Tamaño crítico: efectos e implicaciones en crecimiento y ciclo celular
- Autores: Pedro Jesús Vidal Miñano
- Directores de la Tesis: Martí Aldea Malo (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2020
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Neus Colomina Gabarrella (presid.), David García i Quintana (secret.), Eulàlia de Nadal (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biomedicina por la Universidad de Barcelona
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
En la levadura de gemación el tamaño celular en START o tamaño crítico está determinado por la velocidad de crecimiento en G1. Durante esta fase, Saccharomyces cerevisiae presenta una disminución de la relación área superficie/volumen con el tamaño. En cambio, en el momento de la gemación se observa la existencia de un pico máximo en la velocidad de síntesis de la superficie celular, necesitando un gran aumento en la síntesis de materiales de la membrana plasmática y la pared celular, y un óptimo transporte de esos componentes hacia la yema, para el correcto crecimiento de ésta.
Por todo ello, postulamos la hipótesis de que la determinación del tamaño celular en START tendría importantes implicaciones en el óptimo crecimiento y desarrollo de la yema en las fases S-G2 del ciclo celular de levaduras. Para comprobar esta idea, realizamos un cuidadoso estudio del crecimiento en S-G2 y observamos que la velocidad de crecimiento de la yema no aumenta de manera proporcional al tamaño de la célula madre, especialmente a volúmenes muy grandes. Ello no sucedía durante G1, donde observamos que la velocidad de crecimiento es proporcional al tamaño celular, según las leyes del crecimiento exponencial. De modo muy notable, dicho efecto tampoco fue observado en células diploides y tetraploides, donde el tamaño es progresivamente mayor, pero proporcional al DNA genómico. Estos datos sugerían que la baja eficiencia de crecimiento de las células madre haploides de gran tamaño podría ser causada por algún tipo de insuficiencia génica. Por ejemplo, si la expresión de algunos genes importantes en crecimiento no escalase con el tamaño, se producirían cantidades limitantes de las proteínas codificadas y, por tanto, la eficiencia de los procesos correspondientes se vería seriamente comprometida.
El crecimiento de la yema depende del transporte de vesículas desde la célula madre, y observamos que dicho transporte no aumentaba proporcionalmente al volumen de la célula madre. Sin embargo, el transportador de vesículas Myo2 no mostró una expresión disminuida y tampoco observamos una deficiencia en el número de cables de actina en células grandes, indicando que el sistema de transporte en sí no era limitante. Por dichas razones concluimos que el problema podría residir en el contenido de las vesículas, el cargo. Por tanto, estudiamos proteínas representativas del crecimiento en G1/S, y descubrimos que su nivel disminuye con el tamaño. Como pieza central de este trabajo, comparamos los transcriptomas de células pequeñas y grandes en G1/S, y encontramos muchos genes de categorías funcionales específicas que se regulan al alza o a la baja en células grandes en comparación con células pequeñas. Entre ellos encontramos genes relacionados con el crecimiento apical, el transporte de vesículas, el citoesqueleto, y la biogénesis ribosómica, que representa un costo energético extraordinario y debe estar muy bien regulada para un crecimiento óptimo. Finalmente, para genes paradigmáticos en estas categorías, realizamos un análisis cuidadoso de la insuficiencia génica y confirmamos sus efectos limitantes sobre el crecimiento de la yema.
En resumen, nuestros resultados demuestran que S. cerevisiae ha establecido un tamaño crítico para lograr el crecimiento óptimo de la yema. A tamaños inusualmente mayores, la expresión de genes relacionados con proteínas ribosómicas, así como componentes esenciales del crecimiento apical, se reduce claramente produciendo una seria limitación del crecimiento celular.
