Cellule somatiche
Che cosa sono le cellule somatiche?
Le cellule somatiche, come dice la parola stessa, sono quelle cellule che compongono il soma, ossia il corpo di un organismo pluricellulare.
Sono quindi la quasi totalità delle cellule, fatta eccezione per le cosiddette cellule germinative, ossia i gameti e le cellule germinative primitive da cui questi ultimi hanno origine.
Nonostante, quindi, la prima grande distinzione tra le cellule venga fatta tra cellule somatiche e cellule germinative, in realtà l'espressione cellule somatiche è un'espressione estremamente generica, poiché al suo interno trovano posto quasi tutti i molteplici tipi cellulari, che possono essere tra loro molto differenti per forma, struttura e funzione.
Vi rientrano infatti, per farne alcuni esempi, le cellule nervose, le cellule epiteliali, le cellule muscolari e così via.
Cellule somatiche dello stesso tipo possono, negli organismi più complessi, dar luogo a veri e propri tessuti e questi unirsi a formare organi e apparati.
In organismi semplici, come ad esempio le spugne, le cellule non si organizzano in tessuti ma svolgono ognuna le proprie funzioni a seconda del tipo di cellule a cui appartengono.
Nella quasi totalità degli animali il corredo cromosomico delle cellule somatiche è diploide, cioè ogni cromosoma è presente in due copie, una di derivazione materna e una di derivazione paterna.
La riproduzione di queste cellule avviene per mitosi e genera altre generazioni di cellule diploidi.
Nelle cellule germinali invece, ritroviamo cellule con corredo diploide dette cellule germinali primitive, e cellule con corredo aploide, cioè formato da un'unica copia di ogni cromosoma, che rappresentano le cellule germinative mature, ossia i gameti, che si generano per meiosi delle cellule primitive.
Il processo di meiosi porta alla formazione di quattro cellule aploidi a partire da una singola cellula diploide che, dopo aver duplicato il proprio DNA dando origine a 4 copie di ogni cromosoma, si divide in quattro cellule figlie ognuna ricevente un singolo corredo cromosomico.
Figura 1: Riproduzione delle cellule germinali: attraverso la meiosi si generano 4 gameti aploidi.
Nel regno vegetale invece tale distinzione genetica tra cellule somatiche e germinative non è fattibile; infatti molte specie vegetali hanno un ciclo vitale composto da una alternanza di generazioni tra un gametofito e uno sporofito che si distinguono proprio per il tipo di corredo cromosomico: le cellule somatiche del gametofito sono infatti aploidi mentre lo sporofito ha cellule somatiche di tipo diploide.
Anche nel regno animale esistono comunque delle eccezioni: il fuco ad esempio, che altri non è che il maschio dell'ape, ha cellule somatiche con corredo aploide.
Questi animali si generano infatti a partire da cellule uovo non fecondate attraverso un processo noto come partenogenesi.
Cellule staminali
La differenziazione tra le cellule che entreranno a far parte della linea somatica e quelle che saranno parte della linea germinale avviene molto presto, nelle prime fasi dello sviluppo embrionale a partire dalle cellule staminali embrionali.
Le cellule staminali sono cellule ancora non differenziate oppure differenziate solo in parte:
- le cellule staminali totipotenti possono generare qualunque tipo di cellula, somatica o germinale, e sono quindi totalmente indifferenziate; un esempio di cellula di questo tipo è lo zigote, ossia il prodotto della fusione tra gamete maschile e gamete femminile, dalle cui divisioni si origina l'embrione e poi l'intero organismo;
- le cellule pluripotenti sono cellule staminali che possono originare una grande quantità (ma non la totalità) di tipi cellulari;
- infine le cellule staminali multipotenti possono originare solo alcuni tipi di cellule facenti parte di uno specifico ambito (ad esempio le cellule staminali del sangue).
Le cellule staminali embrionali che confluiscono nella linea somatica danno origine, nell'embrione degli organismi triblastici (tra cui l'uomo), a tre foglietti germinativi: l'ectoderma, il mesoderma e l'endoderma.
Dall'ectoderma si originano le cellule che daranno vita al tessuto nervoso e all'epidermide; dall'endoderma si originano invece quelle cellule che formeranno intestino, pancreas, fegato, stomaco e polmoni; dalla differenziazione delle cellule del mesoderma invece si generano i tessuti cardiovascolare, muscoloscheletrico e urinario (per info: apparato urinario femminile e apparato urinario maschile), con tutti i differenti tipi di cellule somatiche che li compongono.
Figura 2: Esempio di differenziazione delle cellule somatiche durante lo sviluppo embrionale. Dalle cellule pluripotenti della massa cellulare interna del Blastocisti si originano le cellule del sistema nervoso, circolatorio e immunitario.
Perché le cellule somatiche non sono tutte uguali?
I vari tipi di cellule somatiche sono tra loro molto differenti per forma, funzione e processi biochimici che sono in grado di compiere.
Nonostante tutti questi aspetti che le differenziano le une dalle altre siano determinate dall'espressione di geni che codificano per proteine responsabili delle varie caratteristiche tipiche delle varie cellule, il contenuto genetico del nucleo cellulare di tutte le cellule somatiche è il medesimo.
Ciò che ne determina la differenziazione è dovuto a meccanismi di espressione selettiva dei geni: le informazioni contenute nel genoma non vengono pertanto espresse, cioè trascritte e tradotte in proteine, tutte nello stesso momento, ma esistono meccanismi di regolazione che attivano dei geni e ne disattivano degli altri.
Questi meccanismi, che in linea più generale regolano il funzionamento di tutte le cellule durante la loro vita, durante lo sviluppo embrionale ne decidono il destino, determinando il tipo di cellula in cui ognuna di esse si tramuterà una volta matura.
I meccanismi attraverso cui si genera una selezione nell'espressione genetica embrionale sono due:
1) Il primo è definito specificazione citoplasmatica ed è determinato dalla differente concentrazione di determinate molecole nel citoplasma dell'uovo: la composizione chimica della porzione di citoplasma in cui si sviluppano le varie cellule a partire dalla cellula uovo ne determina una prima differenziazione.
2) Dopo una prima differenziazione dovuta alla specificazione citoplasmatica intervengono meccanismi definiti di tipo induttivo: le cellule parzialmente differenziate producono e rilasciano sostanze differenti nella matrice extracellulare che avvolge tutte le cellule embrionali determinando delle risposte differenti nelle cellule adiacenti.
I fenomeni induttivi possono essere determinati dalla diffusione delle sostanze nella matrice extracellulare o la loro circolazione nei liquidi corporei. Un altro tipo di induzione può avvenire mediante lo stretto contatto tra cellule adiacenti.
La capacità di far corrispondere alla ricezione di un segnale chimico una risposta nell'espressione genica è definita competenza a rispondere.
Inizialmente la competenza di tutte le cellule è totale e quindi qualunque morfogeno (molecola in grado di determinare una risposta nell'espressione genica) genera la risposta ad esso associata.
Man mano che le cellule progrediscono nella loro differenziazione diventano sempre più selettive e meno competenti, cioè iniziano a rispondere solo a determinati morfogeni, divenendo invece insensibili agli altri.
A maturazione completata le cellule attueranno risposte nell'espressione genica tipiche del tipo cellulare in cui si sono tramutate, assumendone pertanto la forma e le capacità specifiche.
Clonazione
La tecnica della clonazione di organismi superiori prevede il trasferimento di un nucleo di una cellula somatica all'interno di una cellula uovo denucleata.
Una volta trasferito il nucleo, il materiale genetico in esso contenuto diviene nuovamente in grado di esprimere ognuno dei suoi geni e rispondere a qualunque morfogeno, diviene quindi totipotente, riuscendo a originare un nuovo organismo geneticamente identico al donatore del nucleo.
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