Celledeling, vekst og utvikling (mitose og meiose)

Hver eneste én av oss startet som én eneste celle. På ni måneder forvandler den befruktede eggcellen seg til et lite menneske med trillioner av celler. Hos en voksen produseres det rundt sytten millioner nye celler hvert sekund. Bak denne presisjonen ligger to grunnprosesser: celledeling og celledifferensiering. I dette kapitlet ser vi hvordan én celle blir til vev, organer og hele organismer – både hos planter og hos mennesker.

For å sette tallet 17 millioner i perspektiv: Det betyr at kroppen din lager like mange celler som hele befolkningen i Nederland hvert eneste sekund! Denne utrolige produksjonen er essensiell for å erstatte gamle celler og reparere skader. En rød blodcelle lever for eksempel bare i ca. 120 dager før den må byttes ut. Hele prosessen er en nøye koreografert ballett styrt av genetiske programmer.

6.1 Fra celler til vev og organsystemer

Cellene i kroppen lever ikke evig. Når en celle dør, blir den straks erstattet. Hos en voksen produseres det rundt 17 millioner nye celler per sekund, og rundt 12 millioner av dem er blodceller. Ansvarlig for denne produksjonen er stamcellene.

Stamceller og celledifferensiering

Stamceller er uspesialiserte celler som finnes i alle vev. De har to unike egenskaper: de kan fornye seg selv, og de kan gi opphav til mange ulike celletyper. Når en stamcelle deler seg, blir det enten dannet en ny stamcelle eller en forløpercelle. Forløpercellene deler seg igjen og igjen og utvikler seg til spesialiserte celler som nerveceller, hudceller, leverceller eller blodceller.

Du kan tenke på en stamcelle som en ny, ubrukt legokloss – en generell 2x4-kloss som kan bli en del av nesten hva som helst. En forløpercelle er som en litt mer spesifikk del, for eksempel en vindusramme, som fortsatt kan brukes i ulike typer bygninger. En ferdig differensiert celle, som en nervecelle, er som den helt spesielle frontruten til en racerbil – den har én bestemt form og én bestemt funksjon.

Selve modningen kalles celledifferensiering og styres av genregulering: noen gener slås på, andre slås av. Slik blir cellene forskjellige, selv om alle har samme arvemateriale. Bare omtrent 1 av 10 000 celler i beinmargen er en stamcelle. Stamceller får navn etter hvor de ligger – beinmargstamceller, nervestamceller og embryonale stamceller.

Genreguleringen er et eksempel på epigenetikk i praksis. Forestill deg at DNA-et er en gigantisk kokebok med oppskrifter for alle celletyper. En hudcelle har "bokmerker" på oppskriftene for keratinproduksjon og UV-beskyttelse, mens den ignorerer oppskriftene for å sende nervesignaler. En nervecelle gjør det motsatte. Selve oppskriftene (DNA-sekvensen) er identiske, men hvilke som leses av (genuttrykk) bestemmer cellens identitet.

Fordypning: Stamceller i medisinen

Stamceller har et enormt potensial. Beinmargstransplantasjon brukes allerede mot leukemi. Forskere arbeider med å reparere hjertevev etter infarkt, regenerere ryggmarg og dyrke nye organer i laboratoriet. Embryonale stamceller har størst potensial, men reiser etiske spørsmål. Et alternativ er induserte pluripotente stamceller, der vanlige hudceller «omprogrammeres» tilbake til et stamcellelignende stadium.

Oppdagelsen av induserte pluripotente stamceller (iPS-celler) av Shinya Yamanaka i 2006, som han vant Nobelprisen for i 2012, var et gjennombrudd. Ved å tilføre kun fire spesifikke proteiner (transkripsjonsfaktorer) kunne han "skru tiden tilbake" for en spesialisert celle, og gjøre den til en stamcelle igjen. Dette omgår de etiske dilemmaene ved embryonale stamceller og åpner for å lage pasientspesifikke celler for behandling, uten fare for immunavstøtning.

De fire vevstypene

Celler med samme oppgave samles i vev. Hos pattedyr finnes fire hovedtyper:

Vevstype	Hvor	Oppgaver
Epitelvev	Hud, slimhinner, innsiden av blodårer og alle organoverflater	Beskyttelse, opptak og utskilling
Muskelvev	I all muskulatur	Trekker seg sammen og strekker seg ut
Bindevev	Brusk, bein, fett og blod	Binder sammen, støtter og beskytter
Nervevev	Hjerne, ryggmarg og nerver	Sender raske beskjeder i kroppen

Eksamenstips

På en prøve eller eksamen kan du bli bedt om å definere de fire vevstypene og gi eksempler. En god huskeregel er å tenke på dem som kroppens "materialer":

• Epitel: "Innpakning og overflater" (som plastfolie og maling).
• Muskel: "Motorer" (som strikker som trekker seg sammen).
• Bindevev: "Fyllmasse og rammeverk" (som lim, stillas og støtdempere). Legg merke til at blod regnes som et flytende bindevev!
• Nervevev: "Elektriske ledninger" (som kabler som sender signaler).

Et organ er en samling av flere vevstyper som samarbeider om bestemte funksjoner – som hjertet, leveren eller magesekken. Et organsystem er en gruppe organer med felles hovedoppgave, som fordøyelsessystemet eller nervesystemet. For at kroppen skal fungere, må alle nivåene styres slik at det indre miljøet holdes stabilt. Denne balansen kaller vi homeostase – det gjelder kroppstemperatur, pH, salt-, vann- og hormonkonsentrasjoner.

Homeostase er kroppens interne "termostat" og "kontrollpanel". Akkurat som et moderne hus regulerer temperatur, fuktighet og ventilasjon automatisk, har kroppen utallige tilbakekoblingsmekanismer for å holde alt innenfor snevre grenser. Hvis du blir varm, svetter du for å kjøle deg ned. Hvis blodsukkeret stiger, skilles insulin ut for å senke det. Svikt i homeostasen er ofte årsaken til sykdom, som vi ser i for eksempel diabetes. Du kan lære mer om dette i kapitlet om regulering og homeostase.

Hovedpoeng

Stamceller differensieres til mange celletyper. Vev → organer → organsystemer. Homeostase er kroppens evne til å holde det indre miljøet stabilt.

6.2 Cellesyklus og kontrollpunkter

Alle celler som deler seg, går gjennom en cellesyklus – en gjentagende rekke faser fra cellen oppstår til den deler seg på nytt. Syklusen har to hoveddeler: interfasen og delingsfasen (M-fasen). Interfasen utgjør ca. 90 prosent av tiden, og hos de fleste menneskeceller varer hele runden ca. 24 timer.

Se for deg cellesyklusen som en travel arbeidsdag for en cellefabrikk. G1 er "første skift" der fabrikken vokser og produserer deler. S-fasen er den kritiske "kopieringsjobben", der alle blåkopiarkene (DNA) blir nøyaktig duplisert. G2 er "andre skift" og kvalitetssikring, der man dobbeltsjekker at alt er klart for den store splittelsen. M-fasen er selve "fisjonen" der fabrikken deler seg i to identiske, funksjonelle fabrikker.

Interfasens tre underfaser

• G1-fasen (gap 1): Cellen vokser og produserer proteiner og celleorganeller. Dette er den mest variable fasen i lengde. Cellen utfører sine normale metabolske funksjoner.
• S-fasen (syntesefasen): Hele DNA-et blir replikert. Hvert kromosom består etterpå av to identiske søsterkromatider festet i sentromeren.
• G2-fasen: Cellen forbereder selve delingen og sjekker at DNA-kopieringen ble korrekt. Energilagre (ATP) bygges opp, og proteiner som trengs for mitosen, som tubulin for spindeltrådene, blir syntetisert.

Etter G2 kommer M-fasen. Cellen havner deretter enten i ny G1 – eller i en hviletilstand kalt G0. De fleste cellene i kroppen befinner seg i G0.

Cellene i G0-fasen er ikke "døde" eller inaktive; de utfører sine spesialiserte oppgaver, men deler seg ikke. Modne nerveceller og muskelceller er typiske eksempler på celler som forblir i G0 permanent. Andre celler, som leverceller, kan vende tilbake fra G0 til G1 hvis det er behov for reparasjon og vekst.

Cellesyklusen: interfase (G1, S, G2) og delingsfase (M). Røde prikker viser viktige kontrollpunkter.

Kontrollpunktene og kreft

På flere kontrollpunkter stopper cellen opp og sjekker seg selv. De viktigste ligger ved overgangen G1/S og G2/M. Cellen kontrollerer om den er stor nok, om DNA-et er uskadet og om kopieringen ble riktig. Skader blir reparert, eller cellen går til apoptose – programmert celledød.

Prinsippskisse av G1/S-kontrollpunktet. Cellen "inspiseres" for skader og vekst. Hvis alt er i orden (grønt lys), går den videre til DNA-syntese (S-fasen). Hvis ikke (rødt lys), stoppes syklusen for reparasjon eller programmert celledød.

Kreft oppstår når celler unnslipper kontrollpunktene og deler seg ukontrollert. Bak ligger mutasjoner i to typer gener: tumorsuppressorgener som normalt fungerer som «bremser», og onkogener som stimulerer celledeling. Et av de mest kjente tumorsuppressorgenene er p53, ofte kalt "genomets vokter". Et funksjonelt p53-protein kan stoppe cellesyklusen ved DNA-skade og aktivere reparasjonsenzymer. Hvis skaden er for stor, utløser p53 apoptose. Mutasjoner i p53-genet er funnet i over halvparten av alle kreftformer hos mennesker. Mellom 80 og 90 prosent av krefttilfellene skyldes mutasjoner som oppstår gjennom livet og ikke er arvet. Kreftceller kan også spre seg via blod- og lymfeårer (metastase), og det er denne spredningen som gjør sykdommen så farlig. …