Le cellule coordinano la crescita e la proliferazione

La dimensione delle cellule è un fattore cruciale nella maggior parte dei processi fondamentali, come il trasporto dei nutrienti.

In una cellula anormalmente grande, i nutrienti devono percorrere distanze maggiori per diffondersi in tutta la cellula. Di conseguenza, la diffusione dei nutrienti diventa lenta, causando la morte della cellula per mancanza di nutrienti.

Pertanto, una cellula sana regola la sua crescita ai checkpoint del ciclo cellulare, di solito alla transizione di fase G1/S o alla transizione di fase G2/M.

Questi punti di controllo consentono alla cellula di monitorare le sue dimensioni e regolare i tempi di divisione cellulare, garantendo così che le cellule figlie abbiano una dimensione costante, un fenomeno chiamato omeostasi delle dimensioni.

Gli organismi unicellulari, come il lievito, sono spesso usati come organismi modello per studiare l'omeostasi delle dimensioni.

Una cellula di lievito in gemmazione si divide in modo asimmetrico, producendo una cellula madre più grande e una cellula figlia più piccola.

La cellula madre più grande cresce rapidamente fino alle sue dimensioni critiche e supera il checkpoint delle dimensioni nella transizione di fase G1/S.

Al contrario, la cellula figlia più piccola ha un ampio divario di dimensioni da raggiungere e quindi trascorre più tempo a crescere nella fase G1.

Nella fase iniziale di G1, i complessi proteici SBF e MBF, i fattori di trascrizione che promuovono il ciclo cellulare, sono solitamente legati e inibiti da una proteina repressore chiamata Whi5, impedendo così la transizione del ciclo cellulare.

La riattivazione del ciclo cellulare dipende da una proteina di regolazione chiamata Cln3, una ciclina G1 la cui concentrazione aumenta proporzionalmente con le dimensioni della cellula.

Quando la cellula raggiunge la dimensione target, Cln3 raggiunge una concentrazione critica e forma un complesso con la chinasi-1 ciclina-dipendente o Cdk1, un attivatore chiave dei fattori che promuovono il ciclo cellulare.

Il complesso attivo Cln3-Cdk1 fosforila quindi Whi5 in più siti per rilasciare fattori di trascrizione SBF e MBF attivi che innescano geni di transizione di fase G1/S coinvolti in processi vitali come l'inizio delle gemme e la replicazione del DNA.

L'attivazione di questi eventi di transizione consente alla cellula di superare il checkpoint delle dimensioni e procedere attraverso altre fasi del ciclo cellulare.