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 дифференциации. Однако, как только клетка начинает делиться, ресничка снова заменяется центросомой. [11]
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]
Центросомы связаны с ядерной мембраной на стадии 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]
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 воспроизводства человека сперма поставляет центриоль, которая создает центросому и систему микротрубочек зиготы. [19]
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.
Обычно структурные аберрации появляются из-за неконтролируемой экспрессии компонентов центросомы или из-за посттрансляционных модификаций (таких как фосфорилирование), которые неадекватны для компонентов. 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.
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]
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 независим от центросом.
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]
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь ) [ постоянная мертвая ссылка ]