CENTRIOLER: FUNKTIONER OG EGENSKABER - VIDENSKAB - 2025

De centrioler er cylindriske strukturer sammensat af celleklynger af mikrotubuli. De består af proteinet tubulin, som findes i de fleste eukaryote celler.

Et tilknyttet par centrioler, omgivet af en formløs masse af tæt materiale kaldet pericentriolar materiale (PCM), udgør en struktur kaldet centrosomet.

Centrioler er cylindriske strukturer, der består af klynger af mikrotubuli. De fleste centrioler består af ni sæt mikrotubuli-trioer arrangeret i en cylinder.

Centriolernes funktion er at styre samlingen af ​​mikrotubuli, der deltager i celleorganisering (placering af kernen og den rumlige placering af cellen), dannelse og funktion af flagella og cilia (ciliogenese) og celledeling (mitose og meiose).

Centrioler findes i cellulære strukturer kendt som centrosomer i dyreceller og er fraværende i planteceller.

Defekter i strukturen eller antallet af centrioler i hver celle kan have betydelige konsekvenser for fysiologien af ​​en organisme, hvilket frembringer ændringer i responset på stress under betændelse, mandlig infertilitet, neurodegenerative sygdomme og tumordannelse, blandt andre.

En centriole er en cylindrisk struktur. Et par tilknyttede centrioler, omgivet af en formløs masse af tæt materiale (kaldet "pericentriolar materiale" eller PCM), danner en sammensat struktur, der kaldes et "centrosom".

De blev betragtet som uvæsentlige indtil for et par år siden, da det blev konkluderet, at de var de vigtigste organeller i ledningen af ​​celledeling og duplikation (mitose) i eukaryote celler (hovedsageligt hos mennesker og andre dyr).

Cellen

Den sidste fælles stamfar til alt liv på Jorden var en enkelt celle, og den sidste fælles stamfar til alle eukaryoter var en cilieret celle med centrioler.

Hver organisme består af en gruppe interagerende celler. Organismer indeholder organer, organer består af væv, væv består af celler, og celler består af molekyler.

Alle celler bruger de samme molekylære "byggeklodser", lignende metoder til opbevaring, vedligeholdelse og ekspression af genetisk information og lignende processer med energimetabolisme, molekyltransport, signalering, udvikling og struktur.

mikrotubuli

I de tidlige dage af elektronmikroskopi observerede cellebiologer lange rør i den cytoplasma, som de kaldte mikrotubuli.

Morfologisk lignende mikrotubuli blev observeret, som dannede fibrene i den mitotiske spindel, som komponenter af neuronernes aksoner og som strukturelle elementer i cilia og flagella.

Omhyggelig undersøgelse af individuelle mikrotubuli indikerede, at de alle var sammensat af 13 langsgående enheder (nu kaldet protofilamenter) bestående af et hovedprotein (bestående af en tæt beslægtet a-tubulin og ß-tubulin-underenhed) og flere proteiner forbundet med mikrotubuli (MAP'er).

Ud over deres funktioner i andre celler er mikrotubulier essentielle i vækst, morfologi, migration og polaritet af neuronet såvel som for udvikling, vedligeholdelse og overlevelse og af et effektivt nervesystem.

Betydningen af ​​en delikat interaktion mellem komponenter i cytoskelettet (mikrotubuli, actinfilamenter, mellemfilamenter og septiner) afspejles i adskillige humane neurodegenerative lidelser relateret til unormal mikrotubulodynamik, herunder Parkinsons sygdom og Alzheimers sygdom.

Cilia og flagella

Cilia og flagella er organeller, der findes på overfladen af ​​de fleste eukaryote celler. De består hovedsageligt af mikrotubuli og membran.

Sædmotilitet skyldes mobile cytoskeletale elementer, der findes i halen, kaldet aksonemer. Strukturen af ​​aksonemer består af 9 grupper på 2 mikrotubulier hver, molekylære motorer (dyneiner) og deres regulatoriske strukturer.

Centrioler spiller en central rolle i ciliogenese og cellecyklusprogression. Centriole-modning producerer en ændring i funktion, der fører fra celledeling til ciliumdannelse.

Defekter i opbygningen eller funktionen af ​​aksonemet eller cilien forårsager flere sygdomme hos mennesker kaldet ciliopatier. Disse sygdomme påvirker forskellige væv, herunder øjne, nyrer, hjerne, lunger og sædmotilitet (hvilket ofte fører til mandlig infertilitet).

Centriolen

Ni trillinger af mikrotubulier arrangeret omkring en omkreds (danner en kort hul cylinder) er 'byggesten' og hovedkonstruktionen i en centriole.

I mange år blev centriolenes struktur og funktion ignoreret på trods af det faktum, at centrosomet i 1880'erne var blevet visualiseret ved hjælp af lysmikroskopi.

Theodor Boveri udgav et sædværk i 1888, der beskrev centrosomets oprindelse fra sædceller efter befrugtning. I sin korte meddelelse fra 1887 skrev Boveri at:

”Centrosomet repræsenterer det dynamiske centrum af cellen; Dens opdeling skaber centre for dannet datterceller, som alle de andre cellulære komponenter er organiseret symmetrisk… Centrosomet er det rigtige opdelende organ i cellen, det formidler nuklear og cellulær opdeling ”(Scheer, 2014: 1)..

Kort efter midten af ​​det 20. århundrede, med udviklingen af ​​elektronmikroskopi, blev centrioles opførsel undersøgt og forklaret af Paul Schafer.

Desværre blev dette arbejde ignoreret i vid udstrækning, fordi forskere begyndte at fokusere på resultaterne af Watson og Krick på DNA.

Centrosomet

Et par centrioler beliggende ved siden af ​​kernen og vinkelret på hinanden er "et centrosom." En af centriolerne er kendt som "far" (eller mor). Den anden er kendt som "sønnen" (eller datteren; den er lidt kortere og har sin base bundet til bunden af ​​moderen).

De proksimale ender (ved forbindelsen mellem de to centrioler) nedsænkes i en protein "sky" (måske op til 300 eller mere) kendt som mikrotubuleorganiseringscentret (MTOC), da det tilvejebringer det nødvendige protein til konstruktion mikrotubuli.

MTOC er også kendt som "pericentriolar materiale", og det er negativt ladet. Omvendt er de distale ender (væk fra forbindelsen mellem de to centrioler) positivt ladet.

Parret af centrioler sammen med den omgivende MTOC er kendt som "centrosomet".

Centrosomduplikation

Når centriolerne begynder at duplikere, skilles far og søn lidt, og derefter begynder hver centriole at danne en ny centriole ved sin base: Faderen med en ny søn, og sønnen med en ny søn af sin egen (et "barnebarn")..

Mens centriolduplicering forekommer, duplikeres og separeres nukleus-DNA'et også. Det vil sige, at den aktuelle forskning viser, at centriolduplicering og DNA-adskillelse på en eller anden måde er forbundet.

Celle duplikation og opdeling (mitose)

Den mitotiske proces beskrives ofte i form af en initiatorfase, kendt som "interface", efterfulgt af fire udviklingsfaser.

Under interfasen duplikeres centriolerne og adskilles i to par (et af disse par begynder at bevæge sig mod den modsatte side af kernen), og DNA opdeles.

Efter duplikationen af ​​centriolerne forlænger mikrotubulerne i centriolerne sig og justerer sig langs kernens hovedakse og danner den "mitotiske spindel."

I den første af de fire udviklingsfaser (fase I eller "Prophase") kondenseres kromosomerne og bevæger sig tættere sammen, og den nukleare membran begynder at svækkes og opløses. Samtidig dannes den mitotiske spindel med paren af ​​centrioler, der nu er placeret i endene af spindlen.

I den anden fase (fase II eller "metafase") er kromosomernes strenge i overensstemmelse med den mitotiske spindles akse.

I den tredje fase (fase III eller "Anaphase") opdeler de kromosomale kæder sig og bevæger sig til modsatte ender af den nu langstrakte mitotiske spindel.

Endelig, i den fjerde fase (fase IV eller "Telophase"), dannes nye kernemembraner omkring de adskilte kromosomer, den mitotiske spindel falder fra hinanden, og celleseparation begynder at afsluttes med halvdelen af ​​den cytoplasma, der følger med hver nye kerne.

I hver ende af den mitotiske spindel udøver par af centrioler en vigtig indflydelse (tilsyneladende relateret til de kræfter, der udøves af de elektromagnetiske felter genereret af de negative og positive ladninger ved dens proksimale og distale ender) under hele celledelingsprocessen.

Centrosomet og immunresponsen

Eksponering for stress påvirker en organisms funktion, kvalitet og varighed. Den stress, der genereres, for eksempel af en infektion, kan føre til betændelse i det inficerede væv og aktivere immunresponsen i kroppen. Dette svar beskytter den påvirkede organisme og eliminerer patogenet.

Mange aspekter af immunsystemets funktionalitet er velkendte. Imidlertid forbliver de molekylære, strukturelle og fysiologiske begivenheder, hvori centrosomet er involveret, en gåte.

Nylige studier har opdaget uventede dynamiske ændringer i centrosomets struktur, placering og funktion under forskellige stressrelaterede forhold. For eksempel efter at have efterlignet betingelserne for en infektion er der fundet en stigning i PCM- og mikrotubuliproduktion i interfase-celler.

Centrosomer ved immun synapse

Centrosomet har en meget vigtig rolle i strukturen og funktionen af ​​den immunologiske synapse (SI). Denne struktur dannes ved specialiserede interaktioner mellem en T-celle og en antigenpræsenterende celle (APC). Denne celle-celle-interaktion initierer migreringen af ​​centrosomet mod SI og dets efterfølgende kobling til plasmamembranen.

Dosering af centrosom i SI svarer til den, der blev observeret under ciliogenese. I dette tilfælde indleder det imidlertid ikke samlingen af ​​cili, men deltager snarere i organiseringen af ​​SI og udskillelsen af ​​cytotoksiske vesikler til lysering af målcellerne og bliver et nøgleorgan i aktiveringen af ​​T-celler.

Centrosomet og varmestress

Centrosomet er målet for "molekylære chaperoner" (sæt proteiner, hvis funktion er at hjælpe foldning, samling og cellulær transport af andre proteiner), der giver beskyttelse mod eksponering for varmechock og stress.

Stressorer, der påvirker centrosomet, inkluderer DNA-skader og varme (såsom dem, der lider af cellerne fra feberpatienter). DNA-skade initierer DNA-reparationsveje, som kan påvirke centrosomfunktion og proteinsammensætning.

Stresset frembragt af varme medfører ændring af centriole-strukturen, forstyrrelse af centrosomet og fuldstændig inaktivering af dens evne til at danne mikrotubuli, ændre dannelsen af ​​den mitotiske spindel og forhindre mitose.

Forstyrrelse af centrosomernes funktion under feber kan være en adaptiv reaktion til inaktivering af spindelpolene og forhindring af unormal DNA-opdeling under mitose, især i betragtning af den potentielle dysfunktion af flere proteiner efter varmeinduceret denaturering.

Det kan også give cellen ekstra tid til at genvinde sin pulje af funktionelle proteiner, før celledeling genstartes.

En anden konsekvens af inaktiveringen af ​​centrosomet under feber er dets manglende evne til at overføre til IS for at organisere det og deltage i udskillelsen af ​​cytotoksiske vesikler.

Unormal udvikling af centriolerne

Udviklingen af ​​centriolen er en ret kompliceret proces, og selv om en række regulatoriske proteiner deltager i den, kan forskellige typer af fejl opstå.

Hvis der er en ubalance i andelen af ​​proteiner, kan dattercentriolen være defekt, dens geometri kan blive forvrænget, akserne i et par kan afvige fra vinkelret, flere dattercentrioler kan udvikle sig, dattercentriolen kan nå fuld længde inden tid, eller afkoblingen af ​​parene kan blive forsinket.

Når der er forkert eller forkert duplikering af centrioler (med geometriske defekter og / eller multiple duplikationer), ændres DNA-replikation, kromosomal instabilitet (CIN) forekommer.

På lignende måde fører centrosomdefekter (for eksempel en forstørret eller forstørret centrosom) til CIN og fremmer udviklingen af ​​flere dattercentrioler.

Disse udviklingsfejl genererer skade på celler, der endda kan føre til ondartet sygdom.

Unormale centrioler og ondartede celler

Takket være indgriben af ​​regulatoriske proteiner, når abnormiteter påvises i udviklingen af ​​centriolerne og / eller centrosomet, kan cellerne implementere selvkorrektion af abnormiteterne.

Hvis selvkorrektion af abnormiteten ikke opnås, kan unormale eller multipeldattercentrioler ("supernumerære centrioler") imidlertid føre til generering af tumorer ("tumorigenese") eller celledød.

De supernumernære centrioler har tendens til at sammenføjes, hvilket fører til grupperingen af ​​centrosomet ("centrosomforstærkning" karakteristisk for kræftceller), ændrer cellepolaritet og den normale udvikling af mitose, hvilket resulterer i udseendet af tumorer.

Celler med supernumernære centrioler er kendetegnet ved et overskud af pericentriolar materiale, afbrydelse af den cylindriske struktur eller overdreven længde af centriolerne og centriolerne, som ikke er vinkelret eller dårligt placeret.

Det er blevet antydet, at klynger af centrioler eller centrosomer i kræftceller kan tjene som en "biomarkør" ved anvendelsen af ​​terapeutiske midler og billeddannelsesmidler, såsom superparamagnetiske nanopartikler.

Referencer

1. Borisy, G., Heald, R., Howard, J., Janke, C., Musacchio, A., & Nogales, E. (2016). Mikrotubulier: 50 år efter opdagelsen af ​​tubulin. Naturvurderinger Molecular Cell Biology, 17 (5), 322-328.
2. Buchwalter, RA, Chen, JV, Zheng, Y., & Megraw, TL Centrosome i Cell Division, Development and Disease. Els.
3. Gambarotto, D., & Basto, R. (2016). Konsekvenser af numeriske centersome defekter i udvikling og sygdom. I Microtubule Cytoskeleton (s. 117-149). Springer Wien.
4. Huston, RL (2016). En gennemgang af centrioleaktivitet og forkert aktivitet under celledeling. Fremskridt inden for biovidenskab og bioteknologi, 7 (03), 169.
5. Inaba, K., & Mizuno, K. (2016). Sæddysfunktion og ciliopati. Reproduktiv medicin og biologi, 15 (2), 77-94.
6. Keeling, J., Tsiokas, L., & Maskey, D. (2016). Cellulære mekanismer til kontrol af ciliær længde. Celler, 5 (1), 6.
7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A., Martin, KC (2016). Molekylær cellebiologi. New York: WH Freeman and Company.
8. Matamoros, AJ, & Baas, PW (2016). Mikrotuber i sundhed og degenerativ sygdom i nervesystemet. Hjerneforskningsbulletin, 126, 217-225.
9. Pellegrini, L., Wetzel, A., Grannó, S., Heaton, G., & Harvey, K. (2016). Tilbage til tubulien: mikrotubulus dynamik ved Parkinsons sygdom. Cellular and Molecular Life Sciences, 1-26.
10. Scheer, U. (2014). Historiske rødder til centrosomforskning: opdagelse af Boveris mikroskopbilleder i Würzburg. Phil. Trans. R. Soc. B, 369 (1650), 20130469.
11. Severson, AF, von Dassow, G., & Bowerman, B. (2016). Kapitel Fem-oocyt Meiotisk spindelmontering og funktion. Aktuelle emner i udviklingsbiologi, 116, 65-98.
12. Soley, JT (2016). En sammenlignende oversigt over sædcentriolarkomplekset hos pattedyr og fugle: Variationer på et tema. Dyreproduktionsvidenskab, 169, 14-23.
13. Vertii, A., & Doxsey, S. (2016). Centrosomet: En Phoenix Organelle af immunresponsen. Enkeltcellebiologi, 2016.
14. Vertii, A., Hehnly, H., & Doxsey, S. (2016). Centrosomen, en multitalent renæssanceorganel. Cold Spring Harbour Perspectives in Biology, 8 (12), a025049.
15. T Lymfocytaktivering Oprindeligt arbejde fra den amerikanske forbundsregering - public domain. Oversat af BQmUB2012110.
16. Alejandro Porto - Derivativ af fil: Aufbau einer Tierischen Zelle.jpg af Petr94. Grundlæggende skema for en eukaryot dyrecelle.
17. Kelvinsong - Centrosome Cycle (redaktionens version).svg. Oversat til spansk af Alejandro Porto.
18. Kelvinsong - Eget arbejde. Diagram over et centrosom uden den gule ramme.
19. Kelvinsong, Centriole-en, CC BY 3.0.
20. NIAID / NIH - NIAID Flickrs fotostream. Mikrograf af en human T-lymfocyt (også kaldet en T-celle) fra immunsystemet hos en sund donor.
21. Silvia Márquez og Andrea Lassalle, Tubulina, CC BY 3.0
22. Forenklet spermatozoon diagram.svg: Mariana Ruiz afledte arbejde: Miguelferig.