totipotens

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

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.

En eggcelle som har fusjonert med en spermcelle og dannet en zygote deler seg noen få ganger og danner et kuleformet stadium kalt morula hvor alle cellene er totipotente stamceller. Ved gjentatte celledelinger dannes et blastulastadium, en blastula med et ytre cellelag, trofoblasten, som danner morkaken og fester den til livmorveggen og et indre kimlag som hos triploblastiske dyr danner ektoderm, mesoderm og endoderm. Blastula inneholder pluripotente stamceller som som kan dele seg, spesialiseres og differensieres til alle kimlagenes avledete celler. Ektoderm danner celler i hudoverflater og nervesystem, endoderm danner det indre laget i fordøyelseskanalen, mens mesoderm lager muskler, skjelett og indre organer for sirkulasjon, ekskresjon og reproduksjon. De pluripotente stamcellene er likevel ikke totipotene. Stamcellene i blastula kalles også embryonale stamceller.

Adulte stamceller hos voksne har mistet noen av egenskapene som finnes hos embryonale stamceller. Hematopoietiske stamceller i beinmargen er multipotente stamceller som kan lage forskjellige typer blodceller og beinvevceller.

Den amerikanske cellebiologen James Thomson og medarbeidere klarte i 1998 å dyrke fram i laboratoriet en cellelinje fra embryonale stamceller fra menneske, og i 2007 klare de å lage induserte pluripotente stamceller. Embryonale stamceller fra mennesker trenger et cellelag med næringsceller og kan dyrkes på et substrat med embryonale fibroblaster fra mus som næringsceller. Næringsmediet må inneholde alle vekstkomponentene en celle trenger for å vokse og i tillegg spesielle vekstfaktorer.

Den japanske forskeren Shinya Yamanaka fikk i 2012 Nobelprisen i fysiologi eller medisin, sammen med John B. Gurdon, «for oppdagelsen at modne celler kan bli reprogrammert til å bli pluripotente». 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

• Thomson, JA og medarbeidere: Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts. Science 282 (5391) (1998)1145-1147. DOI: 10.1126/science.282.5391.1145.
• Takahashi, K og Yamanaka S: Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell 126 (2006) 663-676.
• Yu J og medarbeidere: Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells. Science. 318 (5858) (2007) 1917–1920. doi:10.1126/science.1151526