Інформація

Скільки центріолей/базальних тілець є в багатовійкових клітинах протягом клітинного циклу?

Скільки центріолей/базальних тілець є в багатовійкових клітинах протягом клітинного циклу?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Я думав, що на клітину є лише дві центріолі, які перетворюються на базальне тіло в якийсь момент клітинного циклу. Я також думав, що на війку припадає одне базальне тіло, тому мені не зрозуміло, звідки беруться інші базальні тіла. Я хотів би знати розподіл базальних тілець і центріолей протягом клітинного циклу в багатовійкових організмів/клітин.


На одну війку припадає одне базальне тіло. Під час поділу клітини центросома має дві центріолі, проте під час диференціювання цитованих клітин відбувається ампліфікація базальних тілець, що утворюються з центріолей.

У багатовійчастих клітинах базальні тіла виникають двома шляхами: 1. de-novo / дейтеросомний / ацентріолярний шлях і 2. центріолярний шлях.

У роботі, виконаній Al Jord et al (2014), взаємодія цих двох шляхів була вивчена в епендимальних клітинах мозку. Дослідження показує, що після поділу, коли клітина починає диференціюватися, дочірня центріоль служить місцем для створення дейтеросом. На цьому етапі дейтеросомні незалежні процентріолі також зароджуються (центріолярний шлях) як на материнській, так і на дочірній центріолі. Проте внесок у базальні тіла переважно здійснюють дейтеросоми.

більше 90% центріолей були створені через дейтеросоми і менше 10% безпосередньо з центросомної центріолі

Наступний малюнок добре пояснює процес.

Я не дуже впевнений щодо багатоцільових одноклітинних організмів. Я припускаю, що вони зберігають старі базальні тіла, а нові створюються за подібним механізмом. Більшість інфузорій також можуть піддаватися статевому розмноженню.


Здається, що в багатоцілійних клітинах на одну війку припадає одне базальне тіло. Дуплікація центріолі (наскільки я розумію, базальне тіло – це лише інша назва центріолі, яка прикріплена до війки) тісно пов’язана з клітинним циклом. У основі первинної війки завжди є одна пара центріолей (з яких у більшості клітин є рівно одна).

Але не в багатоцилійних клітинах. Ці клітини диференційовані і більше не можуть ділитися, а процес їх центріолі відокремлений від клітинного циклу. Насправді вони, строго кажучи, не є «дублюючими», оскільки навколо одного циліндра може утворюватися багато процентріолярних тіл. Дійсно, кожна війка має своє базальне тіло; таким чином, клітина з сотнями війок має сотні базальних тілець.

  • Ishikawa 2011 — це огляд, який досліджує структуру первинних і рухливих війок, а також циліогенез. Не вказано, як туди потрапляє базальне тіло.
  • Anderson 1971 описує утворення нових вій у яйцепроводі мавп. Спочатку вони видаляють яєчники цих мавп, щоб запобігти диференціації клітин (для цього, очевидно, потрібен естроген), потім вводять естроген і переглядають ЕМ-зображення клітин протягом наступних 6 днів. Вони докладно описують процеси формування базального тіла.
  • Dirksen 1991 — ще один огляд, присвячений формуванню базального тіла під час циліогенезу. З їхнього вступу:

    Для того щоб сформуватись 200-300 війок, які знадобляться повністю диференційованій клітині, спочатку потрібно створити таку кількість центріолей. Після останнього поділу клітина зазвичай зберігає пару центріолей. Наскільки ці зрілі центріолі беруть участь у ранніх стадіях формування центріолі, на яких утворюються структури-попередники центріолі різних розмірів і форм і зазнають трансформаційних змін великої складності, в основному невідомо..

  • Сорокін 1968, очевидно, є класичним текстом, який розглядає ЕМ-зображення циліогенезу на різних етапах і пропонує ряд подій, що описують те, що відбувається. Це, мабуть, те, що ви хочете, повторно: звідки беруться інші базальні тіла.

  • Bettencourt-Dias 2007 оглядає дослідження утворення нових базальних тіл. Це ще одна публікація, яка дуже прямо відповідає на ваше запитання:

    Багато війкових клітин, наприклад, у дихальних і репродуктивних шляхах хребетних, можуть мати 200-300 війок на клітину. Це вимагає створення кількох центріолей під час циліогенезу. Тут центріолі генеруються двома шляхами, центріолярним і ацентріолярним механізмом. У першому з батьківської центріолі зазвичай народжується одна дочка за раз; однак у деяких випадках спостерігали, що навколо однієї батьківської центріолі одночасно розвивається кілька центріолей, при цьому дочірні центріолі вивільняються в цитоплазму для дозрівання. Ацентріолярний шлях є основним шляхом вироблення базального тіла. На цьому шляху фіброзні гранули 124 діаметром 70-100 нм спочатку з’являються в цитоплазмі, а потім переміщаються в апікальну цитоплазму. Дейтеросоми з’являються в межах області. (…) Кілька процентріолі можуть виростати з дейтеросом, а зрілі дочірні центріолі рухаються до апікальної області, де утворюють базальні тіла циліарних.


Збереження центросом і війок

Центросоми і війки присутні в організмах з усіх гілок еукаріотичного дерева життя. Ці структури складаються з мікротрубочок та різних інших білків і необхідні для багатьох клітинних процесів, таких як структурування цитоскелета, відчуття навколишнього середовища та рухливість. Дерегуляція компонентів центросом і війок призводить до широкого спектру захворювань, деякі з яких несумісні з життям. Вважається, що центросоми і війки дуже стабільні і можуть зберігатися протягом тривалого періоду часу. Однак ці структури можуть зникати на певних стадіях розвитку та при певних захворюваннях. Крім того, деякі компоненти центросом і вій досить динамічні. Хоча було створено велику кількість знань про біогенез цих структур, мало відомо про те, як вони зберігаються. У цьому огляді ми пропонуємо існування специфічних програм підтримки центросом і війок, які регулюються під час розвитку та гомеостазу, і коли їх дерегуляція може призвести до захворювання.


Вступ

Пов’язані з NIMA протеїнкінази (Nrks або Neks) називають «третім сімейством мітотичних кіназ» (O'Connell et al., 2003). Білки Nek мають добре збережений N-кінцевий домен кінази, але мають розбіжні С-кінцеві хвости різної довжини (див. O'Connell et al., 2003). Разом із сімействами кіназ Polo та Aurora деякі члени сімейства Nek беруть участь у регулюванні подій, що відбуваються після активації Cdc2. Хоча функціональна характеристика більшості цих кіназ знаходиться на ранніх стадіях, дослідження досі свідчать про те, що більшість Neks мають функції, пов’язані з клітинним циклом.

Існує одинадцять ортологічних генів Nek у мишей і людей (Таблиця 1) (Caenepeel et al., 2004 Forrest et al., 2003). Філогенетичний аналіз 81 послідовності Nek з широкого спектру еукаріотів і чотирьох кіназ з-за меж сімейства дає філогенетичне дерево, в якому більшість гілок погано розрізнені (не показано). З них три добре розділені клади показані на рис. 1. Зауважте, що цей аналіз не включає 39 Neks, нещодавно знайдених в геномі інфузорії. Tetrahymena thermophila (Й.Гертіг, особисте спілкування). Це велике розширення сімейства Nek може відображати численні та спеціалізовані війки, знайдені на цьому складному одноклітинному організмі, оскільки деякі з цих білків, здається, регулюють довжину війок (J. Gaertig, особисте спілкування). Тим не менш, специфічні для родоводу розширення, такі як ті, що спостерігаються у вищих рослин і тетрагімена, є менш інформативними щодо функцій предків. Таким чином, у цьому коментарі ми зосереджуємось на членах сім’ї, які, швидше за все, нададуть такі підказки.

Запропоновані функції нексів ссавців

Білок . Запропоновані функції та локалізації . Посилання .
Nek1 hNek1
Взаємодіє з білками полікістозу нирок (PKD). Сурпілі та ін., 2003
mNek1
Причинна мутація в кат мишача модель прогресивної PKD Упадхья та ін., 2000
Роль у реакції на пошкодження ДНК Polci та ін., 2004
Nek2 hNek2
Локалізується в центросомах і кінетохорах Фрай та ін., 1998b
Фосфорилює C-Nap1 і Nlp At центросоми Фрай та ін., 1998a
Регулює розщеплення центросом на G2-M Rapley et al., 2005
Фосфорилює Hec1 на кінетохорах, можлива роль у контрольній точці веретена Чен та ін., 2002
Nek3 hNek3
Пов’язані з Vav2 модулюють передачу сигналів рецепторів пролактину Міллер та ін., 2005
mNek3
Переважно локалізовані в цитоплазмі, не виявлено змін активності Nek3, що залежать від клітинного циклу Танака і Нігг, 1999
Nek4 Немає відомих функцій
Nek5 Немає відомих функцій
Nek6 і Nek7 hNek6 і hNek7
Nek6 і 7 зв'язуються з C-кінцевим хвостом Nek9 Nek9 фосфорилює і активує Nek6 під час мітозу Belham та ін., 2003
Пригнічення функції Nek6 зупиняє клітини в метафазі і запускає апоптоз Інь та ін., 2003
Nek8 hNek8
Надмірно виражений при первинних пухлинах молочної залози людини Бауерс і Бойлан, 2004
mNek8
Причинна мутація в jck миша модель рецесивної ювеніальної кістозної хвороби нирок Лю та ін., 2002
Nek9 hNek9
Асоціюється з Bicd2 і фосфорилює in vivo Холланд та ін., 2002
Регулює вирівнювання хромосом і сегрегацію в мітозі Ройг та ін., 2002
Опосередковує центросомну та хромосомну організацію мікротрубочок Ройг та ін., 2005
Активує Nek6 під час мітозу Belham та ін., 2003
Регулює прогресування G1 і S шляхом взаємодії з комплексом FACT Тан і Лі, 2004
Nek10 Немає відомих функцій
Nek11 hNek11
Реплікація ДНК/ушкодження кінази, що реагують на стрес, можуть відігравати роль у контрольній точці S-фази Ногучі та ін., 2002
Колокалізований з Nek2A в ядерцях, активується Nek2A в клітинах, затриманих на G1-S Ногучі та ін., 2004
Білок . Запропоновані функції та локалізації . Посилання .
Nek1 hNek1
Взаємодіє з білками полікістозу нирок (PKD). Сурпілі та ін., 2003
mNek1
Причинна мутація в кат мишача модель прогресивної PKD Упадхья та ін., 2000
Роль у реакції на пошкодження ДНК Polci та ін., 2004
Nek2 hNek2
Локалізується в центросомах і кінетохорах Фрай та ін., 1998b
Фосфорилює C-Nap1 і Nlp At центросоми Фрай та ін., 1998a
Регулює розщеплення центросом на G2-M Rapley et al., 2005
Фосфорилює Hec1 на кінетохорах, можлива роль у контрольній точці веретена Чен та ін., 2002
Nek3 hNek3
Пов’язані з Vav2 модулюють передачу сигналів рецепторів пролактину Міллер та ін., 2005
mNek3
Переважно локалізовані в цитоплазмі, не виявлено змін активності Nek3, що залежать від клітинного циклу Танака і Нігг, 1999
Nek4 Немає відомих функцій
Nek5 Немає відомих функцій
Nek6 і Nek7 hNek6 і hNek7
Nek6 і 7 зв'язуються з C-кінцевим хвостом Nek9 Nek9 фосфорилює і активує Nek6 під час мітозу Belham та ін., 2003
Пригнічення функції Nek6 зупиняє клітини в метафазі і запускає апоптоз Інь та ін., 2003
Nek8 hNek8
Надмірно виражений при первинних пухлинах молочної залози людини Бауерс і Бойлан, 2004
mNek8
Причинна мутація в jck миша модель рецесивної ювеніальної кістозної хвороби нирок Лю та ін., 2002
Nek9 hNek9
Асоціюється з Bicd2 і фосфорилює in vivo Холланд та ін., 2002
Регулює вирівнювання хромосом і сегрегацію в мітозі Ройг та ін., 2002
Опосередковує центросомну та хромосомну організацію мікротрубочок Ройг та ін., 2005
Активує Nek6 під час мітозу Belham та ін., 2003
Регулює прогресування G1 і S шляхом взаємодії з комплексом FACT Тан і Лі, 2004
Nek10 Немає відомих функцій
Nek11 hNek11
Реплікація ДНК/ушкодження кінази, що реагують на стрес, можуть відігравати роль у контрольній точці S-фази Ногучі та ін., 2002
Колокалізований з Nek2A в ядерцях, активується Nek2A в клітинах, затриманих на G1-S Ногучі та ін., 2004

Скорочення: h, людський m, мишачий ФАКТ, `полегшує транскрипцію шаблонів хроматину'.

Нижче ми розглянемо те, що відомо про білки Nek в основному в контексті клад, тому що, незважаючи на потенціал суттєвої еволюції функції, ми хочемо дослідити можливість того, що білки всередині клади можуть мати спільні взаємодії білка і білка предків і збережені клітинні функції. . Ми зосереджуємось на найкращих характеристиках членів сім’ї, а не надаємо вичерпний каталог початкових характеристик. Потім ми досліджуємо гіпотезу про те, що сімейство Nek коеволюціонувала з центріолями, які виконують подвійні функції як базальні тіла та фокуси для мітотичних веретен.


Цикл подвоєння центріолі

Центросоми є основним центром організації мікротрубочок клітин тварин і є важливими для багатьох важливих клітинних процесів і процесів розвитку від поляризації клітини до поділу клітини. У ядрі центросоми знаходяться центріолі, які набирають перицентріолярний матеріал для формування центросоми і діють як базальні тіла для формування ядра війок і джгутиків. Дефекти структури, функції та кількості центріолі пов’язані з різними захворюваннями людини, включаючи рак, захворювання мозку та циліопатії. У цьому огляді ми обговорюємо останні досягнення в нашому розумінні того, як збираються нові центріолі та як контролюється кількість центріолі. Ми пропонуємо загальну модель для контролю дуплікації центріолі, в якій спільне зв’язування факторів дуплікації визначає центріолі «походження дуплікації», яка ініціює дуплікацію, а проходження через мітоз впливає на зміни, які дають дозвіл центріолі для нового раунду дуплікації в наступному клітинному циклі. Ми також зосереджуємось на варіаціях на загальну тему, в якій багато центріолі створюються в одному клітинному циклі, включаючи спеціалізовані структури, пов’язані з цими варіаціями, дейтеросому в клітинах тварин і блефаропласт у нижчих рослинних клітинах.

1. Введення

Центріоли – це циліндричні структури з характерним морфологічним мотивом дев’яти спеціалізованих мікротрубочок, симетрично розташованих навколо центрального ядра (рис. 1).а). Зрілі центріолі диференціюються по своїй довжині для різних функцій. Дистальний кінець центріолі часто спеціалізується шляхом додавання придатків для організації мікротрубочок і зародження війки [1,2], а також взаємодіє з плазматичною мембраною під час циліогенезу. Проксимальний кінець центріолі спеціалізований для набору матриці білків перицентріолярного матеріалу, які підтримують зародження мікротрубочок і організацію масивів мікротрубочок [3]. Центріоли є у всіх видів еукаріотів, які утворюють війки і джгутики, але відсутні у вищих рослин і вищих грибів, які не мають війок. Важливо, що базові члени рослин і грибів мають центріолі та війки, що свідчить про те, що ці органели є одними з ознак, які визначали найдавнішого предка еукаріотів [4].

Малюнок 1. Шлях збирання центріолі у хребетних. (а) Центріоли – це циліндричні структури, що складаються з дев’яти триплетів мікротрубочок, симетрично розташованих навколо центрального ядра. Компоненти, важливі для обговорення, зазначені в легенді. Зображено поздовжній зріз материнської центріолі, яка має два типи придатків, дистальні та субдистальні, і позбавлена ​​внутрішньої структури колеса. Основа материнської центріолі вбудована в перицентріолярний матеріал. Формування процентріолі ініціювали збиранням ніжки і колеса з боку материнської центріолі. (а: 1–4) Стадії утворення процентріолі, зображені на поперечному розрізі центріолі за точкою X в поздовжньому розрізі. Материнська центріоль не показана в (а: 2–4) для наочності, але присутній і зачеплений з процентріолем протягом усього показаного процесу. (а-1) PLK4 накопичується в одному фокусі разом з CEP152 і CEP192, які розподілені кільцями по окружності центріолі. PLK4 стимулює збірку стрижня і дев'ятикратного симетричного колеса, які забезпечують структуру процентріоля і утримують його в зачепленні з материнською центріолем. (а-2) Дев'ять А-трубочок утворені комплексом гамма-тубулінового кільця (гамма-TURC) разом з колесом візка. Вони ростуть в одному напрямку від проксимального до дистального кінця центріолі. А-трубочки залишаються обмеженими гамма-TURC протягом усього процесу складання, в кінцевому підсумку втрачені в кінці мітозу. (а-3) В- і С-трубочки утворюються за механізмом, не залежним від гамма-TURC, і ростуть до тих пір, поки не досягнуть довжини А-трубочки. (а-4) Дистальний кінець центріолі утворений подовженням A- і B-канальцев, створюючи структурно відмінний дистальний домен. (б) Розчеплення центріолі при переході від M-G1. (i) Центросома в метафазі мітозу, із залученими материнською центріоллю та процентріолею. (ii) Центросома в G1, після мітозу, з роз’єднаними материнською та дочірньою центріолями. Колесо візка розібрано з дочірньої центріолі. Зауважте, що субдистальні придатки розбираються під час мітозу, але складові білки залишаються пов’язаними з центріоллю. Вони зображені у вигляді недиференційованих сфер в мітотичній центріолі на місці субдистальних придатків. (Онлайн-версія в кольорі.)

Структурна складність центріолей відображається у великій кількості білків центріолей, ідентифікованих комбінацією геномного та протеомного підходів за останнє десятиліття [5–19]. Деякі з білків центріолей зберігаються в усіх організмах з центріолями, що свідчить про те, що центріолі у дивергентних еукаріотів, ймовірно, походять від спільної предкової структури [4,20,21]. Навпаки, деякі білки центріолі є унікальними для певної підгрупи організмів і тканин, і ці відмінності, ймовірно, пов’язані з різноманітністю контекстів, у яких центріолі збираються та функціонують.

У клітинах, що діляться, центріолі дублюються один раз за клітинний цикл, прилегли до вже існуючої центріолі. Що визначає структуру центріолі, її розташування, орієнтацію та кількість копій, було давнім питанням з часів перших спостережень за подіями центріолі. «Список частин» для центріолі, ймовірно, майже повний, і останнім завданням було розібратися, як ці частини поєднуються між собою для складання центріолі. У цьому огляді ми спочатку обговорюємо основні механізми морфологічного дублювання центріолей і як встановлюється складна ультраструктура центріолей з дев’ятикратною симетрією та чітко визначеною довжиною.Далі ми описуємо прогрес у нашому розумінні того, як клітини забезпечують кількість копій центріолі в послідовному поділі клітини, а також як ці механізми контролю змінюються в різних контекстах.

2. Морфологічне дублювання центріолей–біогенез центріолі

Структура центріолей надзвичайно збережена в усьому еукаріотичному царстві (рис. 1а). Усі відомі центріолі мають циліндричну форму і складаються з дев’ятикратного симетричного масиву мікротрубочок. Однак серед різних організмів ці масиви мікротрубочок можуть містити синглетні, дублетні або триплетні мікротрубочки, а розмір центріолі коливається від 100 до 250 нм в діаметрі та від 100 до 400 нм в довжину [4]. Як зазвичай в біології, є деякі відомі винятки з цих правил, які імовірно представляють еволюційну адаптацію збереженої структури [22]. Морфологічні події циклу дуплікації центріолі були добре визначені за допомогою електронної мікроскопії на ультраструктурному рівні [23–27] (рис. 1). Дуплікація центріолі починається на переході G1–S, коли нова дочірня центріоль, яка називається процентріоля, починає рости ортогонально від проксимального кінця кожної з двох існуючих центріолей, які називаються материнськими центріолями. Після утворення процентріоли подовжуються через фази S і G2. Наприкінці мітозу мітотичне веретено відокремлює дубльовані пари центріолей, так що кожна отримана дочірня клітина містить дві центріолі. Тут ми обговорюємо те, що відомо про те, як морфологічне дублювання визначальних ознак центріолей досягається в кожному клітинному циклі.

Першим кроком у циклі дублювання центріолі є утворення процентріолі, що прилягає до материнської центріолі (рис. 1а). Це відбувається лише в одному місці на центріоль, щоб забезпечити контроль кількості центріолі. Ми будемо називати цей сайт джерелом дуплікації центріолі за аналогією з реплікацією ДНК. Що визначає місце виникнення дуплікації центріолі? З’являються дані свідчать про те, що три білки центріолі, PLK4, SASS6 і STIL, мають навчальну функцію в цьому процесі, оскільки всі вони локалізуються в місці складання процентріолі на переході G1–S, коли починається збірка центріолі. SASS6 є структурним компонентом колеса візка, дев’ятикратної симетричної шаблонної структури всередині проксимального кінця центріолі (див. інший розділ) [28–30], а STIL пов’язаний із SASS6 [31–34].

Хоча раніше повідомлялося, що SASS6 був найранішим маркером на місці збирання процентріолі [35], у двох незалежних звітах виявлено, що PLK4, поло-подібна кіназа, необхідна для утворення центріолі [36,37], локалізується в точковій структурі на цей сайт до SASS6, що припускає, що він набирає SASS6 [36,37] (рис. 1а-1). в Caenorhabditis elegans, SAS-6 залучається до центріолі за допомогою ZYG-1, функціонального ортолога PLK4, таким чином, це може бути еволюційно збереженим механізмом визначення місця збирання центріолі [38]. Вражаюче, що PLK4 на центріолі змінюється з кільцеподібної локалізації навколо циліндра центріолі (початок G1) до точкової локалізації (перехід G1–S), і ця зміна збігається з ініціацією подвіювання центріолі нижче за течією, що додатково підтримує роль PLK4 у маркуванні походження дуплікації центріолі [36]. Ці дослідження ідентифікують PLK4 як найраніший маркер, який локалізується в місці збирання процентріолі, і враховуючи, що PLK4 є протеїнкіназою, найбільш простою моделлю було б те, що фосфорилювання PLK4 білків, що знаходяться нижче по ходу, у збірці центріолі ініціює процес. Хоча було показано, що деякі білки є субстратами PLK4 в пробірці, включаючи деякі білки дуплікації центріолі [39–42], досі немає прямого зв’язку між активністю кінази PLK4 та ініціацією центріолі.

Якщо PLK4 визначає походження дуплікації центріолі, що націлює PLK4 на центріолі в потрібний час і місце? Останні дослідження показують, що два PLK4-зв’язуючі білки є важливими в цьому процесі. Рекрутинг PLK4 (або ZYG-1) до центріолі залежить від Asterless у дрозофіла [43] і на СПД-2 в C. elegans [44,45]. Цікаво, що в клітинах ссавців ортологи цих двох білків, CEP152 і CEP192, відповідно, взаємодіють з PLK4 і співпрацюють у залученні PLK4 в центріолі [36,46] (рис. 1).а-1). Цей рекрутинг залежить від електростатичної взаємодії між позитивно зарядженим доменом polo-box PLK4 і кислотними областями CEP192 і CEP152 [36,46]. І CEP152, і CEP192 розподілені симетрично по колу циліндра центріолі [37,47], тому, хоча ці дослідження дають привабливе пояснення того, як PLK4 залучається до центріолі, вони не вирішують фундаментального питання, яке полягає в тому, як єдине місце для ініціації морфологічної події, обране з радіально-симетричної поверхні? Це, по суті, подія порушення симетрії, подібна до вибору однієї ділянки для формування бруньок у дріжджів, що брунькуються [48], або встановлення осей C. elegans ембріон [49,50]. У цих випадках і, ймовірно, при ініціації центріолі, існує певна форма кооперативності або позитивного зворотного зв’язку, що призводить до асиметричного накопичення відповідних білків на симетричному фоні. Таким чином, можливо, що асоціація PLK4 з CEP192 та/або CEP152 має такі кооперативні властивості, або що кіназна активність PLK4 забезпечує певний механізм позитивного зворотного зв’язку для цієї асоціації. Важливо, що така модель буде критично залежати від концентрації PLK4 в клітині, і що концентрація буде ненасиченою по відношенню до її партнерів по зв’язуванню, як описано нижче, концентрація PLK4, як відомо, є критичною для обмеження дуплікації в одному місці.

Після того, як місце походження дуплікації центріолі визначено на материнській центріолі, наступним кроком є ​​формування колеса візка [22] (рис. 1).а-1). Дев’ятикратна симетрична структура колеса візка є похідною від внутрішньої дев’ятикратної симетрії олігомерів SASS6, які утворюють колесо [28,30]. Механізм утворення колеса висвітлюється в іншому огляді цього тематичного випуску. Колесо візка диктує дев’ятикратну симетрію центріолей і ініціює послідовну збірку дев’яти триплетних мікротрубочок. Цікаво, що в деяких випадках (включаючи ссавців) колесо візка втрачається від зрілих центріолей [22,51], тому потрібно створювати, а не підтримувати структуру центріолі. Аналіз очищених центросом людини кріоелектронною томографією показав, що центр, або втулка, колеса візка знаходиться на кінці ніжки, яка з’єднана з стороною проксимального кінця материнської центріолі [51] (рис. 1).а-1). Ця стеблинка, ймовірно, є фізичною ланкою, яка утримує процентріоль і материнську центріоль до кінця мітозу. Ми будемо дотримуватись звичаю називати нову центріоль процентріолем, коли вона зачеплена з материнською центріолею, і як дочірню центріоль, коли вона розчеплена.

Як мікротрубочки додаються до дев’ятикратного симетричного колеса, щоб утворити триплети мікротрубочок, які зустрічаються у більшості видів? Мікротрубочки всередині триплету позначаються A-, B- і C-трубочками, причому A- є повною мікротрубочкою і проксимальніше внутрішньої частини центріолі, а B- і C-трубочки мають спільну стінку з A- або В-трубочки відповідно. Кріоелектронна томографія процентріолей [51] показує, що А-трубочки на своєму мінусовому кінці закриті конічною структурою, що нагадує структуру комплексу гамма-тубулінового кільця [52–54] (рис. 1).а-2). Згідно з цим спостереженням повідомлялося, що гамма-тубулін локалізується в ядрі центріолі ссавців, на додаток до перицентріолярного матеріалу [55,56]. Функціональні дослідження в широкому діапазоні організмів, у тому числі тетрагімена і Парамецій виявили важливу роль гамма-тубуліну під час дуплікації центріолі, що вказує на те, що він має дуже консервативну роль у збиранні центріолі [57–59]. Ці результати свідчать про те, що гамма-тубулін разом з колесом візка створює зародок А-трубочки, яка потім зростає у міру подовження центріолі. Після зародження і подовження А-канальцев утворюються В- і С- трубочки, але не закриті на своєму мінусовому кінці, що свідчить про те, що їх збірка ініційована іншим механізмом (рис. 1).а-3).

У деяких організмах мікротрубочки центріолі є синглетами або дублетами в більшості клітин, а не триплетами. Наприклад, C. elegans центріолі мають синглетні мікротрубочки. Незрозуміло, що потрібно для виготовлення спеціалізованих дублетних і триплетних мікротрубочок. Нещодавні дослідження центріолі за допомогою кріо-електронної мікроскопії [60,61] чітко показують, що з мікротрубочками центріолі пов’язані щільності білка, що свідчить про те, що інші білки, крім альфа- та бета-тубуліну, необхідні для створення або стабілізації , їх. Цікаво відзначити, що хоча альфа-, бета- і гамма-тубулін зберігаються у всіх еукаріотів, інші члени сімейства тубулінів — ні [62], навіть у організмів, які мають центріолі та війки. Це вказує на те, що інші члени сімейства тубулінів не можуть бути суттєвими для дублювання основної структури центріолі, хоча вони можуть знадобитися для розробки дистального кінця центріолі (див. нижче).

Іншим аспектом морфологічного дублювання центріолей є подовження центріолей до певної довжини (рис. 1).а-4), яка варіюється у різних видів і навіть у різних типів клітин у межах виду. Враховуючи описану вище морфологію, в якій центріолярні мікротрубочки формуються на центральній структурі коліщатка [63,64], проста гіпотеза для контролю довжини полягає в тому, що довжина колеса візка обмежує подовження центріолярних мікротрубочок. Це узгоджується із спостереженням, що деякі дуже довгі центріолі мають дуже довге колесо візка [65]. У багатьох організмах триплетні мікротрубочки виходять за межі коліщатка, що містить проксимальну зону центріолі, а в деяких (включаючи ссавців) А- і В-трубочки поширюються ще далі, таким чином, що вимагає POC5 [66]. Саме до цієї дистальної дуплетної області центріолі прикріплюються дистальні та субдистальні придатки. Ці етапи подовження відбуваються в контексті циклу дуплікації центріолі, і цілком ймовірно, що вони, як і інші події дуплікації, є регульованими процесами, оскільки подовження мікротрубочок центріолі відбувається набагато повільніше, ніж полімеризація мікротрубочок загалом. Нарешті, центріоль відповідної довжини повинна бути обмежена на плюсовому кінці CP110 і пов’язаними білками [63,64]. Цю кришку необхідно видалити, щоб забезпечити подовження дублетів аксонемних мікротрубочок під час формування війки, але передчасна втрата ковпачка через виснаження компонента дозволяє мікротрубочкам центріолі подовжуватися в цитоплазмі, за межі власне центріолі.

3. Контроль кількості центріолі

Кількість центріолей у більшості клітин контролюється таким чином, що клітина G1 має одну пару центріолей, одну матір і одну доньку. У попередньому тексті ми запропонували, що фокальне накопичення обмежувального ініціатора (PLK4) до походження дуплікації центріолі може пояснити, чому біля кожної материнської центріолі утворюється лише одна процентріоль. Однак контроль кількості центріолей також вимагає жорсткого регулювання рівня цього ініціатора та блокування редуплікації в одному клітинному циклі, що очевидно не пояснюється вищевказаним механізмом. Крім того, будь-який блок редуплікації повинен бути звільнений у відповідний час, щоб центріолі були «ліцензовані» на дублювання в наступному клітинному циклі. Це точно аналогічний реплікаційній молекулі ДНК з єдиним джерелом реплікації, яка запускається один раз і лише один раз в одній S-фазі і повинна бути ліцензована на реплікацію в наступному клітинному циклі.

Відповідно до вищенаведеної моделі фокального накопичення PLK4, надмірна експресія PLK4 викликає надмірне подвоєння центріолей у багатьох типах і видах клітин [67–71]. Примітно, що за наявності наявних материнських центріолі це наддуплювання відбувається у вигляді більш ніж однієї центріолі, що ініціюється на кожній материнській центріолі, у «розетці центріолі» [68,69]. Це свідчить про те, що додатковий PLK4 займає більше сайтів зв’язування на проксимальному кінці материнської центріолі, досягаючи порога для ініціації центріолі на кількох сайтах. При відсутності наявних центріолей, наприклад в яйцях о Ксенопус [72] і дрозофіла [70], центріолі яких природним чином елімінуються під час розвитку, надмірна експресія PLK4 індукує утворення центріолі de novo, мабуть, переважаючи потребу в місці для накопичення. Очевидно, що кількість PLK4 є критичною, і, відповідно, молекулярні механізми контролю рівня PLK4 добре вивчені. Є дані про регуляцію транскрипції PLK4 [73,74], але основним моментом регуляції є період напіввиведення білка PLK4. Деградація PLK4 опосередковується SCFβ TrCP /убіквітин-залежним протеолізом, який, у свою чергу, залежить від гомодимеризації та автофосфорилювання множинних сайтів на PLK4 [74–79]. Останні роботи в області ссавців і дрозофіла клітини показали, що фосфорилювання цих сайтів залежить від кіназної активності PLK4, припускаючи, що PLK4 є самогубною кіназою, яка ініціює власне руйнування [80,81]. Якщо PLK4 справді є кіназою-самогубцем, то як вона досягає високої локальної концентрації в джерелі, щоб ініціювати збірку центріолі до її деградації? Руйнування PLK4 тягне за собою автофосфорилювання кількох сайтів, включаючи консервовані залишки фосфору в нижньому регуляторному елементі та фосфо-кластер, що фланкує цей елемент [80,81]. Кінетика цих реакцій невідома, але вони відбуваються в пер, таким чином, буде чутливим до концентрації. Можливо, накопичення PLK4 в оригіналі досягає порогу для ініціювання дуплікації центріолі, і лише після цього концентрація PLK4 стає достатньо високою, щоб ініціювати руйнування. В якості альтернативи, механізм протеолізу можна регулювати таким чином, щоб він був локально неактивним у джерелі. Крім регулювання кількості PLK4, регулюється також активність PLK4. Шлях протеїнкінази, активований мітогеном, у незапліднених Ксенопус було показано, що яйця блокують PLK4-залежне подвоєння центріолей de novo [72], забезпечуючи таким чином батьківське успадкування центріолей. Більше того, шлях протеїнкінази, активований стресом, і р53 регулюють дуплікацію центріолі під час реакції на стрес у клітинах ссавців шляхом спільної регуляції рівня та активності PLK4 [82].

PLK4 — не єдиний центріольний білок, рівень якого необхідно регулювати, щоб забезпечити одноразове дублювання. Кілька інших білків ядра центріолі можуть стимулювати утворення додаткових центріолей при надмірній експресії, включаючи STIL і SASS6 [16,34,35,83,84]. Ступінь наддуплікації для цих білків менша, ніж для надекспресії PLK4, але важливість їх регуляції очевидна з того факту, що обидва STIL і SASS6 мають мотиви KEN-box, які розпізнаються Cdh1, щоб націлити їх на комплекс, що стимулює анафазу/ циклосомозалежна деградація під час мітозу [31,35,83]. Цікаво, що нещодавня робота продемонструвала, що CDK1 запускає переміщення STIL з центросоми в цитозоль для деградації [31]. SASS6 має інший рівень регуляції, націлений на руйнування під час G2 білком F-box FBXW5 [42], і це руйнування є важливим для обмеження дублювання.

На додаток до контролю рівня білків-ініціаторів, існує також властивий центросомі блок редуплікації, який гарантує, що дуплікація ініціюється лише один раз за клітинний цикл. Цей блок був виявлений експериментами злиття клітин, в яких зливали клітини з різних стадій клітинного циклу, що містять дубльовані або недубльовані центріолі. У цих експериментах центріоль, яка раніше дублювалася (наприклад, з клітини G2), не змогла дублюватися в тій самій цитоплазмі, в якій була здатна дублюватися центріоль, що раніше не дублювалася (з клітини G1) [85], і, таким чином, центросома «знала» свій статус дуплікації і не могла дублюватися, поки проходження через мітоз не дозволило їй дублюватись у наступному циклі. Природу цього притаманного центросомам блоку редуплікації було виявлено шляхом в пробірці аналізи із зачепленими (G2) центріолями Ксенопус екстракти яєць, які показали, що тісна ортогональна асоціація материнської центріолі та процентріолі, яка називається зачепленням, блокує редуплікацію [86] (рис. 1б). Від’єднання цих центріолей одна від одної відбувається наприкінці мітозу, і це необхідно для дозволу дублювання. У хребетних для розщеплення центріолі потрібна активність PLK1, мітотичної кінази, віддалено спорідненої з PLK4, і сепарази, протеази, відповідальної за поділ сестринської хроматиди при переході з метафази в анафазу [87] (рис. 1).б). Наявність загальних регуляторних білків як для дуплікації центріолі, так і для сегрегації хромосом служить для поєднання цих двох циклів. Це важливо, оскільки, наприклад, роз’єднання пар центріолей у мітотичній клітині до сегрегації хромосом може призвести до мультиполярних веретен, які заважають нормальній мітотичній сегрегації хромосом.

Як PLK1 і separase координують роз’єднання центріолі з мітотичним виходом? Проста модель полягає в тому, що існує фізичний зв’язок між материнською центріолею та процентріолею, і що PLK1 сприяє залежному від сепарази розщепленню цієї ланки під час мітотичного виходу. Це нагадує сприяне PLK1 сепараза-залежне розщеплення когезину хроматидного лінкера для поділу сестринської хроматиди [88]. Ми зазначаємо, що можливим кандидатом на це зв’язок є стеблинка, видима за допомогою кріо-ЕМ [51] і показана на малюнку 1. Підтримка цієї моделі надійшла від демонстрації того, що протеазна активність сепарази необхідна для роз’єднання [86,87] , а також із дослідження, яке ідентифікує сам когезин як специфічний для роз’єднання сепаразний субстрат [89]. Цей останній результат був особливо привабливим, оскільки він посилив механістичний зв’язок між циклом центріолі та циклами хромосом.

Які докази за та проти того, що когезин є лінкером центріольної взаємодії? Розщеплення когезину сепаразою відбувається у визначеному місці, і можна або мутувати цей сайт, щоб зробити білок нерозкладним, або замінити цей сайт місцем розпізнавання для іншої протеази. Цу та ін. [87] виявили нерозкладну форму субодиниці когезину SSC1 і виявили, що вона запобігає поділу сестринської хроматиди, як і очікувалося, але не запобігає розчепленню центріолі, припускаючи, що когезин не є ланкою залучення. Проте Шокель та ін. [89] провели подібний експеримент і отримали протилежний результат, маючи на увазі когезин. Потім вони сконструювали когезинові субодиниці, щоб вони містили сайти розщеплення протеази вірусу риновірусу людини або вірусу тютюнового травлення, і показали, що роз’єднання центріолей тепер може здійснюватися цими протеазами. в пробірці і в природних умовах. Ці результати, здавалося б, переконливо стверджують, що cohesin в тій чи іншій формі є лінкером залучення, але нещодавні експерименти в дрозофіла показали, що розщеплення когезину недостатнє для розчеплення центріолі [90]. Далі, експерименти в C. elegans показують, що розщеплення необхідне для розщеплення центріолі лише після мейозу II, а не для розщеплення під час мітотичних циклів [91]. Нарешті, Мацуо та ін. [92] ідентифікували центросомний білок перицентрин як сепаразний субстрат, припускаючи, що замість цього він може бути важливим субстратом сепарази для роз’єднання центріолі. Найкраще, що можна сказати на даному етапі, це те, що існує фізичний зв’язок між материнською центріолею та процентріолею, яка утримує їх зачеплені, але що молекулярна ідентичність зачеплення ланки та природа її розчинення PLK1 та сепаразою залишаються неясними. .

Як роз’єднання ліцензує центріолі для дублювання? Проста гіпотеза полягає в тому, що залучення центріолі пригнічує подальше збирання центріолі, секвеструючи в початковій точці одну або більше активностей, які обмежують швидкість дублювання центріолі, наприклад PLK4. Роз’єднання або стертиме цю початкову позначку на материнській центріолі, або дозволить її використовувати повторно, що дозволить утворити нову центріолі. Узгоджується з цією гіпотезою, Лончарек та ін. [93] показали, що видалення процентріолі за допомогою лазерної абляції дозволяє ініціювати іншу процентріолі на материнській центріолі. Чому сам процентріоль не ініціює нову центріоль під час S-фази? Ван та ін. [94] показали, що PLK1-залежна модифікація дочірніх центріолей під час раннього мітозу, на додаток до розчеплення, необхідна для того, щоб зробити їх компетентними для дуплікації центріолі в наступному клітинному циклі, що узгоджується з попередніми повідомленнями про потребу PLK1 для редуплікації у фазі S [94]. 95].

Ми пропонуємо наступне як загальну модель для контролю дуплікації центріолі в клітинах тварин. Зауважте, що, починаючи з фази G1 клітинного циклу, клітина має пару роз’єднаних центріолей: материнську центріоль з попереднього клітинного циклу та дочірню центріоль, отриману шляхом від’єднання процентріолі від материнської в кінці мітозу. Обидві ці центріолі здатні дублювати, і, хоча вони відрізняються іншими способами, вони однакові щодо дублювання і для простоти нижче будуть називатися «материнська центріолі».

(i) При переході G1/S материнська центріоль отримує єдиний фокус PLK4 за допомогою механізму кооперативного зв’язування/позитивного зворотного зв’язку, створюючи джерело дуплікації, що ініціює утворення процентріолі.

(ii) Материнська центріоль не ініціює другу процентріоль, оскільки PLK4 є обмеженою, а кооперативність гарантує, що весь вільний PLK4 переходить до існуючого єдиного початку. Процентріоль не ініціює процентріоль, оскільки він не модифікований PLK1, і, таким чином, не здатний залучати вихідні білки.

(iii) При переході G2/M модифікація процентріолей PLK1 робить їх компетентними для рекрутування перицентріолярних білків матеріалу, які беруть участь у зародженні та організації мікротрубочок, таких як γ-тубулін [57,94]. Як тільки це відбувається, центріолі стають здатними організовувати центри, що організують мікротрубочки, і дублюються в наступному клітинному циклі.

(iv) При мітозі дві пари центріолей, кожна з яких складається з материнської центріолі та зачепленої процентріолі, пов’язуються з мітотичним веретеном. Проходження через мітоз ліцензує материнську центріоль, від’єднуючи процентріоль, дозволяючи сформувати новий фокус або повторно використовувати старий, і ліцензує дочірню за допомогою PLK1-залежної модифікації. Таким чином, у наступному G1 обидві центріолі, отримані клітиною, є компетентними для дублювання.

Зауважимо, що одна явна помилка цієї моделі полягає в тому, що перший крок, формування центріольного походження дуплікації на переході G1/S, відбувається лише в цей час. Це може включати активність кінази CDK2, яка активується при переході G1/S. Було продемонстровано, що CDK2 необхідний для дублювання центріолі в Ксенопус яйцеклітини [96,97] та наддуплювання центріолі в соматичних клітинах [98,99]. Однак активність CDK2 необхідна для нормального дублювання центріолі (і для прогресування клітинного циклу загалом) у циклічних клітинах [98,99], а також для індукованого PLK4 утворення центріолі de novo в екстрактах яєць жаб [72]. Це свідчить про те, що в Cdks існує надмірність, яка може ініціювати події G1/S — є докази того, що Cdk4 бере участь у регулюванні дублювання центріолі [100] — і, можливо, вимогу до активності Cdk можна обійти, активуючи шлях, що знаходиться нижче цієї вимоги. . Інші білки, які не є Cdk, можуть регулювати час подвоєння центріолі, пов’язуючи його з подіями реплікації ДНК. Наприклад, білки реплікації MCM5 [101] і ORC1 [102,103] пригнічують редуплікацію центросом, очевидно, взаємодіючи з цикліном A/CDK2 і цикліном E/CDK2 в центросомі.

4. Специфічні варіації загального механізму розмноження

Вищезгадана модель враховує контроль кількості центріолі в більшості соматичних циклічних клітин тварин. Є два варіанти цієї теми контролю кількості, які ми розглядаємо тут: багатовійчасті клітини, які утворюють сотні центріолей під час диференціювання, і ембріони, у яких центріолі не походять від сперми, які повинні створювати центріолі de novo і досягати належного числа центріолей. згодом.

Кілька центріолі утворюються майже одночасно в деяких спеціалізованих типах клітин, включаючи багатовійчасті епітеліальні клітини у тварин і війчасті сперми наземних рослин. Хоча морфологічні події дуплікації центріолі в клітинах із багатьма війками були добре описані електронною мікроскопією [104–108], молекулярний шлях, що лежить в основі цих подій, був охарактеризований лише нещодавно (рис. 2).а). У клітинах хребетних з багатьма війками, таких як епітеліальні клітини трахеї ссавців [109], більшість генів відомих компонентів центріолі та факторів дуплікації сильно підвищуються. Наприклад, PLK4 під час диференціювання цих клітин посилюється більш ніж у 20 разів. Проте регуляція транскрипції не пояснює всіх властивостей ампліфікації центріолі в цих клітинах. Хоча деякі центріолі утворюються навколо вже існуючих центріолей, більшість зібрано поруч із дейтеросомами, структурою, унікальною для багатовійкових клітин, яка не має морфологічної схожості з центріолі. Враховуючи, що шлях подвоєння центріолі в цих клітинах в основному використовує ті ж компоненти, що й циклічні клітини [9], що особливого в дейтеросомах, що вони здатні ініціювати збірку кількох центріолей? Нещодавні роботи показують, що багатовійчасті клітини специфічно експресують DEUP1/CCDC67, паралог білка центріолі CEP63 циклічної клітини, який, наприклад, CEP63, взаємодіє з білками-дуплікації центріолі [110–113]. DEUP1 локалізується в дейтеросомах, а виснаження DEUP1 спричиняє втрату дейтеросом і значно зменшує кількість центріолей. CCDC78 є ще одним білком, який локалізується в дейтеросомах [114] і важливий для складання центріолі.

Рисунок 2. Контроль кількості центріолі в спеціалізованих типах клітин. (а) Множинні центріолі в багатовійчастих епітеліальних клітинах тварин. Деякі центріолі утворюються шляхом ініціації в розетці навколо материнських центріолей (1), але більшість формуються на дейтеросомі (2 і 3). Розмір дейтеросом коливається від розміру центріолі (2) до набагато більших кілець (3), незрозуміло, чи є вони шляхом дозрівання структури. Центріолі звільняються від поверхні, з якої вони виросли, і мігрують на поверхню клітини, щоб утворити ядра рухливих війок. (б) Множинні центріолі в нюхових сенсорних війках. Нейронна клітина утворює приблизно 10 центріолей, які утворюють ядро ​​чутливих війок від кінця дендритного відростка. У цьому випадку невідомо, чи відбувається утворення центріолі суворо на материнських центриолі, чи викликається дейтеросомний шлях. (c) Множинні центріолі у війчастих наземних рослин. Сперматозоїди деяких примітивних рослин багатовійчасті і з центріолей з блефаропласта (показано без навколишньої клітини). Блефаропласт складається з багатьох радіально розташованих дев’ятикратно симетричних циліндрів, які нагадують колесо візка. Блефаропласт збільшується і в кінцевому підсумку розпадається на безліч процентріолій, які подовжуються і в кінцевому підсумку утворюють ядро ​​війок на поверхні сперматозоїда. (d) Утворення de novo та сегрегація множинних центріолей під час партеногенезу. У комах загону перетинчастокрилих партеногенетичний розвиток супроводжується утворенням багатьох центросом de novo. Хоча вони зображені як пари центріолей, незрозуміло, чи мають центросоми поодинокі чи парні центріолі на цій стадії. Тільки дві центросоми пов’язуються з мітотичним веретеном, тоді як решта дегенерують, що призводить до відновлення відповідної кількості центріолей на ядро. (Онлайн-версія в кольорі.)

Ми пропонуємо, щоб багатовійчасті клітини досягали здатності утворювати сотні центріолей одночасно за допомогою комбінації транскрипційної програми, яка значно посилює компоненти центріолі та експресії специфічних білків, які модифікують шлях дуплікації таким чином, що він стає незалежним від прогресування клітинного циклу та від вимога, щоб центріолі була місцем розмноження. Один із аспектів складання центріолей у клітинах з багатьма війками, який досі залишається загадковим, полягає в тому, чи регулюється кількість центріолей, що утворюються дейтеросомами, і якщо так, то яким чином. Це може бути настільки ж простим, як кількість центріолі, що диктується кількістю лімітуючих білків центріолі, але може бути більш складним, пов’язуючи процес дуплікації з апікальною зоною мембрани та позаклітинними сигналами.

Існують інші ситуації, коли утворюються множинні центріолі, і зв’язок між ними та дейтеросомним шляхом неясний. Одним із прикладів є нюхові сенсорні нейрони, які є основними сенсорними клітинами в нюховому епітелії [115]. У цих нейронах дендрити простягаються до носової порожнини, закінчуючи вузлом, що містить 10–30 центріолей, з яких війки виступають на поверхню епітелію. Ультраструктурні дослідження показали, що ці центріолі збираються майже одночасно в тілі клітини та мігрують до дендритного вузла [116, 117], але невідомо, чи утворюються центріолі з уже існуючих центріолей чи структур, подібних до дейтеросом (рис. 2).б). Іншим прикладом є багатовійчасті сперматозоїди примітивних наземних рослин [118–121]. Утворення центріолі під час сперматогенезу у цих рослин характеризується появою великої структури — блефаропласта, що складається з радіально розташованих дев’ятикратно симетричних структур (рис. 2).c). Вони нагадують колесо візка, яке ініціює процентріоли [120], що свідчить про те, що ці структури діють як шаблони для утворення процентріолі. Блефаропласти розпадаються в кінці мітозу, вивільняючи процентріоли, які подовжуються і утворюють зрілі центріолі. Було визначено геномні послідовності деяких з цих рослин, і деякі з відомих білків дуплікації центріолі збережені [20], що дозволяє припустити, що блефаропласт представляє альтернативний прояв того ж самого консервативного механізму дублювання центріолі.

Контроль кількості центріолі також відрізняється від контролю соматичних циклічних клітин у ембріонів, у яких центріолі не походять від сперми. У більшості тварин сперматозоїд має одну або дві центріолі, які вводяться в яйцеклітину після запліднення, потім дублюються, ініціюючи шлях, описаний вище для циклічних клітин. Однак у деяких організмів ембріон розвивається партеногенетично, без сперматозоїдів, тому центріолі повинні утворюватися de novo, а після утворення необхідно контролювати кількість. Наприклад, у комах порядку перетинчастокрилих сотні центріолей утворюються de novo на пізніх стадіях оогенезу [122,123] (рис. 2d). Ці центріолі потім набирають перицентріолярний матеріал і утворюють айстри мікротрубочки. З цих багатьох центросом лише дві зв’язуються з жіночим пронуклеусом і утворюють мітотичне веретено, тоді як інші дегенерують, таким чином встановлюючи правильне співвідношення центріолей і ядер. Ці спостереження узгоджуються з знову виниклою точкою зору про те, що мітотичне веретено важливе як для сегрегації хромосом, так і для сегрегації центросом [124]. В іншому прикладі формування центріолей de novo, менш зрозуміло, як досягається відповідна кількість центріолей, однак альтернативний механізм виникає за допомогою Неглерія, в якому центріолі утворюються de novo, при переході розвитку від амеби до джгутику в умовах стресу [125,126]. Тут виявляється, що формується лише потрібну кількість центріолей (дві), що свідчить про те, що контроль кількості можна здійснювати під час ініціації формування центріолі de novo.

5. Заключні слова

За останнє десятиліття було відзначено великий прогрес у визначенні білкового «списку частин» центросоми, а також у визначенні білків і активності, які необхідні для дуплікації центріолі. Однак, як і в усіх видатних проблемах біології, ми досі не розуміємо багатьох фундаментальних властивостей цієї чудової органели. Ми вирішили зосередити цей огляд на розгляді того, як структурні особливості центріолі, які визначають її як висококонсервативний компонент еукаріотичних клітин, можуть дублюватися один раз за клітинний цикл. Важливість колеса візка та його складових білків для нашого розуміння подій, що лежать в основі дуплікації центріолі, що розглядається в іншому місці цієї книги, ілюструє критичну важливість зв’язку між структурою та функцією центріолі. Більше об’єднаних досліджень в пробірці відновлення та структурний аналіз знадобляться для вирішення механізму збирання центросом і визначення того, які компоненти є достатніми для процесу, а не необхідними, які легше визначити за допомогою генетичних маніпуляцій. Ми вважаємо, що ці питання, а також ті, що стосуються механізму контролю кількості центріолі, будуть корисні при розгляді деяких особливих випадків, які ми виділили тут, у яких дуплікація центріолі в диференційованих клітинах не пов’язана з переходами клітинного циклу.


Структури і компоненти дейтеросом

Розмір дейтеросом значно варіюється в різних тканинах і видах: наприклад, від 100–200 нм (діаметр) у MTEC щурів чи мишей 8,19 до понад 500 нм у яйцепроводі миші 10 . Дейтеросоми більшого розміру здатні підтримувати більше процентріолі. Оскільки дейтеросоми виглядають здебільшого кільцеподібними в трансмісійній ЕМ, їх було запропоновано мати приблизно кулясту форму, здатну збирати центріолі в усіх напрямках 8,10. Послідовні надтонкі секції MEPC підтримують це поняття 32 .

Тривимірне профілювання субдифракційних зображень як від MTEC, так і від MEPC, однак, припускає, що Deup1 і Cep152 розташовані у дейтеросомі у кільцеподібній конфігурації, а сигнали Cep152 охоплюють сигнали Deup1 ззовні (Малюнок 2C) 19 . Така конфігурація топологічно аналогічна люльці материнської центріолі. Лише кінці дейтеросоми виглядають відносно аморфними. Наприклад, у великих дейтеросомах, таких як MEPC, сигнали Cep152 можуть мати кілька «дірок» на кожному кінці (Малюнок 2D). Процентріоли, як правило, збираються на зовнішній стінці дейтеросоми, але їх можна знайти і на обох кінцях (Малюнок 2D) 19 .

Наразі невідомо, чи існують додаткові білки для побудови зовнішньої стінки, заповнення центру чи закриття кінців дейтеросоми. Ccdc78, білок, що містить спіральний домен, повідомляється як білок, специфічний для дейтеросом, необхідний для ампліфікації центріолі в Ксенопус ембріональний епідерміс 33 . Тим не менш, мишачий Ccdc78, експресований ендогенно або екзогенно, не був виявлений на Deup1-позитивних дейтеросомах у наших руках, що підвищує ймовірність того, що Ccdc78 може бути або компонентом дейтеросом, специфічним для амфібій, або навіть не добросовісний один.


Посилання

Karsenti, E. & Vernos, I. Мітотичне веретено: саморобна машина. наук 294, 543–547 (2001).

Уодсворт, П. і Ходжаков, А. E pluribus unum: до універсального механізму для складання шпинделя. Тенденції клітинної біол. 14, 413–419 (2004).

Hinchcliffe, E.H., Miller, F.J., Cham, M., Khodjakov, A. & Sluder, G. Вимоги до центросомної активності для прогресування клітинного циклу через G1 у фазу S. наук 291, 1547–1550 (2001).

Ходжаков, A. & Rieder, C.L. Центросоми підвищують точність цитокінезу у хребетних і необхідні для прогресування клітинного циклу. J. Cell Biol. 153, 237–242 (2001).

Piel, M., Nordberg, J., Euteneuer, U. & Bornens, M. Центросомно-залежний вихід цитокінезу в клітинах тварин. наук 291, 1550–1553 (2001).

Rieder, C. L., Faruki, S. & Khodjakov, A. Центросома у хребетних: більше, ніж центр організації мікротрубочки. Тенденції клітинної біол. 11, 413–419 (2001).

Murray, A.W. & Kirschner, M.W. Cyclin синтез стимулює ранній ембріональний клітинний цикл. Природа 339, 275–280 (1989).

Sluder, G., Miller, F.J. & Rieder, C.L. Репродуктивна здатність центросом морського їжака без центріолей. Мотіл клітин. Цитоскелет 13, 264–273 (1989).

Snyder, J. A. & McIntosh, J. R. Ініціація та зростання мікротрубочок з мітотичних центрів у лізованих клітинах ссавців. J. Cell Biol. 67, 744–760 (1975).

Kuriyama, R. & Borisy, G. G. Активність центросом у клітинах яєчника китайського хом’яка щодо утворення ядра в мікротрубочках не залежить від циклу центріолі, але пов’язана з мітотичним циклом. J. Cell Biol. 91, 822–826 (1981).

Вандре, Д. Д. і Борисий, Г. Г. в Мітоз: молекули та механізми (ред. Hyams, J. S. & Brinkley, B. R.) 39–76 (Academic Press, Нью-Йорк, 1989).

Centonze, V. E. & Borisy, G. G. Зародження мікротрубочок з мітотичних центросом модулюється фосфорильованим епітопом. J. Cell Sci. 95, 405–411 (1990).

Vandre, D. D., Feng, Y. & Ding, M. Залежне від клітинного циклу фосфорилювання центросом: локалізація специфічних до фосфопептидів антитіл до центросом. Microsc. Res. техн. 49, 458–466 (2000).

Ходжаков, A. & Rieder, C.L. Раптове залучення γ-тубуліну в центросому на початку мітозу та його динамічний обмін протягом клітинного циклу не потребує мікротрубочок. J. Cell Biol. 146, 585–596 (1999).

Янг, А., Діктенберг, Дж. Б., Пурохіт, А., Тафт, Р. і Докссі, С. Дж. Цитоплазматична динеїн-опосередкована збірка перицентрину та γ-тубуліну на центросомах. Мол. біол. клітинка 11, 2047–2056 (2000).

Слудер, Г. в Центросоми в розвитку та захворюванні (ред. Nigg, E.) 167–189 (Wiley-VCH, Weinheim, 2004).

Maniotis, A. & Schliwa, M. Мікрохірургічне видалення центросом блокує відтворення клітин і створення центріолі в клітинах BSC-1. клітинка 67, 495–504 (1991).

Фогель К., Кініц А., Хофманн І., Мюллер Р. і Бастіанс Х. Перехресні перешкоди контрольної точки мітотичного веретена з p53 для запобігання поліплоїдії. Онкоген 23, 6845–6853 (2004).

Марголіс, Р. Л., Лохез, О. Д. і Андреассен, контрольна точка тетраплоїдності П. Р. G1 і придушення пухлиногенезу. J. Cell. біохім. 88, 673–683 (2003).

Uetake, Y. & Sluder, G. Прогресування клітинного циклу після невдачі розщеплення: соматичні клітини ссавців не мають «контрольної точки тетраплоїдності». J. Cell Biol. 165, 609–615 (2004).

Dammermann, A. & Merdes, A. Збірка центросомних білків і організація мікротрубочок залежить від PCM-1. J. Cell Biol. 159, 255–266 (2002).

Balczon, R., Simerly, C., Takahashi, D. & Schatten, G. Зупинка прогресування клітинного циклу під час першої інтерфази у мишачих зигот, яким мікроін’єкцію анти-PCM-1 антитіл. Мотіл клітин. Цитоскелет 52, 183–192 (2002).

Громлі, А. та ін. Новий людський білок материнської центріолі потрібен для останніх стадій цитокінезу та вступу в S-фазу. J. Cell Biol. 161, 535–545 (2003).

Керєр, Г. та ін. Дисоціація білка центросомного матриксу AKAP450 від центріолей погіршує дуплікацію центріолі та прогресування клітинного циклу. Мол. біол. клітинка 14, 2436–2446 (2003).

Augustin, A. et al. PARP-3 локалізується переважно на дочірній центріолі і перешкоджає прогресуванню клітинного циклу G1/S. J. Cell Sci. 116, 1551–1562 (2003).

Пацке, С. та ін. Ідентифікація нового білка, пов’язаного з центросомою/мікротрубочками, який бере участь у розвитку клітинного циклу та організації веретена. Онкоген 24, 1159–1173 (2005).

Quintyne, N. J. & Schroer, T. A. Розрізнені залежні від клітинного циклу ролі динактину та динеїну в центросомах. J. Cell Biol. 159, 245–254 (2002).

Doxsey, S., Zimmerman, W. & Mikule, K. Центросомний контроль клітинного циклу. Тенденції клітинної біол. 15, 303–311 (2005).

Matsumoto, Y. & Maller, J. L. Сигнал центросомної локалізації в цикліні E, необхідний для Cdk2-незалежного входження в S-фазу. наук 306, 885–888 (2004).

Geng, Y. та ін. Абляція цикліну Е у миші. клітинка. 114, 431–443 (2003).

Палаццо Р. Е., Фогель Дж. М., Шнакенберг Б. Дж., Халл Д. Р. і Ву Л. ін. Curr. Топ. Розробник біол. (ред. Palazzo, R. E. & Schatten, G.) 449–470 (Academic Press, Сан-Дієго, 2000).

Докссі, С. Дж. Центросоми як командні центри для контролю клітин. Природна клітинна біол. 3, 105–108 (2001).

Фрай, А. і Хеймс, Р. ін Центросоми в розвитку та захворюванні (ред. Nigg, E.) 143–166 (Wiley-VCH, Weinheim, 2004).

Ла Терра, С. та ін. The de novo Шлях складання центріолі в клітинах HeLa: прогресування клітинного циклу та збірка/дозрівання центріолі. J. Cell Biol. 168, 713–722 (2005).

Lanni, J. S. & Jacks, T. Характеристика p53-залежної постмітотичної контрольної точки після порушення шпинделя. Мол. клітинка. біол. 18, 1055–1064 (1998).

Casenghi, M. et al. p53-незалежний апоптоз і p53-залежний блок повторної реплікації ДНК після інгібування мітотичного веретена в клітинах людини. Exp. Cell Res. 250, 339–350 (1999).

Ciciarello, M. та ін. Зміщення p53 із центросом і опосередкована p53 зупинка G1 після тимчасового пригнічення мітотичного веретена. J. Biol. хім. 276, 19205–19213 (2001).

Tritarelli, A. et al. Локалізація р53 в центросомах під час мітозу та постмітотичної контрольної точки є АТМ-залежними та вимагають фосфорилювання серину 15. Мол. біол. клітинка 15, 3751–3757 (2004).

Каверіна І., Крилишкіна О. & Смолл Дж. В. Націлювання на контакти субстрату мікротрубочками сприяє їх релаксації та дисоціації. J. Cell Biol. 146, 1033–1044 (1999).

Каверіна І., Роттнер К. & Смолл, Дж. В. Націлювання, захоплення та стабілізація мікротрубочок на ранніх фокальних спайках. J. Cell Biol. 142, 181–190 (1998).

Крилишкіна О. та ін. Нанометрове націлювання мікротрубочок на фокальні спайки. J. Cell Biol. 161, 853–859 (2003).

D'Addario, M., Arora, P.D., Ellen, R.P. & McCulloch, C.A. Регуляція індукованих напругою механотранскрипційних сигналів мережею мікротрубочок у фібробластах. J. Biol. хім. 278, 53090–53097 (2003).

Тріеллі, М. О., Андреассен, П. Р., Лакруа, Ф. Б. і Марголіс, Р. Л. Диференціальна таксол-залежна зупинка трансформованих і нетрансформованих клітин у фазі G1 клітинного циклу та специфічна смертність трансформованих клітин. J. Cell Biol. 135, 689–700 (1996).

Сабліна А.А., Чумаков П.М., Левін, А.Дж. і Копнін, Б.П. Активація р53 у відповідь на порушення мікротрубочок опосередковується передачі сигналів інтегрин-Ерк. Онкоген 20, 899–909 (2001).

Huang, S., Chen, C.S. & Ingber, D.E. Контроль цикліну D1, p27Kip1 і прогресії клітинного циклу в ендотеліальних клітинах капілярів людини за формою клітини та напругою цитоскелета. Мол. біол. клітинка 9, 3179–3193 (1998).

Інґбер, Д. Е. Тенсеґріті II: як структурні мережі впливають на мережі обробки стільникової інформації. J. Cell Sci. 116, 1397–1408 (2003).

Вітлі, Д.Н. Центріоль: центральна загадка біології клітини (Elsevier Biomedical Press, Амстердам, 1982).

Пейнтран М., Муджу М., Делакруа, Х. і Борненс, М. Організація центросом і архітектура центріолі: їх чутливість до двовалентних катіонів. J. Структура. біол. 108, 107–128 (1992).

Rieder, C. L. & Borisy, G. G. Цикл центросом у клітинах PtK2: асиметричний розподіл та структурні зміни в перицентріолярному матеріалі. біол. клітинка. 44, 117–132 (1982).

Sluder, G. & Rieder, C.L. Число центріолі та репродуктивна здатність полюсів веретена. J. Cell Biol. 100, 887–896 (1985).

Воробйов, І. А. і Надєждіна, Е. С. Центросома та її роль в організації мікротрубочок. Int. Rev. Cytol. 106, 227–293 (1987).

Bornens, M., Paintrand, M., Berges, J., Marty, M.C. & Karsenti, E. Структурна та хімічна характеристика ізольованих центросом. Мотіл клітин. Цитоскелет 8, 238–249 (1987).

Могенсен, М. в Центросоми в розвитку та захворюванні (ред. Nigg, E.) 299–319 (Wiley-VCH, Weinheim, 2004).

Моріц, М., Райс, Л. і Агард, Д. в Центросоми в розвитку та захворюванні (ред. Nigg, E.) 27–41 (Wiley-VCH, Weinheim, 2004).

Докссі, С. Повторна оцінка функції центросоми. Природа преп. мол. Клітинна біол. 2, 688–698 (2001).

Ланге, Б. М. Інтеграція центросоми в контроль клітинного циклу, реакцію на стрес і шляхи передачі сигналу. Curr. Opin. Клітинна біол. 14, 35–43 (2002).

Вілкінсон К., Андерсен Дж., Манн М. та Нігг Е. в Центросоми в розвитку та захворюванні (ред. Nigg, E.) 125–142 (Wiley-VCH, Weinheim, 2004).

Andersen, J.S. та ін. Протеомічна характеристика центросоми людини шляхом профілювання білкової кореляції. Природа 426, 570–574 (2003).

Пребл, А. М., Гіддінгс, Т. М., молодший і Датчер, С. К. Базальні тіла та центріолі: їх функція та структура. Curr. Топ. Розробник біол. 49, 207–233 (2000).

Борненс, М. Склад центросом і механізми закріплення мікротрубочок. Curr. Opin. Клітинна біол. 14, 25–34 (2002).

Piel, M., Meyer, P., Khodjakov, A., Rieder, C. L. & Bornens, M. Відповідний внесок материнської та дочірньої центріолей у активність та поведінку центросом у клітинах хребетних. J. Cell Biol. 149, 317–330 (2000).

Пеллетье, Л. та ін. The Caenorhabditis elegans центросомний білок SPD-2 необхідний як для залучення перицентріолярного матеріалу, так і для дублювання центріолі. Curr. біол. 14, 863–73 (2004).

Massague, J. G1 контроль клітинного циклу та рак. Природа 432, 298–306 (2004).

Кастан, М. Б. і Бартек, Дж. Контрольні точки клітинного циклу та рак. Природа 432, 316–323 (2004).

Ding, Q. та ін. p27 Kip1 і циклін D1 необхідні для регуляції прогресування клітинного циклу кіназою фокальної адгезії (FAK) у клітинах гліобластоми, що розмножуються в пробірці і в природних умовах в мозку миші scid. J. Biol. хім. 280, 6802–6815 (2005).

Лоу, S.W., Cepero, E. & Evan, G. Пригнічення внутрішньої пухлини. Природа 432, 307–315 (2004).

Sherr, C. J. & McCormick, F. Шляхи RB і p53 при раку. Ракова клітина 2, 103–112 (2002).

Боде, А. М. і Донг, З. Посттрансляційна модифікація p53 в пухлиногенезі. Природа Преподобного Рака 4, 793–805 (2004).

Sherr, C. J. & Roberts, J. M. Життя з циклінами та циклінзалежними кіназами або без них. Genes Dev. 18, 2699–2711 (2004).

Слудер, Г. Подвійно чи нічого. Curr. біол. 2, 243–245 (1992).


Скільки центріолей/базальних тілець є в багатовійчастих клітинах протягом клітинного циклу? - Біологія

[email protected]
телефон: 0049-551-395434
факс: 0049-551-395416


Центросома, розташована в центрі клітини, є основним центром організації мікротрубочок (MTOC) клітини. В інтерфазі він збирає мікротрубочки, які потім закріплюються своїми мінусовими кінцями в центросомі. Оскільки мікротрубочки (МТ) створюють клітинний каркас для розташування клітинних органел, центросома важлива для всієї клітинної архітектури. У мітотичних клітинах центросома відіграє центральну роль в організації мітотичного веретена для правильного розділення хромосом. Аберантні центросоми часто асоціюються з анеуплоїдією та пухлиногенезом. У клітинах тварин центросома складається з пари центріолей, оточених перицентріолярним матеріалом (PCM). Внутрішні білки центросоми здебільшого характеризуються своєю загальною згорнутою структурою, але в інших випадках не мають специфічних доменів. Крім того, багато білків демонструють залежну від клітинного циклу зв’язок із центросомою, що призводить до припущення, що центросома може керувати прогресуванням клітинного циклу. У нециклічних клітинах центросома трансформується в базальне тіло, щоб утворити первинну війку, клітинну органеллу, яка довгий час нехтувала. У наш час важливість первинних війок для передачі сигналу та клітинного гомеостазу широко визнається, про що свідчить постійно зростаючий список захворювань, залежних від війок. Таким чином, центросома є важливою органелою більшості тваринних клітин, яка впливає на форму клітини, прогресування клітинного циклу та реакцію клітини на сигнали навколишнього середовища.

Вступ


Центросома - це приблизно крихітна органела

Діаметром 1-2 мкм і розміщені в центрі клітин тварин. Він складається з двох ортогонально розташованих центріолей, вбудованих в електронно-щільну сітку, що називається перицентріолярною матрицею (PCM) (огляд: Kellogg et al., 1994 Stearns and Winey, 1997 Urbani and Stearns, 1999 Zimmerman et al., Bornens 199, 199 (Рис. 1). Центріоли – це органели на основі мікротрубочок, переважно з характерним радіальним масивом з дев’яти триплетів мікротрубочок (MT). Зазвичай вони мають довжину 0,5 мкм і 0,2 мкм в діаметрі. Обидві центріолі типової центросоми відрізняються за віком (див. нижче) і структурою і пов’язані між собою волокнами. Старша центріоль, також звана зріла або материнська центріоль, характеризується дистальним і субдистальним придатками. Субдистальні придатки функціонують шляхом закріплення мікротрубочок, тоді як дистальні придатки, здається, беруть участь у прикріпленні центріолі/базального тіла до клітинної мембрани (огляд: Hoyer-Fender, 2010).

PCM складається з великої кількості білків, які мають характерну спіральну структуру. Хоча перицентріолярний матеріал довгий час описували як «аморфну ​​хмару електронно-щільного матеріалу», центросомні білки зі згорнутою котушкою можуть утворювати решітку, яка служить платформою, з якою можуть зв’язуватися регуляторні білки (огляд: Fry and Hames, 2004). Невід'ємним білком спіралі PCM є, наприклад, перицентрин/кендрин, який відіграє роль в організації центросом і веретена і утворює комплекс з &гамма-тубуліном (Dictenberg et al., 1998 Doxsey et al., 1994 Li et al. , 2000 Флорі та ін., 2000 Флорі та Девіс, 2003). Деякі інші білки з спіраллю, наприклад, ninein, Cep135, центріолін, CG-NAP/AKAP350/AKAP450 і ODF2/cenexin (Bouckson-Castaing et al., 1996 Lange and Gull, 1995 Takahashi et al., 1999 Takahashi et al., 2009, Takahashi et al., 2009, Schmid 19, 2002 Ohta et al., 2002 Gromley et al., 2003 Donkor et al., 2004). Нінеїн може функціонувати в закріпленні та закріпленні мікротрубочок мінус кінця і може сприяти зародженню мікротрубочок шляхом приєднання комплексу &gamma-тубулінового кільця (&gamma-TuRC) до центросоми (Mogensen et al., 2000 Delgehyr et al., 2005). Cep135 є універсальним компонентом центросоми в широкому діапазоні організмів і важливим для організації МТ (Ohta et al., 2002). Організація центросомальних мікротрубочок крім того, здається, залежить від трансформації кислих білків спіралі (TACC), сімейства білків, які концентруються в центросомах через консервативний карбокси-кінцевий домен, званий доменом TACC (Gergely et al., 2000a Gergely). та ін., 2000b Lee et al., 2001). Центріолін локалізується на материнській центріолі і функціонує як у цитокінезі, так і в прогресуванні клітинного циклу (Gromley et al., 2003). ODF2/ценексин є маркером зрілої центріолі і необхідним для формування первинних війок (Nakagawa et al., 2001 Ishikawa et al., 2005).

В інтерфазній клітині центросома функціонує як основний центр організації мікротрубочок (MTOC) для формування ядра та закріплення мікротрубочок (MTs). Мікротрубочки складаються з розчинних субодиниць тубуліну і важливі для підтримки морфології клітини та положення органел. У той час як центріолі можуть скоріше діяти як каркас, на якому збирається перицентріолярний матеріал, здатність центросом до зародження та закріплення MT залежить від компонентів PCM. MT закріплені на своїх мінусових кінцях комплексом &gamma-тубулінового кільця (&gamma-TuRC), розташованим у PCM (Moritz et al., 1995a Moritz et al., 1995b Wiese and Zheng, 2000). Кільцевий комплекс &гамма-тубулін (&gamma-TuRC) складається з &гамма-тубуліну та пари пов'язаних з ним білків (Moritz et al., 1998 Murphy et al., 1998 Tassin et al., 1998 Oegema et al., 1999 Fava et al. ., 1999 Мерфі та ін., 2001). &гамма-тубулін має важливе значення для зародження МТ, як було показано в експериментах з виснаженням (Raynaud-Messina et al., 2004). &гамма-тубулін зв'язується з мінусовими кінцями MT і, закриваючи їх, запобігає росту мінус-кінців (Li and Joshi, 1995 Leguy et al., 2000). Хоча в клітинах тварин більшість МТ зароджуються з центросом, основна маса розчинного &гамма-тубуліну міститься в цитоплазмі (близько 80% на відміну від лише 20% у центросомі), але позбавлена ​​значної активності зародження МТ (Moudjou et al. , 1996). На початку мітозу, що супроводжується збільшенням активності нуклеації МТ, до центросоми набирається додатковий &гамма-тубулін, а також численні регуляторні білки (огляд: Schiebel, 2000). Ця структурна реорганізація центросом під час підготовки до мітозу називається дозріванням, і протеїнкінази, а також фосфатази беруть участь у її регуляції (огляд: Meraldi and Nigg, 2002).

На додаток до внутрішніх центросомних компонентів центросома є платформою для зв’язування безлічі різних білків і ферментів, тобто протеїнкіназ і фосфатаз, які контактують зі своїми субстратами і вищестоящими регуляторами. Таким чином, центросома відіграє важливу роль в організації прогресування клітинного циклу (огляд: Fry and Hames, 2004).

Рис. 1 Схематичне зображення типової центросоми ссавців, що складається з материнської та дочірньої центріолей, огороджених перицентріолярним матриксом (PCM). Материнська центріолі містить дистальні та субдистальні придатки (показані не всі), і обидві центріолі пов’язані між собою волокнами, що з’єднуються. У PCM, &гама-TuRCs розташовані так, що закріплюють MT мінус кінці.

У мітозі два полюси біполярного мітотичного веретена встановлюються двома центросомами, які утворюються під час попереднього клітинного циклу. Оскільки центросоми створюють полюси веретена, наявність більш ніж двох центросом в одній клітині може вплинути на формування біполярного веретена, що в кінцевому підсумку призведе до мультиполярних веретен і нерівномірного розподілу хромосом. Тому дуплікація центросом має бути обмежена одним і лише одним за клітинний цикл. Цикл поділу центросом починається з фази G1-S і до кінця G2 кожна клітина має дві центросоми, кожна з яких містить дві центріолі, оточені власним PCM (огляд: Kochanski and Borisy, 1990 Delattre and Gönczy, 2004 Tsou and Stearns , 2006a Nigg, 2007 Azimzadeh and Bornens, 2007 Bettencourt-Dias and Glover, 2009). Потім мітоз розділяє дві центросоми на дві дочірні клітини. Тому кожна дочірня клітина отримує одну центросому. Дуплікація центросом починається з поділу двох тісно протилежних («зачеплених») центріолей. Хоча обидві центріолі все ще прикріплені за допомогою волокон, роз’єднання може дозволити подальше дублювання в наступному клітинному циклі (Tsou and Stearns, 2006b). Потім обидві центріолі утворюють нову дочірню центріолі в перпендикулярній орієнтації на своїх проксимальних кінцях. Дуплікація центріолі починається одночасно з ініціацією синтезу ДНК. Протягом фаз від S до G2 процентріолі подовжуються до повнорозмірних дочірніх центріолей. Зрештою, кожна новоутворена пара центріолей збирає свій власний PCM. До кінця G2 в клітині присутні дві центросоми, які в кінцевому підсумку відокремлюються, щоб створити полюси веретена під час мітозу. Потім мітоз розподіляє кожну з двох центросом до однієї дочірньої клітини. Таким чином, одна дочірня клітина отримує вихідну материнську центріоль, пов’язану з дочірньою центріолею, створену під час останнього клітинного циклу, тоді як інша дочірня клітина отримує вихідну дочірню центріоль, пов’язану з новою центриолею, створеною під час останнього клітинного циклу. Початкова дочірня центріоль потім дозріває в материнську центріоль шляхом утворення придатків. Зрештою, кожна нова дочірня клітина містить одну центросому, що складається з однієї материнської та однієї дочірньої центріолі (Рис. 2).

Рис. 2 Канонічний цикл дуплікації центросом соматичних клітин. Роз’єднання центріолі у фазі G1 дозволяє центріолі для дублювання. Дуплікація центріолі починається у фазі S, одночасно з реплікацією ДНК, шляхом утворення процентріолі. Під час фази G2 процентріолі подовжуються до повнорозмірних дочірніх центріолей, і кожна пара центріолей збирає свій власний PCM. Потім центросоми відокремлюються, щоб створити полюси біполярного мітотичного веретена в мітозі.

Дуплікація центріолі починається на переході G1/S з появою однієї процентріолі на проксимальному кінці кожної батьківської центріолі. Процентріоли організовуються навколо колеса, а мікротрубочки зароджуються структурами, подібними до &gamma-TuRC. Таким чином, дуплікація центріолі залежить від присутності &гамма-тубуліну та NEDD1, який рекрутує &gamma-TuRCs до центросоми (Haren et al., 2006 Guichard et al., 2010).Під час фаз від S до G2 клітинного циклу &гамма-тубулін націлений на деградацію за допомогою опосередкованого BRCA1 убіквітинилування, таким чином блокуючи редуплікацію центросом (Kasi and Parvin, 2008, огляд: Parvin, 2009). Початкові етапи складання процентріолі додатково залежать від кількох інших білків. Внутрішнім центріолярним білком є ​​центрин-2. Центрини - це невеликі Ca 2+ -зв'язуючі білки суперсімейства кальмодулінів. Вони високо консервативні в еволюції і необхідні для подвоєння центросом у всьому еукаріотичному царстві. У клітинах HeLa RNAi-опосередкована інактивація центрину-2 запобігає утворенню дочірніх центріолі (Salisbury et al., 2002). Sas-6, Cep135, Sas-4 (CPAP у людей), Cep152, CP110 і гемінін також є важливими для дублювання центріолі, а також ряду кіназ, таких як поло-подібні кінази Plk1 і Plk2, циклін-залежна кіназа. 2 (Cdk2)/циклін A/E, і Mps1, і фосфатаза Cdc14B (Lacey et al., 1999 Meraldi et al., 1999 Chen et al., 2002 Fisk et al., 2003 Warnke et al., 2004 Leidel et al. 2005 Tachibana та ін., 2005 Dammermann et al., 2008 Wu et al., 2008 Tsou et al., 2009 Lu et al., 2009 огляд: Sillibourne and Bornens, 2010 Pike and Fisk, 2011). Plk2 активується поблизу фазового переходу G1/S і регулює дуплікацію центріолі шляхом фосфорилювання NPM/B23 (нуклеофосмін) і CPAP (Krause and Hoffmann, 2010 Chang et al., 2010). Однак головним регулятором подвоєння центріолі є протеїнкіназа Plk4/SAK (Habedanck et al., 2005). Plk4 належить до сімейства поло-подібних кіназ і локалізується в центросомах. Виснаження Plk4 погіршує дуплікацію центріолі, тоді як надмірна експресія Plk4 призводить до утворення кількох дочірніх центріолей в одній клітині. Крім того, правильний рівень Plk4 є важливим для цитокінезу. Регулюючи локалізацію Sas-6, законсервованого білка згортаної котушки, необхідного для дублювання центріолі, Plk4 може впливати на біогенез центріолі (огляд: Pearson and Winey, 2010). З іншого боку, сам Plk4 залучається до центросоми Cep152 разом із CPAP (Cizmecioglu et al., 2010). В пробірці, Cep152 може бути фосфорилований Plk4 (Hatch et al., 2010). Plk4 негативно регулює білок F-box FBXW5 шляхом фосфорилювання, щоб придушити убіквітилювання Sas-6. Виснаження FBXW5 призводить до наддуплікації центросом (Puklowski et al., 2011). Ці результати показують, що фосфорилювання та контрольована деградація білка є важливими регуляторами дуплікації центріолі.

Незважаючи на те, що дуплікація центріолі зазвичай поєднується з реплікацією ДНК, є кілька важливих винятків: роз’єднання подвоєння центросоми від реплікації ДНК, мабуть, відбувається під час мейотичної профази в чоловічому гаметогенезі та після запліднення (див. нижче). Первинні сперматоцити, а також вторинні сперматоцити мають дві центріолі в кожній центросомі. Те ж саме стосується сперматид, продуктів мейотичного поділу. Кожен вторинний сперматоцит (з однією парою центріолей) генерує дві сперматиди (також з однією парою центріолей на клітину) під час мейозу II. Таким чином, дублювання центросом має відбуватися до мейозу I, швидше за все, одночасно з останнім кроком реплікації ДНК, а також до мейозу II, незважаючи на відсутність реплікації ДНК, щоб забезпечити правильну сегрегацію центросом. Під час запліднення сперма більшості ссавців вносить одну центріоль в ацентріолярний ооцит. Таким чином, єдина центріоль, яка вноситься з боку батька, повинна дублюватися один раз, незважаючи на відсутність реплікації ДНК, до першого мітозу в зиготі, щоб утворити всі чотири центріолі в двох центросомах.

Центросома — це динамічна структура, яка змінює розміри та склад білка синхронно з клітинним циклом. Оскільки центросоми не оточені мембраною, визначення справжніх центросомальних компонентів ускладнюється. Таким чином, центросомні білки можна приблизно розділити на три групи: 1. центріолярні білки, які є притаманними центріолям, як, наприклад. &альфа- та &бета-тубулін, або постійно пов'язаний із центріолями 2. внутрішні білки PCM, як, наприклад, &гамма-тубулін і анперицентринд 3. білки, тимчасово пов’язані з центросомою, як напр. кінази. Близько 500 різних білків були пов’язані з центросомою соматичних клітин шляхом протеомних досліджень (Andersen et al., 2003). Однак не всі з них можуть бути справжніми центросомними білками, а спільно ізольованими молекулами, які використовують центросому як док-платформу. Оскільки більшість досліджень проводилося на соматичних клітинах у культурі, майже невідомо, чи відрізняються центросоми соматичних клітин від центросом стовбурових клітин, ані щодо їхньої загальної організації, ані щодо складу білка. Ці обмеження в основному пов’язані з труднощами ідентифікації та обробки стовбурових клітин. Оскільки найважливіша стовбурова клітина в розвитку складається з злиття чоловічих і жіночих гамет, центросоми гамет, зигот і ранніх стадій розвитку привернули велику увагу. Цей огляд зосереджується на центросомах статевих клітин, зигот і стовбурових клітин у ссавців, а також розглядаються аберації центросом при раку.

1. Центросоми в статевих клітинах


Подвоєння та сегрегація центросом засновані на залежній від клітинного циклу консервативній реплікації центріолей і напівконсервативній сегрегації під час поділу клітини для забезпечення рівного розподілу центросом між дочірніми клітинами. Кожна мітотично циклічна клітина, таким чином, містить одну і тільки одну центросому. Щоб забезпечити належну кількість центросом у кожній клітині тіла, навіть протягом послідовних поколінь, центросоми повинні бути зменшені під час гаметогенезу, як і при зменшенні вмісту ДНК. Таким чином, злиття чоловічих і жіночих гамет не тільки відновлює диплоїдний вміст ДНК, але і центросому.
Саме Теодор Бовері в 1901 році ввів теорію однородительського розподілу центросоми, визнавши, що яйцеклітина зазвичай втрачає центросому під час оогенезу, тоді як сперматозоїд зазвичай вводить цю структуру під час запліднення (Boveri 1901). Таким чином, скорочення центросом відбувається по-різному у чоловіків і жінок.
Однак відтепер картина стала набагато складнішою через появу ще більш досконалих методів і навичок виявлення (повний огляд Schatten, 1994 Manandhar et al., 2005 Schatten and Sun, 2010). Хоча більшість тварин демонструють типову картину батьківського вкладу центросоми, існують чудові винятки. Дослідження моделей мікротрубочок під час запліднення у миші, а пізніше дослідження з використанням центросомальних антитіл показали, що сперма не містить центросоми (Schatten et al., 1985 Schatten et al., 1986). У мишей та інших гризунів центросома, яка значною мірою визначається її полімеризуючою активністю в мікротрубочках, таким чином, здається, успадкована від матері (огляд: Schatten et al., 1991).

Центросома зрілих сперматозоїдів
На ранніх стадіях постмейотичних чоловічих статевих клітин центросома трансформується в базальне тіло для утворення джгутика сперматозоїда. Зазвичай дистальна центріоль, орієнтована перпендикулярно до мембрани, функціонує як базальне тіло, що дає початок аксонемі. Проксимальна центріоль ортогонально орієнтована, але тісно пов’язана з дистальної центріолі. Проксимальна центріоль організовує заросток капітула, який пізніше з’єднається з імплантаційною ямкою ядра сперматозоїда. Дистальний кінець проксимальної центріолі додатково полімеризує центріолярну присадку, тимчасову структуру, яка більше не зустрічається в зрілих сперматозоїдах. Як дистальні, так і проксимальні центріолі беруть участь у складанні поперечно-смугастих колонок сполучної частини (огляд: Fawcett, 1981). Пізніше під час сперміогенезу дистальна центріоль, яка раніше ініціювала зростання джгутика сперматозоїда, розпадається і більше не присутня в зрілому сперматозоїді, тоді як проксимальна центріоль зазвичай зберігається (Рис. 3).

Рис. 3 Центріолі в подовжених сперматидах і зрілих сперматозоїдах більшості ссавців, включаючи людину. У подовжених сперматидах присутні як проксимальна, так і дистальна центріолі. Дистальна центріоль функціонує при складанні хвоста сперматозоїда. У зрілих сперматозоїдів дистальна центріоль дегенерована і більше не помітна.

Розпад лише дистальної центріолі у зрілих сперматозоїдів характерний для більшості ссавців, включаючи людей і макак-резусів (Manandhar et al., 2000). Отже, у цих видів центріоль передбачуваної зиготичної центросоми успадковується по батькові при заплідненні. Успадкованість центріолярного компонента по батьківській лінії була підтверджена для людини (Sathananthan et al., 1991 Simerly et al., 1995), овець (Le Guen and Crozet, 1989 Crozet, 1990), свиней (Szöllösi and Hunter, 1973) та co. Sathananthan et al., 1997 Long et al., 1993 Navara et al., 1994). Хоча центріолі присутні в зрілих сперматозоїдах, склад і доступність центросомних білків, здається, змінені. Центрин і &гамма-тубулін зустрічаються як у людських, так і в зрілих сперматозоїдах великої рогатої худоби. Проте &гамма-тубулін в основному недоступний у зрілих сперматозоїдів в пробірці до відновлення дисульфідного зв'язку. Тому передбачається, що центросома сперматозоїда повинна бути праймована відновлювальним середовищем в цитоплазмі ооцита ссавців, щоб трансформуватися в активну центросому. Оскільки &гамма-тубулін не тільки присутній в яйцеклітині, але також вводиться сперматозоїдом під час запліднення, він успадковується двома батьками (Simerly et al., 1999). Примітно, що забарвлення зрілих сперматозоїдів людини та бика антицентрином виявило дві сусідні імунореактивні плями біля основи головки сперматозоїда, що нагадує дві сусідні центріолі, незважаючи на дегенерацію дистальної центріолі. Проте імуно-ЕМ дослідження виявили декорацію лише проксимальної центріолі, що залишилася (Simerly et al., 1999). Ці результати свідчать про те, що відсутність чіткої центріолярної структури не означає, що всі центросомні компоненти також відсутні. Тим не менш, зрілі сперматозоїди можуть зберігати деякі центросомні компоненти, які передаються в ооцит під час запліднення, щоб забезпечити відновлення зиготичної центросоми.

На відміну від більшості ссавців (включаючи людину), як дистальні, так і проксимальні центріолі дегенерують під час сперміогенезу у мишей та інших гризунів. Крім того, сперматозоїди мишей позбавлені ключових центросомних компонентів і більше не мають здатності до зародження мікротрубочок. Здатність до зародження MT можна контролювати шляхом утворення монастральної айстри, яка прилягає до вбудованого ядра сперматозоїда в запліднених ооцитах (Schatten et al., 1986). Втрата ключових білків PCM і дегенерація центріолей є послідовними подіями. Круглі сперматиди, а також подовжені сперматиди демонструють дистальні та проксимальні центріолі разом із гамма-тубулін і центрин, що містять вогнища. У сперматидах, що подовжуються, гамма-тубулін в основному виявляється навколо центріолярного приєднання, яке зароджує мікротрубочки. Під час сперміації &гамма-тубулін втрачається з області шиї та виділяється разом із залишковим тілом. Дистальна центріоль розпадається на стадії яєчка, а проксимальна центріоль дегенерує в придатку яєчка. Зрілі сперматозоїди миші не містять ні центріолі, ні &гамма-тубулін або центрин (Manandhar et al., 1998 Manandhar et al., 1999). Часткова чи повна дегенерація центріолей та пов’язаних з ними центросомальних білків у сперматозоїдах людини та миші, відповідно, також підтверджується видовим розподілом центросомних білків (наприклад, TSKS, субстрат специфічних для яєчок серинкіназ 1 та 2 Xu et al., 2008). ).

Належна функція центросоми життєво важлива для об’єднання чоловічих і жіночих пронуклеусів після запліднення та постійного розвитку. У більшості тварин центросома сперматозоїда організовує сперматозоїд айстри, яка об’єднує батьківські геноми під час запліднення. Неправильна центросомна спадковість або дисфункція центріолі сперматозоїда може бути пов’язана з порушенням розщеплення заплідненої яйцеклітини та аномальним ембріональним розвитком, що пов’язує центросоми з безпліддям (Simerly et al., 1995, Palermo et al., 192080020002007 огляд: Schatten and Sun, 2009a). Було показано, що природні варіації в їх центросомах корелюють з репродуктивним успіхом (Navara et al., 1996). Аналогічно, дисфункція центросом може бути відповідальною за низьку ефективність клонування ссавців шляхом перенесення ядер соматичних клітин (SCNT) і може навіть вплинути на успіх внутрішньоцитоплазматичної ін'єкції сперми (ICSI) у техніках допоміжної репродукції (Chemes et al., 1999 Zhong et al. ., 2005 Dai et al., 2006 Zhong et al., 2007 Terada, 2007).

Центросома під час оогенезу та в ооцитах
Оогонії та ооцити аж до стадії пахитени хом’яків, мишей, щурів, піщанок і людини містять центріолі, але на наступних стадіях мейозу центріолі відсутні. Під час розпаду зародкових пухирців полімеризація мікротрубочок фокусується на кількох електронно-щільних агрегатах всередині ооплазми (Szöllösi et al., 1972 Sathananthan et al., 2006). Зрілі ооцити кроликів, корів та овець також позбавлені центріолей (Sathananthan et al., 1997 Crozet et al., 2000). Однак, як було виявлено дослідженнями імунолокалізації, переважно під час оогенезу мишей, білки PCM, включаючи &гамма-тубулін, перицентрин і NuMA, не елімінуються під час мейотичних стадій, але демонструють динамічний перерозподіл. NuMA - це білок ядерного матриксу, який відіграє важливу роль у створенні та підтримці апарату біполярного веретена (Maro et al., 1985 Gueth-Halonet et al., 1993 Calarco, 2000 Carabatsos et al., 2000 Lee et al., 2000). Can et al., 2003 Meng et al., 2004 Tang et al., 2004 Sedo et al., 2011). 4-D зображення в живих дозріваючих ооцитах мишей показало, що численні ацентросомні MTOC, що поширюються в ооплазмі, потім збираються у функціональне ацентросомне мейотичне веретено (Schuh and Ellenberg, 2007). Таким чином, центросомний матеріал зберігається в яйцеклітині, хоча і не сфокусованим чином, який потім притягується сперматозоїдом після запліднення для створення функціональної центросоми. Дослідження формування айстр у корови показали, що центросома, що утворюється після запліднення, є сумішшю батьківського та материнського компонентів (Navara et al., 1994).

2. Центросома в період раннього розвитку


У людей сперматозоїди вносять проксимальну центріоль і середню частину хвоста сперматозоїда в ацентріолярний ооцит під час запліднення. Проксимальна центріоль і серединна частина сперматозоїда тісно пов'язані з деконденсуючим ядром сперматозоїда, яке поступово розвивається в чоловіче пронуклеус. Незабаром після включення сперми в яйцеклітину з проксимальної центріолі утворюється сперматозоїд. У айстрі утворюються мікротрубочки, необхідні для приєднання чоловічих і жіночих пронуклеусів, що є необхідною передумовою для злиття батьківського і материнського геномів і успішного запліднення. У прометафазі, коли чоловічі та жіночі пронуклеуси руйнуються, центросома розділяється, утворюючи два полюси мітотичного веретена. Трансмісійна електронна мікроскопія виявила одинарні або подвійні центріолі в центросомах на одному полюсі першого веретена розщеплення (Sathananthan et al., 1991). Швидше за все, через труднощі зібрати обидві центріолі однієї центросоми або навіть обидві центросоми в одній площині розрізу в об’ємній ооплазмі, подвійні центріолі не виявлені на кожному полюсі першого веретена розщеплення. Але потім центріолі виявляються на кожній стадії раннього розвитку ембріона (Sathananthan et al., 1996 Sathananthan, 1997).
У великої рогатої худоби центріолі також успадковуються по батьківській лінії і утворюють сперматозоїди після запліднення (Sathananthan et al., 1997). Таким чином, зиготи людей, овець і корів демонструють центріолі на полюсах веретена під час першого мітозу, хоча широкі електронно-мікроскопічні дослідження не змогли знайти дуплексні центріолі у всіх полюсах веретена під час першого розщеплення зигот людини (Sathananthan et al., 1991 Sathananthan et al. ., 1996 Santhananthan et al., 1997 Le Guen and Crozet, 1989). У зигот овець перше веретено розщеплення має дві центріолі на одному полюсі і лише одну центріолі на іншому полюсі, ймовірно, через труднощі зібрати всі центріолі в одній площині розрізу (Crozet et al., 2000). Однак у пізніх ембріональних клітинах центріолярні дуплекси незмінно виявляються у всіх клітинах (Sathananthan, 1997).
Батьківські центросомні складові зрілої сперми людини та великої рогатої худоби підлягають фосфорилюванню в пробірці після впливу X. laevis безклітинні яєчні екстракти, а також в природних умовах після проникнення в яйцеклітину, як візуалізується фосфопротеїноспецифічним антитілом MPM-2 (Simerly et al., 1999). Це дозволило припустити, що батьківські центросомні білки можуть бути інтенсивно модифіковані посттрансляційно після впливу ооплазми під час запліднення. Після запліднення центросома сперми рекрутує &гамма-тубулін з ооплазми, що призводить до накопичення переважно материнського &гамма-тубуліну в зиготній центросомі (Simerly et al., 1999 Shin and Kim, 2003).

Зрілі ооцити позбавлені центріолей, але містять білки PCM. Більше того, у мишей та інших гризунів сперма не вносить центріолі в ооцит при заплідненні. Тому мікротрубочки після запліднення організовуються компонентами, що зберігаються в ооциті, а не вбудованим ядром сперми. Під час раннього розвитку мишей відбуваються важливі зміни в складі та структурі MTOC, що відображається різною кількістю вогнищ PCM, а також їх білковим складом (Gueth-Hallonet et al., 1993). Хоча ембріони миші першої та другої стадії розщеплення позбавлені центріолей, центріолі виникають на стадії бластоцисти шляхом de novo синтезу (Szöllösi et al., 1972). De novo утворення центріолей також спостерігалося в партеногенетично активованих ооцитах кроликів (Szöllösi і Ozil, 1991). Попередники центріоли схожі на дейтеросоми, проміжні структури de novo утворення базальних тілець у багатовійчастих клітинах, або процентріолі. Процентріольоподібні тіла можуть спочатку утворювати поодинокі центріолі, які згодом реплікуються ортогонально, як у партеногенетично активованих яйцях морського їжака (Kallenbach and Mazia, 1982). Центріоли зі звичайною морфологією вперше можна було знайти на 16-клітинній стадії за допомогою електронної мікроскопії (Szöllösi et al., 1972 Gueth-Hallonet et al., 1993). Ці спостереження ще раз свідчать про те, що центріолі не є важливими для формування біполярних веретен у тварин, і що центріолі утворюються. de novo в ранньому ембріоні миші.

Резюме: Від статевих клітин до зигот
У видів ссавців (у тому числі людини) спостерігається поступова дегенерація центросоми під час сперміогенезу. Втрата ключових білків PCM слідує за втратою здатності до зародження мікротрубочок і в кінцевому підсумку призводить до часткової або повної дегенерації центріолей. У більшості ссавців (включаючи людину) сперма зберігає проксимальну центріоль, але дегенерує дистальну. Навпаки, оогонії спочатку містять пару чітко визначених центріолей, які втрачаються під час оогенезу, в результаті чого зрілий ооцит позбавлений центріолей. Однак PCM зберігається, хоча і розсіяний по всій цитоплазмі яйця. Як і в більшості ссавців, яйцеклітина людини не має гранульованого центросомного матеріалу на полюсах мейотичного веретена, що є надзвичайною відмінністю від ооцитів мишей, які мають домінантну материнську центросому. Після запліднення в зиготі відновлюється функціональна центросома. У мишей та інших гризунів, у яких сперма не створює центріолі, зиготична центросома складається з материнського матеріалу, тоді як у більшості інших ссавців (включаючи людину) зиготична центросома відновлюється за допомогою проксимальної центріолі, поданої сперматозоїдом і материнським PCM. компоненти, які притягуються сперматозоїдом (Schatten and Sun, 2009b).Таким чином, відновлення центросоми після запліднення відбувається у більшості ссавців (за винятком гризунів) за допомогою сперми, що постачає центріоль, і PCM, що постачається цитоплазмою яйця.

3. Центросома в стовбурових клітинах


Формування біполярного мітотичного веретена є вирішальною подією для правильного поділу клітин, що забезпечує рівний розподіл хромосом, а також рівну кількість цитоплазматичних компонентів дочірніх клітин. Одночасно центросоми також можуть бути рівномірно розподілені між дочірніми клітинами. Однак це може бути не завжди так. Нерівномірний розподіл центросом між дочірніми клітинами може створити модель для диференціювання. Ключовою ознакою біології стовбурових клітин є асиметричний поділ клітин. Асиметричний поділ клітин призводить до утворення двох нерівних дочірніх клітин, які отримують різну кількість цитоплазматичного матеріалу та органел, а також, можливо, також центросомні компоненти. Одна з дочірніх клітин підтримує характеристики стовбурових клітин, залишаючись у ніші стовбурових клітин і отримуючи сигнали від центру (огляд: Morrison and Spradling, 2008). Родинна клітина більше не контактує з концентратором і зазнає диференціювання. Цей вид поділу клітини, що призводить до того, що дві клітини-побратими зазнають різну долю клітин, вимагає специфічного розташування мітотичного веретена, яке має бути перпендикулярно концентратору. Таким чином, порушення положення веретена впливають на долю дочірніх клітин. Якщо обидві клітини-побратими залишатимуться в контакті з концентратором, у результаті будуть дві стовбурові клітини замість однієї стовбурової клітини та однієї диференційованої клітини. Таким чином, порушення в положенні веретена можуть порушити баланс між стовбуровими клітинами та диференційованими клітинами і призвести до неконтрольованої проліферації та раку (огляд: Pease and Tirnauer, 2011). Однак ссавці не є хорошою модельною системою для вивчення способу поділу клітин у підтримці стовбурових клітин і внеску, який центросома надає в диференціацію та розвиток клітин.

Наші знання про асиметричний поділ стовбурових клітин і центросоми стовбурових клітин в основному засновані на дослідженнях плодової мухи дрозофіла, і нематода Caenorhabditis elegans (огляд: Yamashita and Fuller, 2008 Gönczy, 2008 Neumüller and Knoblich, 2009). в дрозофіла У самців стовбурові клітини зародкової лінії (GSC) переважно успадковують і зберігають зрілу центросому (що містить материнську центріоль), доки вони залишаються в ніші. Дочірня центросома успадковується дочірньою клітиною, призначеною для диференціювання. Асиметричний розподіл центросом визначається диференційною здатністю до зародження мікротрубочок материнської та дочірньої центросом, що впливає на орієнтацію веретена (Yamashita et al., 2003 Yamashita et al., 2007). Дезорієнтація центросом під час старіння впливає на поділ стовбурових клітин (Cheng et al., 2008). Також повідомлялося про нерівний розподіл центросом у дрозофіла нейрогенез. Личинкові нервові стовбурові клітини, які називаються нейробластами, діляться асиметрично, щоб утворити більший самооновлюючий нейробласт і меншу материнську клітину базального ганглія личинки, яка проводить нейронну диференціацію. Одна центросома нейробластів залишається пов’язаною з корою нейробластів, а інша пара центріолей віддаляється (Rebello et al., 2007 Rusan and Pfeifer, 2007). Однак у цьому випадку материнська центросома успадковується диференційованою дочірньою клітиною (Januschke et al., 2011). В жіночому дрозофіла центросоми зародкової лінії відокремлюються випадковим чином (Stevens et al., 2007). Таким чином, асиметричне успадкування центросом не є загальною ознакою ліній стовбурових клітин.

У ссавців найкращим вивченим прикладом асиметричного поділу клітин є передній мозок миші, що розвивається. На початку розвитку клітини-попередники в зоні шлуночків діляться симетрично, щоб збільшити пул клітин-попередників. З 10-го дня ембріонального розвитку клітини-попередники, які тепер називаються прогеніторами радіальної глії, діляться асиметрично, дозволяючи виробляти більше диференційованих клітин (Götz і Huttner, 2005). Асиметричний поділ попередників променевої глії утворює самооновлюючу променеву глію та диференційовану клітину, яка залишає шлуночкову зону і стає нейроном. Попередники радіальної глії переважно успадковують старшу центросому, тоді як клітина, яка виходить із зони шлуночків, щоб стати нейроном, переважно успадковує дочірню центросому. Видалення нінеїну, пов’язаного з материнською центріолею, може порушити асиметрію центросом, що призведе до порушення асиметричного успадкування центросом і виснаження клітин-попередників із зони шлуночків (Wang et al., 2009). Таким чином, асиметричне успадкування центросом підтримує нейронні клітини-попередники в неокортексі миші. Важливість зрілої центросоми для підтримки пулу попередників у зоні шлуночків додатково обґрунтовується приглушенням генів, що кодують центросомні білки. Аналогічно, мікроцефалія людини, що характеризується значним зменшенням розміру мозку, спричинена втратою функції пов’язаних з центросомами білків (огляд: Lesage et al., 2010).

Симетричний поділ клітин, який, очевидно, спостерігається в клітинах у культурі, аж ніяк не демонструє рівного розподілу клітинних компонентів між дочірніми клітинами (Fuentealba et al., 2008). Як показали Fuentealba et al. у культивованих клітинних лініях ссавців, включаючи ES клітини людини, і в природних умовах у ембріонів дрозофіли обидві центросоми мітотичної клітини можуть відрізнятися за складом. Тому дочірні клітини отримують диференційований білковий пул.

4. Центросома при раку


Хоча дуплікація центросом тісно пов’язана з прогресуванням клітинного циклу за нормальних умов, дивно неправильне подвоєння центросом не спричинило зупинку клітинного циклу (Uetake and Sluder, 2004 Wong and Stearns, 2005). Майже при всіх типах солідних пухлин, а також при гематологічних злоякісних новоутвореннях, таких як лімфома та лейкемія, поширена аномальна ампліфікація центросом. Ампліфікація центросом разом з анеуплоїдією є ознаками багатьох видів раку (огляд: Salisbury et al., 1999 Nigg, 2002 Wang et al., 2004 Sagona and Stenmark, 2010). Хоча типові центросоми з двома центріолями були ідентифіковані за допомогою електронної мікроскопії в недиференційованих людських ES-клітинах, дуже високий відсоток культивованих людських ембріональних стовбурових клітин демонструє чисельні аномалії центросом, які можуть бути відповідальними за спостережувану нестабільність хромосом у цих клітинах (Sathananthan et al., 2002 Голубцова та ін., 2011). Питання, чи ампліфікація центросоми викликає анеуплоїдію, чи навпаки, досі залишається предметом дискусій. Було продемонстровано, що клітини з надлишковими центросомами та тетраплоїдними геномами можуть продовжувати цикл, що в кінцевому підсумку призводить до анеуплоїдних клітин. Більше того, тетраплоїдні клітини, швидше за все, є пухлиногенними, ніж їх диплоїдні аналоги (огляд: Sankaran and Parvin, 2006). Перший прямий причинний зв’язок між ампліфікацією центросоми та пухлинним генезом було встановлено дослідженнями плодової мушки. Drosophila melanogaster. Мозок личинок тварин, які мають надлишкові центросоми через надмірну експресію Plk4, був здатний ініціювати пухлинний генез у мух-господарів дикого типу при трансплантації (Basto et al., 2008 Castellanos et al., 2008). Дивно, але гетерозиготність Plk4 фібробластів миші погіршує цитокінез, що призводить до тетраплоїдних дочірніх клітин з ампліфікованими центросомами. Більше того, аберантна активність Plk4, здається, бере участь у утворенні пухлин у мишей і людей (Macmillan et al., 2001 Ko et al., 2005 Rosario et al., 2010). Тому жорсткий контроль рівня та активності Plk4 є обов’язковим. Стабільність Plk4 регулюється автофосфорилюванням і подальшою убіквітин-залежною деградацією (Holland et al., 2010).

Крім поло-подібної кінази Plk4, у багатьох пухлинах, які одночасно демонструють центросомні аберації, дисрегулюються різні інші білки. При пухлинах молочної залози та колоректальних пухлин ген Aurora-A часто ампліфікується. Aurora-A належить до сімейства протеїнкіназ Aurora, яке складається з трьох членів у ссавців. Aurora-A - це мітотична кіназа, яка локалізується в центросомах. Крім ампліфікації гена, гіперекспресія Aurora-A виявляється в багатьох пухлинах. У культивованих клітинах надмірна експресія Aurora-A призводить до ампліфікації центросом (Sen et al., 1997 Bischoff et al., 1998 Zhou et al., 1998 Meraldi et al., 2002 огляд: Giet et al., 2005). Aurora-A фосфорилює E3-убіквітинлігазу BRCA1, щоб зменшити її активність. Знижена активність убіквітин-лігази пригнічує деградацію гамма-тубуліну, що призводить до редуплікації центросом. Пухлини молочної залози та яєчників часто асоціюються із втратою E3-убіквітин-лігази BRCA1 (Sankaran and Parvin, 2006). Важливим пригнічувачем пухлин є p53, і точкові мутації, що впливають на p53, поширені при багатьох формах раку людини (Hainaut et al., 1997). Те, що p53 впливає на дуплікацію центросом, було показано в ембріональних фібробластах, створених з p53 -/- -мишей. Клітини з дефіцитом Р53 мають численні копії функціональних центросом (Fukusawa et al., 1996), швидше за все, через тетраплоїдизацію, спричинену надмірною експресією Aurora-A (Meraldi et al., 2002).

Ампліфікація центросом і нестабільність хромосом є поширеними ознаками раку. До теперішнього часу більшість результатів підтримують думку про те, що надлишкова дуплікація центросом є основною причиною анеуплоїдії. Крім ампліфікації центросом, структурні та функціональні аномалії центросоми також спостерігалися в пухлинних клітинах. Крім того, дисфункція центросом була причетна до широкого спектру захворювань людини (огляд: Badano et al., 2005).

5. Висновок


Центросоми стовбурових клітин є відносно невивченою областю. Є деякі натяки на те, що центросоми можуть бути важливими для підтримки стовбурових клітин, і що зріла та дочірня центросоми відрізняються одна від одної. Але невідомо, чи відрізняються центросоми зі стовбурових клітин за складом від соматичних центросом. Аналогічно, їхній функціональний внесок у підтримку стовбурових клітин або диференціацію клітин залишається значною мірою в темряві. Чисельні, структурні та функціональні аберації центросоми пов’язані з широким спектром захворювань людини, включаючи рак. Ампліфікація центросом у пухлинних клітинах може відкрити шлях до нестабільності хромосом, що призводить до прогресування раку.


Висновок і перспективи на майбутнє

На завершення, інфузорії пропонують непередбачувані можливості для вивчення ролі BB як сенсорної платформи, окремих війок в одній клітині та складних мікротрубочних структур та їх ролі 𠇊s реле у передачі полярностей та морфогенетичної інформації” (цит. за Beisson and Jerka -Дзядош, 1999). Це також вірно для основних механізмів, що лежать в основі полярності та морфогенезу, які все ще присутні в багатоклітинних організмах. Хоча інфузорії внесли значний внесок у ідентифікацію та функціональне розуміння посттрансляційних модифікацій тубулін/МТ, шлях, яким ці модифікації становлять додатковий шар інформації для збереження кортикального малюнка інфузорій під час поділу, далеко не вичерпаний. У цій галузі інфузорії все ще можуть внести незамінний внесок у розуміння розвитку метазоа.

Згодом інфузорії не тільки дали нову інформацію про численні основні процеси клітин еукаріотів, але й викликали наукове співтовариство, призвевши до формулювання нових концепцій. У цьому сценарії звертає на себе увагу зібрана інформація про роль специфічного субпеллікулярного шару цих організмів, що вказує на існування ниткоподібних сіток як направляючих каркасів під час морфогенезу. Щоб зрозуміти, як ці білки були замінені/еволюціонували, і які з фактичних білків у клітинах вищих еукаріотів все ще відіграють подібні ролі, швидше за все, сприятиме отриманню нової інформації про кору багатоклеток як інтерфейс для взаємовідносин із сусідніми клітинами та позаклітинним матриксом. Ми передбачаємо, що це вплине на швидке зростання механобіології. Щоб підійти до цього, ми передбачаємо, що атомно-силова мікроскопія (АСМ) (Binnig et al., 1986) буде потужним інструментом. Це потужна мікроскопічна техніка з високою роздільною здатністю, здатна відображати поверхні та визначати структурні та механічні властивості різноманітних біологічних матеріалів із можливістю забезпечити просторову роздільну здатність порядку нанометрів у трьох вимірах без необхідності вакууму чи контрасту. реагенти (Cai, 2018 Stylianou et al., 2019). Взявши разом усі можливості АСМ, потенціал для його використання в полярності інфузорій величезний. Незважаючи на те, що на даний момент було проведено кілька досліджень з використанням АСМ в області інфузорій, ті, які були проведені, були успішними. Як приклад, Сейшас та його колеги змогли дослідити можливості цієї техніки, щоб вперше запропонувати модель, яка описує збірку структури ковпачка війок (Seixas et al., 2017). Завдяки останнім досягненням високошвидкісної АСМ, функціоналізації наконечника та мікроскопії з надвисокою роздільною здатністю корисність АСМ у дослідженнях інфузорій стає ще більшою. Використання молекулярного картування АСМ може допомогти зрозуміти динаміку складу мембрани війок і дисперсию в різних областях клітини в нанометровому діапазоні з кореляцією з STED або STORM, ми можемо краще зрозуміти біохімічні полярності, які лежать в основі структурних полярностей кори. Загалом, АСМ та інфузорії мають високий потенціал для отримання видатних наукових висновків.


Скільки центріолей/базальних тілець є в багатовійчастих клітинах протягом клітинного циклу? - Біологія

K endstream endobj 195 0 obj >/ExtGState >/Font > /ProcSet [ /PDF /Text /ImageC ] /XObject >>> /Довжина 7718 /Filter /FlateDecode >> потік x ][s㸕

4 n endstream endobj 264 0 obj > stream h G 1Ů c7FE? D %j _l %j Q c b @ ņX ^ HQ: < (G=

ioDѓ O? A S z o l endstream endobj 312 0 obj > stream xڕ[[

d ׀ CX DŽ s 4 endstream endobj 461 0 obj >/ExtGState >/Font > /ProcSet [ /PDF /Text /ImageC ] /XObject >>> /Length 6807 /Фільтр /FlateDecode >> потік x ]Yo F

Ew "I2Y. ( Q / % m R iW 'h Ϳ X endstream endobj 623 0 obj > stream x [KS 8 `i"@c P US4] p bn ,L t j # i%N̝&b d zZ s pz 8H > tz

b c"̎ qt f b8 ] w 1 , endstream endobj 895 0 obj >/XObject >>> /Довжина 54 /Filter /FlateDecode > > потік x +T0 3T0 A( ˥ d ^ U `hd R01 (1 S *S | @ endstream endobj 905 0 obj > /Метадані 906 0 R /Довжина 7839 >> потік x Ol W _ Md i #e lK J4p !ʘEn$ 8 h # '@ Dp" E d0 Z ` H b` H - - eM =͌9 k ?

/ 'q n e M endstream endobj 963 0 obj > endobj 901 0 obj > потік xڭ[[s۶


Карти сайту: Білі сайти-компаньйони:

Карти сайту: Black Companion Sites:

Мікротрубочки

Мікротрубочки являють собою циліндричні трубки діаметром 20-25 нм, які складаються з лінійних полімерів (протофіламентів) глобулярного білка тубулін. (клацніть правою кнопкою миші, щоб збільшити)

Утворюються молекули тубуліну гетеродимери α- та α-β-тубуліну та лінійні ряди димерів тубуліну утворюють протофіламенти. Як α-, так і β-тубулини існують у кількох ізотипічних формах і можуть зазнавати кількох посттрансляційних модифікацій. У вищих еукаріотів було ідентифіковано щонайменше 14 ізотипів тубуліну, які експресуються тканинно-специфічним чином.

Мікротрубочки діють як риштування підтримувати форму клітини і поширюватися по всій цитоплазмі еукаріотичних клітин. (Білки каркаса, які беруть участь у сигнальних каскадах, відрізняються від каркаса цитоскелета.) Мікротрубочки – це полярний структури з двома різними кінцями, швидкозростаючим кінцем «плюс» і повільно зростаючим «мінусом». Мікротрубочки зазвичай організовані в єдиний масив, мінусові кінці яких пов’язані з організуючим центром мікротрубочки, прилеглим до ядра, і плюсові кінці, розташовані до периферії клітини біля плазматичної мембрани. Таке розташування встановлює певну полярність, яка використовується пов’язаними з мікротрубочками моторними білками, які переміщують «вантаж» до мінусових або плюсових кінців клітинних мікротрубочок.

Оскільки димери тубуліну постійно полімеризуються та деполімеризуються, мікротрубочки можуть швидко піддаватися циклів складання та розбирання. The спочатку стадія утворення мікротрубочок повільна Mg2+ і GTP-залежна "фаза зародження", в якому α- і β-тубуліни з'єднуються кінець в кінець, утворюючи протофіламенти з чергуванням α- і β-субодиниць. другий, фаза подовження протікає швидше.

ГТФ повинен бути зв’язаний як з α-, так і з β-субодиницями для тубуліну гетеродимеризація асоціація тубулінів у мікротрубочки. β-тубулін-зв’язаний-GTP гідролізується до GDP під час або відразу після полімеризації, послаблюючи спорідненість тубуліну до суміжних молекул і сприяючи деполімеризації, що сприяє динамічній поведінці мікротрубочок. Гетеродимери можуть приєднуватися до або відокремлюватися від будь-якого кінця мікротрубочок, але існує більша тенденція до додавання на швидше зростаючому «плюсовому» кінці, де β-тубулін піддається впливу. Мікротрубочки також зазнають «бігова доріжка», в якому молекули тубуліну, зв’язані з GTP, постійно втрачаються з мінусового кінця, а замінюються додаванням молекул тубуліну, зв’язаних з GTP, до плюсового кінця тієї ж мікротрубочки.

Під час утворення мікротрубочок відбувається чергування циклів подовження і вкорочення динамічна нестабільність що має вирішальне значення для спрямування мікротрубочок до цільових сайтів, таких як кінетохори, мігруючі мембрани та фокальні спайки.Динамічна нестабільність є суворо регульованим явищем і має вирішальне значення для ремоделювання цитоскелета під час мітозу. Динамічна нестабільність характеризується чотирма важливими змінними:
а. ставка зростання мікротрубочок,
б. ставка укорочення мікротрубочок,
c. частота переходу від стану росту до вкорочення, і
d. частота переходу від укорочення до зростання.

Зростання і скорочення мікротрубочок залежить від швидкості додавання тубуліну відносно швидкості Гідроліз ГТФ. Зв’язаний з тубуліном GTP гідролізується до тубулін-GDP + Pi, але тубулін-GTP може бути доданий до плюсового кінця майже одночасно з його гідролізом на мінусовому кінці. Отже, щоразу, коли молекули тубуліну, зв’язані з ГТФ, додаються швидше, ніж гідроліз ГТФ, мікротрубочка збереже ковпачок ГТФ на своєму плюсовому кінці, і зростання триватиме. Коли швидкість полімеризації зменшується, GTP, який зв’язаний з тубуліном на плюсовому кінці, гідролізується до GDP, а пов’язаний з GDP тубулін дисоціює, що призводить до швидкої деполімеризації та стиснення мікротрубочок.

Різні білки розбирають мікротрубочки, збільшуючи швидкість деполімеризації тубуліну. Внутрішня динамічна нестабільність мікротрубочок може бути змінена взаємодією з білки, асоційовані з мікротрубочками (MAP) і білки, що регулюють мікротрубочки. Найкраще охарактеризовані MAP – це білки MAP-1, MAP-2 і тау. MAP можуть зв’язуватися з мікротрубочками, підвищуючи їх стабільність. Активність MAP жорстко регулюється станом їх фосфорилювання. Змінений стан фосфорилювання MAP був позитивно пов’язаний з патогенезом хвороби Альцгеймера.

Сигнали фактора росту активують протеїнкінази, які каталізують фосфорилювання тубулін-зв’язуючих доменів MAP, викликаючи їх відокремлення від мікротрубочок. XMAP215 є висококонсервативним MAP 215 кДа, який відіграє важливу роль у контролі динаміки мікротрубочок під час клітинного циклу. XMAP215 стабілізує плюсові кінці мікротрубочок, сприяючи подовженню та запобігаючи катастрофічному усадженню. На початку мітозу більш високе фосфорилювання XMAP215 збільшує нестабільність мікротрубочок, викликаючи розбирання. Під час кінцевої фази мітозу активність протеїнфосфатази переважає, оскільки відновлюється масив мікротрубочок, характерний для інтерфази.

Оскільки вони відіграють важливу роль у формуванні мітотичного веретена під час поділу клітини, мікротрубочки були націлені на хіміотерапія раку. Антимітотичні хіміотерапевтичні засоби можуть селективно порушувати динаміку мікротрубочек, або націлюючись на певний ізотип тубуліну, або на конкретну стадію поділу клітин. Такі антимітотичні агенти використовують різницю в динаміці мікротрубочек між нормальними клітинними популяціями та швидко проліферуючими раковими клітинами. Наприклад, такі препарати, як колхіцин і колцемід, зв’язують тубулін і пригнічують мікротубулярну полімеризацію, таким чином блокуючи мітоз. З іншого боку, такі агенти, як таксол, стабілізують мікротрубочки, перешкоджаючи поділу клітин. [s] (діаграма MTs, MAPs )

На додаток до своєї цитоскелетної ролі, мікротрубочки діють як клітинні конвеєрні стрічки, використовуючи спеціальні прикріплюючі білки для переміщення хромосом, гранул, ендосомальних везикул і органел, таких як мітохондрії, через цитоплазму.

Мікротрубочки можуть працювати окремо або з’єднуватися з іншими білками для утворення більш складних структур, таких як війки, джгутики та центріолі. Усередині війок і джгутиків мікротрубочки зібрані за схемою 9 + 2. анімація - всередині джгутика. Тубулін з’єднується з динеїновими рукавами, щоб забезпечити рух (спермоцити, найпростіші) або переміщення рідини по клітині (важливо для ембріологічної диференціації). [] image_spermatozoa (миша) [] image_sperm (Dv) [] схема - механізм рухливості війок Џ анімація - війки та джгутики

Розташовані в ортогональні парні трубочки з 9 волокон, мікротрубочки утворюють центріолі під час поділу клітини або базальні тіла на корені війок і джгутиків. анімація - крутящаяся пара центріолі : тур центріоль : збільшити центріолі. Під час мітозу мікротрубочки утворюють веретенові волокна, уздовж яких збираються хромосоми, а потім розділяються.

Патології [s] пов'язані з мікротрубочками:
● дисфункція стабільності
● дисфункція тау-білка, асоційованого з мікротрубочками (таупатії)
● порушення функції клітинних війок
● первинна циліарна дискінезія (DNAH5, DNAH7, DNAH11)
● анатомічні дефекти латералізації (situs inversus)
● чоловіче безпліддя
● Синдром Картагенера - зворотне місце з декстрокардією, бронхоектазами, хронічним синуситом, кондуктивною глухотою, нерухомими війками та сперматозоїдами
● патологія білків, асоційованих з мікротрубочками (MAP)
● патологія тубулінів та патологія тубулін-специфічних шаперонів


Перегляньте відео: Сечовидільна система. Гістологія (Липень 2022).


Коментарі:

  1. Jyll

    Я вважаю, що ви помиляєтесь. Я можу це довести. Напишіть мені на вечора, ми поговоримо.

  2. Kardeiz

    Охоче ​​приймаю. Тема цікава, буду брати участь в обговоренні. Разом ми зможемо прийти до правильної відповіді.



Напишіть повідомлення