Posted on

Solun kasvu

, Author

Solunjakautuminen, kasvu & proliferaatio

Solun kasvulla tarkoitetaan solun kokonaismassan lisääntymistä, mukaan lukien sekä sytoplasman, ytimen että organellien tilavuus. Solun kasvua tapahtuu, kun solun biosynteesin kokonaisnopeus (biomolekyylien tuotanto eli anabolia) on suurempi kuin solun hajoamisen kokonaisnopeus (biomolekyylien tuhoaminen proteasomin, lysosomin tai autofagian kautta eli katabolia).

Solukasvua ei pidä sekoittaa solunjakautumiseen tai solusykliin, jotka ovat erillisiä prosesseja, jotka voivat tapahtua solukasvun rinnalla solun lisääntymisprosessissa, jossa solu, jota kutsutaan ”emosoluksi”, kasvaa ja jakautuu tuottaen kaksi ”tytärsolua”. On tärkeää, että solun kasvu ja solunjakautuminen voivat tapahtua myös toisistaan riippumatta. Varhaisen alkionkehityksen aikana (zygootin pilkkoutuminen morulaksi ja blastodermiksi) solunjakautumia tapahtuu toistuvasti ilman solukasvua. Sitä vastoin jotkin solut voivat kasvaa ilman solunjakautumista tai ilman solusyklin etenemistä, kuten neuronien kasvu aksonipolun muodostumisen aikana hermoston kehityksessä.

Solunjakautuminen ilman solukasvua alkion jakautumisen aikana

Monisoluisissa eliöissä kudosten kasvu tapahtuu harvoin pelkästään solukasvun kautta ilman solunjakautumista, vaan useimmiten se tapahtuu solujen lisääntymisen kautta. Tämä johtuu siitä, että yksittäinen solu, jolla on vain yksi kopio genomista solun ytimessä, voi suorittaa biosynteesiä ja siten solukasvua vain puolet nopeammin kuin kaksi solua. Näin ollen kaksi solua kasvaa (kerryttää massaa) kaksi kertaa nopeammin kuin yksi solu, ja neljä solua kasvaa neljä kertaa nopeammin kuin yksi solu. Tämä periaate johtaa kudoksen kasvunopeuden (massan kertymisen) eksponentiaaliseen kasvuun solujen lisääntymisen aikana solujen lukumäärän eksponentiaalisen lisääntymisen vuoksi.

Solujen koko riippuu sekä solujen kasvusta että solujen jakautumisesta, jolloin solujen kasvunopeuden suhteeton lisääntyminen johtaa suurempien solujen tuottamiseen ja solujen jakautumisnopeuden suhteeton lisääntyminen johtaa monien pienempien solujen tuottamiseen. Solujen lisääntymiseen liittyy tyypillisesti tasapainoinen solujen kasvun ja jakautumisen nopeus, joka pitää solujen koon suunnilleen vakiona eksponentiaalisesti lisääntyvässä solupopulaatiossa.

Jotkut erityiset solut voivat kasvaa hyvin suurikokoisiksi epätavallisen ”endoreplikaatio”-solusyklin avulla, jossa genomi monistuu S-vaiheen aikana, mutta sitä seuraavaa mitoosia (M-vaihe) tai solunjakautumista (sytokineesi) ei tapahdu. Näissä suurissa endoreplikoituvissa soluissa on useita kopioita genomista, joten ne ovat erittäin polyploideja.

Oosyytit voivat olla epätavallisen suuria soluja lajeissa, joiden kohdalla alkionkehitys tapahtuu poissa emon kehosta ulkoisesti munittavassa munassa. Joidenkin munasolujen suuri koko voidaan saavuttaa joko pumppaamalla sytosolisia komponentteja viereisistä soluista sytoplasmasiltojen, joita kutsutaan rengaskanaviksi (Drosophila), kautta tai sisäistämällä ravintoaineiden varastointirakeet (keltarauhaset) endosytoosin avulla (sammakot).

Solun kasvun säätelymekanismit

Solut voivat kasvaa lisäämällä solun biosynteesin kokonaisnopeutta siten, että biomolekyylien tuotanto ylittää biomolekyylien kokonaishajoamisnopeuden solussa proteasomin, lysosomin tai autofagian kautta.

Biomolekyylien biosynteesi käynnistyy sellaisten geenien ilmentymisellä, jotka koodaavat RNA:ta ja/tai proteiineja, mukaan lukien entsyymit, jotka katalysoivat lipidien ja hiilihydraattien synteesiä.

Yksittäiset geenit ilmentyvät tavallisesti transkriptiolla sanansaattaja-RNA:ksi (mRNA) ja translaatiolla proteiineiksi, ja kunkin geenin ilmentyminen tapahtuu solutyyppikohtaisesti (geenien säätelevien verkostojen vaikutuksesta) useilla eri tasoilla.

Solun kasvun edistämiseksi geenien globaalia ilmentymisnopeutta voidaan lisätä lisäämällä RNA-polymeraasi II:n transkription kokonaisnopeutta (aktiivisten geenien osalta) tai mRNA:n translaation kokonaisnopeutta proteiineiksi lisäämällä ribosomien ja tRNA:n määrää, joiden biogeneesi riippuu RNA-polymeraasi I:stä ja RNA-polymeraasi III:sta. Myc-transkriptiotekijä on esimerkki säätelyproteiinista, joka voi indusoida RNA-polymeraasi I:n, RNA-polymeraasi II:n ja RNA-polymeraasi III:n kokonaisaktiivisuutta globaalin transkription ja translaation edistämiseksi ja sitä kautta solun kasvun aikaansaamiseksi.

Yksittäisten ribosomien aktiivisuutta voidaan lisäksi lisätä mRNA:n translaation globaalin tehokkuuden lisäämiseksi säätelemällä translaation initiaatiotekijöitä, mukaan luettuna ”translaation pidennyksen initiaation aloitustekijä 4E:n”-kompleksi (”translatorinen elongation initiaatiotekijä 4E”, jäljempänä ’eIF4E-kompleksi’), joka sitoutuu mRNA:iden 5′ päätteeseen, ja joka peittää ne. TOR-proteiini TOR, joka on osa TORC1-kompleksia, on tärkeä translaation initiaation ja ribosomien biogeneesin säädin. TOR on seriini/treoniinikinaasi, joka voi suoraan fosforyloida ja inaktivoida eIF4E:n yleisen inhibiittorin, 4E-sitovan proteiinin (4E-BP), edistääkseen translaation tehokkuutta. TOR fosforyloi ja aktivoi myös suoraan ribosomiproteiini S6-kinaasia (S6K), joka edistää ribosomien biogeneesiä.

Solukasvun estämiseksi geenien globaalia ilmentymisnopeutta voidaan pienentää tai biomolekyylien globaalia hajoamisnopeutta lisätä lisäämällä autofagian nopeutta. TOR estää normaalisti suoraan autofagiaa indusoivan Atg1/ULK1-kinaasin toimintaa. Näin ollen TOR-aktiivisuuden vähentäminen sekä vähentää globaalia translaationopeutta että lisää autofagian laajuutta solun kasvun vähentämiseksi.

Solukasvun säätely eläimissä

Monia solukasvua sääteleviä signaalimolekyylejä kutsutaan kasvutekijöiksi, joista monet indusoivat signaalinsiirtoa PI3K/AKT/mTOR-reitin kautta, johon kuuluu ylävirran lipidikinaasi PI3K ja alavirran seriini-/trreoniiniproteiinikinaasi Akt, joka kykenee aktivoimaan toista proteiinikinaasia TOR:ia, joka edistää translaatiota ja estää autofagiaa solun kasvun edistämiseksi.

Ravintoaineiden saatavuus vaikuttaa insuliini/IGF-1-perheeseen kuuluvien kasvutekijöiden tuotantoon, jotka kiertävät hormoneina eläimissä aktivoidakseen soluissa PI3K/AKT/mTOR-reitin edistämään TOR-aktiivisuutta siten, että kun eläimet ovat hyvin ravittuja, ne kasvavat nopeasti ja kun ne eivät saa riittävästi ravintoaineita, niiden kasvuvauhti vähenee.

Lisäksi aminohappojen saatavuus yksittäisille soluille edistää myös suoraan TOR-aktiivisuutta, joskin tämä säätelytapa on tärkeämpi yksisoluisissa eliöissä kuin monisoluisissa eliöissä, kuten eläimissä, joissa aminohappoja on aina runsaasti kierrossa.

Eräässä kiistanalaisessa teoriassa ehdotetaan, että monissa eri nisäkässoluissa tapahtuu solusyklin aikana koosta riippuvaisia siirtymiä. Näitä siirtymiä kontrolloi sykliiniriippuvainen kinaasi Cdk1. Vaikka Cdk1:tä kontrolloivat proteiinit tunnetaan hyvin, niiden yhteys solun kokoa kontrolloiviin mekanismeihin on edelleen hämärän peitossa.Eräässä nisäkkäiden kokoa kontrolloivassa mallissa massa asetetaan solusyklin liikkeellepanevaksi voimaksi. Solu ei voi kasvaa epänormaalin suureksi, koska tietyssä solukoko tai solumassa S-vaihe käynnistyy. S-vaihe käynnistää tapahtumasarjan, joka johtaa mitoosiin ja sytokineesiin. Solu ei voi kasvaa liian pieneksi, koska myöhemmät solusyklin tapahtumat, kuten S-, G2- ja M-vaihe, viivästyvät, kunnes massa kasvaa riittävästi S-vaiheen aloittamiseksi.

Solupopulaatiot

Solupopulaatiot käyvät läpi tietynlaisen eksponentiaalisen kasvun, jota kutsutaan kaksinkertaistumiseksi tai solujen lisääntymiseksi. Näin ollen jokaisen solusukupolven tulisi olla kaksi kertaa suurempi kuin edellisen sukupolven. Sukupolvien lukumäärä antaa kuitenkin vain maksimiluvun, sillä kaikki solut eivät jää eloon kussakin sukupolvessa. Solut voivat lisääntyä mitoosivaiheessa, jossa ne kaksinkertaistuvat ja jakautuvat kahdeksi geneettisesti samanarvoiseksi soluksi.

Solujen koko

Solujen koko vaihtelee suuresti eri organismien välillä, ja jotkut levät, kuten Caulerpa taxifolia, ovat yksittäisiä soluja, joiden pituus on useita metrejä. Kasvisolut ovat paljon suurempia kuin eläinsolut, ja alkueläimet, kuten Paramecium, voivat olla 330 μm pitkiä, kun taas ihmisen tyypillinen solu voi olla 10 μm. Miten nämä solut ”päättävät”, kuinka suuria niiden pitäisi olla ennen jakautumistaan, on avoin kysymys. Kemiallisten gradienttien tiedetään olevan osittain vastuussa, ja on oletettu, että sytoskelettirakenteiden havaitsema mekaaninen stressi on osallisena. Aiheeseen liittyvä työ vaatii yleensä organismin, jonka solusykli on hyvin karakterisoitu.

Hiivasolujen koon säätely

Solujen koon ja solunjakautumisen välistä suhdetta on tutkittu laajasti hiivalla. Joillekin soluille on olemassa mekanismi, jolla solunjakautuminen käynnistyy vasta, kun solu on saavuttanut tietyn koon. Jos ravinteiden saantia rajoitetaan (alla olevassa kaaviossa ajan t = 2 jälkeen) ja solun koon kasvuvauhti hidastuu, solunjakautumien välinen aika pitenee. Hiivasta eristettiin solukokoisia mutantteja, jotka aloittavat solunjakautumisen ennen normaalin/säännöllisen koon saavuttamista (wee-mutantit).

Kuva 1:Solusykli ja kasvu

Wee1-proteiini on tyrosiinikinaasi, joka normaalisti fosforyloi solusykliä säätelevää Cdc2-solusykliä säätelevää proteiiniä (joka on ihmisellä CDK1:n homologi), joka on sykliiniriippuvainen kinaaasi, tyrosiinin jäänteessä. Cdc2 ohjaa mitoosiin pääsyä fosforyloimalla monenlaisia kohteita. Tämä Cdc2:n molekyylirakenteen kovalenttinen muutos estää Cdc2:n entsymaattisen aktiivisuuden ja estää solun jakautumisen. Wee1 pitää Cdc2:n inaktiivisena G2:n alkuvaiheessa, kun solut ovat vielä pieniä. Kun solut ovat saavuttaneet riittävän koon G2:n aikana, fosfataasi Cdc25 poistaa inhiboivan fosforylaation ja aktivoi siten Cdc2:n mitoosin mahdollistamiseksi. Wee1:n ja Cdc25:n aktiivisuuden tasapainoa solun koon muutosten kanssa koordinoi mitoosiin pääsyn ohjausjärjestelmä. Wee1-mutanteissa eli soluissa, joissa Wee1:n aktiivisuus on heikentynyt, on osoitettu, että Cdc2 aktivoituu, kun solu on pienempi. Näin ollen mitoosi tapahtuu ennen kuin hiiva saavuttaa normaalin kokonsa. Tämä viittaa siihen, että solunjakautumista voi säädellä osittain Wee1-proteiinin laimeneminen soluissa niiden kasvaessa suuremmiksi.

Cdr2:n ja Wee1:n yhdistäminen

Proteiinikinaasi Cdr2 (joka säätelee Wee1:tä negatiivisesti) ja Cdr2:een liittyvä kinaasi Cdr1 (joka fosforyloi ja inhiboi Wee1:tä suoraan in vitro) lokalisoituvat interfaasisolujen keskellä olevaan kortikaalisten solmupisteiden nauhaan. Mitoosiin tulon jälkeen sytokinesiatekijät, kuten myosiini II, rekrytoituvat samankaltaisiin solmuihin; nämä solmut tiivistyvät lopulta muodostaen sytokineettisen renkaan. Aiemmin tuntemattoman proteiinin, Blt1:n, havaittiin kolokalisoituvan Cdr2:n kanssa mediaalisissa interfaasisolmukkeissa. Blt1:n tyrmäyssolujen pituus jakautumisvaiheessa kasvoi, mikä on yhdenmukainen mitoosiin tulon viivästymisen kanssa. Tämä havainto yhdistää fyysisen sijainnin, kortikaalisten solmujen kaistaleen, tekijöihin, joiden on osoitettu säätelevän suoraan mitoosiin pääsyä, nimittäin Cdr1:een, Cdr2:een ja Blt1:een.

Jatkokokeet GFP-merkityillä proteiineilla ja mutanttiproteiineilla osoittavat, että mediaaliset kortikaaliset solmut muodostuvat useiden vuorovaikutuksessa olevien proteiinien järjestäytyneestä, Cdr2:sta riippuvaisesta kokoonpanosta interfaasin aikana. Cdr2 on tämän hierarkian huipulla ja toimii Cdr1:n ja Blt1:n edellä. Mitoosia edistää Wee1:n negatiivinen säätely Cdr2:n toimesta. On myös osoitettu, että Cdr2 rekrytoi Wee1:n mediaaliseen kortikaaliseen solmuun. Tämän rekrytoinnin mekanismia ei ole vielä selvitetty. Cdr2-kinaasimutaatti, joka pystyy lokalisoitumaan kunnolla huolimatta fosforylaation toimintahäiriöstä, häiritsee Wee1:n rekrytoitumista mediaaliseen korteksisolmuun ja viivästyttää mitoosiin pääsyä. Siten Wee1 lokalisoituu inhibitorisen verkostonsa kanssa, mikä osoittaa, että mitoosia kontrolloidaan Wee1:n Cdr2-riippuvaisella negatiivisella säätelyllä mediaalisen korteksin solmukohdissa.

Solupolariteettitekijät

Solukärjissä sijaitsevat solupolariteettitekijät antavat spatiaalisia vihjeitä Cdr2:n jakaantumisen rajoittamiseksi solun keskelle. Fissiohiivassa Schizosaccharomyces pombe (S. Pombe) solut jakautuvat määritellyn, toistettavan kokoisina mitoosin aikana Cdk1:n säädellyn aktiivisuuden ansiosta. Solupolariteettiproteiinikinaasi Pom1, joka kuuluu kaksoispesifisyys-tyrosiini-fosforylaation säätelemien kinaasien (Dual Specificity Tyrosine Phosphorylation Regulated Kinase, DYRK) kinaasiperheeseen, lokalisoituu solunpäätyihin. Pom1:n tyrmäyssoluissa Cdr2 ei enää rajoittunut solun keskelle, vaan se näkyi diffuusisti läpi puolen solun. Näistä tiedoista käy ilmi, että Pom1 antaa estäviä signaaleja, jotka rajoittavat Cdr2:n solun keskelle. Lisäksi on osoitettu, että Pom1:stä riippuvaiset signaalit johtavat Cdr2:n fosforylaatioon. Pom1:n tyrmäyssolujen osoitettiin myös jakautuvan pienemmällä koolla kuin villityypin solut, mikä viittaa ennenaikaiseen siirtymiseen mitoosiin.

Pom1 muodostaa polaarisia gradientteja, joiden huippu on solun päissä, mikä osoittaa suoran yhteyden koon säätelytekijöiden ja tietyn fyysisen sijainnin välillä solussa. Solun koon kasvaessa Pom1:n gradientti kasvaa. Kun solut ovat pieniä, Pom1 on levinnyt diffuusisti koko solurunkoon. Solun koon kasvaessa Pom1:n pitoisuus pienenee keskellä ja keskittyy solun päihin. Alkuvaiheen G2:ssa olevilla pienillä soluilla, joissa on riittävästi Pom1:tä koko solussa, on inaktiivinen Cdr2, eivätkä ne pääse mitoosiin. Vasta kun solut kasvavat myöhäiseen G2:een, jolloin Pom1 on rajoittunut solun päihin, Cdr2 aktivoituu mediaalisissa kortikaalisolmukkeissa ja pystyy aloittamaan Wee1:n estämisen. Tämä havainto osoittaa, miten solujen koolla on suora rooli mitoosin alkamisen säätelyssä. Tässä mallissa Pom1 toimii molekyylisenä linkkinä solun kasvun ja mitoosin alkamisen välillä Cdr2-Cdr1-Wee1-Cdk1-reitin kautta. Pom1:n polaarinen gradientti välittää onnistuneesti tietoa solun koosta ja geometriasta Cdk1-säätelyjärjestelmälle. Tämän gradientin avulla solu varmistaa, että se on saavuttanut määritellyn, riittävän koon päästäkseen mitoosiin.

Muita kokeellisia järjestelmiä solujen koon säätelyn tutkimiseksi

Yksi tavalliseksi keinoksi tuottaa erittäin suuria soluja on solujen fuusioituminen synkyyteiksi. Esimerkiksi hyvin pitkät (useita tuumia pitkät) luurankolihassolut muodostuvat tuhansien myosyyttien fuusiosta. Hedelmäkärpäsen Drosophilan geneettiset tutkimukset ovat paljastaneet useita geenejä, joita tarvitaan monisoluisten lihassolujen muodostamiseen fuusioimalla myoblasteja. Jotkin avainproteiineista ovat tärkeitä myosyyttien väliselle soluadheesiolle, ja jotkin osallistuvat adheesiosta riippuvaiseen solujen väliseen signaalinsiirtoon, joka mahdollistaa solujen fuusioitumistapahtumien kaskadin.Kasvisolujen koon kasvattamista vaikeuttaa se, että lähes kaikki kasvisolut ovat kiinteän soluseinän sisällä. Tiettyjen kasvihormonien vaikutuksesta soluseinää voidaan muokata, jolloin solujen koko kasvaa, mikä on tärkeää joidenkin kasvikudosten kasvulle.

Useimmat yksisoluiset organismit ovat mikroskooppisen pieniä, mutta on olemassa joitakin jättimäisiä bakteereja ja alkueläimiä, jotka näkyvät paljain silmin. Ks: Solukokotaulukko -Jättimäisen rikkibakteerin tiheät populaatiot Namibian hyllysedimenteissä- Kaaos-suvun suuret protistit, jotka ovat läheistä sukua Amoeba-suvulle

Sauvamaisissa bakteereissa E. coli, Caulobacter crescentus ja B. subtilis solukokoa kontrolloidaan yksinkertaisella mekanismilla, jossa solunjakautuminen tapahtuu sen jälkeen, kun edellisen jakautumisen jälkeen on lisätty vakiotilavuutta. Koska solut kasvavat aina saman verran, keskimääräistä pienemmiksi tai suuremmiksi syntyneet solut lähenevät luonnollisesti keskimääräistä kokoa, joka vastaa kunkin sukupolven aikana lisättyä määrää.

Solujen jakautuminen

Solujen lisääntyminen on suvutonta. Suurimmalle osalle solun rakenneosista kasvu on tasainen, jatkuva prosessi, joka keskeytyy vain lyhyeksi ajaksi M-vaiheessa, jolloin tuma ja sen jälkeen solu jakautuvat kahtia.

Solunjakautumisprosessissa, jota kutsutaan solusykliksi, on neljä suurta osaa, joita kutsutaan vaiheiksi. Ensimmäistä osaa, G1-vaihetta, leimaa erilaisten DNA:n monistumiseen tarvittavien entsyymien synteesi.Solusyklin toinen osa on S-vaihe, jossa DNA:n monistuminen tuottaa kaksi identtistä kromosomisarjaa. Kolmas osa on G2-vaihe, jossa tapahtuu merkittävää proteiinisynteesiä, johon liittyy pääasiassa jakautumisprosessissa tarvittavien mikrotubulusten tuotanto, jota kutsutaan mitoosiksi.Neljäs vaihe, M-vaihe, koostuu ydinkerroksen jakautumisesta (karyokinesiasta) ja sytoplasman jakautumisesta (sytokinesiasta), johon liittyy uuden solukalvon muodostuminen. Tämä on ”emo-” ja ”tytär”-solujen fyysinen jakautuminen. M-vaihe on jaettu useisiin erillisiin vaiheisiin, jotka tunnetaan peräkkäin nimillä profaasi, prometafaasi, metafaasi, anafaasi ja telofaasi, jotka johtavat sytokinesikseen.

Solunjakautuminen on eukaryooteissa monimutkaisempaa kuin muissa eliöissä. Prokaryoottiset solut, kuten bakteerisolut, lisääntyvät binäärisellä fissiolla, joka sisältää DNA:n replikaation, kromosomien erottelun ja sytokineesin. Eukaryoottisten solujen jakautumiseen liittyy joko mitoosi tai monimutkaisempi prosessi, jota kutsutaan meioosiksi. Mitoosia ja meioosia kutsutaan joskus kahdeksi ”ydinjakautumisprosessiksi”. Binäärinen fissio on samanlainen kuin eukaryoottien solujen lisääntyminen, johon liittyy mitoosi. Molemmat johtavat siihen, että syntyy kaksi tytärsolua, joilla on sama määrä kromosomeja kuin vanhemmalla solulla. Meioosia käytetään diploidien eliöiden erityisestä solujen lisääntymisprosessista. Se tuottaa neljä erityistä tyttärisolua (sukusoluja), joissa on puolet normaalista solun DNA-määrästä. Uroksen ja naaraan sukusolut voivat sitten yhdistyä tuottaakseen zygootin, solun, jossa on jälleen normaali määrä kromosomeja.

Tämän artikkelin loppuosa on vertailu näiden kolmen solujen lisääntymistyypin pääpiirteistä, joissa käytetään joko binääristä fissiota, mitoosia tai meioosia. Alla oleva kaavio kuvaa näiden kolmen solun lisääntymistyypin yhtäläisyyksiä ja eroja.

Solun kasvu

Kolmen solunjakautumistyypin vertailu

Solun DNA-sisältö monistuu solun lisääntymisprosessin alussa. Ennen DNA:n monistumista solun DNA-sisältö voidaan esittää määränä Z (solulla on Z kromosomia). DNA:n monistumisprosessin jälkeen solun DNA:n määrä on 2Z (kertolasku: 2 x Z = 2Z). Binäärifission ja mitoosin aikana lisääntyvän emosolun monistunut DNA-sisältö jakautuu kahteen yhtä suureen puolikkaaseen, joiden on määrä päätyä kahteen tytärsoluun. Solun lisääntymisprosessin viimeinen osa on solunjakautuminen, jolloin tytärsolut erkanevat fyysisesti emosolusta. Meioosin aikana on kaksi solunjakautumisvaihetta, jotka yhdessä tuottavat neljä tyttärisolua.

Binäärisen fission tai solun lisääntymisen, johon liittyy mitoosi, päätyttyä kullakin tyttärisolulla on sama määrä DNA:ta (Z) kuin mitä emosolulla oli ennen DNA:n monistamista. Nämä kaksi solujen lisääntymistapaa tuottivat kaksi tytärsolua, joilla on sama määrä kromosomeja kuin vanhemmalla solulla. Kromosomit monistuvat ennen solunjakautumista, kun muodostetaan uusia ihosoluja lisääntymistä varten. Meioottisen solun lisääntymisen jälkeen neljällä tytärsolulla on puolet siitä määrästä kromosomeja, joka vanhemmalla solulla alun perin oli. Tämä on haploidinen DNA:n määrä, jota usein symboloidaan N:llä. Meioosia käyttävät diploidiset organismit haploidien sukusolujen tuottamiseen. Diploidisessa organismissa, kuten ihmisessä, useimmilla kehon soluilla on diploidinen DNA-määrä, 2N. Käyttämällä tätä kromosomien laskutapaa sanomme, että ihmisen somaattisissa soluissa on 46 kromosomia (2N = 46), kun taas ihmisen siittiöissä ja munasoluissa on 23 kromosomia (N = 23). Ihmisillä on 23 erilaista kromosomityyppiä, 22 autosomia ja erityinen sukupuolikromosomien ryhmä. Sukupuolikromosomeja on kaksi erilaista, X-kromosomi ja Y-kromosomi. Diploidisessa ihmissolussa on 23 kromosomia kyseisen henkilön isältä ja 23 kromosomia äidiltä. Eli elimistössäsi on kaksi kopiota ihmisen kromosomista numero 2, yksi kummaltakin vanhemmaltasi.

Kromosomit

Heti DNA:n monistumisen jälkeen ihmissolulla on 46 ”kaksoiskromosomia”. Jokaisessa kaksoiskromosomissa on kaksi kopiota kyseisen kromosomin DNA-molekyylistä. Mitoosin aikana kaksoiskromosomit jakautuvat siten, että syntyy 92 ”yksittäistä kromosomia”, joista puolet menee kuhunkin tytärsoluun. Meioosin aikana on kaksi kromosomien erotteluvaihetta, jotka varmistavat, että kukin neljästä tyttärisolusta saa yhden kopion kustakin 23 kromosomityypistä.

Sukupuolinen lisääntyminen

Pääartikkeli: Sukupuolen evoluutio
Lisätietoa: Meioosin alkuperä ja toiminta ja Homologinen rekombinaatio

Vaikka mitoosia käyttävällä solujen lisääntymisellä voidaan lisääntyä eukaryoottisoluja, eukaryootit vaivautuvat monimutkaisempaan meioosin prosessiin, koska meioosin kaltainen sukupuolinen lisääntyminen antaa valikoivan edun. Huomaa, että meioosin alkaessa sisarkromatidien numero 2 kaksi kopiota ovat vierekkäin. Tänä aikana voi tapahtua geneettisiä rekombinaatiotapahtumia. Toiselta vanhemmalta saadun kromosomin 2 DNA:n tieto (punainen) siirtyy toiselta vanhemmalta saatuun kromosomin 2 DNA-molekyyliin (vihreä). Huomaa, että mitoosissa kromosomin numero 2 kaksi kopiota eivät ole vuorovaikutuksessa keskenään. Geneettisen informaation rekombinaatio homologisten kromosomien välillä meioosin aikana on DNA-vaurioiden korjausprosessi. Prosessi voi myös tuottaa uusia geeniyhdistelmiä, joista jotkut voivat olla sopeutumisen kannalta hyödyllisiä ja vaikuttaa evoluution kulkuun. Kuitenkin eliöissä, joilla on useampi kuin yksi kromosomisarja elinkierron päävaiheessa, sukupuoli voi myös tarjota etua, koska satunnaisessa parittelussa se tuottaa homotsygootteja ja heterotsygootteja Hardy-Weinbergin suhteen mukaisesti.

Kasvuhäiriöt

Solutasolla voi esiintyä useita kasvuhäiriöitä, ja nämä ovat näin ollen suurelta osin syövän myöhemmän kulun taustalla, jolloin ryhmä soluja osoittaa hallitsematonta kasvua ja jakautumista yli normaalien rajojen, invaasiota (tunkeutumista viereisiin kudoksiin ja niiden tuhoutumista) ja toisinaan myös etäpesäkkeitä (leviämistä imusolmukkeisiin tai verenkierron välityksellä muualle elimistöön). Useat solujen kasvun kannalta keskeiset tekijät, kuten ploidia ja solujen aineenvaihdunnan säätely, ovat yleisesti häiriintyneet kasvaimissa. Siksi solujen heterogeeninen kasvu ja pleomorfismi on yksi syövän etenemisen varhaisimmista tunnusmerkeistä. Huolimatta pleomorfismin yleisyydestä ihmisen patologiassa sen merkitys taudin etenemisessä on epäselvä. Epiteelikudoksissa solujen koon pleomorfismi voi aiheuttaa pakkausvirheitä ja hajottaa poikkeavia soluja. Mutta epätyypillisen solukasvun seurausta muissa eläinkudoksissa ei tunneta.

Mittausmenetelmät

Solukasvua voidaan havaita useilla eri menetelmillä.Solujen koon kasvu voidaan visualisoida mikroskoopilla käyttäen sopivia värjäyksiä. Mutta solujen lukumäärän kasvu on yleensä merkittävämpi. Se voidaan mitata laskemalla solut käsin mikroskooppitarkkailun yhteydessä käyttäen väriaineen poissulkumenetelmää (esim. trypaninsininen), jolla lasketaan vain elinkelpoiset solut. Virtaussytometria mahdollistaa solujen lukumäärän (”tapahtumat”) yhdistämisen muihin erityisiin parametreihin: kalvojen, sytoplasman tai tuman fluoresoivien koettimien avulla voidaan erottaa kuolleet ja elinkelpoiset solut, solutyypit, solujen erilaistuminen ja biomarkkerin, kuten Ki67:n, ilmentyminen.

Solujen lukumäärän lisääntymisen lisäksi voidaan arvioida aineenvaihdunta-aktiivisuuden kasvua, eli CFDA ja kalseiini-AM mittaavat (fluorimetrisesti) paitsi kalvojen toiminnallisuutta (väriaineen retentio) myös sytoplasman entsyymien (esteraasien) toiminnallisuutta. MTT-määritykset (kolorimetrisesti) ja resatsuriinimääritys (fluorimetrisesti) annostelevat mitokondrioiden redox-potentiaalia.

Kaikki nämä määritykset voivat korreloida hyvin tai eivät korreloi solujen kasvuolosuhteista ja halutuista näkökohdista (aktiivisuus, proliferaatio) riippuen. Tehtävä on vielä monimutkaisempi erilaisten solupopulaatioiden kanssa, lisäksi kun yhdistetään solukasvua häiritseviä tekijöitä tai toksisuutta.

Katso myös

  • Bakteerien kasvu
  • Binäärinen fissio
  • Solusykli
  • Klooni (genetiikka)
  • Kehitysbiologia
  • Meiosis
  • Mitosis
  • Pleomorfismi
  • Kantasolu
  1. ^ a b c Conlon, Ian; Raff, Martin (1999). ”Size Control in Animal Development”. Cell. 96 (2): 235-244. doi:10.1016/S0092-8674(00)80563-2. ISSN 0092-8674. PMID 9988218. S2CID 15738174.
  2. ^ Grewal, Savraj S; Edgar, Bruce A (2003). ”Solunjakautumisen hallinta hiivassa ja eläimissä: onko koolla väliä?”. Journal of Biology. 2 (1): 5. doi:10.1186/1475-4924-2-5. ISSN 1475-4924. PMC 156596. PMID 12733996.
  3. ^ Neufeld, Thomas P; de la Cruz, Aida Flor A; Johnston, Laura A; Edgar, Bruce A (1998). ”Coordination of Growth and Cell Division in the Drosophila Wing”. Cell. 93 (7): 1183-1193. doi:10.1016/S0092-8674(00)81462-2. ISSN 0092-8674. PMID 9657151. S2CID 14608744.
  4. ^ Thompson, Barry J. (2010). ”Solujen kasvun ja jakautumisen kehitysohjaus Drosophilassa”. Current Opinion in Cell Biology. 22 (6): 788-794. doi:10.1016/j.ceb.2010.08.018. PMID 20833011.
  5. ^ Hafen, E. (2004). ”Kasvutekijä- ja ravintoainesignaalien välinen vuorovaikutus: Lessons from Drosophila TOR”. TOR. Current Topics in Microbiology and Immunology. 279. pp. 153-167. doi:10.1007/978-3-642-18930-2_10. ISBN 978-3-642-62360-8. ISSN 0070-217X. PMID 14560957.
  6. ^ Mitchison JM (2003). ”Kasvu solusyklin aikana”. Int. Rev. Cytol. International Review of Cytology. 226: 165-258. doi:10.1016/S0074-7696(03)01004-0. ISBN 978-0-12-364630-9. PMID 12921238.
  7. ^ Cooper, Stephen (2004). ”Nisäkässolujen solukoon hallinta ja ylläpito”. BMC Cell Biology. 5 (1): 35. doi:10.1186/1471-2121-5-35. PMC 524481. PMID 15456512.
  8. ^ Peplow, Mark (23. maaliskuuta 2005). ”Levät luovat liimaa korjaamaan soluvaurioita”. Nature.com. Haettu 4. heinäkuuta 2016.
  9. ^ Slavov N.; Botstein D. (June 2011). ”Coupling among Growth Rate Response, Metabolic Cycle and Cell Division Cycle in Yeast”. Molecular Biology of the Cell. 22 (12): 1997-2009. doi:10.1091/mbc.E11-02-0132. PMC 3113766. PMID 21525243.
  10. ^ S. pomben Wee1-mutaatioilla on pieni solukoko, ja myös ihmisellä homologiset proteiinit säätelevät solun pääsyä mitoosiin; teoksessa Lodish HF, Berk A, Zipursky LS, Matsudaira P, et al., toim. (2000). Molekulaarinen solubiologia (4. painos). New York: W.H. Freeman. ISBN 978-0-7167-3136-8.
  11. ^ Wu L, Russell P (June 1993). ”Nim1-kinaasi edistää mitoosia inaktivoimalla Wee1-tyrosiinikinaasia”. Nature. 363 (6431): 738-41. Bibcode:1993Natur.363..738W. doi:10.1038/363738a0. PMID 8515818. S2CID 4320080.
  12. ^ Wu JQ, Kuhn JR, Kovar DR, Pollard TD (marraskuu 2003). ”Spatial and temporal pathway for assembly and constriction of the contractile ring in fission yeast cytokinesis”. Dev. Cell. 5 (5): 723-34. doi:10.1016/S1534-5807(03)00324-1. PMID 14602073.
  13. ^ a b c d Moseley JB, Mayeux A, Paoletti A, Nurse P (June 2009). ”A spatial gradient coordinates cell size and mitotic entry in fission yeast”. Nature. 459 (7248): 857-60. Bibcode:2009Natur.459..857M. doi:10.1038/nature08074. PMID 19474789. S2CID 4330336.
  14. ^ Rupes I (syyskuu 2002). ”Solujen koon tarkistaminen hiivassa”. Trends Genet. 18 (9): 479-85. doi:10.1016/S0168-9525(02)02745-2. PMID 12175809.
  15. ^ Padte NN, Martin SG, Howard M, Chang F (joulukuu 2006). ”Solun lopputekijä pom1p inhiboi mid1p:tä solunjakautumistason spesifikaatiossa fissiohiivassa”. Curr. Biol. 16 (24): 2480-7. doi:10.1016/j.cub.2006.11.024. PMID 17140794.
  16. ^ Menon SD, Osman Z, Chenchill K, Chia W (June 2005). ”Positiivinen takaisinkytkentä Dumbfoundedin ja Rolling pebblesin välillä johtaa myotuben laajentumiseen Drosophilassa”. J. Cell Biol. 169 (6): 909-20. doi:10.1083/jcb.200501126. PMC 2171639. PMID 15955848.
  17. ^ Schulz HN, Brinkhoff T, Ferdelman TG, Mariné MH, Teske A, Jorgensen BB (huhtikuu 1999). ”Jättimäisen rikkibakteerin tiheät populaatiot Namibian hyllysedimenteissä”. Science. 284 (5413): 493-5. Bibcode:1999Sci…284..493S. doi:10.1126/science.284.5413.493. PMID 10205058. S2CID 32571118.
  18. ^ Taheri-Araghi, S; Bradde, S; Sauls, J. T.; Hill, N. S.; Levin, P. A.; Paulsson, J; Vergassola, M; Jun, S (helmikuu 2015). ”Solun koon hallinta ja homeostaasi bakteereissa”. Current Biology. 25 (3): 385-391. doi:10.1016/j.cub.2014.12.009. PMC 4323405. PMID 25544609.
  19. ^ Campos, M; Surovtsev, I. V.; Kato, S; Paintdakhi, A; Beltran, B; Ebmeier, S. E.; Jacobs-Wagner, C (joulukuu 2014). ”Jatkuva kokopidennys ohjaa bakteerisolujen koon homeostaasia”. Cell. 159 (6): 1433-1446. doi:10.1016/j.cell.2014.11.022. PMC 4258233. PMID 25480302.
  20. ^ Schmoller, Kurt M.; Skotheim, Jan M. (December 2015). ”The Biosynthetic Basis of Cell Size Control”. Trends Cell Biol. 25 (12): 793-802. doi:10.1016/j.tcb.2015.10.006. PMC 6773270. PMID 26573465.
  21. ^ Travis, W.D.; Brambilla, B.; Burke, A.P; Marx, A.; Nicholson, A.G. (2015). WHO Classification of Tumours of the Lung, Pleura, Thymus and Heart. Lyon: International Agency for Research on Cancer. ISBN 978-92-832-2436-5.
  22. ^ El-Naggar, A.K.; Chan, J.C.K.; Grandis, J.R.; Takata, T.; Slootweg, P.J. (2017-01-23). Pään ja kaulan alueen kasvainten WHO-luokitus. Lyon: International Agency for Research on Cancer. ISBN 978-92-832-2438-9. Arkistoitu alkuperäisestä versiosta 2019-10-31. Haettu 2019-10-31.
  23. ^ Ramanathan, Subramanian P.; Krajnc, Matej; Gibson, Matthew C. (lokakuu 2019). ”Cell-Size Pleomorphism Drives Aberrant Clone Dispersal in Proliferating Epithelia”. Developmental Cell. 51 (1): 49-61.e4. doi:10.1016/j.devcel.2019.08.005. PMC 6903429. PMID 31495693.

Kirjat

  • Morgan, David O. (2007). Solusykli: hallinnan periaatteet. Lontoo: Sunderland, Mass. ISBN 978-0-9539181-2-6.
  • Solupopulaatioiden kasvun sukupolvimallin ja eksponentiaalisen mallin vertailu
  • Local Growth in an Array of Disks Wolfram Demonstrations Project.

Kuvan tulos solun kasvulle

Solun kasvulla (tai interfaasilla) kuvataan lyhyesti ajatusta ”solupopulaatioiden kasvusta” solujen lisääntymisen avulla. Se on vaihe, jossa solut valmistautuvat seuraavaan jakautumiseen, biokemiallisia toimintoja ja reaktioita tapahtuu, mutta tässä vaiheessa ei kuitenkaan näy selviä muutoksia.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.