17.11:

17.11: Las células coordinan el crecimiento y la proliferación

Cells Coordinate Growth and Proliferation

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Cells Coordinate Growth and Proliferation

17.10: Abnormal Proliferation

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02:36 min

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April 07, 2021

Overview

Cell size is a significant factor impacting cellular design, function, and fitness. There exists some internal coordination by which cells double their masses before division, thus, achieving homeostasis. Coordination between cell growth and proliferation depends on the checkpoints in between cell cycle phases. Loss of coordination or failure in the checkpoint mechanism can drive the cell to uncontrolled growth and loss of cellular function. Like dividing cells that coordinate cellular growth, non-dividing cells in adults regulate cell size depending on their metabolic states.

In adults, the size of non-dividing muscle cells varies depending on the environmental conditions and nutritional state. Regular physical workout causes adult muscle cells to enlarge as individual myocytes grow in size due to the absence of proliferation in the myocytes themselves or the muscle stem cell population. In contrast, nutrient deficiency can severely damage the muscle cells. The size of muscle cells depends on the balance between the anabolic pathway that increases the cell size and the catabolic pathway that degrades intracellular proteins causing the cell size to reduce.

The anabolic or IFF/PI3K/AKT/mTORC1 pathway involves mTORC1 signaling that leads to protein synthesis, giving rise to a condition called- muscle cell hypertrophy. However, this increase in cell size is temporary. For the cells to maintain their size, one must regularly exercise for continuous mTORC1 signaling. Lack of exercise, starvation, or certain muscle disease triggers a catabolic pathway or Myostatin/SMAD2/3 for protein degradation. The degradation of proteins mobilizes amino acids to other cells of the body, thus, reducing the size of the skeletal muscle cells.

Transcript

El tamaño de la célula es un factor crucial en la mayoría de los procesos fundamentales, como el transporte de nutrientes.

En una célula anormalmente grande, los nutrientes tienen que moverse distancias más largas para propagarse por toda la célula. Como resultado, la difusión de nutrientes se vuelve lenta, lo que hace que la célula muera por falta de nutrientes.

Por lo tanto, una célula sana regula su crecimiento en los puntos de control del ciclo celular, generalmente en la transición de fase G1/S o en la transición de fase G2/M.

Estos puntos de control permiten a la célula controlar su tamaño y regular el momento de la división celular, asegurando así que las células hijas tengan un tamaño constante, un fenómeno llamado homeostasis del tamaño.

Los organismos unicelulares, como la levadura, se utilizan con frecuencia como organismos modelo para estudiar la homeostasis del tamaño.

Una célula de levadura en ciernes se divide asimétricamente, produciendo una célula madre más grande y una célula hija más pequeña.

La célula madre más grande crece rápidamente hasta su tamaño crítico y pasa el punto de control de tamaño en la transición de fase G1/S.

Por el contrario, la célula hija más pequeña tiene una gran brecha de tamaño para lograr y, por lo tanto, pasa más tiempo creciendo en la fase G1.

En la fase G1 temprana, los complejos de proteínas SBF y MBF, los factores de transcripción promotores del ciclo celular, generalmente se unen e inhiben mediante una proteína represora llamada Whi5, lo que impide la transición del ciclo celular.

La reactivación del ciclo celular depende de una proteína calibradora llamada Cln3, una ciclina G1 cuya concentración aumenta proporcionalmente con el tamaño de la célula.

Cuando la célula alcanza su tamaño objetivo, Cln3 alcanza una concentración crítica y forma un complejo con la quinasa-1 dependiente de ciclina o Cdk1, un activador clave de los factores promotores del ciclo celular.

A continuación, el complejo activo Cln3-Cdk1 fosforila Whi5 en múltiples sitios para liberar factores de transcripción SBF y MBF activos que desencadenan genes de transición de fase G1/S implicados en procesos vitales como el inicio de las yemas y la replicación del ADN.

La activación de estos eventos de transición permite que la célula pase el punto de control de tamaño y proceda a través de otras etapas del ciclo celular.

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