17.11:

17.11: Клетки координируют рост и пролиферацию

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.

Previous Video

17.10: Abnormal Proliferation

4,439 Views

•

02:36 min

•

April 07, 2021

Размер клетки является важным фактором, влияющим на конструкцию клеток, их функцию и физическую форму. Существует некоторая внутренняя координация, с помощью которой клетки удваивают свою массу перед делением, достигая таким образом гомеостаза. Координация между клеточным ростом и пролиферацией зависит от контрольных точек между фазами клеточного цикла. Потеря координации или сбой в механизме контрольных точек может привести клетку к неконтролируемому росту и потере клеточной функции. Подобно делящимся клеткам, которые координируют клеточный рост, неделящиеся клетки у взрослых регулируют размер клеток в зависимости от их метаболического состояния.

У взрослых особей размер неделящихся мышечных клеток варьируется в зависимости от условий окружающей среды и состояния питания. Регулярные физические тренировки приводят к увеличению взрослых мышечных клеток по мере того, как отдельные миоциты увеличиваются в размерах из-за отсутствия пролиферации в самих миоцитах или популяции мышечных стволовых клеток. Напротив, дефицит питательных веществ может серьезно повредить мышечные клетки. Размер мышечных клеток зависит от баланса между анаболическим путем, который увеличивает размер клеток, и катаболическим путем, который разрушает внутриклеточные белки, вызывая уменьшение размера клеток.

Анаболический путь или путь IFF/PI3K/AKT/mTORC1 включает передачу сигналов mTORC1, которая приводит к синтезу белка, что приводит к возникновению состояния, называемого гипертрофией мышечных клеток. Однако это увеличение размера клеток носит временный характер. Чтобы клетки сохраняли свой размер, необходимо регулярно тренироваться для непрерывной передачи сигналов mTORC1. Недостаток физических упражнений, голодание или определенные мышечные заболевания запускают катаболический путь или миостатин/SMAD2/3 для деградации белка. Расщепление белков мобилизует аминокислоты к другим клеткам организма, тем самым уменьшая размер клеток скелетных мышц

Transcript

Размер клеток является решающим фактором в большинстве фундаментальных процессов, таких как транспортировка питательных веществ.

В аномально большой клетке питательные вещества должны перемещаться на большие расстояния, чтобы распространиться по всей клетке. В результате диффузия питательных веществ становится медленной, в результате чего клетка погибает от пищевого голодания.

Таким образом, здоровая клетка регулирует свой рост на контрольных точках клеточного цикла – обычно при фазовом переходе G1/S или фазовом переходе G2/M.

Эти контрольные точки позволяют клетке контролировать свой размер и регулировать время деления клеток, тем самым гарантируя, что дочерние клетки имеют постоянный размер – явление, называемое размерным гомеостазом.

Одноклеточные организмы, такие как дрожжи, часто используются в качестве модельных организмов для изучения размерного гомеостаза.

Почковающаяся дрожжевая клетка делится асимметрично, образуя более крупную материнскую клетку и меньшую дочернюю клетку.

Более крупная материнская клетка быстро вырастает до своего критического размера и проходит контрольную точку размера при фазовом переходе G1/S.

Напротив, меньшая дочерняя клетка имеет большой разрыв в размерах для достижения и поэтому тратит больше времени на рост в фазе G1.

На ранней фазе G1 белковые комплексы SBF и MBF, факторы транскрипции, способствующие клеточному циклу, обычно связываются и ингибируются белком-репрессором под названием Whi5, тем самым предотвращая переход клеточного цикла.

Реактивация клеточного цикла зависит от сайзерного белка под названием Cln3, циклина G1, концентрация которого увеличивается пропорционально размеру клетки.

Когда клетка достигает своего целевого размера, Cln3 достигает критической концентрации и образует комплекс с циклин-зависимой киназой-1 или Cdk1, ключевым активатором факторов, способствующих клеточному циклу.

Затем активный комплекс Cln3-Cdk1 фосфорилирует Whi5 в нескольких сайтах, высвобождая активные транскрипционные факторы SBF и MBF, которые запускают гены фазового перехода G1/S, участвующие в жизненно важных процессах, таких как инициация почек и репликация ДНК.

Активация этих событий перехода позволяет ячейке пройти контрольную точку размера и перейти через другие стадии клеточного цикла.