Центросома
| Клеточная биология | |
|---|---|
| центросома | |
 Компоненты типичной центросомы:
|
В клеточной биологии центросома (лат . centrum «центр» + греч. soma «тело») (архаично цитоцентр [ 1 ] ) — органелла , служащая главным центром организации микротрубочек (MTOC) животной клетки , а также регулятором хода клеточного цикла . Центросома обеспечивает структуру клетки. Считается, что центросома развилась только в многоклеточной линии эукариотических клеток . [ 2 ] У грибов и растений отсутствуют центросомы, и поэтому для организации своих микротрубочек они используют другие структуры. [ 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, хорошо структурированной [ 8 ] масса белка , называемая перицентриолярным материалом (PCM). PCM содержит белки, ответственные за зарождение и закрепление микротрубочек. [ 9 ] — включая γ-тубулин , перицентрин и нинин . В общем, каждая центриоль центросомы основана на микротрубочке из девяти триплетов, собранной в структуру колеса, 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
[ редактировать ]Центросома была открыта совместно Вальтером Флеммингом в 1875 году. [ 12 ] [ 13 ] и Эдуард Ван Бенеден в 1876 году, [ 14 ] [ 13 ] и позже описан и назван в 1888 году Теодором Бовери . [ 15 ]
Функции
[ редактировать ]
Центросомы связаны с ядерной мембраной на профазной стадии клеточного цикла. Во время митоза с ядрами центросом ядерная мембрана разрушается, и микротрубочки могут взаимодействовать с хромосомами , образуя митотическое веретено .
Материнская центриоль, старшая из двух в паре центриолей, также играет центральную роль в образовании ресничек и жгутиков . [ 10 ]
Центросома копируется только один раз за клеточный цикл , поэтому каждая дочерняя клетка наследует одну центросому, содержащую две структуры, называемые центриолями. Центросома реплицируется во время S-фазы клеточного цикла. Во время профазы процесса деления клеток, называемого митозом , центросомы мигрируют к противоположным полюсам клетки. Затем между двумя центросомами формируется митотическое веретено. При делении каждая дочерняя клетка получает одну центросому. Аберрантное количество центросом в клетке связано с раком . Удвоение центросомы похоже на репликацию ДНК в двух отношениях: полуконсервативность процесса и действие CDK2 как регулятора процесса. [ 16 ] Но эти процессы существенно отличаются тем, что удвоение центросом не происходит за счет чтения и сборки шаблона. Материнская центриоль просто способствует накоплению материалов, необходимых для сборки дочерней центриоли. [ 17 ]
Центриоли, однако, не необходимы для развития митоза. При облучении центриолей лазером митоз протекает нормально с морфологически нормальным веретеном. Более того, развитие плодовой мухи Drosophila в основном нормально, когда центриоли отсутствуют из-за мутации гена, необходимого для их дупликации. [ 18 ] В отсутствие центриолей микротрубочки веретена фокусируются моторами , что позволяет сформировать биполярное веретено. Многие клетки могут полностью пройти 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 центральную локализацию в цитокинезе. Предполагается, что функция центросом в этом контексте обеспечивает точность деления клеток , поскольку это значительно повышает эффективность. Некоторые типы клеток арестовываются в следующем клеточном цикле, когда центросомы отсутствуют. Это не универсальное явление.
Когда яйцеклетка нематоды C. elegans оплодотворяется, сперматозоиды доставляют пару центриолей. Эти центриоли сформируют центросомы, которые будут направлять первое клеточное деление зиготы , и это определит ее полярность. Пока неясно, является ли роль центросомы в определении полярности зависимой от микротрубочек или независимой.
При репродукции человека сперма поставляет центриоль, которая создает центросому и систему микротрубочек зиготы. [ 19 ]
Изменения центросом в раковых клетках
[ редактировать ]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 — т.е. структурные или числовые аберрации — однако обе они могут быть обнаружены в опухоли одновременно.
Структурные аберрации
[ редактировать ]Обычно структурные аберрации возникают из-за неконтролируемой экспрессии компонентов центросомы или из-за посттрансляционных модификаций (таких как фосфорилирование), которые не адекватны компонентам. Эти модификации могут приводить к изменениям размера центросом (обычно слишком большим из-за избытка перицентриолярного материала). Кроме того, поскольку центросомальные белки имеют тенденцию образовывать агрегаты, в эктопических местах часто наблюдаются центросомные тельца (CRB). [ 21 ] И увеличенные центросомы, и CRB подобны центросомным структурам, наблюдаемым в опухолях. [ 22 ] Более того, эти структуры могут быть индуцированы в культуральных клетках путем сверхэкспрессии специфических центросомальных белков, таких как CNap-1 или Nlp. [ 21 ] [ 23 ] Эти структуры могут выглядеть очень похожими, однако детальные исследования показывают, что они могут обладать очень разными свойствами в зависимости от их белкового состава. Например, их способность включать комплексы γ-TuRC (см. также: γ-тубулин ) может быть очень вариабельной, поэтому их способность образовывать ядра микротрубочек [ 22 ] следовательно, по-разному влияет на форму, полярность и подвижность вовлеченных опухолевых клеток.
Числовые аберрации
[ редактировать ]Наличие недостаточного количества центросом очень часто связано с появлением нестабильности генома и потерей дифференцировки тканей. [ 22 ] [ 24 ] Однако метод подсчета числа 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 разделения центриолей, расположенных очень близко друг к другу. . Тем не менее ясно, что наличие избытка центросом является обычным явлением в опухолях человека. Было замечено, что потеря опухолесупрессора р53 приводит к образованию избыточных центросом. [ 25 ] а также дерегулирование других белков, участвующих в формировании рака у людей, таких как BRCA1 и BRCA2 . (Ссылки см. [ 20 ] .) Избыток центросом может быть вызван самыми разными механизмами: специфической редупликацией центросомы, нарушением цитокинеза во время деления клеток (приводящим к увеличению числа хромосом), слиянием клеток (например, в случаях заражения специфическими вирусами) или de novo. образование центросом. На данный момент недостаточно информации, чтобы понять, насколько распространены эти механизмы in vivo , но возможно, что увеличение числа центросом из-за сбоя во время клеточного деления может быть более частым, чем предполагалось, потому что множество «первичных» дефектов в одном клетки (дерегуляция клеточного цикла , дефектный метаболизм ДНК или хроматина , сбой в контрольной точке веретена и т. д.) приведет к сбою в клеточном делении, увеличению плоидности и увеличению числа центросом как «вторичный» эффект. [ 26 ] [ 27 ]
Эволюция
[ редактировать ]Эволюционная история центросомы и центриоли была прослежена для некоторых характерных генов, например центринов . [ 2 ] Центрины участвуют в передаче сигналов кальция и необходимы для дупликации центриолей. [ 28 ] Существуют два основных подсемейства центринов, оба из которых присутствуют в рано ветвящихся эукариотах Giardia кишечная . Таким образом, центрины присутствовали у общего предка эукариот. И наоборот, они не имеют узнаваемых гомологов у архей и бактерий и, таким образом, являются частью «сигнатурных генов эукариот». Хотя существуют исследования эволюции центринов и центриолей, [ 2 ] [ 29 ] не было опубликовано никаких исследований по эволюции перицентриолярного материала .
Видно, что некоторые участки центросомы сильно дивергентны у модельных видов Drosophila melanogaster и Caenorhabditis elegans . Например, оба вида потеряли одно из подсемейств центринов, которые обычно связаны с дупликацией центриолей. Мутанты Drosophila melanogaster , у которых отсутствуют центросомы, могут даже развиться до морфологически нормальных взрослых мух, которые затем умирают вскоре после рождения, поскольку в их сенсорных нейронах отсутствуют реснички . [ 18 ] Таким образом, у этих мух развился функционально резервный механизм, независимый от центросом.
Связанные нуклеотиды
[ редактировать ]Исследования 2006 года показали, что центросомы яиц атлантических моллюсков содержат последовательности РНК . Идентифицированные последовательности были обнаружены «в немногих» других местах клетки и не фигурируют в существующих базах данных генома . 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 связываются с центросомами, последовательности все еще обнаруживаются внутри ядра. Более того, центросомы могут образовываться de novo после удаления (например, лазерным облучением) из нормальных клеток. [ 29 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Строение растений и грибов | Электронная библиотека» . regi.tankonyvtar.hu (на венгерском языке) . Проверено 30 января 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Борненс, М.; Азимзаде, Дж. (2008). «Происхождение и эволюция центросомы» . Эукариотические мембраны и цитоскелет . стр. 119–129 . дои : 10.1007/978-0-387-74021-8_10 . ISBN 978-0-387-74020-1 . ПМИД 17977464 .
- ^ Шмит (2002). Зарождение ацентросомальных микротрубочек у высших растений . Международный обзор цитологии. Том. 220. С. 257–289. дои : 10.1016/S0074-7696(02)20008-X . ISBN 9780123646248 . ПМИД 12224551 .
- ^ Ясперсен, СЛ; Вайни, М. (2004). «ТЕЛО ПОЛЮСОВЫВАЮЩЕГОСЯ ДРОЖЖЕВОГО ШЕРЕНЕТА: Структура, дублирование и функции». Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 20 (1): 1–28. doi : 10.1146/annurev.cellbio.20.022003.114106 . ПМИД 15473833 .
- ^ Махони, Нью-Мексико; Гошима, Г.; Дуглас, AD; Вейл, Р.Д. (2006). «Создание микротрубочек и митотических веретен в клетках без функциональных центросом» . Современная биология . 16 (6): 564–569. дои : 10.1016/j.cub.2006.01.053 . ПМИД 16546079 .
- ^ Азимзаде, Джульетта; Вонг, Мэй Ли; «Час часа», Дайан Миллер; Альварадо, Алехандро Санчес; Маршалл, Уоллес Ф. (2012). «Потеря центросомы в эволюции планарий» . Наука . 335 (6067) (опубликовано 5 января 2012 г.): 461–463. Бибкод : 2012Sci...335..461A . дои : 10.1126/science.1214457 . ПМЦ 3347778 . ПМИД 22223737 .
- ^ персонал (5 января 2012 г.). «Минималистский подход плоских червей к делению клеток раскрывает молекулярную архитектуру человеческой центросомы» (пресс-релиз) . Институт медицинских исследований Стоуэрса . Проверено 6 января 2012 года .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) [ постоянная мертвая ссылка ] - ^ Лаво, Штеффен; Хасеган, Моника; Гупта, Гаган Д.; Пеллетье, Лоуренс (ноябрь 2012 г.). «Субдифракционная визуализация центросом выявляет организационные особенности перицентриолярного материала более высокого порядка» . Природная клеточная биология . 14 (11): 1148–1158. дои : 10.1038/ncb2591 . ISSN 1476-4679 . ПМИД 23086237 . S2CID 11286303 . Архивировано из оригинала 25 июля 2021 г. Проверено 7 августа 2020 г.
- ^ 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 .
- ^ Перейти обратно: а б с Ридер, КЛ; Фаруки, С.; Ходжаков, А. (октябрь 2001 г.). «Центросома у позвоночных: больше, чем центр организации микротрубочек». Тенденции в клеточной биологии . 11 (10): 413–419. дои : 10.1016/S0962-8924(01)02085-2 . ISSN 0962-8924 . ПМИД 11567874 .
- ^ Авидор-Рейсс, Т; Гопалакришнан, Дж (2013). «Регуляция клеточного цикла центросомы и реснички» . Наркотики Discov Today Dis Mech . 10 (3–4): е119–е124. дои : 10.1016/j.ddmec.2013.03.002 . ПМК 4073209 . ПМИД 24982683 .
- ^ Флемминг, В. (1875). Исследования по истории развития наяд. Хозяин сеанса. Академическая наука Вена 71, 81–147
- ^ Перейти обратно: а б Бладгуд, РА (2009). «От центрального к элементарному и к первичному: история недооцененной органеллы, время которой пришло. Первичная ресничка». Методы клеточной биологии . 94 : 3–52. дои : 10.1016/S0091-679X(08)94001-2 . ISBN 9780123750242 . ПМИД 20362083 .
- ^ Ван Бенеден, Э. (1876). Вклад в историю зародышевого пузырька и первого эмбрионального ядра. Бык. акад. Р. Белг (2-я серия) 42, 35–97.
- ^ Бовери, Теодор (1888). Клеточные исследования II: Оплодотворение и деление яйцеклетки Ascaris megalocephala . Йена: Густав Фишер Верлаг. Архивировано из оригинала 26 августа 2021 г. Проверено 14 января 2018 г.
- ^ Стернс, Т. (май 2001 г.). «Дупликация центросом. Центриолярное па-де-де» . Клетка . 105 (4): 417–420. дои : 10.1016/S0092-8674(01)00366-X . ISSN 0092-8674 . ПМИД 11371338 . S2CID 1622118 .
- ^ Родригес-Мартенс, А.; Рипарбелли, М.; Каллайни, Г.; Гловер, DM; Бетанкур-Диас, М. (2007). «Возвращаясь к роли материнской центриоли в биогенезе центриолей». Наука . 316 (5827): 1046–50. Бибкод : 2007Sci...316.1046R . дои : 10.1126/science.1142950 . hdl : 10400.7/955 . ПМИД 17463247 . S2CID 6965044 .
- ^ Перейти обратно: а б Басто, Р.; Лау, Дж.; Виноградова Т.; Гардиол, А.; Вудс, Г.; Ходжаков А.; Рафф, В. (июнь 2006 г.). «Мухи без центриолей» . Клетка . 125 (7): 1375–1386. дои : 10.1016/j.cell.2006.05.025 . ISSN 0092-8674 . ПМИД 16814722 . S2CID 2080684 .
- ^ Хьюитсон, Лаура и Шаттен, Джеральд П. (2003). «Биология оплодотворения у человека» . В Патрицио, Паскуале; и др. (ред.). Цветной атлас вспомогательной репродукции человека: лабораторные и клинические данные . Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. п. 3. ISBN 978-0-7817-3769-2 . Архивировано из оригинала 21 марта 2024 г. Проверено 9 ноября 2013 г.
- ^ Перейти обратно: а б Нигг, Э.А. (2002). «Центросомные аберрации: причина или следствие прогрессирования рака? И забирание маленьких мальчиков и девочек». Нат Преподобный Рак . 2 (11): 815–821. дои : 10.1038/nrc924 . ПМИД 12415252 . S2CID 9038803 .
- ^ Перейти обратно: а б Казенги, М.; Меральди, П.; Вайнхарт, Ю.; Дункан, ИП; Корнер, Р.; Нигг, Э.А. (2003). «Поло-подобная киназа 1 регулирует Nlp, белок центросомы, участвующий в зарождении микротрубочек» . Ячейка разработчиков . 5 (1): 113–125. дои : 10.1016/S1534-5807(03)00193-X . ПМИД 12852856 .
- ^ Перейти обратно: а б с Лингл, WL; Барретт, СЛ; Негрон, ВК; Д'Ассоро, AB; Бенеман, К.; Лю, В.; Уайтхед, CM; Рейнольдс, К.; Солсбери, JL (2002). «Амплификация центросом приводит к хромосомной нестабильности при развитии опухоли молочной железы» . Proc Natl Acad Sci США . 99 (4): 1978–1983. Бибкод : 2002PNAS...99.1978L . дои : 10.1073/pnas.032479999 . ПМЦ 122305 . ПМИД 11830638 .
- ^ Фрай, AM; Мэр Т.; Меральди, П.; Штирхоф, Ю.Д.; Танака, К.; Нигг, Э.А. (1998). «C-Nap1, новый центросомальный белок со спиральной спиралью и кандидатный субстрат протеинкиназы Nek2, регулируемой клеточным циклом» . J Клеточная Биол . 141 (7): 1563–1574. дои : 10.1083/jcb.141.7.1563 . ПМК 2133000 . ПМИД 9647649 .
- ^ Гадими, Б.М.; Сакетт, ДЛ; Дифилиппантонио, MJ; Шрок, Э.; Нойманн, Т.; Джаухо, А.; Ауэр, Г.; Рид, Т. (2000). «Усиление и нестабильность центросом происходят исключительно в анеуплоидных, но не в диплоидных клеточных линиях колоректального рака, и коррелируют с числовыми хромосомными аберрациями» . Гены Хромосомы Рак . 27 (2): 183–190. doi : 10.1002/(SICI)1098-2264(200002)27:2<183::AID-GCC10>3.0.CO;2-P . ПМЦ 4721570 . ПМИД 10612807 .
- ^ Фукасава, К.; Чой, Т.; Курияма, Р.; Рулонг, С.; Вуде, Ванде Г.Ф. (1996). «Аномальная амплификация центросом в отсутствие р53» . Наука . 271 (5256): 1744–1747. Бибкод : 1996Sci...271.1744F . дои : 10.1126/science.271.5256.1744 . ПМИД 8596939 . S2CID 20139983 . Архивировано из оригинала 15 ноября 2020 г. Проверено 9 сентября 2019 г.
- ^ Меральди, П.; Хонда, Р.; Нигг, Э.А. (2002). «Сверхэкспрессия Aurora-A показывает, что тетраплоидизация является основным путем амплификации центросом в клетках p53–/–» . ЭМБО Дж . 21 (4): 483–492. дои : 10.1093/emboj/21.4.483 . ПМК 125866 . ПМИД 11847097 .
- ^ Сторхова З.; Пеллман, Д. (2004). «От полиплоидии к анеуплоидии, нестабильности генома и раку». Nat Rev Mol Cell Biol . 5 (1): 45–54. дои : 10.1038/nrm1276 . ПМИД 14708009 . S2CID 11985415 .
- ^ Солсбери, JL; Суино, КМ; Басби, Р.; Спрингетт, М. (2002). «Центрин-2 необходим для дупликации центриолей в клетках млекопитающих» . Современная биология . 12 (15): 1287–1292. дои : 10.1016/S0960-9822(02)01019-9 . ПМИД 12176356 . S2CID 1415623 .
- ^ Перейти обратно: а б Маршалл, ВФ (2009). «Эволюция центриолей» . Современное мнение в области клеточной биологии . 21 (1): 14–15. дои : 10.1016/j.ceb.2009.01.008 . ПМЦ 2835302 . ПМИД 19196504 .
- ^ Альегро, MC; Аллиегро, Массачусетс; Палаццо, RE (2006). «Ассоциированная с центросомой РНК в ооцитах моллюска-прибоя» . Труды Национальной академии наук . 103 (24): 9034–9038. Бибкод : 2006PNAS..103.9034A . дои : 10.1073/pnas.0602859103 . ПМЦ 1482561 . ПМИД 16754862 .