SENTRIOLER: FUNKSJONER OG EGENSKAPER - VITENSKAP - 2025

De Sentrioler er sylindriske strukturer bestående av cellegrupper av mikrotubuli. De består av proteinet tubulin, som finnes i de fleste eukaryote celler.

Et tilknyttet par sentrioler, omgitt av en formløs masse tett materiale kalt pericentriolar materiale (PCM), utgjør en struktur som kalles sentrosomet.

Sentrioler er sylindriske strukturer som består av klynger av mikrotubuli. De fleste sentrioler består av ni sett med mikrotubuli-trioen, anordnet i en sylinder.

Sentriolenes funksjon er å lede sammensetningen av mikrotubuli, delta i celleorganisering (plassering av kjernen og romlig plassering av cellen), dannelse og funksjon av flagella og cilia (ciliogenese) og celledeling (mitose og meiose).

Sentrioler finnes i cellulære strukturer kjent som sentrosomer i dyreceller og er fraværende i planteceller.

Defekter i strukturen eller antallet sentrioler i hver celle kan ha betydelige konsekvenser for fysiologien til en organisme, noe som kan forårsake endringer i responsen på stress under betennelse, mannlig infertilitet, nevrodegenerative sykdommer og tumordannelse, blant andre.

En sentriole er en sylindrisk struktur. Et par tilknyttede sentrioler, omgitt av en formløs masse av tett materiale (kalt "pericentriolar materiale" eller PCM), danner en sammensatt struktur som kalles et "sentrosom".

De ble ansett som uviktige inntil for noen år siden, da det ble konkludert med at de var de viktigste organellene i ledningen av celledeling og duplisering (mitose) i eukaryote celler (hovedsakelig hos mennesker og andre dyr).

Cellen

Den siste felles stamfar til alt liv på jorden var en enkelt celle, og den siste felles stamfar til alle eukaryoter var en ciliert celle med sentrioler.

Hver organisme består av en gruppe samvirkende celler. Organismer inneholder organer, organer består av vev, vev består av celler og celler består av molekyler.

Alle celler bruker de samme molekylære "byggesteinene", lignende metoder for lagring, vedlikehold og uttrykk for genetisk informasjon, og lignende prosesser for energimetabolisme, molekyltransport, signalering, utvikling og struktur.

mikrotubuli

I de første dagene av elektronmikroskopi observerte cellebiologer lange tubuli i cytoplasma som de kalte mikrotubuli.

Morfologisk like mikrotubuli ble observert som dannet fibrene i den mitotiske spindelen, som komponenter av aksonene til nevroner, og som strukturelle elementer i cilia og flagella.

Nøye undersøkelse av individuelle mikrotubuli indikerte at de alle var sammensatt av 13 langsgående enheter (nå kalt protofilamenter) bestående av et hovedprotein (bestående av en nær beslektet α-tubulin og ß-tubulin-underenhet) og flere proteiner assosiert med mikrotubuli (MAP).

I tillegg til deres funksjoner i andre celler, er mikrotubuli avgjørende for vekst, morfologi, migrasjon og polaritet i nevronen, så vel som for utvikling, vedlikehold og overlevelse og for et effektivt nervesystem. .

Betydningen av en delikat interaksjon mellom komponenter i cytoskjelettet (mikrotubuli, aktinfilamenter, mellomfilamenter og septiner) gjenspeiles i flere menneskelige nevrodegenerative lidelser relatert til unormal mikrotubuliadynamikk, inkludert Parkinsons sykdom og Alzheimers sykdom.

Cilia og flagella

Cilia og flagella er organeller som finnes på overflaten til de fleste eukaryote celler. De består hovedsakelig av mikrotubuli og membran.

Spermens bevegelighet skyldes mobile cytoskeletale elementer som finnes i halen, kalt aksonemer. Strukturen til aksonemer består av 9 grupper med 2 mikrotubuler hver, molekylmotorer (dyneiner) og deres regulatoriske strukturer.

Sentrioler spiller en sentral rolle i ciliogenese og cellesyklusprogresjon. Sentriole-modning gir en endring i funksjon, som fører fra celledeling til ciliumdannelse.

Defekter i strukturen eller funksjonen til aksoneme eller flimmerhår forårsaker flere lidelser hos mennesker kalt ciliopatier. Disse sykdommene påvirker forskjellige vev, inkludert øyne, nyrer, hjerne, lunger og sædmotilitet (som ofte fører til mannlig infertilitet).

Sentralen

Ni trillinger mikrotubuli som er anordnet rundt en omkrets (danner en kort hul sylinder) er "byggesteinene" og hovedstrukturen til en sentriole.

I mange år ble sentriolenes struktur og funksjon ignorert, til tross for at sentrosomet i 1880-årene hadde blitt visualisert ved hjelp av lysmikroskopi.

Theodor Boveri publiserte et sædverk i 1888 og beskrev sentrosomets opprinnelse fra sædceller etter befruktning. I sin korte kommunikasjon fra 1887 skrev Boveri at:

“Sentrosomet representerer det dynamiske sentrum av cellen; Dens inndeling skaper sentrene til dattercellene som er dannet, rundt hvilke alle andre cellulære komponenter er organisert symmetrisk … Sentrosomet er det sanne delingsorganet til cellen, det formidler kjernefysisk og cellulær inndeling "(Scheer, 2014: 1) . .

Rett etter midten av 1900-tallet, med utviklingen av elektronmikroskopi, ble sentrioles oppførsel studert og forklart av Paul Schafer.

Dessverre ble dette arbeidet ignorert i stor grad fordi forskere begynte å fokusere på funnene til Watson og Krick på DNA.

Sentrosomet

Et par sentrioler, som ligger ved siden av kjernen og vinkelrett på hverandre, er "et sentrosom." En av sentriolene er kjent som "far" (eller mor). Den andre er kjent som "sønnen" (eller datteren; den er litt kortere, og har sin base festet til basen til moren).

De proksimale ender (ved forbindelsen mellom de to sentriolene) er nedsenket i en protein "sky" (kanskje opptil 300 eller mer) kjent som mikrotubulusorganiseringssenteret (MTOC), da det gir proteinet som er nødvendig for konstruksjon mikrotubuli.

MTOC er også kjent som "pericentriolar materiale", og det er negativt ladet. Motsatt er de distale ender (vekk fra forbindelsen til de to sentriolene) positivt ladet.

Paret av sentrioler, sammen med den omkringliggende MTOC, er kjent som "sentrosomet."

Sentrosom duplisering

Når sentriolene begynner å duplisere seg, skilles far og sønn litt, og deretter begynner hver sentriole å danne en ny sentriole ved sin base: faren med en ny sønn, og sønnen med en ny sønn av seg selv (et "barnebarn"). .

Mens sentriolduplisering forekommer, dupliseres og separerer kjernens DNA også. Det vil si at aktuell forskning viser at sentriolduplisering og DNA-separasjon på en eller annen måte er koblet sammen.

Celleduplisering og deling (mitose)

Den mitotiske prosessen blir ofte beskrevet i form av en initiativfase, kjent som "grensesnitt", etterfulgt av fire utviklingsfaser.

Under mellomfasen dupliseres sentriolene og skilles i to par (ett av disse parene begynner å bevege seg mot den motsatte siden av kjernen) og DNA deler seg.

Etter dupliseringen av sentriolene, strekker mikrotubulene i sentriolene seg og justerer seg langs hovedaksen til kjernen, og danner den "mitotiske spindelen."

I den første av de fire utviklingsfasene (fase I eller "Prophase") kondenserer kromosomene og beveger seg nærmere hverandre, og kjernemembranen begynner å svekkes og oppløses. Samtidig dannes den mitotiske spindelen med par av sentrioler som nå er plassert i endene av spindelen.

I den andre fasen (fase II eller "metafase") stemmer kromosomene i tråd med aksen til den mitotiske spindelen.

I den tredje fasen (fase III eller "Anafase") deler kromosomkjedene seg og beveger seg til motsatte ender av den nå langstrakte mitotiske spindelen.

Til slutt, i den fjerde fasen (fase IV eller "Telofase"), dannes det nye kjernefysiske membraner rundt de separerte kromosomene, den mitotiske spindelen faller fra hverandre, og celleseparasjonen begynner å bli fullført med halvparten av cytoplasma som følger med hver nye kjerne.

I hver ende av den mitotiske spindelen utøver paret av sentrioler en viktig innflytelse (tilsynelatende relatert til kreftene som utøves av de elektromagnetiske felt som genereres av de negative og positive ladningene ved dens proksimale og distale ender) under hele prosessen med celledeling.

Sentrosomet og immunresponsen

Eksponering for stress påvirker funksjonen, kvaliteten og levetiden til en organisme. Stresset som genereres, for eksempel av en infeksjon, kan føre til betennelse i det infiserte vevet og aktivere immunresponsen i kroppen. Denne responsen beskytter den berørte organismen og eliminerer patogenet.

Mange aspekter av immunforsvarets funksjonalitet er velkjente. Imidlertid er de molekylære, strukturelle og fysiologiske hendelsene som sentrosomet er involvert fortsatt et gåte.

Nyere studier har oppdaget uventede dynamiske endringer i sentrosomets struktur, beliggenhet og funksjon under forskjellige stressrelaterte forhold. For eksempel, etter å ha etterlignet betingelsene for en infeksjon, er det funnet en økt produksjon av PCM og mikrotubuli i interfase-celler.

Sentrosomer ved immunsynapsen

Sentrosomet har en veldig viktig rolle i strukturen og funksjonen til den immunologiske synapsen (SI). Denne strukturen er dannet av spesialiserte interaksjoner mellom en T-celle og en antigenpresenterende celle (APC). Denne celle-celle interaksjonen initierer migrasjonen av sentrosomet mot SI og den påfølgende koblingen til plasmamembranen.

Dosering av sentrosom i SI tilsvarer det som ble observert under ciliogenese. I dette tilfellet setter den imidlertid ikke i gang montering av flimmerhår, men deltar heller i organiseringen av SI og utskillelsen av cytotoksiske vesikler for å lysse målcellene, og blir et nøkkelorgan i aktiveringen av T-celler.

Sentrosomet og varmestress

Sentrosomet er målet for "molekylære chaperones" (sett med proteiner hvis funksjon er å hjelpe folding, montering og cellulær transport av andre proteiner) som gir beskyttelse mot eksponering for varmesjokk og stress.

Stressfaktorer som påvirker sentrosomet inkluderer DNA-skader og varme (for eksempel de som blir påført av cellene fra feberfosienter) DNA-skade initierer DNA-reparasjonsveier, noe som kan påvirke sentrosomfunksjon og proteinsammensetning.

Spenningen generert av varme forårsaker modifisering av sentriole-strukturen, forstyrrelse av sentrosomet og fullstendig inaktivering av dens evne til å danne mikrotubuli, endre formasjonen av den mitotiske spindelen og forhindre mitose.

Forstyrrelse av sentrosomens funksjon under feber kan være en adaptiv reaksjon for å inaktivere spindelpolene og forhindre unormal DNA-deling under mitose, spesielt gitt potensiell dysfunksjon av flere proteiner etter varmeindusert denaturering.

Det kan også gi cellen ekstra tid til å gjenvinne sin pool av funksjonelle proteiner før celledelingen starter på nytt.

En annen konsekvens av inaktivering av sentrosomet under feber er dens manglende evne til å overføre til SI for å organisere det og delta i sekresjonen av cytotoksiske vesikler.

Unormal utvikling av sentriolene

Utviklingen av sentriole er en ganske kompleks prosess, og selv om en serie regulatoriske proteiner deltar i den, kan forskjellige typer feil oppstå.

Hvis det er en ubalanse i andelen proteiner, kan datterens sentriole være mangelfull, dens geometri kan bli forvrengt, aksene til et par kan avvike fra vinkelretthet, flere datter sentrioler kan utvikle seg, datterens sentriole kan nå full lengde før tid, eller avkoblingen av parene kan bli forsinket.

Når det er en feil eller feil duplisering av sentrioler (med geometriske defekter og / eller flere duplikasjoner), endres DNA-replikasjon, kromosomal ustabilitet oppstår.

På samme måte fører sentrosomdefekter (for eksempel en forstørret eller forstørret sentrosom) til CIN og fremmer utviklingen av flere datter-sentrioler.

Disse utviklingsfeilene genererer skade på celler som til og med kan føre til ondartet sykdom.

Unormale sentrioler og ondartede celler

Takket være intervensjonen av regulatoriske proteiner, når abnormiteter blir oppdaget i utviklingen av sentriolene og / eller sentrosomet, kan cellene implementere selvretting av abnormalitetene.

Imidlertid, hvis selvkorrigering av abnormiteten ikke oppnås, kan unormale eller multiple-datter sentrioler ("supernumerary centrioles") føre til generasjon av svulster ("tumorigenesis") eller celledød.

De overtallige sentriolene har en tendens til å koble seg sammen, noe som fører til gruppering av sentrosomet ("sentrosomforsterkning", karakteristisk for kreftceller), noe som endrer cellepolariteten og den normale utviklingen av mitose, noe som resulterer i utseendet av svulster.

Celler med supernumernære sentrioler er preget av et overskudd av percentriolar materiale, avbrudd i den sylindriske strukturen eller overdreven lengde av sentriolene og sentriolene som ikke er vinkelrett eller dårlig plassert.

Det har blitt antydet at klynger av sentrioler eller sentrosomer i kreftceller kan tjene som en "biomarkør" ved bruk av terapeutiske midler og avbildningsmidler, så som superparamagnetiske nanopartikler.

referanser

1. Borisy, G., Heald, R., Howard, J., Janke, C., Musacchio, A., & Nogales, E. (2016). Mikrotubuli: 50 år fra oppdagelsen av tubulin. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 17 (5), 322-328.
2. Buchwalter, RA, Chen, JV, Zheng, Y., & Megraw, TL Centrosome in Cell Division, Development and Disease. Els.
3. Gambarotto, D., & Basto, R. (2016). Konsekvenser av numeriske sentersome defekter i utvikling og sykdom. I Microtubule Cytoskeleton (s. 117-149). Springer Wien.
4. Huston, RL (2016). En gjennomgang av sentrioleaktivitet og feil aktivitet under celledeling. Fremskritt innen biovitenskap og bioteknologi, 7 (03), 169.
5. Inaba, K., & Mizuno, K. (2016). Spermdysfunksjon og ciliopati. Reproduktiv medisin og biologi, 15 (2), 77-94.
6. Keeling, J., Tsiokas, L., & Maskey, D. (2016). Cellulære mekanismer for ciliær lengdekontroll. Celler, 5 (1), 6.
7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A., Martin, KC (2016). Molekylær cellebiologi. New York: WH Freeman and Company.
8. Matamoros, AJ, & Baas, PW (2016). Mikrotubuli ved helse og degenerativ sykdom i nervesystemet. Hjerneforskningsbulletin, 126, 217-225.
9. Pellegrini, L., Wetzel, A., Grannó, S., Heaton, G., & Harvey, K. (2016). Tilbake til tubulen: mikrotubulusdynamikk ved Parkinsons sykdom. Cellular and Molecular Life Sciences, 1-26.
10. Scheer, U. (2014). Historiske røtter til sentrosomforskning: oppdagelse av Boveris mikroskopbilder i Würzburg. Phil. Trans. R. Soc. B, 369 (1650), 20130469.
11. Severson, AF, von Dassow, G., & Bowerman, B. (2016). Kapittel Five-Oocyte Meiotic Spindle Assembly and Function. Aktuelle emner i utviklingsbiologi, 116, 65-98.
12. Soley, JT (2016). En sammenlignende oversikt over sædcentriolarkomplekset hos pattedyr og fugler: Variasjoner på et tema. Dyreproduksjonsvitenskap, 169, 14-23.
13. Vertii, A., & Doxsey, S. (2016). Sentrosomet: En Phoenix Organelle of the Immune Response. Enkelcellebiologi, 2016.
14. Vertii, A., Hehnly, H., & Doxsey, S. (2016). The Centrosome, en multitalented Renaissance Organelle. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 8 (12), a025049.
15. T Lymfocyttaktivering Originalt arbeid fra den amerikanske føderale regjeringen - public domain. Oversatt av BQmUB2012110.
16. Alejandro Porto - Derivative of File: Aufbau einer Tierischen Zelle.jpg av Petr94. Grunnleggende skjema for en eukaryot dyrecelle.
17. Kelvinsong - Centrosome Cycle (redaksjonens versjon) .svg. Oversatt til spansk av Alejandro Porto.
18. Kelvinsong - Eget arbeid. Diagram over et sentrosom, uten den gule rammen.
19. Kelvinsong, Centriole-en, CC BY 3.0.
20. NIAID / NIH - NIAID Flickrs fotostream. Mikrograf av en human T-lymfocytt (også kalt en T-celle) fra immunsystemet til en sunn giver.
21. Silvia Márquez og Andrea Lassalle, Tubulina, CC BY 3.0
22. Forenklet spermatozoon diagram.svg: Mariana Ruiz derivatarbeid: Miguelferig.