CENTRIOLES: FUNKCIJAS UN RAKSTURLIELUMI - ZINĀTNE - 2025

The centriola ir cilindriskās struktūras, kas sastāv no šūnu klasteru mikrotubuļiem. Tos veido olbaltumvielu tubulīns, kas atrodams lielākajā daļā eikariotu šūnu.

Saistītais centrioļu pāris, ko ieskauj bezveidīga blīva materiāla masa, ko sauc par pericentriolar materiālu (PCM), veido struktūru, ko sauc par centrosomu.

Centrioles ir cilindriskas struktūras, kuras veido mikrotubulu kopas. Lielāko daļu centrioļu veido deviņi mikrotubulu trio komplekti, kas izvietoti cilindrā.

Centrioļu funkcija ir virzīt mikrotubulu montāžu, piedaloties šūnu organizācijā (kodola novietojumā un šūnas telpiskajā izkārtojumā), flageļu un ciliju veidošanā un funkcionēšanā (cilioģenēze) un šūnu dalīšanā (mitoze un meioze).

Centrioļi ir atrodami šūnu struktūrās, kuras dzīvnieku šūnās sauc par centrosomām, un augu šūnās to nav.

Katrā šūnā esošo struktūru vai trūkumu struktūras defektiem var būt ievērojamas sekas organisma fizioloģijā, cita starpā izraisot izmaiņas reakcijā uz stresu, vīriešu neauglību, neirodeģeneratīvām slimībām un audzēju veidošanos.

Centriole ir cilindriska struktūra. Saistīto centrioļu pāris, ko ieskauj bezveidīga blīva materiāla masa (ko sauc par "pericentriolar materiālu" vai PCM), veido saliktu struktūru, ko sauc par "centrosomu".

Tie tika uzskatīti par nesvarīgiem tikai pirms dažiem gadiem, kad tika secināts, ka tie ir galvenie organoli šūnu dalīšanās un dublēšanās (mitozes) vadīšanā eikariotu šūnās (galvenokārt cilvēkiem un citiem dzīvniekiem).

Šūna

Pēdējais visu Zemes dzīvības priekštečis bija viena šūna, un visu eikariotu pēdējais kopīgais sencis bija izliekta šūna ar centrioļiem.

Katru organismu veido mijiedarbīgu šūnu grupa. Organismi satur orgānus, orgānus veido audi, audus veido šūnas, un šūnas veido molekulas.

Visas šūnas izmanto tos pašus molekulāros "celtniecības blokus", līdzīgas metodes ģenētiskās informācijas glabāšanai, uzturēšanai un izpausmei un līdzīgus enerģijas metabolisma, molekulārā transporta, signalizācijas, attīstības un struktūras procesus.

Mikrotubulas

Elektronu mikroskopijas pirmajās dienās šūnu biologi citoplazmā novēroja garus kanāliņus, kurus viņi sauca par mikrotubulēm.

Morfoloģiski līdzīgas mikrotubulas tika novērotas, veidojot mitotiskās vārpstas šķiedras, kā neironu aksonu komponentus un kā struktūras elementus ciliā un flagella.

Atsevišķu mikrotubulu rūpīga pārbaude parādīja, ka tās visas sastāvēja no 13 gareniskām vienībām (tagad sauktām par protofilamentiem), kas sastāv no galvenā proteīna (kas sastāv no cieši saistītiem α-tubulīna un β-tubulīna subvienības) un vairākiem proteīniem, kas saistīti ar mikrotubulas (MAP).

Papildus to funkcijām citās šūnās mikrotubulēm ir būtiska nozīme neirona augšanā, morfoloģijā, migrācijā un polaritātē, kā arī efektīvas nervu sistēmas attīstībā, uzturēšanā un izdzīvošanā. .

Spēcīgas mijiedarbības nozīme starp citoskeletona komponentiem (mikrotubulēm, aktīna pavedieniem, starpposmiem un septiniem) atspoguļojas vairākos cilvēka neirodeģeneratīvos traucējumos, kas saistīti ar patoloģisku mikrotubulu dinamiku, tai skaitā Parkinsona slimību un Alcheimera slimību.

Cilia un flagella

Cilia un flagella ir organellas, kas atrodamas uz vairuma eikariotu šūnu virsmas. Tos galvenokārt veido mikrotubulas un membrāna.

Spermas kustīgums ir saistīts ar mobilajiem citoskeletāliem elementiem, kas atrodas astes daļā, ko sauc par axonemes. Aksonēmu struktūra sastāv no 9 grupām pa 2 mikrotubulēm, molekulāriem motoriem (dyneīniem) un to regulējošām struktūrām.

Centrioļiem ir galvenā loma cilioģenēzē un šūnu cikla progresēšanā. Centriola nobriešana rada funkcijas maiņu, kas no šūnu dalīšanās ved uz cilija veidošanos.

Aksonemes vai cilijas struktūras vai funkcijas defekti cilvēkiem izraisa vairākus traucējumus, ko sauc par ciliopātijām. Šīs slimības ietekmē dažādus audus, ieskaitot acis, nieres, smadzenes, plaušas un spermas kustīgumu (kas bieži noved pie vīriešu neauglības).

Centriole

Deviņi mikrotubulu tripleti, kas izvietoti ap perimetru (veido īsu dobu cilindru), ir “celtniecības bloki” un centriola galvenā struktūra.

Daudzus gadus centrioļu struktūra un funkcijas tika ignorētas, neskatoties uz to, ka līdz 1880. gadiem centrosoma tika vizualizēta ar gaismas mikroskopiju.

Teodors Boveri 1888. gadā publicēja sēklas darbu, kurā aprakstīja spermas centrosomas izcelsmi pēc apaugļošanas. Savā īsajā 1887. gada paziņojumā Boveri rakstīja:

“Centrosoma apzīmē šūnas dinamisko centru; Tā dalīšana rada izveidoto meitas šūnu centrus, ap kuriem simetriski tiek organizēti visi pārējie šūnu komponenti … Centrosoma ir šūnas īstais dalāmais orgāns, tā pastarpināti pārvalda kodolu un šūnu dalīšanos "(Scheer, 2014: 1) . .

Neilgi pēc 20. gadsimta vidus, attīstoties elektronu mikroskopijai, centrioļu uzvedību pētīja un skaidroja Pols Šefers.

Diemžēl šis darbs lielā mērā tika ignorēts, jo pētnieki sāka pievērsties Vatsona un Krika atradumiem DNS.

Centrosoma

Centrioļu pāris, kas atrodas blakus kodolam un ir perpendikulāri viens otram, ir "centrosoma". Vienu no centrioļiem sauc par "tēvu" (vai māti). Otrs ir pazīstams kā "dēls" (vai meita; tas ir nedaudz īsāks, un tā pamatne ir piestiprināta pie mātes pamatnes).

Proksimālie gali (divu centriolu savienojumā) ir iegremdēti olbaltumvielu "mākonī" (iespējams, līdz 300 vai vairāk), kas pazīstams kā mikrotubulu organizēšanas centrs (MTOC), jo tas nodrošina būvniecībai nepieciešamo proteīnu mikrotubulas.

MTOC ir arī pazīstams kā "pericentriolar materiāls", un tas ir negatīvi lādēts. Un otrādi, distālie gali (prom no divu centrioļu savienojuma) ir pozitīvi uzlādēti.

Centrioļu pāri kopā ar apkārtējo MTOC ir pazīstami kā “centrosoma”.

Centrosomas dublēšanās

Kad centrioles sāk dublēt, tēvs un dēls nedaudz atdalās, un tad katrs centriools tā pamatnē sāk veidot jaunu centriole: tēvs ar jaunu dēlu un dēls ar jaunu paša dēlu (“mazdēlu”). .

Kamēr notiek centriola dublēšanās, arī kodola DNS dublējas un atdalās. Tas ir, pašreizējie pētījumi rāda, ka centriola dublēšanās un DNS atdalīšana ir kaut kādā veidā saistītas.

Šūnu dublēšanās un dalīšana (mitoze)

Mitotisko procesu bieži apraksta iniciatoru fāzē, kas pazīstama kā “interfeiss”, kam seko četras attīstības fāzes.

Starpfāzes laikā centrioles dublējas un atdalās divos pāros (viens no šiem pāriem sāk kustēties pretējā kodola pusē), un DNS dalās.

Pēc centrioļu dublēšanās centrioļu mikrotubulas izstiepjas un izlīdzinās pa galveno kodola asi, veidojot “mitotisko vārpstu”.

Pirmajā no četrām attīstības fāzēm (I fāze vai "Prophase") hromosomas kondensējas un pārvietojas tuvāk, un kodola membrāna sāk vājināties un izšķīst. Tajā pašā laikā mitotisko vārpstu veido ar centrioļu pāriem, kas tagad atrodas vārpstas galos.

Otrajā fāzē (II fāze vai "metafaze") hromosomu virknes izlīdzinās ar mitotiskās vārpstas asi.

Trešajā fāzē (III fāze vai "anaphase") hromosomu ķēdes sadalās un pārvietojas uz tagad iegarenās mitotiskās vārpstas pretējiem galiem.

Visbeidzot, ceturtajā fāzē (IV fāze vai "telofāze") ap atdalītajām hromosomām veidojas jaunas kodolenerģijas membrānas, mitotiskā vārpsta sabrūk, un šūnu atdalīšana sākas ar pusi no citoplazmas, kas iet ar katru jauno kodolu.

Katrā mitotiskās vārpstas galā centrbolu pāri visā šūnu dalīšanas procesā rada būtisku ietekmi (acīmredzami saistīti ar spēkiem, ko rada elektromagnētiskie lauki, ko rada negatīvie un pozitīvie lādiņi tā proksimālajos un distālajos galos).

Centrosoma un imūnā atbilde

Stresa iedarbība ietekmē organisma darbību, kvalitāti un dzīves ilgumu. Stress, ko rada, piemēram, infekcija, var izraisīt inficēto audu iekaisumu, aktivizējot imūno reakciju organismā. Šī reakcija aizsargā skarto organismu, izslēdzot patogēnu.

Daudzi imūnsistēmas funkcionalitātes aspekti ir labi zināmi. Tomēr molekulārie, strukturālie un fizioloģiskie notikumi, kuros iesaistīta centrosoma, joprojām ir mīkla.

Jaunākie pētījumi ir atklājuši negaidītas dinamiskas izmaiņas centrosomas struktūrā, atrašanās vietā un funkcijās dažādos ar stresu saistītos apstākļos. Piemēram, pēc tam, kad imitēti infekcijas apstākļi, starpfāžu šūnās ir konstatēts PCM un mikrotubulu ražošanas palielināšanās.

Centrosomas imūnās sinapsēs

Centrosomai ir ļoti svarīga loma imunoloģiskās sinapses (SI) struktūrā un funkcijā. Šo struktūru veido specializēta mijiedarbība starp T šūnu un antigēnu prezentējošu šūnu (APC). Šī šūnu un šūnu mijiedarbība sāk centrosomas migrāciju uz SI un tās turpmāko savienošanos ar plazmas membrānu.

Centrosomu dokstacija SI ir līdzīga tai, ko novēro cilioģenēzes laikā. Tomēr šajā gadījumā tas neuzsāk ciliaku montāžu, bet drīzāk piedalās SI organizācijā un citotoksisko pūslīšu sekrēcijā, lai sašaurinātu mērķa šūnas, kļūstot par galveno orgānu T šūnu aktivizācijā.

Centrosoms un karstuma stress

Centrosoma ir mērķis "molekulārajiem chaperoniem" (olbaltumvielu kopumam, kura funkcija ir palīdzēt citu olbaltumvielu salocīšanai, salikšanai un šūnu transportēšanai), kas nodrošina aizsardzību pret karstuma šoka un stresa iedarbību.

Stresa faktori, kas ietekmē centrosomu, ir DNS bojājumi un karstums (piemēram, tie, kurus cieš drudžainu pacientu šūnas). DNS bojājums sāk DNS remonta ceļus, kas var ietekmēt centrosomu darbību un olbaltumvielu sastāvu.

Siltuma radītais stress izraisa centriola struktūras modifikāciju, centrosomas traucējumus un pilnīgu tās spēju veidot mikrotubulas inaktivāciju, mainot mitotiskās vārpstas veidošanos un novēršot mitozi.

Centrosomu funkcijas traucējumi drudža laikā varētu būt adaptīva reakcija, lai inaktivētu vārpstas stabi un novērstu patoloģisku DNS dalīšanos mitozes laikā, īpaši ņemot vērā vairāku olbaltumvielu iespējamo disfunkciju pēc siltuma izraisītas denaturācijas.

Tas arī varētu dot šūnai papildu laiku, lai atgūtu funkcionālo olbaltumvielu krājumus pirms šūnu dalīšanas atsākšanas.

Vēl vienas centrosomas inaktivācijas sekas drudža laikā ir tās nespēja pāriet uz SI, lai to organizētu un piedalītos citotoksisko pūslīšu sekrēcijā.

Patoloģiska centrioļu attīstība

Centriola izstrāde ir diezgan sarežģīts process, un, kaut arī tajā piedalās virkne regulējošo olbaltumvielu, var rasties dažāda veida neveiksmes.

Ja olbaltumvielu proporcijā nav līdzsvara, meitas centriole var būt nepilnīga, tās ģeometrija var būt izkropļota, pāra asis var novirzīties no perpendikulitātes, var veidoties vairākas meitas centrioles, meitas centriole var sasniegt pilnu garumu pirms laiks vai pāru atdalīšana var aizkavēties.

Ja ir nepareiza vai nepareiza centrioļu dublēšanās (ar ģeometriskiem defektiem un / vai vairākiem dublējumiem), tiek mainīta DNS replikācija, rodas hromosomu nestabilitāte (CIN).

Līdzīgi centrosomu defekti (piemēram, palielināta vai palielināta centrosoma) noved pie CIN un veicina vairāku meitas centrioļu attīstību.

Šīs attīstības kļūdas rada bojājumus šūnām, kas var izraisīt pat ļaundabīgu slimību.

Patoloģiskas centrioles un ļaundabīgas šūnas

Pateicoties regulējošo olbaltumvielu intervencei, kad centrioļu un / vai centrosomas attīstībā tiek konstatētas novirzes, šūnas var veikt noviržu paškoriģēšanu.

Tomēr, ja anomālijas paškoriģēšana netiek panākta, patoloģiskas vai vairāku meitu centrioles ("supernumerary centrioles") var izraisīt audzēju veidošanos ("tumorigenesis") vai šūnu nāvi.

Pārmērīga skaita centrioļiem ir tendence saplūst, kā rezultātā centrosoma tiek grupēta (vēža šūnām raksturīga "centrosomu pastiprināšana"), mainot šūnu polaritāti un normālu mitozes attīstību, kā rezultātā rodas audzēji.

Šūnām ar pārāk lieliem centrioļiem ir raksturīgs pericentriola materiāla pārpalikums, cilindriskās struktūras pārtraukums vai pārmērīgs tādu periodisku vai slikti novietotu centrioļu un centrioļu garums.

Ir ierosināts, ka centrioļu vai centrosomu kopas vēža šūnās varētu kalpot par "biomarķieri" terapeitisko un attēlveidošanas līdzekļu, piemēram, superparamagnētisko nanodaļiņu, lietošanā.

Atsauces

1. Borissijs, G., Healds, R., Hovards, J., Janke, C., Musacchio, A., & Nogales, E. (2016). Mikrotubulas: 50 gadi pēc tubulīna atklāšanas. Daba Atsauksmes Molecular Cell Biology, 17 (5), 322-328.
2. Buchwalter, RA, Chen, JV, Zheng, Y., & Megraw, TL Centrosome in Cell Division, Development and Disease. eLS.
3. Gambarotto, D., & Basto, R. (2016). Skaitlisku centrālo attīstības un slimības defektu sekas. In Microtubule Cytoskeleton (117.-149.lpp.). Springer Vīne.
4. Hjūstona, RL (2016). Pārskats par centriola aktivitāti un nepareizu darbību šūnu dalīšanas laikā. Jaunumi bioloģiskās zinātnes un biotehnoloģijas jomā, 7 (03), 169. lpp.
5. Inaba, K., & Mizuno, K. (2016). Spermas disfunkcija un ciliopātija. Reproduktīvā medicīna un bioloģija, 15 (2), 77-94.
6. Kīlings, J., Tsiokas, L., & Maskey, D. (2016). Ciliāru garuma kontroles šūnveida mehānismi. Šūnas, 5 (1), 6.
7. Lodish, H., Berks, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A., Martin, KC (2016). Molekulāro šūnu bioloģija. Ņujorka: WH Freeman and Company.
8. Matamoros, AJ, & Baas, PW (2016). Mikrotubulas veselībā un nervu sistēmas deģeneratīvas slimības. Smadzeņu izpētes biļetens, 126, 217–225.
9. Pellegrini, L., Wetzel, A., Grannó, S., Heaton, G., & Harvey, K. (2016). Atpakaļ kanāliņā: mikrotubulu dinamika Parkinsona slimībā. Šūnu un molekulārās dzīvības zinātnes, 1.-26.
10. Šēners, U. (2014). Centrosomu pētījumu vēsturiskās saknes: Bovera mikroskopa priekšmetstikliņu atklāšana Vircburgā. Fils. Trans. R. Soc., B, 369 (1650), 20130469.
11. Seversons, AF, fon Dasovs, G., un Bowermans, B. (2016). Piektā nodaļa - Oocītu meiotiskā vārpstas montāža un darbība. Aktuālās tēmas attīstības bioloģijā, 116, 65-98.
12. Solejs, JT (2016). Salīdzinošs pārskats par spermatozoīdu centriolar kompleksu zīdītājiem un putniem: variācijas par tēmu. Dzīvnieku pavairošanas zinātne, 169., 14.-23.
13. Vertii, A., & Doxsey, S. (2016). Centrosoma: Feniksa imūnās atbildes organole. Vienšūnu bioloģija, 2016.
14. Vertii, A., Hehnly, H., & Doxsey, S. (2016). Centrosome, daudzpusīga Renesanses organizācija. Aukstā pavasara ostas perspektīvas bioloģijā, 8 (12) ,025049.
15. T limfocītu aktivizēšana ASV federālās valdības oriģinālais darbs - publiskais īpašums. Tulkojis BQmUB2012110.
16. Alejandro Porto - faila atvasinājums: Aufbau einer Tierischen Zelle.jpg no Petr94. Dzīvnieku eikariotu šūnas pamata shēma.
17. Kelvinsong - Centrosome Cycle (redaktoru versija) .svg. Spāņu valodā tulkojis Alejandro Porto.
18. Kelvinsong - pašu darbs. Centrosomas diagramma bez dzeltenā rāmja.
19. Kelvinga, Centriole-en, CC BY 3.0.
20. NIAID / NIH - NIAID Flickr foto straume. Cilvēka T limfocīta (saukta arī par T šūnu) mikrogrāfs no veselīga donora imūnsistēmas.
21. Silvija Markeca un Andrea Lassalle, Tubulina, CC BY 3.0
22. Vienkāršota spermatozoona diagramma.svg: Mariana Ruiz atvasinājuma darbs: Miguelferig.