В клеточной биологии центросома (лат. centrum «центр» + греческое soma «тело») (архаически цитоцентр [1] ) — это органелла , которая служит главным центром организации микротрубочек (MTOC) животной клетки , а также регулятором. прогрессии 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 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). 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]
Центросома была открыта совместно Вальтером Флеммингом в 1875 году [12] [13] и Эдуардом Ван Бенеденом в 1876 году [14] [13] и позже описана и названа в 1888 году Теодором Бовери . [15]
Центросомы связаны с ядерной мембраной на профазной стадии клеточного цикла. Во время митоза ядерная мембрана разрушается, и микротрубочки с ядрами центросом 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 при чтении и сборке матрицы. 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 яйцо 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]
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 оба могут быть обнаружены в опухоли одновременно.
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 центросомные белки имеют склонность к образованию агрегатов, 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, и поэтому их способность образовывать ядра микротрубочек [22] , следовательно, по-разному влияет на форму, полярность и подвижность вовлеченных опухолевых клеток.
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 определения центриолей, которые очень близки друг к другу. Тем не менее ясно, что наличие избытка центросом является обычным явлением в опухолях человека. Было замечено, что потеря опухолевого супрессора р53 приводит к образованию избыточных центросом [25] , а также к нарушению регуляции других белков, участвующих в формировании рака у людей, таких как BRCA1 и BRCA2 . (Ссылки см. в [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 заражение специфическими вирусами) или образование центросом de novo . На данный момент недостаточно информации, чтобы понять, 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 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]
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] Существует 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 есть исследования по 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 избыточный механизм, независимый от центросом.
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]
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal=( помощь ) [ постоянная мертвая ссылка ]