CENTRIOLY: FUNKCIE A VLASTNOSTI - VEDA - 2026

Tieto centrioles sú valcovité štruktúry zložené z bunkových zhlukov mikrotubulov. Sú tvorené proteínovým tubulínom, ktorý sa nachádza vo väčšine eukaryotických buniek.

Pridružený pár centiolov, obklopený beztvarou hmotou hustého materiálu nazývaného pericentrolárny materiál (PCM), tvorí štruktúru nazývanú centrosóm.

Centrioly sú valcové štruktúry, ktoré sú tvorené zoskupeniami mikrotubulov. Väčšina centiolov je tvorená deviatimi sadami mikrotubulárnych trojíc usporiadaných vo valci.

Úlohou centiolov je riadiť zostavenie mikrotubulov, podieľať sa na organizácii buniek (poloha jadra a priestorové usporiadanie bunky), formovaní a funkcii bičíkov a cilií (ciliogenéza) a delení buniek (mitóza a meióza).

Centrioly sa nachádzajú v bunkových štruktúrach známych ako centrosómy v živočíšnych bunkách a chýbajú v rastlinných bunkách.

Defekty v štruktúre alebo počte centiolov v každej bunke môžu mať, okrem iných, značné následky na fyziológiu organizmu, čo vedie k zmenám v reakcii na stres počas zápalu, mužskej neplodnosti, neurodegeneratívnych chorôb a tvorby nádorov.

Stredový valec je valcová konštrukcia. Pár pridružených centiolov, obklopených beztvarou hmotou hustého materiálu (nazývaného „pericentrolárny materiál“ alebo PCM), tvorí kompozitnú štruktúru nazývanú „centrosóm“.

Pred niekoľkými rokmi sa považovali za nedôležité, keď sa dospelo k záveru, že boli hlavnými organelami pri vedení bunkového delenia a duplikácie (mitózy) v eukaryotických bunkách (hlavne u ľudí a iných zvierat).

Bunka

Posledným spoločným predkom všetkého života na Zemi bola jediná bunka a posledným spoločným predkom všetkých eukaryotov bola riasovitá bunka s centriolami.

Každý organizmus je tvorený skupinou vzájomne pôsobiacich buniek. Organizmy obsahujú orgány, orgány sa skladajú z tkanív, tkanivá sa skladajú z buniek a bunky sa skladajú z molekúl.

Všetky bunky používajú rovnaké molekulárne „stavebné bloky“, podobné metódy na uchovávanie, udržiavanie a expresiu genetických informácií a podobné procesy metabolizmu energie, molekulárny transport, signalizáciu, vývoj a štruktúru.

mikrotubuly

V prvých dňoch elektrónovej mikroskopie pozorovali bunkoví biológovia v cytoplazme dlhé kanáliky, ktoré nazývali mikrotubuly.

Pozorovali sa morfologicky podobné mikrotubuly, ktoré tvoria vlákna mitotického vretienka ako zložky axónov neurónov a ako štruktúrne prvky v ciliách a bičíkoch.

Starostlivé preskúmanie jednotlivých mikrotubulov ukázalo, že všetky boli zložené z 13 pozdĺžnych jednotiek (teraz nazývaných protofilamenty) zložených z hlavného proteínu (pozostávajúceho z úzko príbuzných podjednotiek α-tubulínu a β-tubulínu) a niekoľkých proteínov spojených s mikrotubuly (MAP).

Okrem ich funkcií v iných bunkách sú mikrotubuly nevyhnutné pre rast, morfológiu, migráciu a polaritu neurónu, ako aj pre vývoj, udržiavanie a prežitie a účinný nervový systém. ,

Dôležitosť jemnej súhry medzi zložkami cytoskeletu (mikrotubuly, aktínové vlákna, stredné vlákna a septíny) sa odráža v niekoľkých ľudských neurodegeneratívnych poruchách súvisiacich s abnormálnou dynamikou mikrotubulov, vrátane Parkinsonovej choroby a Alzheimerovej choroby.

Cilia a bičíky

Cília a bičíky sú organely nachádzajúce sa na povrchu väčšiny eukaryotických buniek. Tvoria ich hlavne mikrotubuly a membrány.

Motilita spermií je spôsobená mobilnými cytoskeletálnymi prvkami prítomnými v jej chvoste, ktoré sa nazývajú axonémy. Štruktúra axonémov pozostáva z 9 skupín po 2 mikrotubulovách, molekulárnych motorov (dyneínov) a ich regulačných štruktúr.

Centrioly hrajú ústrednú úlohu v ciliogenéze a progresii bunkového cyklu. Zrenie centriolu vedie k zmene funkcie, ktorá vedie od delenia buniek k tvorbe cilium.

Poruchy štruktúry alebo funkcie axonému alebo cilií spôsobujú u ľudí viacnásobné poruchy nazývané ciliopatie. Tieto choroby postihujú rôzne tkanivá, vrátane očí, obličiek, mozgu, pľúc a pohyblivosti spermií (čo často vedie k mužskej neplodnosti).

Centrálne

Deväť tripletov mikrotubulov usporiadaných okolo obvodu (tvoriacich krátky dutý valec) sú „stavebné kamene“ a hlavná štruktúra stredu.

Po mnoho rokov bola štruktúra a funkcia centiolov ignorovaná, a to napriek skutočnosti, že v osemdesiatych rokoch 20. storočia bol centrosóm vizualizovaný svetelnou mikroskopiou.

Theodor Boveri publikoval v roku 1888 semenné dielo, ktoré opisuje pôvod centrosómu zo spermií po oplodnení. Vo svojej krátkej komunikácii z roku 1887 Boveri napísal, že:

„Centrosóm predstavuje dynamické centrum bunky; Jeho delenie vytvára centrá vytvorených dcérskych buniek, okolo ktorých sú symetricky usporiadané všetky ostatné bunkové komponenty … Centrosóm je skutočný deliaci orgán bunky, sprostredkuje jadrové a bunkové delenie “(Scheer, 2014: 1) , ,

Krátko po polovici 20. storočia, s vývojom elektrónovej mikroskopie, študoval a vysvetlil správanie centiolov Paul Schafer.

Táto práca sa, žiaľ, z veľkej časti ignorovala, pretože vedci sa začali zameriavať na zistenia Watsona a Kricka o DNA.

Centrosóm

Pár centiolov, ktoré sa nachádzajú vedľa jadra a sú navzájom kolmé, sú „centrosóm“. Jeden z centiolov je známy ako „otec“ (alebo matka). Druhý je známy ako „syn“ (alebo dcéra; je o niečo kratší a jeho základňa je pripevnená k základni matky).

Proximálne konce (pri spojení dvoch centiolov) sú ponorené do proteínového „oblaku“ (možno až 300 alebo viac) známeho ako organizačné centrum mikrotubulov (MTOC), pretože poskytuje proteín potrebný na výstavbu microtubules.

MTOC je tiež známy ako „pericentrolárny materiál“ a je negatívne nabitý. Naopak, distálne konce (od spojenia obidvoch centiolov) sú kladne nabité.

Pár centiolov spolu s okolitým MTOC sú známe ako „centrosóm“.

Centrálna duplikácia

Keď sa centrály začnú duplikovať, otec a syn sa mierne od seba oddelia a potom každá centiola začne na svojej základni tvoriť novú centrálnu: otec s novým synom a syn s novým synom („vnuk“). ,

Kým dochádza k duplikácii centrálnych buniek, DNA jadra sa tiež duplikuje a separuje. To znamená, že súčasný výskum ukazuje, že duplikácia centiolov a separácia DNA sú nejakým spôsobom spojené.

Duplikácia a delenie buniek (mitóza)

Mitotický proces je často opísaný ako iniciačná fáza, známa ako „rozhranie“, po ktorej nasledujú štyri vývojové fázy.

Počas interfázy sa centrály duplikujú a rozdelia na dva páry (jeden z týchto párov sa začína pohybovať smerom k opačnej strane jadra) a DNA sa delí.

Po zdvojení centiolov sa mikrotubuly centiolov rozširujú a zarovnávajú pozdĺž hlavnej osi jadra, čím vytvárajú „mitotické vreteno“.

V prvej zo štyroch fáz vývoja (fáza I alebo „Prophase“) chromozómy kondenzujú a pohybujú sa bližšie k sebe a jadrová membrána sa začína oslabovať a rozpúšťať. Súčasne sa mitotické vreteno vytvára s pármi centiolov, ktoré sú teraz umiestnené na koncoch vretena.

V druhej fáze (fáza II alebo „metafáza“) sú reťazce chromozómov zarovnané s osou mitotického vretena.

V tretej fáze (fáza III alebo „anafáza“) sa chromozomálne reťazce delia a presúvajú na opačné konce teraz pretiahnutého mitotického vretena.

Nakoniec, vo štvrtej fáze (Fáza IV alebo "Telopháza") sa okolo oddelených chromozómov vytvárajú nové jadrové membrány, mitotické vreteno sa rozpadá a delenie buniek sa začína dokončovať polovicou cytoplazmy, ktorá prechádza každým novým jadrom.

Na každom konci mitotického vretena majú páry centiolov významný vplyv (zjavne súvisiaci so silami vyvíjanými elektromagnetickými poľami generovanými negatívnymi a pozitívnymi nábojmi na jej proximálnom a distálnom konci) počas celého procesu delenia buniek.

Centrosóm a imunitná reakcia

Vystavenie stresu ovplyvňuje funkciu, kvalitu a trvanie života organizmu. Stres vyvolaný napríklad infekciou môže viesť k zápalu infikovaných tkanív a aktivovať imunitnú reakciu v tele. Táto reakcia chráni postihnutý organizmus a vylučuje patogén.

Je známych veľa aspektov funkčnosti imunitného systému. Molekulárne, štrukturálne a fyziologické udalosti, v ktorých je zahrnutý centrosóm, však zostávajú záhadou.

Posledné štúdie odhalili neočakávané dynamické zmeny štruktúry, umiestnenia a funkcie centrosómu za rôznych podmienok súvisiacich so stresom. Napríklad po napodobňovaní podmienok infekcie sa zistilo zvýšenie produkcie PCM a mikrotubulov v bunkách interferázy.

Centrosómy pri imunitnej synapsii

Centrosóm má veľmi dôležitú úlohu v štruktúre a funkcii imunologickej synapsie (SI). Táto štruktúra je tvorená špecializovanými interakciami medzi T bunkou a bunkou prezentujúcou antigén (APC). Táto interakcia bunka-bunka iniciuje migráciu centrosómu smerom k SI a jeho následné spojenie s plazmatickou membránou.

Dokovanie centrálnych buniek v SI je podobné ako pri ciliogenéze. V tomto prípade však nezačína zhromažďovanie cilií, ale skôr sa podieľa na organizácii SI a sekrécii cytotoxických vezikúl na lýzu cieľových buniek a stáva sa kľúčovým orgánom pri aktivácii T buniek.

Centrosóm a tepelný stres

Centrosóm je cieľom „molekulárnych chaperónov“ (súbor proteínov, ktorých funkciou je pomáhať pri skladaní, zostavovaní a bunkovom transportu iných proteínov), ktoré poskytujú ochranu pred vystavením tepelnému šoku a stresu.

Medzi stresové faktory, ktoré ovplyvňujú centrosóm, patrí poškodenie DNA a teplo (ako napríklad poškodenie buniek horúčkovitých pacientov). Poškodenie DNA iniciuje opravné dráhy DNA, ktoré môžu ovplyvniť funkciu centrosómu a zloženie bielkovín.

Stres generovaný teplom spôsobuje zmenu štruktúry centiolu, narušenie centrozómu a úplnú inaktiváciu jeho schopnosti tvoriť mikrotubuly, zmenu tvorby mitotického vretena a prevenciu mitózy.

Narušenie funkcie centrosómov počas horúčky by mohlo byť adaptívnou reakciou na inaktiváciu pólov vretena a na zabránenie abnormálneho delenia DNA počas mitózy, najmä vzhľadom na možnú dysfunkciu viacerých proteínov po denaturácii indukovanej teplom.

Môže tiež poskytnúť bunke viac času na obnovenie jej súboru funkčných proteínov pred opätovným začatím delenia buniek.

Ďalším dôsledkom inaktivácie centrozómu počas horúčky je jeho neschopnosť preniesť do SI, zorganizovať ho a podieľať sa na vylučovaní cytotoxických vezikúl.

Abnormálny vývoj stredových kĺbov

Vývoj centiolu je pomerne zložitý proces a hoci sa na ňom zúčastňuje množstvo regulačných proteínov, môžu sa vyskytnúť rôzne typy zlyhaní.

Ak existuje nerovnováha v podiele bielkovín, dcérska centiola môže byť defektná, jej geometria môže byť zdeformovaná, osi dvojice sa môžu odchyľovať od kolmosti, môže sa vyvinúť viac dcérskych centiolov, dcérska centiola môže dosiahnuť plnú dĺžku pred čas alebo oddelenie párov sa môže oneskoriť.

Ak dôjde k nesprávnej alebo nesprávnej duplikácii centiolov (s geometrickými defektmi a / alebo viacnásobnou duplikáciou), replikácia DNA sa zmení a nastane chromozomálna nestabilita (CIN).

Podobne defekty centrosómu (napríklad zväčšené alebo zväčšené centrosómy) vedú k CIN a podporujú vývoj viacerých dcérskych centiolov.

Tieto vývojové chyby spôsobujú poškodenie buniek, ktoré môže dokonca viesť k zhubnému ochoreniu.

Abnormálne centrioly a zhubné bunky

Vďaka zásahu regulačných proteínov, keď sa zistia abnormality vo vývoji centiolov a / alebo centrosómu, môžu bunky implementovať samokorekciu abnormalít.

Ak sa však samopravenie abnormality nedosiahne, abnormálne alebo viacdcernové centrioly („nadpočetné centrály“) môžu viesť k tvorbe nádorov („tumorigenéza“) alebo k bunkovej smrti.

Nadpočetné stredy majú tendenciu sa zhlukovať, čo vedie k zoskupeniu centrozómu („amplifikácia centrosómu“ charakteristická pre rakovinové bunky), mení polaritu buniek a normálny vývoj mitózy, čo vedie k objaveniu sa nádorov.

Bunky s nadpočetnými centriolami sa vyznačujú prebytkom pericentriolového materiálu, prerušením valcovitej štruktúry alebo nadmernou dĺžkou centiolov a centiolov, ktoré nie sú kolmé alebo zle umiestnené.

Navrhlo sa, že zhluky centiolov alebo centrozómov v rakovinových bunkách by mohli slúžiť ako "biomarker" pri použití terapeutických a zobrazovacích činidiel, ako sú super-paramagnetické nanočastice.

Referencie

1. Borisy, G., Heald, R., Howard, J., Janke, C., Musacchio, A., & Nogales, E. (2016). Mikrotubuly: 50 rokov od objavenia tubulínu. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 17 (5), 322-328.
2. Buchwalter, RA, Chen, JV, Zheng, Y. a Megraw, TL Centrosome in Cell Division, Development and Disease. Els.
3. Gambarotto, D., & Basto, R. (2016). Dôsledky numerických centrálnych defektov vo vývoji a chorobe. In The Microtubule Cytoskeleton (pp. 117-149). Springer vo Viedni.
4. Huston, RL (2016). Prehľad aktivity Centriole a nesprávnej aktivity počas bunkového delenia. Advance in Bioscience and Biotechnology, 7 (03), 169.
5. Inaba, K., & Mizuno, K. (2016). Dermálna dysfunkcia a ciliopatia. Reprodukčná medicína a biológia, 15 (2), 77-94.
6. Keeling, J., Tsiokas, L., & Maskey, D. (2016). Bunkové mechanizmy regulácie dĺžky biliár. Bunky, 5 (1), 6.
7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, Kalifornia, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A., Martin, KC (2016). Molecular Cell Biology. New York: WH Freeman and Company.
8. Matamoros, AJ a Baas, PW (2016). Mikrotubuly v zdraví a degeneratívnych ochoreniach nervového systému. Brain Research Bulletin, 126, 217-225.
9. Pellegrini, L., Wetzel, A., Grannó, S., Heaton, G., & Harvey, K. (2016). Späť na tubuly: dynamika mikrotubulov pri Parkinsonovej chorobe. Cellular and Molecular Life Sciences, 1-26.
10. Scheer, U. (2014). Historické korene centrosómového výskumu: objav mikroskopických sklíčok Boveri vo Würzburgu. Phil. Trans. R. Soc., B, 369 (1650), 20130469.
11. Severson, AF, von Dassow, G. a Bowerman, B. (2016). Kapitola 5. Zostava a funkcia meiotického vretena s piatimi oocytmi. Aktuálne témy vývojovej biológie, 116, 65-98.
12. Soley, JT (2016). Porovnávací prehľad centrálneho komplexu spermií u cicavcov a vtákov: Variácie na tému. Science o reprodukcii zvierat, 169, 14-23.
13. Vertii, A., & Doxsey, S. (2016). Centrosome: Phoenixská organela imunitnej reakcie. Single Cell Biology, 2016.
14. Vertii, A., Hehnly, H., & Doxsey, S. (2016). Centrosome, multitalentná renesančná organela. Perspectives of Biology, Cold Spring Harbor, 8 (12), a025049.
15. Aktivácia lymfocytov Pôvodná práca federálnej vlády USA - public domain. Preložil BQmUB2012110.
16. Alejandro Porto - derivát súboru: Aufbau einer Tierischen Zelle.jpg of Petr94. Základná schéma eukaryotickej živočíšnej bunky.
17. Kelvinsong - Centrosome Cycle (verzia editorov) .svg. Preložil do španielčiny Alejandro Porto.
18. Kelvinsong - Vlastná práca. Schéma centrosómu, bez žltého rámu.
19. Kelvinsong, Centriole-en, CC BY 3.0.
20. NIAID / NIH - Photostream NIAID Flickra. Mikrograf ľudského T lymfocytu (tiež nazývaný T bunka) z imunitného systému zdravého darcu.
21. Silvia Márquez a Andrea Lassalle, Tubulina, CC BY 3.0
22. Zjednodušená schéma spermatozoon.svg: Mariana Ruizová derivátová práca: Miguelferig.