17.11: 세포는 성장과 증식을 조정합니다

세포 크기는 세포 디자인, 기능 및 적합성에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 세포가 분열하기 전에 질량을 두 배로 늘려 항상성을 달성하는 내부 조정이 존재합니다. 세포 성장과 증식 사이의 조정은 세포 주기 단계 사이의 체크포인트에 따라 달라집니다. 체크포인트 메커니즘의 조정 상실이나 실패로 인해 세포가 통제되지 않은 성장과 세포 기능 상실을 초래할 수 있습니다. 세포 성장을 조정하는 분열 세포와 마찬가지로, 성인의 비분열 세포는 대사 상태에 따라 세포 크기를 조절합니다.

성인의 경우 비분할 근육세포의 크기는 환경 조건과 영양 상태에 따라 달라집니다. 규칙적인 신체 운동은 근육 세포 자체 또는 근육 줄기 세포 집단의 증식이 없기 때문에 개별 근육 세포의 크기가 커지면서 성인 근육 세포가 커지게 합니다. 대조적으로, 영양 결핍은 근육 세포를 심각하게 손상시킬 수 있습니다. 근육 세포의 크기는 세포 크기를 증가시키는 동화 경로와 세포 크기를 감소시키는 세포 내 단백질을 분해하는 이화 경로 사이의 균형에 따라 달라집니다.

동화 작용 또는 IFF/PI3K/AKT/mTORC1 경로는 단백질 합성을 유도하는 mTORC1 신호 전달과 관련되어 근육 세포 비대라는 상태를 유발합니다. 그러나 이러한 셀 크기의 증가는 일시적입니다. 세포의 크기를 유지하려면 지속적인 mTORC1 신호 전달을 위해 정기적으로 운동해야 합니다. 운동 부족, 기아 또는 특정 근육 질환은 이화 경로 또는 단백질 분해를 위한 미오스타틴/SMAD2/3을 유발합니다. 단백질 분해는 아미노산을 신체의 다른 세포로 이동시켜 골격근 세포의 크기를 감소시킵니다.

세포 크기는 영양소 수송과 같은 가장 기본적인 과정에서 중요한 요소입니다.

비정상적으로 큰 세포에서는 영양소가 세포 전체로 퍼져 나가기 위해 더 먼 거리를 이동해야 합니다. 그 결과, 영양소 확산이 느려져 세포가 영양 부족으로 죽게 됩니다.

따라서 건강한 세포는 세포주기 체크포인트(일반적으로 G1/S 상 전이 또는 G2/M 상 전이)에서 성장을 조절합니다.

이러한 체크포인트를 통해 세포는 자신의 크기를 모니터링하고 세포 분열 시기를 조절할 수 있으므로 딸 세포가 크기 항상성이라고 하는 현상인 일관된 크기를 갖도록 할

효모와 같은 단세포 유기체는 크기 항상성을 연구하기 위한 모델 유기체로 자주 사용됩니다.

싹트는 효모 세포는 비대칭으로 분열하여 더 큰 모세포와 더 작은 딸 세포를 생성합니다.

더 큰 모세포는 임계 크기까지 빠르게 성장하고 G1/S 상 전이에서 크기 체크포인트를 통과합니다.

대조적으로, 더 작은 딸 세포는 달성해야 할 크기 차이가 크므로 G1 단계에서 성장하는 데 더 많은 시간을 소비합니다.

초기 G1 단계, 단백질 복합체 SBF 및 MBF에서 세포주기 촉진 전사 인자는 일반적으로 Whi5라는 억제 단백질에 의해 결합 및 억제되어 세포주기 전이를 방지합니다.

세포주기 재활성화는 Cln3라는 사이저 단백질, 즉 세포 크기에 비례하여 농도가 증가하는 G1 cyclin에 의존합니다.

세포가 목표 크기에 도달하면 Cln3는 임계 농도에 도달하고 세포주기 촉진 인자의 핵심 활성제인 cyclin-dependent kinase-1 또는 Cdk1과 복합체를 형성합니다.

그런 다음 활성 Cln3-Cdk1 복합체는 여러 부위에서 Whi5를 인산화하여 새싹 개시 및 DNA 복제와 같은 중요한 과정에 관여하는 G1/S 상전이 유전자를 유발하는 활성 SBF 및 MBF 전사 인자를 방출합니다.

이러한 전이 이벤트의 활성화는 세포가 크기 체크포인트를 통과하고 세포 주기의 다른 단계를 진행할 수 있도록 합니다.