Центросома
Клеточные органеллы в животной клетке, помогающие в делении клеток
Биология клетки
центросома
Компоненты типичной центросомы:
  1. Центриоль
  2. Материнская центриоль
  3. Дочерняя центриоль
  4. Дистальные концы
  5. Дистальные придатки
  6. Субдистальные придатки
  7. Проксимальные концы
  8. Триплеты микротрубочек
  9. Соединительные волокна
  10. Микротрубочки
  11. Перицентриолярный материал

В биологии клетки центросома (лат. centrum 'центр' + греч. sōma 'тело') (архаично цитоцентр [ 1] ) — это органелла , которая служит главным центром организации микротрубочек (ЦОМТ) животной клетки , а также регулятором прогрессии клеточного цикла . Центросома обеспечивает структуру клетки. Считается, что центросома развилась только в метазойной линии эукариотических клеток . [2] У грибов и растений нет центросом, поэтому они используют другие структуры для организации своих микротрубочек. [3] [4] Хотя центросома играет ключевую роль в эффективном митозе в клетках животных, она не является существенной для некоторых видов мух и плоских червей. [5] [6] [7]

Центросомы состоят из двух центриолей , расположенных под прямым углом друг к другу и окруженных плотной, высокоструктурированной [8] массой белка, называемой перицентриолярным материалом (ПЦМ). ПЦМ содержит белки, ответственные за зарождение и фиксацию микротрубочек [9] , включая γ-тубулин , перицентрин и нинеин . В целом, каждая центриоль центросомы основана на девятитриплетной микротрубочке, собранной в структуру колеса тележки, и содержит центрин , ценексин и тектин . [10] Во многих типах клеток центросома заменяется ресничкой во время клеточной дифференцировки. Однако, как только клетка начинает делиться, ресничка снова заменяется центросомой. [11]

История

Центросома была открыта совместно Вальтером Флеммингом в 1875 году [12] [13] и Эдуардом Ван Бенеденом в 1876 году [14] [13] , а позднее описана и названа в 1888 году Теодором Бовери . [15]

Функции

Роль центросомы в прогрессировании клеточного цикла

Центросомы связаны с ядерной мембраной во время профазы клеточного цикла. Во время митоза ядерная мембрана разрушается, и микротрубочки , содержащие ядро ​​центросомы, могут взаимодействовать с хромосомами, образуя митотическое веретено .

Материнская центриоль, старшая из двух в паре центриолей, также играет центральную роль в формировании ресничек и жгутиков . [10]

Центросома копируется только один раз за клеточный цикл , так что каждая дочерняя клетка наследует одну центросому, содержащую две структуры, называемые центриолями. Центросома реплицируется во время S-фазы клеточного цикла. Во время профазы в процессе деления клетки, называемом митозом , центросомы мигрируют к противоположным полюсам клетки. Затем между двумя центросомами формируется митотическое веретено. При делении каждая дочерняя клетка получает одну центросому. Аномальное количество центросом в клетке было связано с раком . Удвоение центросомы похоже на репликацию ДНК в двух отношениях: полуконсервативная природа процесса и действие CDK2 как регулятора процесса. [16] Но процессы существенно отличаются тем, что удвоение центросомы не происходит путем считывания и сборки шаблона. Материнская центриоль просто помогает в накоплении материалов, необходимых для сборки дочерней центриоли. [17]

Центросома (показана стрелкой) рядом с ядром

Однако центриоли не требуются для прогрессирования митоза. Когда центриоли облучаются лазером, митоз протекает нормально с морфологически нормальным веретеном. Более того, развитие плодовой мушки Drosophila в значительной степени нормально, когда центриоли отсутствуют из-за мутации в гене, необходимом для их дупликации. [18] При отсутствии центриолей микротрубочки веретена фокусируются моторами , что позволяет сформировать биполярное веретено. Многие клетки могут полностью проходить интерфазу без центриолей. [10]

В отличие от центриолей, центросомы необходимы для выживания организма. Клетки без центросом лишены радиальных массивов астральных микротрубочек . Они также дефектны в позиционировании веретена и в способности устанавливать центральный участок локализации в цитокинезе. Предполагается, что функция центросом в этом контексте обеспечивает точность деления клеток , поскольку это значительно увеличивает эффективность. Некоторые типы клеток останавливаются в следующем клеточном цикле, когда центросомы отсутствуют. Это не универсальное явление.

Когда оплодотворяется яйцеклетка нематоды C. elegans , сперма доставляет пару центриолей. Эти центриоли сформируют центросомы, которые будут направлять первое деление клеток зиготы , и это определит ее полярность. Пока не ясно, зависит ли роль центросомы в определении полярности от микротрубочек или нет.

В процессе размножения человека сперма поставляет центриоль, которая создает центросому и систему микротрубочек зиготы. [19]

Изменения центросомы в раковых клетках

Теодор Бовери в 1914 году описал аберрации центросом в раковых клетках. Это первоначальное наблюдение впоследствии было распространено на многие типы опухолей человека. [20] Изменения центросом при раке можно разделить на две подгруппы — структурные или числовые аберрации — однако обе могут быть обнаружены в опухоли одновременно.

Структурные аберрации

Обычно структурные аберрации появляются из-за неконтролируемой экспрессии компонентов центросомы или из-за посттрансляционных модификаций (таких как фосфорилирование), которые неадекватны компонентам. Эти модификации могут приводить к изменениям в размере центросомы (обычно слишком большой из-за избытка перицентриолярного материала). Кроме того, поскольку центросомные белки имеют тенденцию образовывать агрегаты, тельца, связанные с центросомой (CRB), часто наблюдаются в эктопических местах. [21] Как увеличенные центросомы, так и CRB похожи на центросомные структуры, наблюдаемые в опухолях. [22] Более того, эти структуры могут быть вызваны в культуральных клетках сверхэкспрессией определенных центросомных белков, таких как CNap-1 или Nlp. [21] [23] Эти структуры могут выглядеть очень похожими, однако подробные исследования показывают, что они могут обладать совершенно разными свойствами в зависимости от их белкового состава. Например, их способность включать комплексы γ-TuRC (см. также: γ-тубулин ) может быть очень изменчивой, и поэтому их способность образовывать ядра микротрубочек [22] по-разному влияет на форму, полярность и подвижность вовлеченных опухолевых клеток.

Числовые аберрации

Наличие недостаточного количества центросом очень часто связано с появлением нестабильности генома и потерей дифференциации тканей. [22] [24] Однако метод подсчета количества центросом (с двумя центриолями на каждую центросому) часто не очень точен, поскольку его часто оценивают с помощью флуоресцентной микроскопии , которая не имеет достаточно высокого оптического разрешения для разрешения центриолей, которые находятся очень близко друг к другу. Тем не менее, ясно, что наличие избытка центросом является обычным явлением в опухолях человека. Было замечено, что потеря супрессора опухолей p53 приводит к появлению избыточных центросом, [25] а также к дерегуляции других белков, участвующих в образовании рака у людей, таких как BRCA1 и BRCA2 . (Ссылки см. [20] .) Избыток центросом может быть вызван самыми разными механизмами: специфической редупликацией центросомы, сбоем цитокинеза во время деления клетки (что приводит к увеличению числа хромосом), слиянием клеток (например, в случаях заражения определенными вирусами) или генерацией центросом de novo . На данный момент недостаточно информации, чтобы узнать, насколько распространены эти механизмы in vivo , но возможно, что увеличение числа центросом из-за сбоя во время деления клетки может быть более частым, чем предполагается, поскольку многие «первичные» дефекты в одной клетке (дерегуляция клеточного цикла , дефектный метаболизм ДНК или хроматина , сбой в контрольной точке веретена и т. д.) могут привести к сбою в делении клетки, увеличению плоидности и увеличению числа центросом в качестве «вторичного» эффекта. [26] [27]

Эволюция

Эволюционная история центросомы и центриоли была прослежена для некоторых генов сигнатуры — например, центринов . [2] Центрины участвуют в кальциевой сигнализации и необходимы для дупликации центриолей. [28] Существует два основных подсемейства центринов, оба из которых присутствуют в ранневетвящемся эукариоте Giardia intestinalis . Таким образом, центрины присутствовали у общего предка эукариот. Напротив, у них нет узнаваемых гомологов у архей и бактерий , и, таким образом, они являются частью «генов сигнатуры эукариот». Хотя существуют исследования по эволюции центринов и центриолей, [2] [29] не было опубликовано никаких исследований по эволюции перицентриолярного материала .

Очевидно, что некоторые части центросомы сильно различаются у модельных видов Drosophila melanogaster и Caenorhabditis elegans . Например, оба вида утратили одно из подсемейств центринов, которые обычно связаны с дупликацией центриолей. Мутанты Drosophila melanogaster, у которых отсутствуют центросомы, могут даже развиться в морфологически нормальных взрослых мух, которые затем умирают вскоре после рождения, поскольку их сенсорные нейроны лишены ресничек . [18] Таким образом, эти мухи развили функционально избыточный аппарат, который не зависит от центросом.

Ассоциированные нуклеотиды

Исследования 2006 года показали, что центросомы из яиц атлантического моллюска содержат последовательности РНК . Идентифицированные последовательности были обнаружены в «нескольких или ни в каких» других местах клетки и не появляются в существующих базах данных геномов . Одна идентифицированная последовательность РНК содержит предполагаемую РНК-полимеразу , что приводит к гипотезе о геноме на основе РНК внутри центросомы. [30] Однако последующие исследования показали, что центросомы не содержат собственных геномов на основе ДНК. Хотя было подтверждено, что молекулы РНК ассоциируются с центросомами, последовательности все еще были обнаружены в ядре. Более того, центросомы могут образовываться de novo после того, как были удалены (например, лазерным облучением) из нормальных клеток. [29]

Ссылки

  1. ^ "Структура растений и грибов | Digitális Tankönyvtár" . regi.tankonyvtar.hu (на венгерском языке) . Проверено 30 января 2021 г.
  2. ^ abc Bornens, M.; Azimzadeh, J. (2008). "Происхождение и эволюция центросомы" . Эукариотические мембраны и цитоскелет . Достижения в экспериментальной медицине и биологии. Том 607. С. 119–129. doi :10.1007/978-0-387-74021-8_10. ISBN 978-0-387-74020-1. PMID  17977464.
  3. ^ Шмит (2002). Ацентросомальное зарождение микротрубочек у высших растений . Международный обзор цитологии. Т. 220. С.  257–289 . doi :10.1016/S0074-7696(02)20008-X. ISBN 9780123646248. PMID  12224551.
  4. ^ Jaspersen, SL; Winey, M. (2004). "ТЕЛО ПОЛЮСА ШПИНДЕЛИ ПОЧАТУЮЩИХСЯ ДРОЖЖЕЙ: Структура, дублирование и функция". Annual Review of Cell and Developmental Biology . 20 (1): 1– 28. doi :10.1146/annurev.cellbio.20.022003.114106. PMID  15473833.
  5. ^ Махони, Н. М.; Гошима, Г.; Дугласс, А. Д.; Вейл, РД (2006). «Создание микротрубочек и митотических веретен в клетках без функциональных центросом». Current Biology . 16 (6): 564–569 . doi : 10.1016/j.cub.2006.01.053 . PMID  16546079.
  6. ^ Азимзаде, Джульетта; Вонг, Мей Ли; Даунхаур, Дайан Миллер; Альварадо, Алехандро Санчес; Маршалл, Уоллес Ф. (2012). «Потеря центросомы в эволюции планарий». Science . 335 (6067) (опубликовано 5 января 2012 г.): 461– 463. Bibcode :2012Sci...335..461A. doi :10.1126/science.1214457. PMC 3347778 . PMID  22223737. 
  7. ^ staff (5 января 2012 г.). «Минималистский подход плоских червей к делению клеток раскрывает молекулярную архитектуру человеческой центросомы». Stowers Institute for Medical Research . Архивировано из оригинала (пресс-релиз) 27 января 2012 г. Получено 6 января 2012 г. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  8. ^ Lawo, Steffen; Hasegan, Monica; Gupta, Gagan D.; Pelletier, Laurence (ноябрь 2012 г.). «Субдифракционная визуализация центросом выявляет организационные особенности перицентриолярного материала более высокого порядка». Nature Cell Biology . 14 (11): 1148– 1158. doi :10.1038/ncb2591. ISSN  1476-4679. PMID  23086237. S2CID  11286303. Архивировано из оригинала 25.07.2021 . Получено 07.08.2020 .
  9. ^ Эдде, Б.; Россье; Ле Каер; Дебрюйер; Гро; Денуле (1990). «Посттрансляционное глутамилирование альфа-тубулина». Наука . 247 (4938): 83–85 . Бибкод : 1990Sci...247...83E. дои : 10.1126/science.1967194. ПМИД  1967194.
  10. ^ abc Ридер, CL; Фаруки, С.; Ходжаков, А. (октябрь 2001 г.). «Центросома у позвоночных: больше, чем центр организации микротрубочек». Trends in Cell Biology . 11 (10): 413– 419. doi :10.1016/S0962-8924(01)02085-2. ISSN  0962-8924. PMID  11567874.
  11. ^ Авидор-Рейсс, Т; Гопалакришнан, Дж (2013). «Регуляция клеточного цикла центросомы и реснички». Drug Discov Today Dis Mech . 10 ( 3– 4): e119 – e124 . doi :10.1016/j.ddmec.2013.03.002. PMC 4073209. PMID  24982683 .  
  12. ^ Флемминг, В. (1875). Studien uber die Entwicklungsgeschichte der Najaden. Сидцунгсгебер. Акад. Висс. Вена 71, 81–147
  13. ^ ab Bloodgood, RA (2009). "From Central to Rudimentary to Primary: The History of an Underawared Organelle, Whose Time Has Come. The Primary Cilium". От центрального к рудиментарному к первичному: история недооцененной органеллы, чье время пришло. Первичная ресничка . Методы в клеточной биологии. Т. 94. С.  3–52 . doi :10.1016/S0091-679X(08)94001-2. ISBN 9780123750242. PMID  20362083.
  14. ^ Ван Бенеден, Э. (1876). Вклад в историю прорастания пузырьков и первого эмбрионального развития. Бык. акад. Р. Белг (2м серия) 42, 35–97.
  15. ^ Бовери, Теодор (1888). Zellen-Studien II: Die Befruchtung und Teilung des Eies von Ascaris megalocephala. Том. Н.2 в.2. Йена: Густав Фишер Верлаг. Архивировано из оригинала 26 августа 2021 г. Проверено 14 января 2018 г.
  16. ^ Stearns, T. (май 2001 г.). «Дупликация центросомы. Центриолярный pas de deux». Cell . 105 (4): 417– 420. doi : 10.1016/S0092-8674(01)00366-X . ISSN  0092-8674. PMID  11371338. S2CID  1622118.
  17. ^ Родригес-Мартинс, А.; Рипарбелли, М.; Каллайни, Г.; Гловер, Д.М.; Беттанкур-Диас, М. (2007). «Возвращаясь к роли материнской центриоли в биогенезе центриолей». Science . 316 (5827): 1046– 50. Bibcode :2007Sci...316.1046R. doi :10.1126/science.1142950. hdl : 10400.7/955 . PMID  17463247. S2CID  6965044.
  18. ^ ab Basto, R.; Lau, J.; Vinogradova, T.; Gardiol, A.; Woods, G.; Khodjakov, A.; Raff, W. (июнь 2006 г.). «Мухи без центриолей». Cell . 125 (7): 1375– 1386. doi : 10.1016/j.cell.2006.05.025 . ISSN  0092-8674. PMID  16814722. S2CID  2080684.
  19. ^ Хьюитсон, Лора и Шаттен, Джеральд П. (2003). «Биология оплодотворения у людей». В Патрицио, Паскуале и др. (ред.). Цветной атлас вспомогательной репродукции человека: лабораторные и клинические идеи . Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. стр. 3. ISBN 978-0-7817-3769-2. Архивировано из оригинала 2024-03-21 . Получено 2013-11-09 .
  20. ^ ab Nigg, EA (2002). «Аберрации центросомы: причина или следствие прогрессирования рака? и отнятие маленьких мальчиков и девочек». Nat Rev Cancer . 2 (11): 815– 821. doi :10.1038/nrc924. PMID  12415252. S2CID  9038803.
  21. ^ ab Casenghi, M.; Meraldi, P.; Weinhart, U.; Duncan, PI; Korner, R.; Nigg, EA (2003). «Polo-подобная киназа 1 регулирует Nlp, белок центросомы, участвующий в зарождении микротрубочек». Dev Cell . 5 (1): 113– 125. doi : 10.1016/S1534-5807(03)00193-X . PMID  12852856.
  22. ^ abc Lingle, WL; Barrett, SL; Negron, VC; D'assoro, AB; Boeneman, K.; Liu, W.; Whitehead, CM; Reynolds, C.; Salisbury, JL (2002). «Усиление центросомы приводит к хромосомной нестабильности при развитии опухолей молочной железы». Proc Natl Acad Sci USA . 99 (4): 1978– 1983. Bibcode : 2002PNAS...99.1978L. doi : 10.1073/pnas.032479999 . PMC 122305. PMID  11830638 . 
  23. ^ Фрай, AM; Мэр, T.; Меральди, P.; Стирхоф, YD; Танака, K.; Нигг, EA (1998). "C-Nap1, новый центросомальный спирально-спиральный белок и кандидат на субстрат регулируемой клеточным циклом протеинкиназы Nek2". J Cell Biol . 141 (7): 1563– 1574. doi :10.1083/jcb.141.7.1563. PMC 2133000. PMID  9647649 . 
  24. ^ Ghadimi, BM; Sackett, DL; Difilippantonio, MJ; Schrock, E.; Neumann, T.; Jauho, A.; Auer, G.; Ried, T. (2000). «Усиление и нестабильность центросомы происходят исключительно в анеуплоидных, но не в диплоидных линиях клеток колоректального рака и коррелируют с числовыми хромосомными аберрациями». Genes Chromosomes Cancer . 27 (2): 183– 190. doi :10.1002/(SICI)1098-2264(200002)27:2<183::AID-GCC10>3.0.CO;2-P. PMC 4721570 . PMID  10612807. 
  25. ^ Fukasawa, K.; Choi, T.; Kuriyama, R.; Rulong, S.; Woude, Vande GF (1996). "Аномальная амплификация центросомы при отсутствии p53". Science . 271 (5256): 1744– 1747. Bibcode :1996Sci...271.1744F. doi :10.1126/science.271.5256.1744. PMID  8596939. S2CID  20139983. Архивировано из оригинала 2020-11-15 . Получено 2019-09-09 .
  26. ^ Meraldi, P.; Honda, R.; Nigg, EA (2002). «Сверхэкспрессия Aurora-A выявляет тетраплоидизацию как основной путь к амплификации центросом в клетках p53–/–». EMBO J . 21 (4): 483– 492. doi :10.1093/emboj/21.4.483. PMC 125866 . PMID  11847097. 
  27. ^ Сторхова, З.; Пеллман, Д. (2004). «От полиплоидии к анеуплоидии, нестабильности генома и раку». Nat Rev Mol Cell Biol . 5 (1): 45–54 . doi :10.1038/nrm1276. PMID  14708009. S2CID  11985415.
  28. ^ Salisbury, JL; Suino, KM; Busby, R.; Springett, M. (2002). «Centrin-2 необходим для дупликации центриолей в клетках млекопитающих». Current Biology . 12 (15): 1287– 1292. doi : 10.1016/S0960-9822(02)01019-9 . PMID  12176356. S2CID  1415623.
  29. ^ ab Marshall, WF (2009). «Эволюция центриолей». Current Opinion in Cell Biology . 21 (1): 14– 15. doi :10.1016/j.ceb.2009.01.008. PMC 2835302. PMID  19196504 . 
  30. ^ Alliegro, MC; Alliegro, MA; Palazzo, RE (2006). «Центросомно-ассоциированная РНК в ооцитах моллюсков-серфингистов». Труды Национальной академии наук . 103 (24): 9034– 9038. Bibcode : 2006PNAS..103.9034A. doi : 10.1073/pnas.0602859103 . PMC 1482561. PMID  16754862 . 
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Centrosome&oldid=1272739697"