ЦЕНТРИОЛИ: ФУНКЦИИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ - НАУКА - 2025

На центриола са цилиндрични структури, съставени от клетъчни клъстери на микротубули. Те са съставени от протеиновия тубулин, който се намира в повечето еукариотни клетки.

Свързана двойка центриоли, заобиколена от безформена маса от плътен материал, наречен перицентриоларен материал (PCM), съставлява структура, наречена центрозома.

Центриолите са цилиндрични структури, изградени от струпвания от микротрубове. Повечето центриоли са съставени от девет комплекта от микротрубови трио, подредени в цилиндър.

Функцията на центриолите е да ръководят сглобяването на микротубули, участващи в организирането на клетките (положение на ядрото и пространствено разположение на клетката), формирането и функцията на жлезите и ресничките (цилиогенеза) и деленето на клетките (митоза и мейоза).

Центриолите се намират в клетъчни структури, известни като центрозоми в животинските клетки и отсъстват в растителните клетки.

Дефектите в структурата или броя на центриолите във всяка клетка могат да имат значителни последици за физиологията на организма, произвеждайки промени в отговора на стрес по време на възпаление, мъжко безплодие, невродегенеративни заболявания и образуване на тумори, наред с други.

Центриолът е цилиндрична структура. Двойка свързани центриоли, заобиколени от безформена маса от плътен материал (наречен "перицентриоларен материал" или PCM), образуват композитна структура, наречена "центрозома".

Те се считаха за маловажни допреди няколко години, когато беше заключено, че те са основните органели в провеждането на клетъчно делене и дублиране (митоза) в еукариотни клетки (главно при хора и други животни).

Клетката

Последният общ прародител на целия живот на Земята беше една клетка, а последният общ предшественик на всички еукариоти беше ресничка с центриоли.

Всеки организъм е съставен от група взаимодействащи клетки. Организмите съдържат органи, органите са изградени от тъкани, тъканите са изградени от клетки, а клетките са изградени от молекули.

Всички клетки използват еднакви молекулни "градивни елементи", подобни методи за съхранение, поддържане и експресия на генетична информация и подобни процеси на енергиен метаболизъм, молекулен транспорт, сигнализация, развитие и структура.

микротубулите

В ранните дни на електронна микроскопия клетъчните биолози наблюдават дълги тубули в цитоплазмата, които наричат ​​микротубули.

Наблюдавани са морфологично подобни микротрубове, образуващи влакната на митотичното вретено, като компоненти на аксоните на невроните и като структурни елементи в ресничките и жгутиците.

Внимателното изследване на отделни микротрубочки показа, че всички те са съставени от 13 надлъжни единици (сега наричани протофиламенти), съставени от основен протеин (състоящ се от тясно свързана α-тубулин и β-тубулинова субединица) и няколко протеина, свързани с микротубули (MAPs).

В допълнение към функциите си в други клетки, микротубулите са от съществено значение за растежа, морфологията, миграцията и полярността на неврона, както и за развитието, поддържането и оцеляването и за ефективната нервна система,

Значението на деликатното взаимодействие между компоненти на цитоскелета (микротрубочки, актинови нишки, междинни нишки и септини) се отразява в няколко човешки невродегенеративни нарушения, свързани с анормална динамика на микротубулите, включително болестта на Паркинсон и болестта на Алцхаймер.

Cilia и жгутици

Ресничките и жълтиците са органели, открити на повърхността на повечето еукариотни клетки. Те са съставени главно от микротрубки и мембрана.

Подвижността на сперматозоидите се дължи на подвижните цитоскелетни елементи, присъстващи в опашката й, наречени аксонеми. Структурата на аксонемите се състои от 9 групи от по 2 микротрубове всяка, молекулни двигатели (dyneins) и техните регулаторни структури.

Центриолите играят централна роля в цилиогенезата и прогресията на клетъчния цикъл. Съзряването на центриола предизвиква промяна във функцията, водеща от клетъчно делене до образуване на реснички.

Дефектите в структурата или функцията на аксонемата или ресничките причиняват множество нарушения при хората, наречени цилиопатии. Тези заболявания засягат различни тъкани, включително очите, бъбреците, мозъка, белите дробове и подвижността на сперматозоидите (което често води до мъжко безплодие).

Центриолът

Девет тройки микротрубове, подредени около обиколка (образуващи къс кухи цилиндър), са "градивни елементи" и основната структура на центриола.

Дълги години структурата и функцията на центриолите се игнорираха, въпреки факта, че до 1880-те години центрозомата е била визуализирана чрез светлинна микроскопия.

Теодор Бовери публикува семенна работа през 1888 г., в която описва произхода на центрозомата от спермата след оплождането. В своето кратко съобщение от 1887 г. Бовери пише, че:

„Центрозомата представлява динамичния център на клетката; Разделянето му създава центровете на образуваните дъщерни клетки, около които симетрично се организират всички останали клетъчни компоненти… Центрозомата е истинският делящ орган на клетката, той посредничи ядрено и клетъчно деление "(Scheer, 2014: 1),, Малко след средата на 20 век, с развитието на електронна микроскопия, поведението на центриолите е изучено и обяснено от Пол Шафер.

За съжаление, тази работа беше пренебрегната до голяма степен, защото изследователите започват да се фокусират върху откритията на Уотсън и Крик върху ДНК.

Центрозомата

Двойка центриоли, разположени в съседство с ядрото и перпендикулярни една на друга, са „центросома“. Една от центриолите е известна като "баща" (или майка). Другият е известен като "син" (или дъщеря; той е малко по-къс и има своята основа, прикрепена към основата на майката).

Проксималните краища (при свързването на двата центриола) се потапят в протеинов „облак“ (може би до 300 или повече), известен като център за организиране на микротрубули (MTOC), тъй като осигурява протеина, необходим за изграждането микротубулите.

MTOC е известен още като "перицентриоларен материал" и се зарежда отрицателно. Обратно, дисталните краища (далеч от връзката на двете центриоли) са положително заредени.

Двойката центриоли, заедно със заобикалящия МТОК, са известни като "центрозома".

Центризомно дублиране

Когато центриолите започват да се дублират, бащата и синът се разделят леко и след това всеки центриол започва да образува нова центриола в основата си: бащата с нов син, а синът с нов собствен син („внук“).,

Докато се получава дублиране на центриоли, ДНК на ядрото също се дублира и разделя. Тоест, настоящите изследвания показват, че дублирането на центриоли и разделянето на ДНК по някакъв начин са свързани.

Дублиране и деление на клетки (митоза)

Митотичният процес често се описва по отношение на инициаторска фаза, известна като "интерфейс", последвана от четири фази на развитие.

По време на интерфазата центриолите се дублират и се разделят на две двойки (една от тези двойки започва да се движи към противоположната страна на ядрото) и ДНК се разделя.

След дублирането на центриолите микротубулите на центриолите се простират и подравняват по протежение на основната ос на ядрото, образувайки "митотичното вретено".

В първата от четирите фази на развитие (фаза I или "профаза") хромозомите се кондензират и се движат по-близо една до друга, а ядрената мембрана започва да отслабва и да се разтваря. В същото време се образува митотичното вретено с двойките центриоли, които сега са разположени в краищата на вретеното.

Във втората фаза (фаза II или "метафаза") струните на хромозомите се изравняват с оста на митотичното вретено.

В третата фаза (фаза III или „анафаза“) хромозомните вериги се разделят и се придвижват към противоположни краища на сега удълженото митотично вретено.

И накрая, в четвъртата фаза (фаза IV или „телофаза“) около ядрените хромозоми се образуват нови ядрени мембрани, митотичното вретено се разпада и разделянето на клетките започва да завършва с половината от цитоплазмата, която върви с всяко ново ядро.

Във всеки край на митотичното вретено двойките центриоли оказват важно влияние (очевидно свързани със силите, упражнявани от електромагнитните полета, генерирани от отрицателните и положителните заряди в проксималния и дисталния му край) по време на целия процес на делене на клетките.

Центрозомата и имунният отговор

Излагането на стрес влияе върху функцията, качеството и продължителността на живота на организма. Стресът, генериран например от инфекция, може да доведе до възпаление на заразените тъкани, активирайки имунния отговор в организма. Този отговор защитава засегнатия организъм, елиминирайки патогена.

Много аспекти от функционалността на имунната система са добре известни. Молекулярните, структурни и физиологични събития обаче, в които е замесена центрозомата, остават загадка.

Последните проучвания откриха неочаквани динамични промени в структурата, местоположението и функцията на центрозомата при различни условия, свързани със стреса. Например, след имитиране на условията на инфекция, е установено повишено производство на PCM и микротрубочки в интерфазни клетки.

Центрозоми при имунния синапс

Центрозомата има много важна роля в структурата и функцията на имунологичния синапс (SI). Тази структура се формира от специализирани взаимодействия между Т-клетка и антиген-представяща клетка (APC). Това взаимодействие между клетките и клетките инициира миграцията на центрозомата към SI и последващото й свързване към плазмената мембрана.

Докирането на центрозома в SI е подобно на наблюдаваното по време на цилиогенезата. В този случай обаче той не инициира сглобяването на ресничките, а по-скоро участва в организацията на SI и секрецията на цитотоксични везикули за лизиране на целевите клетки, превръщайки се в ключов орган в активирането на Т клетки.

Центрозомът и топлинният стрес

Центрозомата е целта на "молекулярните шаперони" (набор от протеини, чиято функция е да подпомагат сгъването, сглобяването и клетъчния транспорт на други протеини), които осигуряват защита срещу излагане на топлинен удар и стрес.

Факторите на стрес, които влияят върху центрозомата, включват увреждане на ДНК и топлина (като тези, които страдат от клетките на трескави пациенти). ДНК увреждането инициира пътищата за възстановяване на ДНК, което може да повлияе на функцията на центрозомите и протеиновия състав.

Стресът, генериран от топлина, причинява промяна на структурата на центриола, разрушаване на центрозомата и пълно инактивиране на способността й да образува микротрубки, променяйки образуването на митотичното вретено и предотвратявайки митозата.

Нарушаването на функцията на центрозомите по време на треска може да бъде адаптивна реакция за инактивиране на полюсите на вретеното и предотвратяване на анормално деление на ДНК по време на митоза, особено като се има предвид потенциалната дисфункция на множество протеини след индуцирана от топлина денатурация.

Също така, това може да даде на клетката допълнително време да възстанови своя пул от функционални протеини, преди да рестартира деленето на клетките.

Друго следствие от центрозомното инактивиране по време на треска е неспособността му да се прехвърли в СИ, за да го организира и да участва в секрецията на цитотоксични везикули.

Ненормално развитие на центриолите

Развитието на центриола е доста сложен процес и въпреки че в него участват поредица от регулаторни протеини, могат да възникнат различни видове неуспехи.

Ако има дисбаланс в съотношението на протеини, дъщерният центриол може да е дефектен, геометрията му може да бъде изкривена, осите на двойка могат да се отклонят от перпендикулярността, могат да се развият множество дъщерни центриоли, дъщерният центриол може да достигне пълна дължина преди време или отделянето на двойките може да се забави.

Когато има неправилно или неправилно дублиране на центриоли (с геометрични дефекти и / или многократно дублиране), репликацията на ДНК се променя, възниква хромозомна нестабилност (CIN).

По същия начин дефектите на центрозомите (напр. Увеличена или уголемена центрозома) водят до CIN и насърчават развитието на множество центриоли на дъщерята.

Тези грешки в развитието генерират увреждане на клетките, което дори може да доведе до злокачествено заболяване.

Ненормални центриоли и злокачествени клетки

Благодарение на намесата на регулаторните протеини, когато се открият аномалии в развитието на центриолите и / или центрозомата, клетките могат да осъществят самокорекция на аномалиите.

Ако обаче не се постигне самокорекция на аномалията, анормалните или множествено дъщерни центриоли („свръхчислени центриоли“) могат да доведат до генериране на тумори („туморогенеза“) или клетъчна смърт.

Свръхчислените центриоли са склонни да се слепват, което води до групирането на центрозомата („центрозомно усилване“, характерно за раковите клетки), промяна на клетъчната полярност и нормалното развитие на митоза, което води до появата на тумори.

Клетките със свръхчислени центриоли се характеризират с излишък на перицентриоларен материал, прекъсване на цилиндричната структура или прекомерна дължина на центриолите и центриолите, които не са перпендикулярни или лошо разположени.

Предполага се, че струпвания на центриоли или центрозоми в ракови клетки могат да служат като „биомаркер“ при използването на терапевтични и образни агенти, като суперпарамагнитни наночастици.

Препратки

1. Borisy, G., Heald, R., Howard, J., Janke, C., Musacchio, A., & Nogales, E. (2016). Микротубули: 50 години от откриването на тубулин. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 17 (5), 322-328.
2. Buchwalter, RA, Chen, JV, Zheng, Y., & Megraw, TL Centrosome в клетъчното делене, развитие и болести. Елс.
3. Gambarotto, D., & Basto, R. (2016). Последици от числови дефекти в центъра и развитието на болести. В Microtubule Cytoskeleton (стр. 117-149). Springer Виена.
4. Huston, RL (2016). Преглед на активността на Centriole и погрешната активност по време на клетъчното делене. Напредък в областта на биологията и биотехнологиите, 7 (03), 169.
5. Inaba, K., & Mizuno, K. (2016). Дисфункция на сперматозоидите и цилиопатия. Репродуктивна медицина и биология, 15 (2), 77-94.
6. Keeling, J., Tsiokas, L., & Maskey, D. (2016). Клетъчни механизми за контрол на цилиарната дължина. Клетки, 5 (1), 6.
7. Лодиш, Х., Берк, А., Кайзер, Калифорния, Кригър, М., Бретшер, А., Плое, Х., Амон, А., Мартин, KC (2016). Молекулярна клетъчна биология. Ню Йорк: WH Freeman and Company.
8. Matamoros, AJ, & Baas, PW (2016). Микротубули при здраве и дегенеративни заболявания на нервната система. Бюлетин за изследване на мозъка, 126, 217-225.
9. Pellegrini, L., Wetzel, A., Grannó, S., Heaton, G., & Harvey, K. (2016). Обратно към тубула: динамика на микротубулите при болестта на Паркинсон. Науки за клетъчния и молекулярния живот, 1-26.
10. Scheer, U. (2014). Исторически корени на центрозомните изследвания: откриване на микроскопа на Бовери във Вюрцбург. Фил. Транс. R. Soc. B, 369 (1650), 20130469.
11. Северсън, AF, von Dassow, G., & Bowerman, B. (2016). Глава пета - Ооцитна мейотична шпиндела и монтаж и функция. Актуални теми в биологията на развитието, 116, 65-98.
12. Soley, JT (2016). Сравнителен преглед на сперматозоидния комплекс при бозайници и птици: вариации по тема. Наука за възпроизводството на животни, 169, 14-23.
13. Vertii, A., & Doxsey, S. (2016). The Centrosome: Phoenix Organelle на имунния отговор. Единична клетъчна биология, 2016 г.
14. Vertii, A., Hehnly, H., & Doxsey, S. (2016). The Centrosome, многоетален ренесансов органел. Перспективи за пристанището на студената пролет, 8 (12), a025049.
15. Активиране на лимфоцитите Оригинална работа на федералното правителство на САЩ - публично достояние. Преведено от BQmUB2012110.
16. Алехандро Порто - Производно на Файл: Aufbau einer Tierischen Zelle.jpg от Petr94. Основна схема на еукариотна животинска клетка.
17. Kelvinsong - Centrosome Cycle (редакторска версия).svg. Преведено на испански от Алехандро Порто.
18. Kelvinsong - Собствена работа. Диаграма на центросома, без жълтата рамка.
19. Kelvinsong, Centriole-en, CC BY 3.0.
20. NIAID / NIH - фотопотокът на NIAID Flickr. Микрография на човешки Т-лимфоцит (наричан още Т-клетка) от имунната система на здрав донор.
21. Силвия Маркес и Андреа Ласале, Тубулина, CC BY 3.0
22. Опростена диаграма на сперматозоидите.svg: Мариана Руис производна работа: Miguelferig.