Centriolose funktsioonid ja omadused

The sentrioolid on silindrilised rakustruktuurid, mis koosnevad mikrotuubulite klastritest. Neid moodustavad valgu tubuliin, mis leidub enamikus eukarüootsetes rakkudes.

Seotud tsentrioolide paar, mida ümbritseb vormitu mass tihedast materjalist, mida nimetatakse peritsentriolaarseks materjaliks (PCM), moodustab tsentrosoomi..

Tsentrioolide ülesanne on suunata rakulises organisatsioonis osalevate mikrotuubulite kokkupanekut (tuuma paiknemine ja raku ruumiline paigutus), flagella ja ripsmete (tsiliogeneesi) ja rakkude jagunemise (mitoosi ja meioosi) moodustumine ja funktsioon.

Tsentrioolid on leitud rakkude struktuurides, mida tuntakse loomarakkude tsentrosoomidena ja mis puuduvad taimerakkudes.

Igas rakus olevate tsentrioolide struktuuri või arvu defektid võivad avaldada märkimisväärset mõju organismi füsioloogiale, põhjustades muuhulgas muutusi stressivastuses põletiku, meeste viljatuse, neurodegeneratiivsete haiguste ja kasvaja moodustumise ajal..

Tsentriool on silindriline struktuur. Seondunud tsentrioolide paar, mida ümbritseb vormitu tiheda materjali mass (nn "pericentriolar materjal" või PCM), moodustab komposiitstruktuuri "centrosome".. 

Neid peeti tähtsusetuks alles mõne aasta eest, kui jõuti järeldusele, et nad olid peamised organellid rakkude jagunemise ja dubleerimise (mitoos) juhtimisel eukarüootsetes rakkudes (peamiselt inimestel ja teistel loomadel)..

Rakk

Viimane üldine esivanem kogu elust Maal oli üksik rakk ja kõigi eukarüootide viimane ühine esivanem oli tsentrioolidega juukseelement.

Iga organism koosneb rühmadest rakkudest, mis interakteeruvad. Organismid sisaldavad elundeid, organid koosnevad kudedest, kuded koosnevad rakkudest ja rakud koosnevad molekulidest.

Kõik rakud kasutavad samu molekulaarseid "ehitusplokke", sarnaseid meetodeid geneetilise informatsiooni säilitamiseks, säilitamiseks ja avaldamiseks ning samalaadseid energia metabolismi, molekulaarse transpordi, signalisatsiooni, arengu ja struktuuri protsesse.. 

Mikrotuubulid

Elektronmikroskoopia esimestel päevadel täheldasid rakubioloogid tsütoplasmas pikki tubuleid, mida nad nimetasid mikrotuubuliteks.

Morfoloogiliselt sarnaseid mikrotuubuleid täheldati mitootilise spindli kiudude moodustamisel, neuronite aksonite komponentidena ja struktuuri elementidena rõngakujulises ja lipukeses..

Üksikute mikrotuubulite hoolikas uurimine näitas, et kõik need moodustasid 13 pikisuunalist ühikut (mida nüüd nimetatakse protofilamentideks), mille moodustavad peamine valk (mis koosneb a-tubuliini allüksusest ja β-tubuliini lähedastest) ja mitmetest valkudest, mis on seotud mikrotuubulid (MAP-id).

Lisaks oma funktsioonidele ülejäänud rakkudes on mikrotuubulid hädavajalikud neuroni kasvu, morfoloogia, migratsiooni ja polaarsuse seisukohast, samuti tõhusa närvisüsteemi arendamiseks, säilitamiseks ja ellujäämiseks..

Tsütoskeleti komponentide (mikrotuubulite, aktiinfilamentide, vahefilamentide ja septiinide) vahelise õrna interaktsiooni tähtsus peegeldub mitmetes inimese neurodegeneratiivsetes häiretes, mis on seotud mikrotuubulite, sealhulgas Parkinsoni tõve ja Alzheimeri tõve ebanormaalse dünaamikaga.

Cilios ja flagella

Cilia ja flagella on organellid, mis leiduvad enamiku eukarüootsete rakkude pinnal. Need koosnevad peamiselt mikrotuubulitest ja membraanist.

Sperma liikuvus on tingitud saba liikuvatest tsütoskeleti elementidest, mida nimetatakse aksonoomideks. Axonemide struktuur koosneb 9 rühma kahest mikrotuubulist, molekulaarsetest mootoritest (dyneiinidest) ja nende reguleerivatest struktuuridest..

Tsentrioolidel on rakutsükli tsiliogeneesis ja progresseerumises keskne roll. Tsentrioolide küpsemine tekitab funktsiooni muutuse, mis viib raku jagunemisest ciliumi moodustumiseni..

Axoneme või cilia struktuuri või funktsiooni puudused põhjustavad inimestel mitmekordseid häireid, mida nimetatakse tsiliopaatiateks. Need haigused mõjutavad erinevaid kudesid, sealhulgas silmi, neerusid, aju, kopse ja spermatosoidide liikuvust (mis sageli põhjustab meeste viljatust).

Tsentriool

Üheksa mikrotuubulite ümbermõõt, mis paiknevad ümber ümbermõõdu (moodustavad lühikese õõnsa silindri), on tsentriooli "ehitusplokid" ja põhistruktuur.. 

Paljude aastate jooksul ignoreeriti tsentrioolide struktuuri ja funktsiooni, kuigi 1880. aastatel oli tsentrosoom visualiseeritud valguse mikroskoopia abil.

Theodor Boveri avaldas 1888. aastal seemendusliku töö, mis kirjeldas spermatoidu tsentrosoomi päritolu pärast viljastamist. Oma lühikeses 1887. aasta teatises kirjutas Boveri, et:

"Tsentrosoom on raku dünaamiline keskus; Selle jaotus loob moodustunud tütarrakkude keskused, mille ümber kõik teised rakulised komponendid on sümmeetriliselt organiseeritud ... Keskosoom on raku tõeline eraldusorgan, see vahendab tuuma- ja rakulise jagunemise "(Scheer, 2014: 1) . [Autori tõlge].

Varsti pärast 20. sajandi keskpaika, uurides elektronmikroskoopiat, uuriti ja selgitas tsentrioolide käitumist Paul Schafer.

Kahjuks ignoreeriti seda tööd suuresti tänu teadlaste huvidele, kes hakkasid keskenduma Watsoni ja Kricki leidudele DNA-ga. 

Tsentrosoom

Tsentrioolide paar, mis paikneb tuuma kõrval ja on üksteise suhtes risti, on "tsentrosoom". Üks tsentrioolidest on tuntud kui "isa" (või ema). Teine on tuntud kui "poeg" (või tütar, on veidi lühem ja selle alus on seotud ema alusega).

Proksimaalsed otsad (kahe tsentriooli ühendamisel) on sukeldatud valkude "pilvesse" (ehk kuni 300 või rohkem), mida tuntakse mikrotuubulite organisatsiooni keskuse (MTOC) nime all, kuna see pakub ehitamiseks vajalikku valku. mikrotuubulite hulgast.

MTOC on tuntud ka kui "perikentrioolne materjal" ja selle laadimine on negatiivne. Seevastu on distaalsed otsad (kahe tsentriooli ühendusest eemal) positiivselt laetud.

Tsentrioolide paar koos ümbritseva MTOC-ga on tuntud kui "centrosome".. 

Tsentosoomi kordamine

Kui tsentrioolid hakkavad dubleerima, eraldavad isa ja poeg pisut ning seejärel hakkab iga tsentriool moodustama oma baasil uue tsentriooli: isa koos uue pojaga ja poeg uue poegaga ("lapselaps").

Kuigi tsentriooli dubleerimine toimub, dubleeritakse ja eraldatakse ka tuuma DNA. See tähendab, et praegused uuringud näitavad, et tsentriooli dubleerimine ja DNA eraldamine on mingil viisil seotud. 

Dubleerimine ja rakkude jagunemine (mitoos)

Mitootilist protsessi kirjeldatakse sageli algfaasis, mida nimetatakse "liideseks", millele järgneb neli arenguetappi.

Liidese ajal dubleeritakse ja jagatakse tsentrioolid kaheks paariks (üks neist paaridest hakkab liikuma tuuma vastaspoole poole) ja DNA jaguneb..

Pärast tsentrioolide dubleerimist ulatuvad tsentrioolide mikrotuubulid ja joonduvad mööda tuuma peamist telge, moodustades "mitootilise spindli"..

Esimeses neljast arengufaasist (I etapp või "Prophase") kondenseeruvad ja lähenevad kromosoomid ning tuumamembraan hakkab nõrgenema ja lahustuma. Samal ajal moodustub mitootiline spindel spiraali otstes olevate tsentrioolide paaridega..

Teises faasis (faas II või "metafaas") on kromosoomide ahelad joondatud mitootilise spindli teljega.

Kolmandas faasis (faas III või "anafaas") jagunevad kromosomaalsed ahelad ja liikuvad mitootilise spindli vastassuunaliste otstega, mis on nüüd piklikud..

Lõpuks, neljandas faasis (faas IV või "telofaas") moodustuvad eraldatud kromosoomide ümber uued tuumamembraanid, mitootiline spindel lahustub ja rakkude eraldumine hakkab lõppema poolega tsütoplasmast, mis kulgeb iga uue tuumaga..

Mitootilise spindli mõlemas otsas avaldavad tsentrioolipaarid olulist mõju (ilmselt seotud elektromagnetväljade mõjuga, mida tekitavad nende proksimaalsete ja distaalsete otsade negatiivsed ja positiivsed laengud) kogu rakkude jagunemise protsessi jooksul.. 

Tsentrosoom ja immuunvastus

Kokkupuude stressiga mõjutab organismi elu funktsiooni, kvaliteeti ja kestust. Stressi tekitatud infektsioon võib põhjustada nakatunud kudede põletikku, aktiveerides organismis immuunvastuse. See reaktsioon kaitseb kahjustatud organismi, kõrvaldades patogeeni.

Paljud immuunsüsteemi funktsionaalsuse aspektid on hästi teada. Kuid molekulaarsed, struktuurilised ja füsioloogilised sündmused, milles tsentrosoom on seotud, jäävad mõistatuseks.

Hiljutised uuringud on avastanud ootamatuid dünaamilisi muutusi tsentosoomi struktuuris, asukohas ja funktsioonis erinevates stressiga seotud tingimustes. Näiteks pärast nakatumise tingimuste imiteerimist on leitud PCM-i ja mikrotuubulite tootmise suurenemine interfaasrakkudes..

Keskosoomid immunoloogilises sünapsis

Keskosoom mängib väga olulist rolli immunoloogilise sünapsi (SI) struktuuris ja funktsioonis. Seda struktuuri moodustavad T-raku ja antigeeni esitleva raku (APC) vahelised spetsiifilised interaktsioonid. See raku-rakkude interaktsioon käivitab tsentrosoomi migreerumise SI-sse ja selle järgneva sidumise plasmamembraani.

Tsentrosoomi sidumine SI-s on sarnane tsiliogeneesi ajal täheldatuga. Sellisel juhul ei alusta see rõngaste kokkupanekut, kuid osaleb SI organismis ja tsütotoksiliste vesiikulite sekretsioonis, et lüüsida sihtrakke, moodustades T-rakkude aktiveerimisel võtmeelundi..

Tsentosoomi ja kuumuse stress

Tsentosoomi sihtmärk on "molekulaarsed chaperonid" (valkude komplekt, mille ülesanne on aidata teiste valkude kokkuklappimist, kokkupanekut ja rakulist transporti), mis kaitsevad termilise šoki ja stressi eest.

Tsentosoomi mõjutavad stressitegurid hõlmavad DNA ja soojuse kahjustusi (näiteks palavikurakkude rakkude poolt kahjustatud). DNA kahjustus käivitab DNA parandusradad, mis võivad mõjutada tsentrosoomi funktsiooni ja valkude koostist.

Soojuse tekitatud stress põhjustab tsentriooli struktuuri muutmist, tsentrosoomi katkemist ja mikrotubulite moodustumise võime täielikku inaktiveerimist, muutes mitootilise spindli moodustumist ja ennetades mitoosi..

Keskosoomi katkestamine palaviku ajal võib olla adaptiivne reaktsioon spindli pooluste inaktiveerimiseks ja DNA ebanormaalse jagunemise vältimiseks mitoosi ajal, eriti arvestades mitme valgu võimalikku düsfunktsiooni pärast soojust põhjustatud denatureerimist..

Samuti võib see anda rakule täiendava aja funktsionaalsete valkude kogumi taastamiseks enne rakkude jagunemise taaskäivitamist.

Veel üks tsentosoomi inaktiveerimise tagajärg palaviku ajal on selle võimetus siirduda SI-le, et seda organiseerida ja osaleda tsütotoksiliste vesiikulite sekretsioonis..

Tsentrioolide ebanormaalne areng

Tsentriooli areng on väga keeruline protsess ja kuigi see hõlmab mitmeid regulatoorseid valke, võib esineda erinevaid vigu..

Kui valkude osakaal on tasakaalust väljas, võib lapse tsentriool olla defektne, selle geomeetria võib olla moonutatud, paari teljed võivad kõrvale kalduda perpendikulaarsusest. aja jooksul, või eakaaslastest lahutamine võib viibida.

Kui tsentrioolide ekslik või ekslik dubleerimine (geomeetriliste defektide ja / või mitmekordse dubleerimisega), muutub DNA replikatsioon, tekib kromosomaalne ebastabiilsus (CIN).

Samamoodi viivad tsentosoomi defektid (näiteks laienenud või suurendatud tsentrosoom) CIN-i ja soodustavad mitme lapsekeskkonna arengut..

Need arenguvead põhjustavad rakkude kahjustusi, mis võivad põhjustada pahaloomulisi kasvajaid.

Ebanormaalsed tsentrioolid ja pahaloomulised rakud

Tänu regulatiivsete valkude sekkumisele, kui tsentrioolide ja / või tsentrosoomi arengus avastatakse anomaaliaid, võivad rakud rakendada anomaaliate isekorrigeerimist.

Siiski ei suuda anomaalia iseendale korrigeerimine, ebanormaalsed tsentrioolid või mitmed lapsed ("arvulised tsentrioolid") tuua kaasa tuumorite tekke ("kasvaja teke") või rakusurma.

Ülearvulised tsentrioolid kipuvad kokku tulema, mis viib tsentrosoomi klastri (vähirakkudele iseloomulik "tsentrosoomi amplifikatsioon"), muutes raku polaarsust ja mitoosi normaalset arengut, mille tulemuseks on kasvajate ilmumine..

Ülearvuliste tsentrioolidega rakke iseloomustab perikentriolaarse materjali liig, silindrilise struktuuri katkestamine või tsentrioolide liiga pikk ja tsentrioolid, mis ei ole risti või halvasti paigutatud.

On välja pakutud, et vähirakkudes olevate tsentrioolide või tsentrosoomide klastrid võivad olla "biomarkerina" terapeutiliste ja pildistavate ainete, näiteks superparameetriliste nanoosakeste kasutamisel..

Viited

1. Borisy, G., Heald, R., Howard, J., Janke, C., Musacchio, A., & Nogales, E. (2016). Mikrotuubulid: 50 aastat pärast tubuliini avastamist. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 17 (5), 322-328.
2. Buchwalter, R. A., Chen, J.V., Zheng, Y., & Megraw, T.L. eLS.
3. Gambarotto, D., & Basto, R. (2016). Arvukate Centrosome defektide mõju arengule ja haigusele. In Microtubule Cytoskeleton (lk 117-149). Springer Vienna.
4. Huston, R. L. (2016). Tsentriooli aktiivsuse ja vale tegevuse ülevaade rakkude jagunemise ajal. Bioscience and Biotechnology ettemaksed, 7 (03), 169.
5. Inaba, K., & Mizuno, K. (2016). Sperma düsfunktsioon ja tsiliopaatia. Reproduktiivmeditsiin ja bioloogia, 15 (2), 77-94.
6. Keeling, J., Tsiokas, L. ja Maskey, D. (2016). Tsellulaarse pikkuse kontrolli rakumehhanismid. Rakud, 5 (1), 6.
7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A., Martin, K.C. (2016). Molekulaarrakkude bioloogia. New York: W. H. Freeman ja Company.
8. Matamoros, A. J., & Baas, P. W. (2016). Mikrotuubulid tervises ja närvisüsteemi degeneratiivne haigus. Brain Research Bulletin, 126, 217-225.
9. Pellegrini, L., Wetzel, A., Granno, S., Heaton, G., & Harvey, K. (2016). Tagasi tubule: Parkinsoni tõve mikrotuubulite dünaamika. Cellular and Molecular Life Sciences, 1-26.
10. Scheer, U. (2014). Tsentrosoomiuuringute ajaloolised juured: Boveri mikroskoobi slaidide avastamine Würzburgis. Phil. Trans. R. Soc. B, 369 (1650), 20130469.
11. Severson, A. F., von Dassow, G., ja Bowerman, B. (2016). Peatükk Viie-Ootsüüdi müootiline spindli assamblee ja funktsioon. Arengu bioloogia praegused teemad, 116, 65-98.
12. Soley, J. T. (2016). Võrreldav ülevaade imetajate ja lindude sperma tsentriolaarsest kompleksist: teema variatsioonid. Loomade reproduktsiooniteadus, 169, 14-23.
13. Vertii, A., & Doxsey, S. (2016). Centrosoom: Phoenixi immuunvastuse organell. Single Cell Biology, 2016.
14. Vertii, A., Hehnly, H., & Doxsey, S. (2016). Centrosome, multitalentne renessanssorganell. Cold Spring Harbor perspektiivid bioloogias, 8 (12), a025049.
15. T-lümfotsüütide aktiveerimine USA föderaalvalitsuse esialgne töö - avalik. Tõlgitud BQmUB2012110.
16. Alejandro Porto - tuletatud failist: Aufbau einer Tierischen Zelle.jpg Petr94-st. Loomade eukarüootsete rakkude põhijooned. 
17. Kelvinsong - Centrosome Cycle (toimetajad) .svg. Alejandro Porto tõlgitud hispaania keelde.
18. Kelvinsong - oma töö. Tsentrosoomi skeem ilma kollase raamita.
19. Kelvinsong, Centriole-en, CC BY 3.0. 
20. NIAID / NIH - NIAID Flickri fotovoog. Inimese T-lümfotsüüdi (mida nimetatakse ka T-rakkuks) immuunsüsteemi mikrofotograafia.  
21. Silvia Márquez ja Andrea Lassalle, Tubulina, CC BY 3.0
22. Lihtsustatud spermatozoon diagram.svg: Mariana Ruizi tuletatud töö: Miguelferig.