Vertakkingsdiffentiatie

Vertakkingsdiffentiatie, ook gespeld als vertakkingsdifferentiatie, is het biologische proces waarbij een oorspronkelijke structuur zich vertakt en de resulterende takken differentiëren in uiteenlopende functies of celtypes. Het begrip wordt in verschillende vakgebieden gebruikt en kan zowel morfologische als cellulaire differentiatie omvatten. In veel systemen ontstaat door vertakkingsdiffentiatie een netwerk van takken met gespecialiseerde taken, zoals transport, signaaldoorstroming of gevoelslokalisatie.

Het komt op meerdere schaalniveaus voor. In planten is het cruciaal voor de ontwikkeling van vasculaire netwerken, wortel- en scheuttakken en voor het vertakken van blad- en bloemorganen. In dieren en schimmels verschijnt vertakkingsdiffentiatie in neurale dendriëten en axonen, in bronchiale en bloedvatenstelsels, en in myceliale verspreiding. Het verschil tussen vertakking (morfogenese) en differentiatie ligt in de combinatie van vormgevend proces (takvorming) en cel- of weefselidentiteitsverwerving (functie of celtype).

Mechanismen die vertakkingsdiffentiatie sturen zijn onder meer signaalgradaties, genetische reguleringsnetwerken, mechanische krachten en omgevingsinvloeden. Voorbeelden: in planten stuurt auxine-distributie vertakkingen aan via PIN-transporters; bij neurale vertakkingen regelt cytoskeletdynamiek en groeifactoren arborisatiedifferentiatie. Epitheliale vertakking kan door Notch- en FGFs-signaalroutes worden gemoduleerd.

Analytisch wordt vertakkingsdiffentiatie bestudeerd met modellen zoals L-systemen en reactie-diffusie systemen, en gemeten met fractale maten, taksnelheid, hoeken en orde van vertakking. Beeldvorming en trekmodellen dragen bij aan begrip van patronen en functionaliteit in diverse organismen.