasa modern (RNA), katakanlah bahasa Italia. Kemudian, seorang penerjemah dapat menerjemahkan bahasa Italia (RNA) ke bahasa Inggris (protein) dan membacakannya untuk Anda.
  3. Apa perbedaan antara sel induk embrionik dan sel induk darah? Pada akhirnya, mereka memiliki gen berbeda yang diekspresikan, yang mengarah pada perbedaan jenis protein yang membentuk sel induk embrionik atau darah. Sebuah sel dipengaruhi oleh lingkungan langsungnya, mengubah ekspresi gen dan dengan demikian perilakunya. Sel induk embrionik dan sel induk darah berkembang dan berada di lingkungan yang berbeda mempertahankan mereka sebagai sel induk yang dapat menghasilkan beberapa jenis sel anak. Sel induk embrionik dan dewasa (seperti sel induk darah) berbeda dalam tingkat di mana mereka dapat menghasilkan jenis sel lain (disebut potensial atau plastisitas). Sel induk embrionik dapat menghasilkan setiap sel dalam tubuh, sedangkan sel induk darah hanya dapat menjadi sistem darah. Dengan kata lain, sel induk embrionik adalah berpotensi majemuk dan sel induk darah adalah multipoten.

Pelajari pertanyaan pekerjaan rumah, dan gambarkan bahwa lingkungan mikro mengendalikan nasib sel. Lingkungan mikro bahkan membuat sel punca diam atau “diam”—tidak membelah, membedakan, atau bermigrasi. Pada kenyataannya, banyak faktor yang mendorong perilaku sel. Faktor-faktor tersebut dapat diatur ke dalam peristiwa ekstraseluler (protein, faktor pertumbuhan, hormon, bahan kimia, kadar oksigen), sel tetangga, lingkungan fisik (komposisi dan struktur protein matriks ekstraseluler seperti kolagen), dan kekuatan fisik. (kompresi, peregangan, dll). Lingkungan mikro sel induk sering disebut ceruk, sejajar dengan ceruk ekologis.

Lihat animasi dari Stem Cells Explained: An Interactive Tutorial (University of Michigan)
Spesialisasi Sel

Lihat animasi berikutnya dari Penjelasan Sel Induk
Sel Induk Dewasa

Lihat animasi dari Riken Center for Developmental Biology
Sel Induk dalam Tubuh Dewasa – pilih animasi #3

Mainkan aktivitas seperti pertunjukan game dari Unit Empat yang menunjukkan potensi sel induk darah.
“The Cell is Right” — Aktivitas pohon silsilah sel induk darah

Setelah kegiatan, mintalah siswa melakukan penelitian online atau di perpustakaan:

  1. Mengapa ada begitu banyak jenis sel darah? | Kegiatan ini menyederhanakan sistem darah. Masih banyak lagi jenis sel darah tahap menengah dan tahap akhir. Mereka masing-masing memiliki fungsi khusus yang kritis dalam menjaga sistem darah.
  2. Pilih empat sel dalam pohon garis keturunan. Jelaskan secara rinci apa yang dilakukan masing-masing dan jelaskan/diagram kehidupan mereka dari sel induk darah asli.
  3. Pilih salah satu dari berikut ini: limfoblas, sel darah merah, T-limfosit, Sel Pembunuh Alami. Temukan penyakit yang berhubungan dengan sel itu dan jelaskan peran apa yang dimainkan sel itu.

Sebagai kelas, diskusikan temuan. Topik kanker harus muncul:

  1. Apa itu kanker? | Sebuah sel memperoleh mutasi gen dan berada dalam lingkungan mikro yang mendorong proliferasi, diferensiasi, dan migrasi abnormal.
  2. Hipotesis Sel Punca Kanker beralasan bahwa mutasi atau aktivasi gen pembaruan diri ("batang") menciptakan sel punca kanker dari sel punca normal. Jarang, sel yang terdiferensiasi dapat menjadi sel induk kanker:

Tugas pekerjaan rumah—guru dapat memilih bacaan yang sesuai dari daftar berikut, yang disusun menurut jenis pengaruh dan kesulitan lingkungan mikro. Siswa dapat meringkas artikel dengan cara yang mengintegrasikan komponen lingkungan mikro: faktor pensinyalan, protein matriks ekstraseluler, gaya, dan interaksi sel-sel. Kutip artikel dalam teks dan juga di bagian referensi.


Biologi Kanker

Selama dua puluh lima tahun, Komite Biologi Kanker (CCB) telah menawarkan pelatihan ketat yang mengarah ke PhD dalam Biologi Kanker, mempersiapkan siswa kami untuk menjadi pemimpin dalam penelitian kanker. Fokus penerjemahan kami mendorong siswa untuk memperoleh berbagai keterampilan yang akan membantu mereka baik di dalam maupun di luar laboratorium. Sebagian besar lulusan kami mengejar studi pascadoktoral dan tetap aktif dalam penelitian kanker mengejar karir di universitas, industri, pemerintah dan perawatan klinis.

Kekuatan unik dari program PhD CCB adalah komunitas dan lingkungan kita. Bersama dengan sekolah kedokteran dan rumah sakitnya, University of Chicago adalah rumah bagi Pusat Kanker Komprehensif NCI, Pusat Penelitian Metastasis Ludwig dan beberapa pusat dan institut lain yang membangun kepemimpinan kami dalam penemuan kanker. Dengan demikian, siswa dapat bekerja dengan lebih dari seratus fakultas kami dari seluruh biologi, kedokteran, kimia, ilmu komputer, bioteknologi, dan bidang lainnya, yang menargetkan kanker di setiap tingkat dari mekanisme molekuler hingga terapi lanjutan. Fakultas CCB berkomitmen untuk melatih generasi peneliti kanker berikutnya dan membimbing ratusan mahasiswa sarjana, mahasiswa pascasarjana, dan peserta pelatihan pasca-doktoral yang berpartisipasi dalam program kami.

Inti dari komunitas CCB adalah berbagai kelompok mahasiswa PhD yang berbagi komitmen untuk memecahkan masalah kanker. Kami bangga untuk menarik siswa berprestasi setiap tahun yang telah berhasil baik di kelas dan laboratorium dan sekarang siap untuk mengejar penelitian independen menuju PhD. Untuk tahun 2020, CCB memperkenalkan kurikulum yang disederhanakan yang dibangun berdasarkan kekuatan dan inisiatif siswa kami. Kami telah mengurangi kursus tahun pertama untuk mengalihkan fokus untuk membenamkan siswa di komunitas kami dan membantu mereka memilih penasihat tesis, dengan tujuan memulai penelitian penuh waktu sesegera mungkin. Sebagai bagian dari tahun pertama, mahasiswa juga mencari pendamping dan membentuk komite tesis, dengan tujuan menyelesaikan langkah terakhir untuk pencalonan PhD di awal tahun kedua. Kami berharap mahasiswa dapat memulai proyek mereka dengan cepat, mulai mempresentasikan karya mereka di konferensi dan menerbitkan makalah sejak dini, mempertahankan tesis mereka dan memulai fase pelatihan berikutnya sebelum akhir lima tahun.

Jika program kami sesuai dengan tujuan pelatihan Anda, kami menantikan lamaran Anda.


Jalan Menuju Rekonsiliasi

Tidak semua orang setuju sepenuhnya dengan kesimpulan Degnans. Menarik kesimpulan dari profil ekspresi gen tidak begitu mudah. “Galilah [itu], dan Anda dapat menginterpretasikan beberapa data dengan sangat berbeda,” kata Burkhardt. Perbedaan dalam ekspresi gen tidak serta merta menghalangi dua jenis sel untuk berbagi nenek moyang.

Erwin setuju. Data tersebut, katanya, “adalah snapshot [diambil] pada titik waktu tertentu.” Mengingat bahwa choanoflagellata dan spons choanocytes telah berevolusi sendiri selama 700 juta tahun terakhir, masuk akal bahwa mereka mengekspresikan gen yang sangat berbeda.

Dalam perbandingan organisme modern apa pun, “Anda melihat hewan yang memiliki sejarah kehilangan dan keuntungan,” kata Maja Adamska, ahli biologi perkembangan evolusi di Australian National University yang tidak berpartisipasi dalam studi Degnans. "Anda berisiko terlalu menyederhanakan temuan Anda."

Spesies spons lainnya, tambahnya, sama sekali tidak memiliki arkeosit. Sebaliknya, koanosit mereka melakukan peran seperti sel punca itu. “Saya menduga jika kami melakukan perbandingan pada [koanosit itu],” kata Adamska, “kami akan menemukan kesamaan yang lebih tinggi dengan choanoflagellata.”

Adamska berpikir bahwa hewan pertama bisa jadi adalah panekuk sel-sel mirip batang yang sering mengubah identitasnya. Dia juga berpikir bahwa perbandingan ekspresi gen tidak mengesampingkan ikatan evolusi antara choanoflagellata dan sel hewan multiseluler pertama. “Faktanya, saya sangat percaya bahwa nenek moyang saya memang memiliki choanocytes,” katanya.

Kedua teori tentang asal usul multiselularitas hewan tidak saling eksklusif. “Saya pikir ada tempat untuk fitur seperti choanoflagellata dan fitur [diferensiasi temporal] di nenek moyang terakhir yang kami coba lukis,” kata Adamska. "Saya tidak melihat kontradiksi di sana." Dia dan rekan-rekannya sekarang sedang mengerjakan pembuatan profil ekspresi gen pada spons tanpa arkeosit untuk menguji gagasan ini lebih lanjut.

Petunjuk teori gabungan sudah muncul dari lab Burkhardt. Dalam pracetak yang mereka posting di biorxiv.org pada bulan Mei, Burkhardt dan rekan-rekannya menemukan bahwa sel-sel dalam koloni choanoflagellata tidak semuanya identik: Mereka berbeda dalam morfologi dan rasio organelnya. Pengamatan ini, katanya, menunjukkan bahwa diferensiasi sel spasial sudah terjadi di garis keturunan choanoflagellata, dan mungkin bahkan lebih awal - kemungkinan yang memadukan ide-ide baru (bahwa kapasitas untuk diferensiasi kuno dan transisi ke multiseluleritas hewan bertahap) dengan tua (bahwa ini bisa terjadi dengan sel mirip choanoflagellata).

Jadi, sementara masih belum ada jawaban pasti tentang seperti apa hewan pertama itu, gambarannya semakin jelas. “Kami semakin dekat untuk memahami dari mana kami berasal di kedalaman waktu,” kata Adamska. “Dan menurutku itu sangat keren.”


Kompartemenisasi

Banyak organel pada eukariota memiliki fungsi dan kompartementalisasinya sendiri dengan cara sederhana, bekerja pada kompartemennya sendiri dan membran membantu organel dan komponen sel berfungsi dalam batasnya sendiri.

Cara yang baik untuk memahami sel pada awalnya untuk melihatnya sebagai pabrik dengan departemen (kompartemen) yang berbeda.

Pabrik ini memproduksi protein. Membran membentuk dinding. Ada pintu yang memungkinkan hal-hal yang diperlukan untuk masuk dan keluar.

Lantai bangunan berisi sitoplasma. Inti adalah kantor utama. Di sinilah rencana disusun dan disusun untuk membuat protein.

Instruksi ini dikirim ke retikulum endoplasma kasar (RER). Ini adalah lantai pabrik. Setiap stasiun kerja adalah ribosom.
Ribosom ini membuat protein.

Mitokondria adalah pembangkit tenaga. Badan Golgi adalah departemen pengiriman dan penerimaan. Ini mengirimkan protein yang dibuat sel dan mengimpor bagian yang dibutuhkan sel.

Vakuola adalah tempat sampah.

Ada bagian yang dikeluarkan saat dibutuhkan seperti pada pembelahan sel: sentriol dan serat.


Glosarium

Spesialisasi fungsional dari berbagai daerah spasial sel hati, dibedakan berdasarkan distribusi zonanya.

Dengan mempertimbangkan setiap sel tunggal sebagai perwakilan dari snapshot sepanjang proses yang berkelanjutan, analisis lintasan mencoba untuk merekonstruksi jalur ini melalui ruang seluler dengan meminimalkan perubahan transkripsi antara sel-sel tetangga.

Analisis pengayaan jalur

Mengingat daftar gen, misalnya, penanda yang diekspresikan secara berbeda dari populasi seluler tertentu, analisis pengayaan jalur mengidentifikasi jalur biologis yang lebih diperkaya daripada yang diharapkan secara kebetulan.

Algoritma komputasi pemetaan nasib

Algoritme pemetaan nasib mengukur bias nasib untuk sel progenitor di sepanjang lintasan diferensiasi bercabang, untuk memberikan wawasan tentang pilihan nasib sel dan regulasinya.

Himpunan semua molekul RNA dari satu sel atau kelompok sel.

Rekonstruksi jaringan pengatur gen

Pendekatan komputasi yang mencoba mengungkap interaksi kompleks dari interaksi regulasi yang pada akhirnya menentukan tingkat ekspresi gen tertentu, menggunakan pengukuran seperti korelasi.

Metodologi di mana antibodi ditandai dengan kode batang molekuler yang unik. Antibodi berkode mengikat epitop target pada sel dan kode batang molekul unik diurutkan di samping transkriptom seluler, memberikan indikasi tingkat pengikatan antibodi dan tingkat antigen target pada setiap sel tunggal.

Analisis populasi heterogen sel untuk tujuan mengidentifikasi keberadaan dan proporsi berbagai populasi yang diinginkan.

Analisis korelasi kanonik

Metodologi integrasi data yang mencoba mengidentifikasi struktur korelasi bersama di seluruh kumpulan data, yang kemudian dapat digunakan untuk menyelaraskan beberapa kumpulan data satu sama lain dengan cara meminimalkan efek kumpulan.

Analisis ini menggunakan rasio mRNA yang tidak disambung dengan yang disambung untuk menyimpulkan arah dalam data sel tunggal, dengan memprediksi keadaan sel individu di masa depan dan menempatkan prediksi ini ke sel lain dalam kumpulan data.

Menggunakan profil ekspresi gen referensi dari jenis sel yang diminati, algoritme ini memperkirakan komposisi jenis sel dalam sampel RNA massal yang mengandung campuran sel yang tidak diketahui.

Dari daftar gen, misalnya, penanda yang diekspresikan secara berbeda dari populasi seluler, analisis pengayaan kumpulan gen mengidentifikasi fitur biologis seperti jalur atau fungsi yang lebih diperkaya daripada yang diharapkan secara kebetulan.

Interaksi molekuler antara entitas biologis seperti protein dalam sel dan organisme.

Sumber daya ini adalah tempat penyimpanan reseptor, ligan, dan interaksinya yang tersedia untuk umum, terintegrasi dengan kerangka statistik yang memungkinkan prediksi interaksi seluler yang diperkaya antara tipe sel dari data transkriptomik sel tunggal.


Ucapan Terima Kasih

Pekerjaan ini didanai oleh hibah dari Institut Nasional untuk Ketulian dan Gangguan Komunikasi Lainnya (DC002253 dan DC007325).

Ulasan lain dalam seri ini adalah: Biologi sel pendengaran (Schwander et al. 2010. J. Sel Biola. doi:10.1083/jcb.201001138), Biologi sel rasa (Chaudhari dan Roper. 2010. J. Sel Biola. doi: 10.1083/jcb.201003144), Biologi sel penglihatan (Sung dan Chuang. 2010. J. Sel Biola. doi: 10.1083/jcb.2010006020), dan biologi sel sentuhan (Lumpkin et al. 2010. J. Sel Biola. doi: 10.1083/jcb.201006074).


Spesialisasi dan Diferensiasi

Spesialisasi berjalan seiring dengan redistribusi kompleksitas. Elemen-elemen individual menjadi lebih sederhana dan orkestrasi elemen-elemen yang lebih sederhana ini menjadi lebih kompleks.

Beberapa organisme sel tunggal memang berspesialisasi sementara untuk berpartisipasi dalam biofilm (komunitas kooperatif organisme sel tunggal). Tetapi mereka juga dapat hidup sebagai sel yang terisolasi, sehingga mereka tidak dapat membuang semua gen yang jarang digunakan. Jadi organisme bersel tunggal harus mempertahankan berbagai perilaku kompleks untuk menanggapi berbagai kemungkinan kondisi lingkungan yang mungkin mereka hadapi.

Sebaliknya, sel-sel dalam organisme multiseluler dapat mengandalkan seluruh organisme yang beradaptasi dengan perubahan kondisi melalui respons multiseluler. Jadi sel-sel individu dapat membuang fungsi yang jarang digunakan. Serangga sosial menunjukkan jenis pertukaran yang sama: . individu dari spesies semut yang sangat sosial kurang kompleks dibandingkan individu dari spesies semut sederhana [secara sosial].[2] Komputer juga menjadi lebih terspesialisasi.

Tidak seperti organisme bersel tunggal, sel-sel dalam organisme multiseluler 'sejati' secara permanen berspesialisasi sebagai organisme berkembang dari telur yang dibuahi menjadi dewasa. Spesialisasi semacam itu dikenal sebagai diferensiasi.

Jenis sel yang berbeda dalam organisme multiseluler berbeda secara dramatis dalam struktur dan fungsi. Jika kita membandingkan neuron mamalia dengan limfosit, misalnya, perbedaannya sangat ekstrim sehingga sulit untuk membayangkan bahwa kedua sel tersebut mengandung genom yang sama." (lihat di sini untuk detail lebih lanjut)

Kadang-kadang, karena suatu ketidaksengajaan, sebuah sel kehilangan sebagian dari diferensiasinya. Sel-sel di mana ini terjadi disebut neoplastik (yaitu, baru dapat diubah). Sel-sel neoplastik tidak hanya abnormal, mereka membentuk tumor. Tumor mungkin jinak, tetapi seringkali merupakan ciri khas kanker.

Spesialisasi sangat terkait dengan tiga prinsip pengorganisasian multiseluler lainnya sebagian karena orkestrasi dari berbagai jenis elemen sederhana memerlukan mekanisme pesan yang lebih hati-hati dan jenis strategi komunikasi yang berbeda yang disebut stigmergy.

Spesialisasi multiseluler pada tingkat seluler dimungkinkan karena lingkungan yang dihadapi sel dalam organisme multiseluler sangat berbeda dan lebih jinak daripada yang dihadapi organisme bersel tunggal di lingkungan alaminya. Sel-sel metazoan hidup dalam lingkungan yang kooperatif, hampir homeostatik, dilindungi dan dipelihara oleh seluruh organisme. Sebaliknya, organisme sel tunggal harus siap menghadapi segala macam keadaan yang tidak menguntungkan seperti predator, perubahan kelimpahan nutrisi, dan bahan kimia beracun. Fleksibilitas itu membutuhkan setiap sel untuk mendukung repertoar perilaku yang kompleks.

Spesialisasi multiseluler pada tingkat seluler diperlukan karena mempertahankan kelengkapan lengkap dari semua perilaku yang mungkin mahal, berbahaya, dan/atau tidak sesuai dengan persyaratan fungsi khusus. Untuk sel individu, satu biaya yang jelas adalah konsumsi energi pemeliharaan semua mesin seluler yang tidak perlu tidak gratis. Karena setiap sel Metazoan khusus hanya menggunakan sebagian kecil dari total genom, biaya energinya dapat dikurangi secara dramatis. Tetapi juga spesialisasi sel menginduksi biokimia, bentuk, dan fungsi seluler yang sangat berbeda dan tidak sesuai. Sel saraf tidak dapat berfungsi sebagai saluran komunikasi yang andal antara titik A dan titik B jika sel saraf juga membangun tulang di sekitarnya, mengisi dirinya sendiri dengan hemoglobin untuk membawa oksigen, mengumpulkan lemak, dan mengeluarkan asam lambung.

Mungkin manfaat yang paling penting adalah bahwa spesialisasi mengurangi jumlah dan jenis pesan yang dapat ditanggapi oleh sel. Ada ribuan jenis pesan molekuler yang berbeda yang aktif dalam organisme multiseluler yang kompleks. Setiap sel merespon hanya sebagian kecil. Akan lebih buruk daripada tidak ada artinya bagi sel untuk mempertahankan kemampuan untuk menanggapi semua pesan ini - itu akan menjadi kekacauan. Sebuah sel yang memiliki reseptor untuk semua pesan molekuler akan rentan terhadap semua virus. Virus menginfeksi sel dengan mengikat protein permukaan tertentu. Karena protein permukaan yang berbeda mencirikan sel khusus yang berbeda, setiap jenis virus hanya dapat menginfeksi jenis sel tertentu -- sel yang memiliki tempat pengikatan yang tepat. Virus flu menginfeksi sel-sel di saluran hidung, virus hepatitis menginfeksi sel-sel hati tertentu, virus HIV menginfeksi sel-sel tertentu dalam sistem kekebalan tubuh, dan seterusnya. Jika setiap sel mengekspresikan semua penanda sel, setiap virus dapat mengikat dan menginfeksi semua sel. Masuk angin akan berakibat fatal.

Di Internet saat ini di mana virus dan worm komputer merajalela, kebutuhan yang sama untuk spesialisasi dalam komputasi harus jelas.

[2] Kompleksitas individu versus sosial, dengan referensi khusus pada koloni semut, Anderson, C & McShea, D. W. Biol. Rev., vol 76, pp. 211-237, 2001. Catatan: semut individu dari spesies yang sangat sosial tidak hanya kurang kompleks, tetapi lebih khusus dan lebih bervariasi dalam ukuran dan bentuk. Namun, seperti sel metazoan khusus, mereka semua memiliki pelengkap genetik yang sama.


Tonton videonya: SEL: KOMPONEN KIMIAWI PENYUSUN SEL (Oktober 2022).