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I biologi rispondono alla domanda fondamentale sulla dimensione delle cellule

La necessità di produrre la giusta quantità di proteine ​​è alla base della sorprendente uniformità delle dimensioni. Negli umani, la dimensione della cella può variare di oltre 100 volte, che vanno dai piccoli globuli rossi e grandi neuroni. tuttavia, all'interno di ogni tipo di cellula, v'è molto poca deviazione da un formato standard. Negli studi di lievito, ricercatori del MIT sono cresciute le cellule a 10 volte le loro dimensioni normali e ha scoperto che il loro DNA non poteva tenere il passo con le esigenze di produzione abbastanza proteine ​​per mantenere le normali funzioni cellulari. biologi del MIT hanno scoperto la risposta a una domanda fondamentale biologica: Perché le cellule di un determinato tipo tutti della stessa dimensione?

I ricercatori del MIT hanno scoperto che quando hanno arrestato la divisione cellulare nei fibroblasti umani, divennero anormalmente grandi e poi entrarono in uno stato di non divisione noto come senescenza (pannello di destra). Non trattati, i fibroblasti di dimensioni normali sono mostrati a sinistra. Immagine: Gabriel Neurohr

inoltre, i ricercatori hanno scoperto che questa carenza di proteine ​​porta le cellule in uno stato di non divisione noto come senescenza, suggerendo una possibile spiegazione di come le cellule diventano senescenti man mano che invecchiano.

“Ci sono così tante ipotesi là fuori che cercano di spiegare perché avviene la senescenza, e penso che questi dati forniscano una spiegazione bella e semplice per la senescenza," dice Angelika Amon, Kathleen e Curtis Marble Professore di ricerca sul cancro presso il Dipartimento di Biologia e membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research.

Amon è l’autore senior dello studio, che appare nel febbraio. 7 edizione online di Cellula. Gabriel Neurohr, un postdoc del MIT, è l'autore principale dell'articolo.

Dimensioni eccessive

Per esplorare il motivo per cui le dimensioni delle cellule sono così strettamente controllate, i ricercatori hanno impedito la divisione delle cellule di lievito modificando un gene fondamentale per la divisione cellulare, in modo che possa essere spento ad una certa temperatura. Queste cellule hanno continuato a crescere, ma non potevano dividersi e non replicavano il loro DNA.

I ricercatori hanno scoperto che man mano che le cellule si espandevano, il loro DNA e il loro macchinario per la costruzione delle proteine ​​non potevano tenere il passo con le esigenze di una cellula così grande. Questa incapacità di produrre abbastanza proteine ​​ha portato alla diluizione del citoplasma e all’interruzione della divisione cellulare. I ricercatori ritengono che anche molti altri processi cellulari fondamentali che si basano sul fatto che le molecole cellulari si trovino e interagiscano tra loro possano essere compromessi quando le cellule sono troppo grandi.

“I modelli teorici prevedono che la diluizione del citoplasma diminuirà la velocità di reazione. Ogni reazione chimica avverrebbe più lentamente, e alcune concentrazioni soglia di alcune proteine ​​potrebbero non essere raggiunte, quindi certe reazioni non avverrebbero mai perché le concentrazioni sono più basse,"Dice Neurohr.

I ricercatori hanno dimostrato che le cellule di lievito con due serie di cromosomi erano in grado di crescere fino a raddoppiare le dimensioni delle cellule di lievito con un solo set di cromosomi prima di diventare senescenti, suggerendo che la quantità di DNA nelle cellule è il fattore limitante nella capacità delle cellule di crescere.

Esperimenti con cellule umane hanno prodotto risultati simili: In uno studio sulle cellule di fibroblasti umani, i ricercatori hanno scoperto che costringere le cellule a crescere fino a raggiungere dimensioni eccessive (otto volte la loro dimensione normale) interrotto molte funzioni, compresa la divisione cellulare.

“È chiaro da tempo che le cellule controllano le loro dimensioni, ma non è chiaro quali siano le varie ragioni fisiologiche per cui lo fanno,dice Jan Skotheim, professore associato di biologia alla Stanford University, che non è stato coinvolto nella ricerca. "La cosa bella di questo lavoro è che mostra davvero come le cose vanno male quando le cellule diventano troppo grandi."

Malattia legata all'età

Amon sostiene che una crescita eccessiva probabilmente gioca un ruolo importante nello sviluppo della senescenza, che si verifica in molti tipi di cellule dei mammiferi e si ritiene contribuisca alla disfunzione d'organo legata all'età e alle malattie croniche legate all'età.

Le cellule senescenti sono spesso più grandi delle cellule più giovani, e questo studio, che ha dimostrato che la crescita cellulare incontrollata porta alla senescenza, offre una possibile spiegazione a questa osservazione. Le cellule umane tendono a crescere leggermente più grandi nel corso della loro vita, perché ogni volta che una cellula si divide, controlla i danni al DNA, e se ne viene trovato qualcuno, la divisione viene interrotta mentre vengono effettuate le riparazioni. Durante ciascuno di questi ritardi, la cellula diventa leggermente più grande.

“Durante la vita di una cellula, più divisioni fai, maggiore è la probabilità di avere quel danno, e col tempo le cellule diventeranno più grandi,"dice Amon. “Alla fine diventano così grandi che iniziano a diluire i fattori critici che sono importanti per la proliferazione”.

Una domanda difficile che rimane senza risposta è come i diversi tipi di cellule mantengono la dimensione appropriata per il loro tipo di cellula, che i ricercatori sperano ora di studiare ulteriormente.


fonte: http://news.mit.edu, di Anne Trafton

Di Marie

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