17.11:

17.11: Le cellule regolano la crescita e la proliferazione

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

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.

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