Centrosome - Centrosome

V buněčné biologii je centrosom (latinské centrum 'centrum' + řecké soma 'tělo') (také nazývané cytocentrum ) je organela, která slouží jako hlavní centrum organizující mikrotubuly (MTOC) živočišné buňky , stejně jako regulátor buňky -postup cyklu . Centrosom poskytuje strukturu buňky. Centrosom se předpokládá, že se vyvinul pouze v metazoanské linii eukaryotických buněk . Houby a rostliny postrádají centrosomy, a proto používají jiné struktury k uspořádání svých mikrotubulů. Přestože centrosom hraje klíčovou roli v účinné mitóze v živočišných buňkách, u některých druhů much a plochých červů není nezbytný.

Centrosomy se skládají ze dvou centriolů uspořádaných v pravém úhlu k sobě navzájem a obklopených hustou, vysoce strukturovanou hmotou proteinu nazývanou pericentriolární materiál (PCM). PCM obsahuje proteiny zodpovědné za nukleaci a ukotvení mikrotubulů- včetně y-tubulinu , pericentrinu a nininu . Obecně platí, že každé centriole centrosomu je založeno na devíti tripletových mikrotubulech sestavených ve struktuře kola a obsahuje centrin , cenexin a tektin . V mnoha typech buněk je během buněčné diferenciace centrosom nahrazen ciliem . Jakmile se však buňka začne dělit, cilium je opět nahrazeno centrosomem.

Dějiny

Centrosome byl společně objeven Waltherem Flemmingem v roce 1875 a Edouardem Van Benedenem v roce 1876 a později popsán a pojmenován v roce 1888 Theodorem Boverim .

Funkce

Centrosomy jsou spojeny s jadernou membránou během fáze profázy buněčného cyklu. Během mitózy se jaderná membrána rozpadne a mikrotubuly s jadernými centrosomy mohou interagovat s chromozomy a vytvořit mitotické vřeteno .

Centriole matky, starší ze dvou v páru centriole, má také ústřední roli při tvorbě řasinek a bičíků .

Centrosom je kopírován pouze jednou za buněčný cyklus , takže každá dceřiná buňka zdědí jeden centrosom, obsahující dvě struktury nazývané centrioly. Centrosom se replikuje během fáze S buněčného cyklu. Během profázy v procesu buněčného dělení zvaného mitóza centrosomy migrují do opačných pólů buňky. Mitotické vřeteno se pak tvoří mezi dvěma centrosomy. Po rozdělení dostane každá dceřiná buňka jeden centrosom. Aberantní počet centrosomů v buňce je spojován s rakovinou . Zdvojnásobení centrosomu je podobné replikaci DNA ve dvou ohledech: semikonzervativní povaha procesu a působení CDK2 jako regulátoru procesu. Procesy jsou ale zásadně odlišné v tom, že ke zdvojení centrosomů nedochází čtením a sestavováním šablon. Mateřská centriole jen pomáhá při hromadění materiálů potřebných pro montáž dceřiné centriole.

Centrioly však pro progresi mitózy nejsou nutné. Když jsou centrioly ozařovány laserem, mitóza probíhá normálně s morfologicky normálním vřetenem. Kromě toho je vývoj ovocné mušky Drosophila do značné míry normální, když chybí centrioly v důsledku mutace genu požadovaného pro jejich duplikaci. Při absenci centriolů jsou mikrotubuly vřetena zaostřeny motory , což umožňuje tvorbu bipolárního vřetene. Mnoho buněk může zcela projít interfázou bez centriolů.

Na rozdíl od centriolů jsou centrosomy nezbytné k přežití organismu. Buňkám bez centrosomů chybí radiální pole astrálních mikrotubulů . Jsou také vadné v polohování vřetena a ve schopnosti vytvořit centrální lokalizační místo v cytokinezi. Funkce centrosomů v tomto kontextu je hypotéza zajistit věrnost buněčného dělení , protože to výrazně zvyšuje účinnost. Některé typy buněk se zastaví v následujícím buněčném cyklu, když chybí centrosomy. Nejde o univerzální jev.

Když je oplodněno vajíčko hlístice C. elegans , spermie dodá pár centriolů. Tato centriola vytvoří centrosomy, které budou řídit první buněčné dělení zygoty , a to určí její polaritu. Dosud není jasné, zda je úloha centrosomu při určování polarity závislá na mikrotubulech nebo nezávislá.

V lidské reprodukci sperma dodává centriolu, který vytváří centrosomový a mikrotubulární systém zygoty.

Změny centrosomů v rakovinných buňkách

Theodor Boveri , v roce 1914, popsal aberace centrosomů v rakovinných buňkách. Toto počáteční pozorování bylo následně rozšířeno na mnoho typů lidských nádorů. Centrosomové alterace rakoviny mohou být rozděleny do dvou podskupin - tj. Strukturální nebo numerické aberace - ale obě mohou být nalezeny současně v tumoru.

Strukturální aberace

Strukturální aberace se obvykle objevují v důsledku nekontrolované exprese centrosomových komponent nebo v důsledku posttranslačních modifikací (jako jsou fosforylace), které nejsou adekvátní komponentám. Tyto modifikace mohou způsobit odchylky ve velikosti centrosomů (obvykle příliš velké, kvůli nadbytku pericentriolárního materiálu). Navíc, protože centrosomální proteiny mají tendenci tvořit agregáty, jsou na ektopických místech často pozorována tělíska související s centrosomy (CRB). Zvětšené centrosomy i CRB jsou podobné centrosomálním strukturám pozorovaným u nádorů. Ještě více mohou být tyto struktury indukovány v kultivačních buňkách nadměrnou expresí specifických centrosomálních proteinů, jako je CNap-1 nebo Nlp. Tyto struktury mohou vypadat velmi podobně, ale podrobné studie ukazují, že mohou vykazovat velmi odlišné vlastnosti v závislosti na svém ochranném složení. Například jejich schopnost začlenit y-TuRC komplexy (viz také: y-tubulin ) může být velmi variabilní, a proto jejich schopnost nukleakovat mikrotubuly proto různými způsoby ovlivňuje tvar, polaritu a motilitu implikovaných nádorových buněk.

Numerické aberace

Přítomnost neadekvátního počtu centrosomů je velmi často spojena s výskytem nestability genomu a ztrátou diferenciace tkáně. Metoda počítání počtu centrosomů (se dvěma centrioly na každý centrosom) však často není příliš přesná, protože je často hodnocena pomocí fluorescenční mikroskopie , která nemá dostatečně vysoké optické rozlišení, aby vyřešila centrioly, které jsou velmi blízko sebe . Přesto je zřejmé, že přítomnost nadbytku centrosomů je běžnou událostí u lidských nádorů. Bylo pozorováno, že ztráta tumor-supresorového p53 produkuje nadbytečné centrosomy a také deregulaci dalších proteinů podílejících se na tvorbě rakoviny u lidí, jako je BRCA1 a BRCA2 . (Reference viz.) Přebytek centrosomů může být generován velmi odlišnými mechanismy: specifickou reduplikací centrosomu, selháním cytokinézy během buněčného dělení (generování zvýšení počtu chromozomů), fúzí buněk (například v případech infekce specifickými viry) nebo de novo generace centrosomů. V tuto chvíli není k dispozici dostatek informací, abychom věděli, jak převládají tyto mechanismy in vivo , ale je možné, že zvýšení počtu centrosomů v důsledku selhání během buněčného dělení může být častější, než se oceňuje, protože mnoho „primárních“ defektů v jednom buňka (deregulace buněčného cyklu , defektní metabolismus DNA nebo chromatinu , selhání kontrolního bodu vřetene atd.) by jako „sekundární“ efekt generovalo selhání buněčného dělení, zvýšení ploidie a zvýšení počtu centrosomů.

Vývoj

Evoluční historie centrosome a centriole byl vypátrán pro některé z podpisových genů - např, na centrins . Centriny se podílejí na signalizaci vápníku a jsou nutné pro duplikaci centriolů. Existují dvě hlavní podskupiny centrinů, z nichž obě jsou přítomny v časně rozvětvené eukaryotické Giardia intestinalis . Centriny byly proto přítomny ve společném předkovi eukaryot. Naopak nemají rozpoznatelné homology v archea a bakteriích a jsou tedy součástí „eukaryotických podpisových genů“. Ačkoli existují studie o vývoji centrinů a centriolů, nebyly publikovány žádné studie o vývoji pericentriolárního materiálu .

Je evidentní, že některé části centrosomu jsou velmi rozdílné v modelových druzích Drosophila melanogaster a Caenorhabditis elegans . Oba druhy například ztratily jednu z podrodin centrinů, které jsou obvykle spojeny s duplikací centriolů. Mutanti Drosophila melanogaster, kterým chybí centrosomy, se mohou dokonce vyvinout v morfologicky normální dospělé mouchy, které poté krátce po narození uhynou, protože jejich senzorickým neuronům chybí řasinky . Z těchto much se tedy vyvinul funkčně nadbytečný stroj, který je nezávislý na centrosomech.

Přidružené nukleotidy

Výzkum v roce 2006 ukázal, že centrosomy z vajíček škeble Atlantského Atlantiku obsahují sekvence RNA . Identifikované sekvence byly nalezeny na „málo až žádných“ jiných místech v buňce a ve stávajících genomových databázích se neobjevují . Jedna identifikovaná sekvence RNA obsahuje domnělou RNA polymerázu , což vede k hypotéze genomu založeného na RNA v centrosomu. Následný výzkum však ukázal, že centrosomy neobsahují vlastní genomy založené na DNA. I když bylo potvrzeno, že molekuly RNA se spojují s centrosomy, sekvence byly stále nalezeny v jádře. Centrosomy se navíc mohou tvořit de novo poté, co byly odstraněny (např. Laserovým ozařováním) z normálních buněk.

Reference