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Zellen koordinieren Wachstum und Proliferation
Die Zellgröße ist ein entscheidender Faktor bei den meisten grundlegenden Prozessen, wie z. B. dem Nährstofftransport.
In einer ungewöhnlich großen Zelle müssen Nährstoffe längere Strecken zurücklegen, um sich in der Zelle zu verteilen. Infolgedessen wird die Nährstoffdiffusion langsam, was dazu führt, dass die Zelle an Nährstoffmangel stirbt.
Daher reguliert eine gesunde Zelle ihr Wachstum an Zellzyklus-Checkpoints - normalerweise am G1/S-Phasenübergang oder am G2/M-Phasenübergang.
Diese Kontrollpunkte ermöglichen es der Zelle, ihre Größe zu überwachen und den Zeitpunkt der Zellteilung zu regulieren, wodurch sichergestellt wird, dass die Tochterzellen eine gleichbleibende Größe haben – ein Phänomen, das als Größenhomöostase bezeichnet wird.
Einzellige Organismen, wie z. B. Hefen, werden häufig als Modellorganismen verwendet, um die Größenhomöostase zu untersuchen.
Eine knospende Hefezelle teilt sich asymmetrisch, wodurch eine größere Mutterzelle und eine kleinere Tochterzelle entstehen.
Die größere Mutterzelle wächst schnell auf ihre kritische Größe und passiert den Größenprüfpunkt am G1/S-Phasenübergang.
Im Gegensatz dazu hat die kleinere Tochterzelle einen großen Größenunterschied zu erreichen und verbringt daher mehr Zeit mit dem Wachstum in der G1-Phase.
In der frühen G1-Phase werden die Proteinkomplexe SBF und MBF, die zellzyklusfördernden Transkriptionsfaktoren, in der Regel durch ein Repressorprotein namens Whi5 gebunden und gehemmt, wodurch der Übergang zum Zellzyklus verhindert wird.
Die Reaktivierung des Zellzyklus hängt von einem Sizer-Protein namens Cln3 ab, einem G1-Cyclin, dessen Konzentration proportional zur Zellgröße zunimmt.
Wenn die Zelle ihre Zielgröße erreicht hat, erreicht Cln3 eine kritische Konzentration und bildet einen Komplex mit der Cyclin-abhängigen Kinase-1 oder Cdk1, einem Schlüsselaktivator von zellzyklusfördernden Faktoren.
Der aktive Cln3-Cdk1-Komplex phosphoryliert dann Whi5 an mehreren Stellen, um aktive SBF- und MBF-Transkriptionsfaktoren freizusetzen, die G1/S-Phasenübergangsgene auslösen, die an lebenswichtigen Prozessen wie der Knospeninitiierung und der DNA-Replikation beteiligt sind.
Die Aktivierung dieser Übergangsereignisse ermöglicht es der Zelle, den Größenprüfpunkt zu passieren und andere Phasen des Zellzyklus zu durchlaufen.
Die Zellgröße ist ein bedeutender Faktor, der das Zelldesign, die Funktion und die Fitness beeinflusst. Es gibt eine interne Koordination, durch die Z…
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