Центросома - Centrosome

Не путать с Centisome или же Центромера.
Строение центросомы
Обобщенная структура и молекулярный компоненты клетки

В клеточная биология, то центросома (Латинское centrum 'центр' + греческое sōma 'тело') органелла что служит основным центр организации микротрубочек (MTOC) животного клетка, а также регулятор клеточный цикл прогрессия. Считается, что центросома эволюционировала только в многоклеточный происхождение эукариотические клетки.[1] Грибы и растения лишены центросом и поэтому используют другие структуры для организации своих микротрубочек.[2][3] Хотя центросома играет ключевую роль в эффективном митоз в клетках животных он не важен для некоторых видов мух и плоских червей.[4][5][6]

Центросомы состоят из двух центриоли организовано в прямые углы друг к другу и окружены плотным, хорошо структурированным[7] масса белок назвал перицентриолярный материал (PCM). PCM содержит белки, отвечающие за зарождение микротрубочек и закрепление[8] - включая γ-тубулин, перицентрин и девять дюймов. В общем, каждая центриоль центросомы основана на девятитриплетной микротрубочке, собранной в структуру колеса тележки, и содержит центрин, ценексин и тектин.[9]Во многих типах клеток центросома заменена на ресничка во время клеточной дифференцировки. Однако, как только клетка начинает делиться, ресничка снова замещается центросомой.[10]

История

Центросома была открыта Эдуард Ван Бенеден в 1883 г.,[11]и позже описан и назван в 1888 г. Теодор Бовери.[12]

Функции

Роль центросомы в развитии клеточного цикла

Центросомы связаны с ядерная мембрана вовремя профаза стадия клеточного цикла. В течение митоз, ядерная мембрана разрушается, и зародыши центросомы микротрубочки может взаимодействовать с хромосомы построить митотическое веретено.

Материнская центриоль, старшая из двух в паре центриолей, также играет центральную роль в создании реснички и жгутики.[9]

Центросома копируется только один раз за клеточный цикл, так что каждая дочерняя клетка наследует одну центросому, содержащую две структуры, называемые центриолями. (Смотрите также: Цикл центросомы.) Центросома реплицируется во время S фаза клеточного цикла. Вовремя профаза в процессе деления клеток называется митоз 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 рак. Удвоение центросомы аналогично Репликация ДНК в двух отношениях: полуконсервативный характер процесса и действие CDK2 как регулятор процесса.[13] Но процессы существенно отличаются в том, что удвоение центросомы не происходит при чтении и сборке шаблона. Материнская центриоль просто способствует накоплению материалов, необходимых для сборки дочерней центриоли.[14]

Центросома (показана стрелкой) рядом с ядром

Однако центриоли не требуются для развития митоза. Когда центриоли облучаются лазером, митоз протекает нормально с морфологически нормальным веретеном. Кроме того, развитие плодовой мушки Дрозофила в основном нормально, когда центриоли отсутствуют из-за мутации в гене, необходимом для их дупликации.[15] В отсутствие центриолей микротрубочки веретена фокусируются моторы, позволяя формировать биполярное веретено. Многие клетки могут полностью пройти интерфазу без центриолей.[9]

В отличие от центриолей центросомы необходимы для выживания организма. В клетках без центросом отсутствуют радиальные массивы астральные микротрубочки. Они также имеют дефекты в позиционировании веретена и в способности устанавливать центральный сайт локализации в цитокинезе. Предполагается, что функция центросом в этом контексте обеспечивает верность деление клеток, потому что это значительно увеличивает эффективность. Некоторые типы клеток останавливаются в следующем клеточном цикле, когда центросомы отсутствуют. Это не универсальное явление.

Когда нематода C. elegans яйцеклетка оплодотворяется, сперматозоид выпускает пару центриолей. Эти центриоли образуют центросомы, которые будут управлять первым делением клеток зигота, и это определит его полярность. Пока не ясно, является ли роль центросомы в определении полярности микротрубочко-зависимой или независимой.

В репродукции человека сперма поставляет центриоль, которая создает систему центросом и микротрубочек зиготы.[16]

Изменения центросом в раковых клетках

Теодор Бовери, в 1914 г. описал аберрации центросом у рак клетки. Это первоначальное наблюдение было впоследствии распространено на многие типы опухолей человека.[17] Изменения центросом при раке можно разделить на две подгруппы - то есть структурные или числовые аберрации, но обе они могут быть обнаружены одновременно в опухоли.

Структурные аберрации

Обычно структурные аберрации возникают из-за неконтролируемой экспрессии компонентов центросом или из-за посттрансляционных модификаций (таких как фосфорилирование), которые не соответствуют компонентам. Эти модификации могут приводить к изменениям размера центросом (обычно слишком больших из-за избытка перицентриолярного материала). Кроме того, поскольку центросомные белки имеют тенденцию образовывать агрегаты, тельца, связанные с центросомами (CRB), часто наблюдаются в эктопических местах.[18] И увеличенные центросомы, и CRB похожи на центросомные структуры, наблюдаемые в опухолях.[19] Более того, эти структуры могут быть индуцированы в культуральных клетках сверхэкспрессией определенных центросомных белков, таких как CNap-1 или Nlp.[18][20] Эти структуры могут выглядеть очень похожими, но подробные исследования показывают, что они могут иметь очень разные свойства в зависимости от их белкового состава. Например, их способность включать комплексы γ-TuRC (см. Также: γ-тубулин ) могут быть очень разными, поэтому их способность образовывать микротрубочки[19] поэтому влияет на форму, полярность и подвижность вовлеченных опухолевых клеток по-разному.

Числовые аберрации

Наличие недостаточного количества центросом очень часто связано с появлением нестабильность генома и потеря дифференциации тканей.[19][21] Однако метод подсчета числа центросом (с двумя центриолями на каждую центросому) часто не очень точен, потому что он часто оценивается с использованием флуоресцентная микроскопия, у которого недостаточно высокий оптическое разрешение для разрешения центриолей, которые очень близки друг к другу. Тем не менее ясно, что наличие избытка центросом - обычное явление в опухолях человека. Было замечено, что потеря опухолевый супрессор p53 производит лишние центросомы,[22] а также дерегулирование других белков, участвующих в рак образование у людей, например BRCA1 и BRCA2. (Ссылки см. [17].) Избыток центросом может быть образован очень разными механизмами: специфическим редупликацией центросомы, нарушением цитокинеза во время деление клеток (вызывая увеличение числа хромосом), слияние клеток (например, в случаях заражения определенными вирусами) или de novo генерация центросом. На данный момент недостаточно информации, чтобы знать, насколько распространены эти механизмы. in vivo, но возможно, что увеличение числа центросом из-за сбоя во время деления клеток может быть более частым, чем предполагалось, потому что многие «первичные» дефекты в одной клетке (нарушение регуляции клеточный цикл, дефектный ДНК или же хроматин метаболизм, сбой в КПП шпинделя и т. д.) приведет к сбою клеточного деления, увеличению плоидность и увеличение числа центросом как «вторичный» эффект.[23][24]

Эволюция

В эволюционный история центросомы и центриоль был обнаружен для некоторых сигнатурных генов - например, центрины.[1] Центрины участвуют в кальциевая сигнализация и необходимы для дублирования центриолей.[25] Существует два основных подсемейства центринов, оба из которых присутствуют в раннем ветвлении. эукариот Лямблии кишечные. Таким образом, центрины присутствовали у общего предка эукариот. Наоборот, у них нет узнаваемых гомологи в архея и бактерии и таким образом являются частью «генов сигнатур эукариот». Хотя есть исследования эволюции центринов и центриолей,[1][26] не было опубликовано исследований по эволюции перицентриолярный материал.

Очевидно, что некоторые части центросомы сильно различаются у модельных видов. Drosophila melanogaster и Caenorhabditis elegans. Например, оба вида потеряли одно из подсемейств центринов, которые обычно связаны с удвоением центриолей. Drosophila melanogaster мутанты, у которых отсутствуют центросомы, могут даже развиться до морфологически нормальных взрослых мух, которые затем умирают вскоре после рождения из-за отсутствия у их сенсорных нейронов. реснички.[15] Таким образом, у этих мух развился функционально избыточный аппарат, независимый от центросом.

Связанные нуклеотиды

Исследования 2006 года показали, что центросомы из Атлантический морской моллюск яйца содержат Последовательности РНК. Идентифицированные последовательности были обнаружены в других местах ячейки "от нескольких до нуля" и не появляются в существующих геном базы данных. Одна идентифицированная последовательность РНК содержит предполагаемый РНК-полимераза, что привело к гипотезе о геноме на основе РНК внутри центросомы.[27] Однако последующие исследования показали, что центросомы не содержат собственных геномов на основе ДНК. Хотя было подтверждено, что молекулы РНК связаны с центросомами, последовательности все еще были обнаружены в ядре. Кроме того, центросомы могут образовывать de novo после удаления (например, с помощью лазерного излучения) из нормальных клеток.[26]

Рекомендации

  1. ^ а б c Bornens, M .; Азимзаде, Дж. (2008). «Происхождение и эволюция центросомы». Эукариотические мембраны и цитоскелет. Успехи экспериментальной медицины и биологии. 607. стр.119–129. Дои:10.1007/978-0-387-74021-8_10. ISBN  978-0-387-74020-1. PMID  17977464.
  2. ^ Шмит (2002). Зарождение ацентросомных микротрубочек у высших растений. Международный обзор цитологии. 220. С. 257–289. Дои:10.1016 / S0074-7696 (02) 20008-X. ISBN  9780123646248. PMID  12224551.
  3. ^ Jaspersen, S.L .; Вайни, М. (2004). "ШПИНДЕЛЕВОЙ ТЕЛО ИЗ ДРОЖЖЕЙ-БАДДИНГОВ: структура, дублирование и функция". Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития. 20 (1): 1–28. Дои:10.1146 / annurev.cellbio.20.022003.114106. PMID  15473833.
  4. ^ Mahoney, N.M .; Goshima, G .; Douglass, A.D .; Вейл, Р. Д. (2006). «Создание микротрубочек и митотических веретен в клетках без функциональных центросом». Текущая биология. 16 (6): 564–569. Дои:10.1016 / j.cub.2006.01.053. PMID  16546079.
  5. ^ Азимзаде, Джульетта; Вонг, Мэй Ли; Downhour, Дайан Миллер; Альварадо, Алехандро Санчес; Маршалл, Уоллес Ф. (2012). «Потеря центросом в эволюции планарий». Наука (опубликовано 5 января 2012 г.). 335 (6067): 461–463. Bibcode:2012Sci ... 335..461A. Дои:10.1126 / наука.1214457. ЧВК  3347778. PMID  22223737.
  6. ^ персонал (5 января 2012 г.). «Минималистский подход плоских червей к делению клеток раскрывает молекулярную архитектуру центросомы человека» (пресс-релиз). Институт медицинских исследований Стоуэрса. Получено 6 января 2012{{противоречивые цитаты}} Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  7. ^ Лаво, Штеффен; Хасеган, Моника; Гупта, Гаган Д .; Пеллетье, Лоуренс (ноябрь 2012 г.). «Субдифракционная визуализация центросом выявляет организационные особенности более высокого порядка перицентриолярного материала». Природа клеточной биологии. 14 (11): 1148–1158. Дои:10.1038 / ncb2591. ISSN  1476-4679. PMID  23086237.
  8. ^ Eddé, B .; Россье; Ле Каер; Desbruyères; Gros; Денуле (1990). «Посттрансляционное глутамилирование альфа-тубулина». Наука. 247 (4938): 83–85. Bibcode:1990 Наука ... 247 ... 83E. Дои:10.1126 / наука.1967194. PMID  1967194.
  9. ^ а б c Rieder, C.L .; Faruki, S .; 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. PMID  11567874.
  10. ^ Авидор-Рейсс, Т; Гопалакришнан, Дж. (2013). «Регуляция клеточного цикла центросомы и реснички». Drug Discov Today Dis Mech. 10 (3–4): e119 – e124. Дои:10.1016 / j.ddmec.2013.03.002. ЧВК  4073209. PMID  24982683.
  11. ^ Вундерлих, В. (2002). «JMM - Прошлое и настоящее». Журнал молекулярной медицины. 80 (9): 545–548. Дои:10.1007 / s00109-002-0374-y. PMID  12226736.
  12. ^ Бовери, Теодор (1888). Zellen-Studien II: Die Befruchtung und Teilung des Eies von Ascaris megalocephala. Йена: Густав Фишер Верлаг.
  13. ^ Стернс, Т. (май 2001 г.). "Дупликация центросомы. Центриолярное па-де-де". Клетка. 105 (4): 417–420. Дои:10.1016 / S0092-8674 (01) 00366-X. ISSN  0092-8674. PMID  11371338.
  14. ^ Родригес-Мартинс, А .; Riparbelli, M .; Callaini, G .; Гловер, Д. М .; Беттанкур-диас, М. (2007). «Пересмотр роли материнской центриоли в биогенезе центриолей». Наука. 316 (5827): 1046–50. Bibcode:2007Научный ... 316.1046R. Дои:10.1126 / science.1142950. HDL:10400.7/955. PMID  17463247. S2CID  6965044.
  15. ^ а б Basto, R .; Lau, J .; Виноградова, Т .; Gardiol, A .; Woods, G .; Ходжаков, А .; Рафф, В. (июнь 2006 г.). «Летает без центриолей». Клетка. 125 (7): 1375–1386. Дои:10.1016 / j.cell.2006.05.025. ISSN  0092-8674. PMID  16814722.
  16. ^ Хьюитсон, Лаура и Шаттен, Джеральд П. (2003). «Биология оплодотворения у человека». В Патрицио, Паскуале; и другие. (ред.). Цветной атлас вспомогательной репродукции человека: лабораторные и клинические выводы. Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. п. 3. ISBN  978-0-7817-3769-2. Получено 2013-11-09.
  17. ^ а б Нигг, Э.А. (2002). «Центросомные аберрации: причина или следствие прогрессирования рака? И забирать маленьких мальчиков и девочек». Нат Рев Рак. 2 (11): 815–821. Дои:10.1038 / nrc924. PMID  12415252.
  18. ^ а б Casenghi, M .; Meraldi, P .; Weinhart, U .; Duncan, P.I .; Корнер, Р .; Нигг, Э.А. (2003). «Поло-подобная киназа 1 регулирует Nlp, белок центросомы, участвующий в зарождении микротрубочек». Dev Cell. 5 (1): 113–125. Дои:10.1016 / S1534-5807 (03) 00193-X. PMID  12852856.
  19. ^ а б c Lingle, W.L .; Barrett, S.L .; Negron, V.C .; D'assoro, A.B .; Boeneman, K .; Liu, W .; Whitehead, C.M .; Reynolds, C .; Солсбери, Дж. Л. (2002). «Амплификация центросом приводит к хромосомной нестабильности в развитии опухоли груди». Proc Natl Acad Sci USA. 99 (4): 1978–1983. Bibcode:2002PNAS ... 99.1978L. Дои:10.1073 / pnas.032479999. ЧВК  122305. PMID  11830638.
  20. ^ Фрай, A.M .; Мэр, Т .; Meraldi, P .; Stierhof, Y.D .; Tanaka, K .; Нигг, Э.А. (1998). "C-Nap1, новый центросомный белок спиральной спирали и субстрат-кандидат регулируемой клеточного цикла протеинкиназы Nek2". J Cell Biol. 141 (7): 1563–1574. Дои:10.1083 / jcb.141.7.1563. ЧВК  2133000. PMID  9647649.
  21. ^ Ghadimi, B.M .; Sackett, D.L .; Difilippantonio, M.J .; Schrock, E .; Neumann, T .; Jauho, A .; Auer, G .; Рид, Т. (2000). «Амплификация и нестабильность центросом происходит исключительно в анеуплоидных, но не в диплоидных клеточных линиях колоректального рака, и коррелирует с числовыми хромосомными аберрациями». Гены Хромосомы Рак. 27 (2): 183–190. Дои:10.1002 / (SICI) 1098-2264 (200002) 27: 2 <183 :: AID-GCC10> 3.0.CO; 2-P. ЧВК  4721570. PMID  10612807.
  22. ^ Fukasawa, K .; Choi, T .; Kuriyama, R .; Rulong, S .; Woude, Vande G.F. (1996). «Аномальная амплификация центросомы в отсутствие p53». Наука. 271 (5256): 1744–1747. Bibcode:1996 Наука ... 271.1744F. Дои:10.1126 / science.271.5256.1744. PMID  8596939.
  23. ^ Meraldi, P .; Honda, R .; Нигг, Э.А. (2002). «Сверхэкспрессия Aurora-A показывает, что тетраплоидизация является основным путем к амплификации центросом в клетках p53 - / -». EMBO J. 21 (4): 483–492. Дои:10.1093 / emboj / 21.4.483. ЧВК  125866. PMID  11847097.
  24. ^ Сторчова, З .; Пеллман, Д. (2004). «От полиплоидии до анеуплоидии, нестабильности генома и рака». Нат Рев Мол Cell Biol. 5 (1): 45–54. Дои:10.1038 / nrm1276. PMID  14708009.
  25. ^ Salisbury, J. L .; Суино, К. М .; Басби, Р.; Спрингетт, М. (2002). «Центрин-2 необходим для удвоения центриолей в клетках млекопитающих». Текущая биология. 12 (15): 1287–1292. Дои:10.1016 / S0960-9822 (02) 01019-9. PMID  12176356.
  26. ^ а б Маршалл, В. Ф. (2009). «Эволюция центриолей». Текущее мнение в области клеточной биологии. 21 (1): 14–15. Дои:10.1016 / j.ceb.2009.01.008. ЧВК  2835302. PMID  19196504.
  27. ^ Alliegro, M.C .; Alliegro, M. A .; Палаццо, Р. Э. (2006). «РНК, ассоциированная с центросомами в ооцитах морских моллюсков». Труды Национальной академии наук. 103 (24): 9034–9038. Bibcode:2006PNAS..103.9034A. Дои:10.1073 / pnas.0602859103. ЧВК  1482561. PMID  16754862.