17.11:

17.11: Komórki koordynują wzrost i proliferację

Cells Coordinate Growth and Proliferation

JoVE Core
Molecular Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Molecular Biology

Cells Coordinate Growth and Proliferation

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

17.10: Abnormal Proliferation

4,441 Views

•

02:36 min

•

April 07, 2021

Overview

Wielkość komórki jest istotnym czynnikiem wpływającym na projekt, funkcję i sprawność komórki. Istnieje pewna wewnętrzna koordynacja, dzięki której komórki podwajają swoją masę przed podziałem, osiągając w ten sposób homeostazę. Koordynacja między wzrostem a proliferacją komórek zależy od punktów kontrolnych między fazami cyklu komórkowego. Utrata koordynacji lub awaria mechanizmu punktu kontrolnego może doprowadzić komórkę do niekontrolowanego wzrostu i utraty funkcji komórkowej. Podobnie jak dzielące się komórki, które koordynują wzrost komórek, niedzielące się komórki u dorosłych regulują wielkość komórek w zależności od ich stanów metabolicznych.

U dorosłych wielkość niedzielących się komórek mięśniowych różni się w zależności od warunków środowiskowych i stanu odżywienia. Regularny trening fizyczny powoduje powiększanie się dorosłych komórek mięśniowych wraz ze wzrostem wielkości poszczególnych miocytów z powodu braku proliferacji w samych miocytach lub populacji komórek macierzystych mięśni. Natomiast niedobór składników odżywczych może poważnie uszkodzić komórki mięśniowe. Wielkość komórek mięśniowych zależy od równowagi między szlakiem anabolicznym, który zwiększa rozmiar komórki, a szlakiem katabolicznym, który degraduje białka wewnątrzkomórkowe, powodując zmniejszenie wielkości komórki.

Szlak anaboliczny lub IFF / PI3K / AKT / mTORC1 obejmuje sygnalizację mTORC1, która prowadzi do syntezy białek, powodując stan zwany przerostem komórek mięśniowych. Jednak ten wzrost rozmiaru komórki jest tymczasowy. Aby komórki zachowały swój rozmiar, należy regularnie ćwiczyć w celu ciągłej sygnalizacji mTORC1. Brak ruchu, głód lub niektóre choroby mięśni wyzwalają szlak kataboliczny lub miostatynę/SMAD2/3 do degradacji białek. Degradacja białek mobilizuje aminokwasy do innych komórek organizmu, zmniejszając w ten sposób rozmiar komórek mięśni szkieletowych.

Transcript

Wielkość komórek jest kluczowym czynnikiem w większości podstawowych procesów, takich jak transport składników odżywczych.

W nienormalnie dużej komórce składniki odżywcze muszą przemieszczać się na większe odległości, aby rozprzestrzenić się po komórce. W rezultacie dyfuzja składników odżywczych staje się powolna, powodując śmierć komórki z głodu składników odżywczych.

Dlatego zdrowa komórka reguluje swój wzrost w punktach kontrolnych cyklu komórkowego – zwykle w przejściu fazowym G1 / S lub przejściu fazowym G2 / M.

Te punkty kontrolne umożliwiają komórce monitorowanie jej wielkości i regulowanie czasu podziału komórki, zapewniając w ten sposób, że komórki potomne mają stałą wielkość – zjawisko zwane homeostazą wielkości.

Organizmy jednokomórkowe, takie jak drożdże, są często wykorzystywane jako organizmy modelowe do badania homeostazy wielkości.

Pączkująca komórka drożdży dzieli się asymetrycznie, tworząc większą komórkę macierzystą i mniejszą komórkę potomną.

Większa komórka macierzysta szybko rośnie do rozmiaru krytycznego i przechodzi punkt kontrolny wielkości w przejściu fazowym G1/S.

W przeciwieństwie do tego, mniejsza komórka potomna ma dużą lukę wielkości do osiągnięcia i dlatego spędza więcej czasu na wzroście w fazie G1.

We wczesnej fazie G1 kompleksy białkowe SBF i MBF, czynniki transkrypcyjne promujące cykl komórkowy, są zwykle wiązane i hamowane przez białko represorowe zwane Whi5, zapobiegając w ten sposób przejściu cyklu komórkowego.

Reaktywacja cyklu komórkowego zależy od białka sortującego zwanego Cln3, cykliny G1, której stężenie wzrasta proporcjonalnie do wielkości komórki.

Kiedy komórka osiąga swój docelowy rozmiar, Cln3 osiąga krytyczne stężenie i tworzy kompleks z zależną od cykliny kinazą-1 lub Cdk1, kluczowym aktywatorem czynników promujących cykl komórkowy.

Aktywny kompleks Cln3-Cdk1 następnie fosforyluje Whi5 w wielu miejscach, uwalniając aktywne czynniki transkrypcyjne SBF i MBF, które wyzwalają geny przejścia fazowego G1 / S zaangażowane w ważne procesy, takie jak inicjacja pąków i replikacja DNA.

Aktywacja tych zdarzeń przejścia umożliwia komórce przejście przez punkt kontrolny rozmiaru i przejście przez inne etapy cyklu komórkowego.

Key Terms and definitions

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

This video is also useful for