totipotens

Totipotens er evnen enkelte celler har til å dele seg for så å danne alle typer celler i en organisme, og således aseksuelt lage en klon av organismen.

De fleste cellene i en organisme inneholder hele genmaterialet med arvelig informasjon som er nødvendig for å lage alle typer celler i en organisme: kjernegenomet, mitokondriegenomet, og for planter i tillegg kloroplastgenomet. Bare en del av genomet kommer til uttrykk i hver celle når de blir spesialiserte (differensiering) i løpet av utviklingen og vekst av organismen. Når cellene er blitt spesialiserte (til for eksempel blodceller i dyr eller til vedvev i planter) mister de evnen til å utvikle seg i en annen retning. En totipotent celle har evnen til å bruke alle genene som er nødvendige for å lage alle proteinene de ulike typer celler inneholder og består av, og dermed å gjendanne hele organismen.

Generelt vil celler som er lite spesialiserte til bestemte funksjoner, ha størst potensiale til å dele seg og lage andre typer celler.

Vi skiller mellom totipotente celler, pluripotente celler, med evnen til å gi opphav til mange, men ikke alle celletyper i organismen, multipotente celler som kan gi opphav til flere celletyper, og unipotente celler som kun har evnen til å gi opphav til én celletype.

Til forskjell fra dyr har planteceller større evne og potensial (totipotens) til å regenerere en ny plante.

Hos planter har delingsaktive initialceller (stamceller) i vekstområdene (meristemer) stor evne til totipotens, forutsatt at alle betingelser for vekst er tilstede.

Dette skjer ved at cellene først dedifferensieres, det vil si de blir igjen meristematiske med høy delingsaktivitet, for eksempel ved såring av cellevev. Ut fra disse cellene kan ny differensiering skje, under forutsetning av at riktige næringsstoffer, vitaminer og plantehormoner (auxin, cytokinin) er til stede. Celler kan dyrkes i agarskåler med næringsmedium. Celler i cellevev danner en tredimensjonal struktur, og ved å dyrke dem på et lag med andre celler bidrar dette til å opprettholde det romlige reisverket av celler.

Dette sees særlig godt i vevskultur, der homogene cellemasser, for eksempel fra stengelmarg, kan induseres til å danne både røtter og skudd. Ut fra én enkelt celle, spesielt hos artene petunia og tobakksplanter i søtvierfamilien, kan det på denne måten dannes en fullstendig plante. At celler i planter er totipotente blir brukt i vevskultur av planter, blant annet i formering av hybrider av orkidéer.

Mer begrenset totipotens sees når adventivrøtter dannes fra stengler, og når sår heles ved at det dannes sårkallus.

Når celler eldes er de mer utsatt for mutasjoner som endrer genomet, og de mister den totipotente egenskapen. Celler som dyrkes i vevskultur i kontakt med få andre celler i nærheten er dessuten mer utsatt for omstokking av genomet, noe som gir somaklonal variasjon og redusert totipotens.

Pluripotente stamceller hos dyr og mennesker kan dele seg, spesialiseres og differensieres til alle de forskjellige typer celler organismen inneholder og består av. I blastocysten som fester seg i livmorslimhinnen er det pluripotente embryonale stamceller. Den japanske forskeren Shinya Yamanaka fikk i 2012 nobelprisen i fysiologi eller medisin, sammen med John B. Gurdon, for sitt arbeid med å indusere pluripotente stamceller fra modne differensierte celler. Gurdon viste i 1962 at spesialiserte celler fra tynntarmen til frosk kan reprogrammeres til å bli stamceller som kan gjendanne hele frosken. Dyreceller er teoretisk totipotente, de inneholder all genetisk informasjon om organismen, men må først gjennomgå en cellebiologisk eller genetisk manipulering. I motsetning til planteceller som i utgangspunktet er totipotente uten en slik behandling. Yamanaka kunne 40 år seinere bekrefte at det er mulig å skru den cellulære utviklingsklokken tilbake til start. Bare endring i fire transkripsjonsfaktorer eller stamcellemarkører (Oct4, Sox2, c-Myc, og Klf4) er nok til å indusere pluripotente stamceller. Denne oppdagelsen har stor medisinsk betydning både for å kunne forstå cellulære utviklingsprogrammer, og blir brukt i medisinske behandlingsmetoder.

• stamceller