CENTRIOLER: FUNKTIONER OCH EGENSKAPER - VETENSKAP - 2025

De centrioler är cylindriska strukturer sammansatta av cellkluster av mikrotubuli. De består av proteinet tubulin, som finns i de flesta eukaryota celler.

Ett tillhörande par av centrioler, omgiven av en formlös massa av tätt material som kallas pericentriolar material (PCM) utgör en struktur som kallas centrosomen.

Centrioler är cylindriska strukturer som består av kluster av mikrotubuli. De flesta centrioler består av nio uppsättningar av mikrotubulärtrio, arrangerade i en cylinder.

Centriolernas funktion är att styra sammansättningen av mikrotubuli, delta i cellorganisation (position av kärnan och rumsarrangemanget i cellen), bildning och funktion av flagella och cilia (ciliogenes) och celldelning (mitos och meios).

Centrioler finns i cellstrukturer kända som centrosomer i djurceller och är frånvarande i växtceller.

Defekter i strukturen eller antalet centrioler i varje cell kan ha betydande konsekvenser för fysiologin hos en organisme, vilket kan ge förändringar i responsen på stress under inflammation, manlig infertilitet, neurodegenerativa sjukdomar och tumörbildning, bland andra.

En centriole är en cylindrisk struktur. Ett par tillhörande centrioler, omgiven av en formlös massa av tätt material (kallat "pericentriolar material" eller PCM), bildar en sammansatt struktur som kallas en "centrosom".

De ansågs obetydliga förrän för några år sedan, då det drogs slutsatsen att de var de viktigaste organellerna i ledningen av celldelning och duplikering (mitos) i eukaryota celler (främst hos människor och andra djur).

Cellen

Den sista gemensamma förfäder till allt liv på jorden var en enda cell, och den sista gemensamma förfäder till alla eukaryoter var en cilierad cell med centrioler.

Varje organisme består av en grupp samverkande celler. Organismer innehåller organ, organ består av vävnader, vävnader består av celler och celler består av molekyler.

Alla celler använder samma molekylära "byggstenar", liknande metoder för lagring, underhåll och uttryck av genetisk information och liknande processer för energimetabolism, molekyltransport, signalering, utveckling och struktur.

mikrotubuli

Under de första dagarna av elektronmikroskopi observerade cellbiologer långa tubuli i cytoplasma som de kallade mikrotubuli.

Morfologiskt liknande mikrotubuli observerades bilda fibrerna i den mitotiska spindeln, som komponenter i neuronerna och som strukturella element i cilia och flagella.

Noggrann undersökning av enskilda mikrotubuli indikerade att de alla var sammansatta av 13 longitudinella enheter (nu kallad protofilament) som består av ett huvudprotein (bestående av en nära besläktad α-tubulin och ß-tubulin subenhet) och flera proteiner associerade med mikrotubuli (MAP).

Förutom deras funktioner i andra celler är mikrotubuli väsentliga för tillväxten, morfologin, migrationen och polariteten hos nervcellen, såväl för utveckling, underhåll och överlevnad och för ett effektivt nervsystem .

Betydelsen av en delikat interaktion mellan komponenter i cytoskelettet (mikrotubuli, aktintrådar, mellanfilament och septiner) återspeglas i flera humana neurodegenerativa störningar relaterade till onormal mikrotubulodynamik, inklusive Parkinsons sjukdom och Alzheimers sjukdom.

Cilia och flagella

Cilia och flagella är organeller som finns på ytan hos de flesta eukaryota celler. De består huvudsakligen av mikrotubulor och membran.

Spermens rörlighet beror på mobila cytoskeletala element som finns i svansen, kallade axoneme. Strukturen hos axonema består av nio grupper av 2 mikrotubuli vardera, molekylmotorer (dyneiner) och deras reglerande strukturer.

Centrioler spelar en central roll i ciliogenes och cellcykelprogression. Centriole mogning ger en förändring i funktionen, vilket leder från celldelning till ciliumbildning.

Defekter i axonemets eller flimmerhinnans struktur eller funktion orsakar flera störningar hos människor som kallas ciliopatier. Dessa sjukdomar påverkar olika vävnader, inklusive ögon, njurar, hjärna, lungor och spermis rörlighet (vilket ofta leder till manlig infertilitet).

Centriolen

Nio tripletter av mikrotubulor arrangerade runt en omkrets (bildar en kort ihålig cylinder) är "byggstenarna" och huvudstrukturen i en centriole.

Under många år ignorerades centriolernas struktur och funktion, trots att 1880-talet hade centrosomen visualiserats med ljusmikroskopi.

Theodor Boveri publicerade ett seminarbete 1888 och beskrev centrosomens ursprung från spermier efter befruktningen. I sin korta meddelande från 1887 skrev Boveri att:

”Centrosomen representerar cellens dynamiska centrum; Dess uppdelning skapar centra för de bildade dottercellerna, runt vilka alla andra cellkomponenter är organiserade symmetriskt … Centrosomen är cellens verkliga delande organ, det förmedlar kärn- och celldelning "(Scheer, 2014: 1) . .

Strax efter mitten av 1900-talet, med utvecklingen av elektronmikroskopi, studerades och förklarades beteendet hos centrioler av Paul Schafer.

Tyvärr ignorerades detta arbete till stor del eftersom forskare började fokusera på resultaten från Watson och Krick på DNA.

Centrosomen

Ett par centrioler, belägna intill kärnan och vinkelrätt mot varandra, är "en centrosom." En av centriolerna kallas "far" (eller mor). Den andra är känd som "sonen" (eller dotter; den är något kortare och har sin bas fäst vid basens moder).

De proximala ändarna (vid anslutningen mellan de två centriolerna) är nedsänkta i ett proteinmoln (kanske upp till 300 eller mer), känt som mikrotubulisorganiseringscentret (MTOC), eftersom det ger det protein som är nödvändigt för konstruktion mikrotubuli.

MTOC är också känt som "pericentriolar material", och det är negativt laddat. Omvänt är de distala ändarna (bort från anslutningen mellan de två centriolema) positivt laddade.

Paret av centrioler, tillsammans med den omgivande MTOC, är kända som "centrosomen".

Centrosomduplikation

När centriolerna börjar dupliceras, skiljer sig fadern och sonen lite och sedan börjar varje centriole att bilda en ny centriole vid sin bas: fadern med en ny son och sonen med en ny son till sin egen (en "sonson"). .

Medan centriolduplicering inträffar dupliceras och separeras kärn-DNA också. Det vill säga aktuell forskning visar att centriolduplicering och DNA-separering på något sätt är kopplade.

Cellduplikation och -delning (mitos)

Den mitotiska processen beskrivs ofta i termer av en inledande fas, känd som "gränssnitt", följt av fyra utvecklingsfaser.

Under intervallet dupliceras och separeras centriolerna i två par (ett av dessa par börjar röra sig mot motsatt sida av kärnan) och DNA delar sig.

Efter duplicering av centriolerna, sträcker sig mikrotubulerna i centriolerna och anpassar sig längs kärnans huvudaxel och bildar den "mitotiska spindeln."

I den första av de fyra utvecklingsfaserna (fas I eller "Prophase") kondoseras kromosomerna och rör sig närmare varandra, och kärnmembranet börjar försvagas och upplösas. Samtidigt bildas den mitotiska spindeln med paren av centrioler som nu är placerade vid spindelns ändar.

I den andra fasen (fas II eller "metafas") är kromosomsträngarna i linje med den mitotiska spindelns axel.

I den tredje fasen (fas III eller "Anafas") delas kromosomkedjorna och rör sig till motsatta ändar av den nu långsträckta mitotiska spindeln.

Slutligen, i den fjärde fasen (fas IV eller "Telofas"), bildas nya kärnmembran runt de separerade kromosomerna, den mitotiska spindeln faller isär, och cellseparationen börjar slutföras med hälften av den cytoplasma som följer med varje ny kärna.

I varje ände av den mitotiska spindeln utövar paren av centrioler ett viktigt inflytande (uppenbarligen relaterat till krafterna som utövas av de elektromagnetiska fälten genererade av de negativa och positiva laddningarna vid dess proximala och distala ändar) under hela celldelningen.

Centrosomen och immunsvaret

Exponering för stress påverkar en organisms funktion, kvalitet och livslängd. Den stress som genereras, till exempel av en infektion, kan leda till inflammation i de infekterade vävnaderna och aktivera immunresponsen i kroppen. Detta svar skyddar den drabbade organismen och eliminerar patogenen.

Många aspekter av immunsystemets funktionalitet är välkända. Emellertid förblir de molekylära, strukturella och fysiologiska händelserna i vilka centrosomen är involverade en gåt.

Nyligen genomförda studier har upptäckt oväntade dynamiska förändringar i centrosomens struktur, placering och funktion under olika stressrelaterade förhållanden. Till exempel, efter att ha efterliknat villkoren för en infektion, har en ökning av PCM- och mikrotubuliproduktion påträffats i mellanfasceller.

Centrosomer vid immunsynaps

Centrosomen har en mycket viktig roll i strukturen och funktionen i den immunologiska synapsen (SI). Denna struktur bildas genom specialiserade interaktioner mellan en T-cell och en antigenpresenterande cell (APC). Denna cell-cell-interaktion initierar migreringen av centrosomen mot SI och dess efterföljande koppling till plasmamembranet.

Centrosomdockning i SI liknar den som observerades under ciliogenes. I detta fall initierar det emellertid inte sammansättningen av cilia, utan deltar snarare i organiseringen av SI och utsöndring av cytotoxiska vesiklar för att lysa målcellerna och blir ett nyckelorgan i aktiveringen av T-celler.

Centrosomen och värmestress

Centrosomen är målet för "molekylära chaperoner" (uppsättning proteiner vars funktion är att hjälpa vikningen, montering och cellulär transport av andra proteiner) som ger skydd mot exponering för värmechock och stress.

Stressfaktorer som påverkar centrosomen inkluderar DNA-skador och värme (såsom de som drabbats av celler från feberpatienter). DNA-skada initierar DNA-reparationsvägar, vilket kan påverka centrosomfunktion och proteinsammansättning.

Spänningen som genereras av värme orsakar modifiering av centriole-strukturen, störningen av centrosomen och fullständig inaktivering av dess förmåga att bilda mikrotubuli, förändra bildningen av den mitotiska spindeln och förhindra mitos.

Störning av centrosomernas funktion under feber kan vara en adaptiv reaktion för att inaktivera spindelpolarna och förhindra onormal DNA-delning under mitos, särskilt med tanke på den potentiella dysfunktionen av flera proteiner efter värmeinducerad denaturering.

Det kan också ge cellen extra tid att återställa sin pool av funktionella proteiner innan celldelningen startas om.

En annan konsekvens av centrosominaktiveringen under feber är dess oförmåga att överföra till SI för att organisera den och delta i utsöndring av cytotoxiska vesiklar.

Onormal utveckling av centriolerna

Utvecklingen av centriole är en ganska komplex process och även om en serie reglerande proteiner deltar i den kan olika typer av fel uppstå.

Om det finns en obalans i andelen proteiner kan dottercentriolen vara defekt, dess geometri kan förvrängas, axlarna hos ett par kan avvika från vinkelrätt, flera dottercentrioler kan utvecklas, dottercentriolen kan nå full längd innan tid, eller avkopplingen av paren kan försenas.

När det finns en felaktig eller fel duplicering av centrioler (med geometriska defekter och / eller multipel duplicering), ändras DNA-replikering, kromosomal instabilitet (CIN) inträffar.

På liknande sätt leder centrosomdefekter (till exempel en förstorad eller förstorad centrosom) till CIN och främjar utvecklingen av flera dottercentrioler.

Dessa utvecklingsfel genererar skador på celler som till och med kan leda till malign sjukdom.

Onormala centrioler och maligna celler

Tack vare ingripandet av reglerande proteiner, när avvikelser upptäcks i utvecklingen av centriolerna och / eller centrosomen, kan cellerna implementera självkorrigering av avvikelserna.

Men om självkorrigering av abnormiteten inte uppnås, kan onormala eller multipeldottercentrioler ("supernumerära centrioler") leda till generering av tumörer ("tumörgenes") eller celldöd.

De supernumära centriolerna tenderar att sammanfalla, vilket leder till gruppering av centrosomen ("centrosomförstärkning" som är karakteristisk för cancerceller), förändrar cellpolaritet och den normala utvecklingen av mitos, vilket resulterar i uppkomsten av tumörer.

Celler med supernumrerande centrioler kännetecknas av ett överskott av pericentriolar material, avbrott i den cylindriska strukturen eller överdriven längd på centriolerna och centriolerna som inte är vinkelräta eller dåligt placerade.

Det har föreslagits att kluster av centrioler eller centrosomer i cancerceller kan tjäna som en "biomarkör" vid användning av terapeutiska och avbildande medel, såsom superparamagnetiska nanopartiklar.

referenser

1. Borisy, G., Heald, R., Howard, J., Janke, C., Musacchio, A., & Nogales, E. (2016). Mikrotubuli: 50 år från upptäckten av tubulin. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 17 (5), 322-328.
2. Buchwalter, RA, Chen, JV, Zheng, Y., & Megraw, TL Centrosome in Cell Division, Development and Disease. ELS.
3. Gambarotto, D., & Basto, R. (2016). Konsekvenser av numeriska centersome defekter i utveckling och sjukdom. I Microtubule Cytoskeleton (sid. 117-149). Springer Wien.
4. Huston, RL (2016). En granskning av Centriole Activity och Wrongful Activity under Cell Division. Framsteg inom biovetenskap och bioteknik, 7 (03), 169.
5. Inaba, K., & Mizuno, K. (2016). Spermdysfunktion och ciliopati. Reproduktiv medicin och biologi, 15 (2), 77-94.
6. Keeling, J., Tsiokas, L., & Maskey, D. (2016). Cellulära mekanismer för kontroll av ciliär längd. Celler, 5 (1), 6.
7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A., Martin, KC (2016). Molekylär cellbiologi. New York: WH Freeman and Company.
8. Matamoros, AJ, & Baas, PW (2016). Mikrotubulor vid hälsa och degenerativ sjukdom i nervsystemet. Hjärnforskningsbulletin, 126, 217-225.
9. Pellegrini, L., Wetzel, A., Grannó, S., Heaton, G., & Harvey, K. (2016). Tillbaka till tubuli: mikrotubulusdynamik vid Parkinsons sjukdom. Cellular and Molecular Life Sciences, 1-26.
10. Scheer, U. (2014). Historiska rötter till centrosomforskning: upptäckt av Boveris mikroskopglas i Würzburg. Fil. Trans. R. Soc. B, 369 (1650), 20130469.
11. Severson, AF, von Dassow, G., & Bowerman, B. (2016). Kapitel Five-Oocyte Meiotic Spindle Assembly och Function. Aktuella ämnen i utvecklingsbiologi, 116, 65-98.
12. Soley, JT (2016). En jämförande översikt över spermiecentriolarkomplexet hos däggdjur och fåglar: Variationer på ett tema. Djurreproduktionsvetenskap, 169, 14-23.
13. Vertii, A., & Doxsey, S. (2016). Centrosomen: En Phoenix Organelle of the Immune Response. Enkelcellsbiologi, 2016.
14. Vertii, A., Hehnly, H., & Doxsey, S. (2016). Centrosomen, en mångfaldig renässansorgan. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 8 (12), a025049.
15. T Lymfocytaktivering Originalverk av den amerikanska federala regeringen - public domain. Översatt av BQmUB2012110.
16. Alejandro Porto - Derivativ av fil: Aufbau einer Tierischen Zelle.jpg av Petr94. Grundläggande schema för en eukaryot djurcell.
17. Kelvinsong - Centrosome Cycle (redaktörens version) .svg. Översatt till spanska av Alejandro Porto.
18. Kelvinsong - Eget arbete. Diagram över en centrosom utan den gula ramen.
19. Kelvinsong, Centriole-en, CC BY 3.0.
20. NIAID / NIH - NIAID Flickrs fotostream. Mikrografi av en human T-lymfocyt (även kallad en T-cell) från immunsystemet hos en frisk givare.
21. Silvia Márquez och Andrea Lassalle, Tubulina, CC BY 3.0
22. Förenklad spermatozoon diagram.svg: Mariana Ruiz derivatarbete: Miguelferig.