Строение центросомы: Клеточный центр – строение и функции в таблице

Центросома — клеточный концертмейстер

Р. Э. Узбеков, И. Б. Алиева,
НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского (МГУ им. М.В. Ломоносова)
«Природа» №5, 2007

Она из тех, в кого влюбляются с первого взгляда, кому хранят верность всю жизнь и кого не понять до конца. Эта так и не разгаданная за 130 лет исследований тайна скрыта в центросоме — крошечной точке в геометрическом центре клетки, куда радиально сходятся микротрубочки (своеобразные рельсы для внутриклеточного транспорта).

Центросому сравнивают с улыбкой Моны Лизы, называют мерцающей звездочкой, центром цитоплазматической вселенной, клеточным концертмейстером и, наконец, центральной загадкой клеточной биологии. Едва ли найдется в живой клетке другая структура, которую исследователи наделили таким количеством романтических эпитетов; и это не удивительно! Одного взгляда в электронный микроскоп достаточно, чтобы заметить, как сильно центросома выделяется на фоне остальных клеточных структур. Особый интерес любого наблюдателя вызывают главные компоненты этой сложно организованной органеллы — центриоли, по форме напоминающие фрагмент античной колонны.

Однако первые исследователи процесса клеточного деления B. Флемминг, O. Гертвиг и Э. ван Бенеден, почти одновременно описавшие центросому в середине 70-х годов XIX в., увидели лишь темные гранулы в обоих полюсах митотического веретена (рис. 1). Да иначе и быть не могло, ведь размер этой органеллы находится на пределе разрешения светового микроскопа. В связи с этим в делящихся клетках сначала были описаны две симметрично располагающиеся структуры, имевшие вид «лучистого сияния», — центросферы. Гранулы в фокусах каждой центросферы первоначально были названы полярными корпускулами.

В 1887 г. ван Бенеден вместе с А. Нейтом и независимо от них Т. Бовери, установили, что полярные корпускулы полностью не исчезают после деления клетки (митоза). Они сохраняются в течение всего времени между последовательными делениями (этот период жизни клетки теперь называется интерфазой) и при этом часто располагаются вблизи геометрического центра клетки. Ван Бенеден предложил переименовать полярные корпускулы в центральные корпускулы, или центральные тельца, а Бовери — в

центросому, он же позднее предложил и термин «центриоль» [1].

Наряду с центросомами, также в конце XIX в., были описаны органеллы, лежащие у основания специализированных клеточных образований — ресничек и жгутиков; эти органеллы получили название кинетосом, или базальных телец [2, 3]. Авторы, Л. Хеннеги и М. Легоссек, наблюдали взаимный переход базальных телец и центросом и в 1898 г. выдвинули гипотезу о гомологии этих клеточных органелл, которая впоследствии получила экспериментальное подтверждение (рис. 2).

С момента открытия центросомы основное внимание исследователей было приковано к ее роли в организации клеточного деления. После того как Р. Вирхов в 1855 г. сформулировал знаменитый постулат:

«Omnis cellula e cellula» («Каждая клетка от клетки»), исследователи второй половины XIX в. в общих чертах описали картину клеточного деления [4]. Принципиальным для понимания механизма передачи наследственных свойств от клетки к клетке было выяснение роли хромосом. Однако хромосомы сами по себе выглядели пассивными участниками событий митоза, что позволило одному из классиков клеточной биологии, Д. Мезия, сравнить их роль с ролью покойника на похоронах — все происходит ради него, но сам он никакого активного участия в общем действии не принимает. Действительно, при наблюдении митоза в световой микроскоп исследователи видели, как некие нити захватывают хромосомы за их центральные участки и тянут в противоположные стороны клетки. Эти нити были названы нитями веретена (позднее — микротрубочками), а структура, ими образуемая, веретеном деления, поскольку она имела соответствующую форму (рис. 2). Оказалось, что нити веретена тянут хромосомы не произвольно, а в направлении строго определенных участков цитоплазмы — полюсов митотического веретена, а в фокусе каждого веретена и располагается главная героиня нашего повествования — центросома!

Хотя центросома с момента ее открытия постоянно находилась в центре внимания биологов, она и более века спустя оставалась, по выражению известного шотландского ученого Д. Уитли, центральной загадкой клеточной биологии [5]. Каким же образом эта едва различимая (занимающая не более 0.1% от общего объема клетки) органелла может выполнять столь важную для жизнедеятельности клетки и организма в целом функцию как равномерное распределение по дочерним клеткам генетического материала хромосом? Биологи начала ХХ в. предвидели, что центросома, несмотря на малые размеры, устроена не так просто, как кажется на первый взгляд; они надеялись со временем расшифровать ее структуру и тем самым получить ключ к пониманию ее функций. Действительность, как это часто случается, превзошла все, даже самые смелые, предположения первооткрывателей.

Самая обаятельная и привлекательная

Прорыв в исследовании строения центросомы произошел после появления в середине XX в. нового метода исследования — электронной микроскопии. Использование электронного пучка вместо светового луча традиционного микроскопа невероятно расширило возможности морфологического анализа чрезвычайно мелких по величине объектов.

Примечательно, что первое такое исследование центриолей, выполненное С. Селби, оказалось неудачным [6]. Хотя на отдельных микрофотографиях митотических клеток видны косые срезы центриолей, автор не смогла их идентифицировать, а за центриоли приняла осмиофильные гранулы вблизи митотических полюсов. И вот тут весьма кстати оказалась уже упомянутая гомология центриолей и базальных телец, поскольку первые описания ультраструктуры центриолярных цилиндров были сделаны именно на объектах, имеющих жгутики и реснички — на клетках ресничного эпителия и на сперматозоидах [7, 8]. Сразу после этого была описана и ультраструктура митотических и интерфазных центриолей [9, 10].

К настоящему времени ультраструктура центриолей и ассоциированных с ними структур детально исследована. Выяснилось, что в состав центросомы входит пара центриолей, окруженных перицентриолярным материалом (рис. 3). Центриоли в паре не одинаковы, одна них (зрелая, или материнская), в отличие от второй (незрелой, или дочерней), несет на себе дополнительные структуры (рис. 3, 4). Оказалось, что созревание центриоли занимает более одного клеточного цикла; в течение первого цикла формирующийся цилиндр, называемый в это время процентриолью, дорастает до нормального размера (см. рис. 3, 4).

Длина центриолярных цилиндров составляет 0.3–0.5 мкм, диаметр около 0.2 мкм, при этом стенки их состоят из девяти симметрично расположенных тяжей [7], каждый из которых составлен из трех латерально связанных друг с другом микротрубочек (внутренней — А, средней — B и внешней — С), называемых вместе триплетом [11].

Центриолярный цилиндр — полярная структура. Поскольку в базальном тельце конец цилиндра, от которого растет ресничка, обращен к внешней поверхности клетки, он был назван дистальным, а противоположный конец, обращенный внутрь клетки, — проксимальным. В центриолях придатки и перицентриолярные сателлиты располагаются ближе к дистальному концу, и от него же может расти первичная ресничка (рис. 5). В то же время как процентриоль (вновь формирующаяся центриоль) всегда образуется ближе к проксимальному концу (см. рис. 4). Именно здесь, на проксимальном конце, располагается структура, характерная только для молодых (незрелых) центриолей, — так называемая «ось со спицами», или «тележное колесо» (см. рис. 4).

Триплеты микротрубочек лежат под углом к радиусу центриолярного цилиндра, причем закручены они в центриолях всех исследованных объектов одинаково — против часовой стрелки, если смотреть на центриоль с проксимального конца.

Микротрубочки (также полярные биополимеры) в составе центриолярных триплетов всегда ориентированы одинаково — их минус конец находится на проксимальном конце центриолярного цилиндра, а плюс конец — на дистальном.

С поверхностью материнской центриоли связаны структуры двух типов. Во-первых, это перицентриолярные сателлиты (образования, напоминающие по форме фишку детской игры), состоящие из конической ножки длиной около 0.1 мкм, на вершине которой находится округлая головка (см. рис. 4). Число их варьирует в норме от одной до четырех на центриоль, но может достигать девяти и более, либо они вовсе отсутствуют в клетках некоторых типов. С головками перицентриолярных сателлитов часто связаны отходящие от центросомы микротрубочки, причем от сателлитов их может отходить значительно больше, чем от стенки центриоли. Перицентриолярные сателлиты — структуры, характерные исключительно для интерфазной центросомы. За несколько часов до митоза они исчезают, и их материал включается в состав так называемого

митотического гало — аморфной тонкофибриллярной структуры диаметром около 1 мкм, окружающей центросому в митозе.

Второй тип выростов на поверхности центриолярных цилиндров — придатки, они расположены на дистальном конце каждого триплета, а потому их количество всегда равно девяти (см. рис. 4). В отличие от перицентриолярных сателлитов, придатки не исчезают при переходе клетки из интерфазы в митоз, и по их наличию всегда можно определить более зрелую материнскую центриоль.

У материнской центриоли есть еще одна особенность: она способна формировать рудиментарную (первичную) ресничку — структуру, которая выступает над поверхностью клетки подобно реснице над глазом (см. рис. 5). Первичные реснички появляются в клетках вскоре после завершения деления и исчезают перед митозом или в самом его начале. С центриолями, формирующими первичную ресничку, часто ассоциированы исчерченные корешки (см. рис. 5). Назвали их по предполагаемой функции — первоначально считалось, что они заякоривают ресничку, подобно корням дерева. Однако исчерченные корешки могут наблюдаться и в отсутствии реснички [12].

Строение интерфазной центросомы постепенно меняется в зависимости от стадии клеточного цикла. В конце интерфазы или в профазе митоза две пары центриолей начинают расходиться и формируют два равнозначных центра полимеризации микротрубочек — профазные звезды, при этом интерфазные микротрубочки полностью разрушаются. Каждый полюс веретена в митозе содержит две взаимно перпендикулярных центриоли — диплосому (рис. 6). Материнскую центриоль легко отличить от дочерней, поскольку она имеет два свободных конца и окружена митотическим гало.

Во всех ты, душечка, нарядах хороша!

По биохимическому составу центросома оказалась мультибелковым комплексом. Первыми, естественно, были охарактеризованы белки, составляющие основу триплетов центриолярных цилиндров — α- и β-тубулины, а впоследствии семейство пополнилось еще пятью белками — γ-, δ-, ε-, ζ- и η-тубулины. Отсутствие любого из них в большей или меньшей степени приводит к нарушению структуры и функций центросомы.

К настоящему времени охарактеризовано уже более сотни ассоциированных с центросомой белков. Поскольку трудно дать единую универсальную классификацию всех этих белков, существует несколько вариантов их систематизации в зависимости от выбранного параметра. По локализации в центросоме различают белки, непосредственно входящие в состав центриолей (как уже упомянутые тубулины), и белки ассоциированных структур и перицентриолярного материала (например, перицентрин). По продолжительности нахождения в центросоме белки разделяют на постоянно присутствующие и появляющиеся в ней только в специфические моменты клеточного цикла. По функциям выделяют несколько групп центросомальных белков: структурные, белки-моторы, регуляторы (в первую очередь киназы и фосфатазы), а также белки, связанные с нуклеацией микротрубочек (образованием затравки, с которой начинается их рост) и удержанием микротрубочек на центросоме.

Белки-моторы, ассоциированные с микротрубочками, участвуют в формировании митотического веретена и осуществляют направленный транспорт вдоль микротрубочек интерфазной сети. При этом микротрубочки выступают в качестве своеобразных рельсов, по которым органеллы и белковые комплексы перемещаются в обоих направлениях — центробежно (от центра клетки к периферии) при участии белков суперсемейства кинезинов, и центрипетально (от периферии клетки к центру) при участии белков суперсемейства динеинов. Необходимо отметить, что центросома часто тесно связана с комплексом Гольджи (рис. 7), что обеспечивает доставку созревающих в нем белков по отходящим от центросомы микротрубочкам во все части клетки (рис. 8). Регуляторные белки клеточного цикла представлены разнообразными по функциям киназами (осуществляющими специфическое фосфорилирование других белков) — например, киназами CDK1 (p34cdc2), управляющими ходом митоза, или киназами семейств Polo, Aurora, NIMA и др. Белки — компоненты комплекса нуклеации микротрубочек — также многочисленны, некоторые из них высоко консервативны (т. е. встречаются у всех групп эукариот), другие видоспецифичны. Таким образом, не удивительно, что при столь многообразном белковом составе центросома выполняет в клетке разнообразные функции, часть которых и до настоящего времени полностью не исследована.

На все руки мастерица

Вспомним, что еще первооткрыватели центросомы связывали ее роль в клетке с функционированием митотического веретена, а значит и с микротрубочками. Дальнейшие исследования показали, что на центриоли, действительно, происходит образование (полимеризация) микротрубочек (рис. 9), и долгое время полагали, что именно в этом основная функция центросомы. Впоследствии оказалось, что такое представление в значительной степени ограничено, и правы были те исследователи, которые уже в начале XX в. поняли, что эта органелла играет в клетке совершенно особую роль. Однако разберемся с функциями центросомы по порядку.

Центросома как центр организации микротрубочек. Это представление о центросоме окончательно оформилось ко второй половине ХХ в. Как было отмечено в обзоре К. Фултон, центросома может организовывать микротрубочки четырьмя различными способами: образует процентриоли, формирует микротрубочки митотического веретена, организует радиальную систему интерфазных микротрубочек, инициирует рост первичной реснички [13]. Созревание центриоли — это и есть не что иное, как приобретение способности к полимеризации микротрубочек [14]. Интересно проследить последовательные стадии, проходя которые центриоль обретает эту способность.

Как мы уже упоминали, окончательное созревание центриоли занимает более одного клеточного цикла. Процентриоли (две на клетку, по одной на каждую уже существующую центриоль) появляются в конце начальной (G₁) фазы клеточного цикла и растут на протяжении двух следующих за ней фаз — синтетической (S) и предмитотической (G₂). В этом первом для себя клеточном цикле молодые процентриоли не участвуют в нуклеации микротрубочек. Основную роль в формировании их интерфазной системы играет самая старая из четырех центриолей в клетке — «мать» для одной из процентриолей и «бабушка» для другой процентриоли, формирующейся вблизи второй по возрасту центриоли в клетке (см. рис. 4).

Далее, в начале митоза, в процессе формирования профазных звезд, центрами нуклеации становятся два митотических гало, в середине которых располагаются диплосомы — структуры, состоящие из ориентированных перпендикулярно друг другу двух центриолей, по одной старой и по одной новообразованной (те самые темные гранулы, наличие которых обнаружили исследователи XIX в.). После окончания митоза дочерняя центриоль оказывается во вновь сформированной клетке в паре с материнской, от которой уже неотличима по размерам. Дочерняя центриоль все еще (в начале G₁-фазы второго в своей жизни клеточного цикла) не стала центром организации интерфазных микротрубочек и по-прежнему не может образовывать первичную ресничку (на это тоже способна пока только ее «мать»).

Однако в это время молодая дочерняя центриоль впервые отделяется от материнской, и ровно через один цикл после возникновения (в конце G₁-фазы второго в своей жизни клеточного цикла) впервые выступает центром организации микротрубочек, формируя новую процентриоль.

В этой связи как нельзя лучше подходит высказанное еще в 1961 г. Д. Мезия предположение: «…когда происходит очередное деление, подготовка к следующему делению уже началась». Более того, можно сказать, что в клетке с закладкой процентриолей началась подготовка не только к ближайшему, но и следующему за ним делению.

При завершении второго клеточного цикла (в профазе митоза) эта центриоль уже может организовывать микротрубочки вторым способом — формировать один из полюсов веретена деления. Одновременно на центриоли появляется ценексин. И только прожив в клетке почти два полных цикла, эта центриоль становится, наконец, «старшей» в клетке, центром организации интерфазных микротрубочек и способна формировать первичную ресничку.

Описанный нами сложнейший процесс протекает при участии многочисленных центросомальных белков, многие из которых только ждут своего исследователя. Однако уже понятно, что функции некоторых исследованных белков являются жизненно важными. Так, в начале интерфазы на материнской центриоли формируются перицентриолярные сателлиты. В составе этих органелл обнаружен белок δ-тубулин, в отсутствие которого нарушается структура центриолярного цилиндра — происходит потеря микротрубочки «С» и центриоли содержат лишь дуплеты микротрубочек. Без белка центрина невозможно удвоение центриолей. А белок протеинкиназа Аврора А, появляющийся в составе центросомы во второй половине интерфазы, отвечает за регуляцию расхождения центросом (что происходит при участии клеточного белка-мотора Eg5) — будущих полюсов веретена деления.

Мы привели лишь несколько примеров, но и этого достаточно, чтобы понять, насколько значимую роль может играть один-единственный белок в нормальном протекании, тонкой регуляции и филигранно точном исполнении конечного результата столь сложных процессов, в основе которых лежит нуклеация микротрубочек.

Нуклеирующая и заякоривающая функции — две отдельные активности центросомы. Согласно данным последних лет, центросома ответственна не только за нуклеацию микротрубочек, но и за их заякоривание (т. е. закрепление и удержание на центросоме), причем обе функции контролируются разными белковыми комплексами (γ-тубулиновым и нинеиновым соответственно) [15]. В клетках культуры ткани оба комплекса расположены в одной локальной области — на центросоме, и это определяет радиальность существующей в них системы микротрубочек. У высокодифференцированных клеток комплексы могут быть сосредоточены в разных участках клетки, что определяет специфическую организацию системы микротрубочек в целом. Например, в эпителиальных клетках, выстилающих орган равновесия (кортиев орган), наряду с расходящимися от центросомы короткими микротрубочками существует множество длинных, ориентированных вдоль длинной оси клетки. Очевидно, что для формирования такой системы микротрубочек необходимо, чтобы заякоривающий комплекс располагался на краю клетки. По-видимому, зародившись на центросоме, короткие микротрубочки перемещаются в направлении клеточной мембраны, откуда дорастают до противоположного конца клетки. Такая специализированная система микротрубочек обеспечивает не только эффективное распределение мембранных компонентов и перемещение везикул, но и выполнение главной специальной функции этих клеток — передачу механических вибраций.

Какие молекулярные механизмы приводят к реорганизации радиальной системы микротрубочек в продольно-ориентированную, до конца неясно. Однако из приведенного примера следует, что радиальная организация сети микротрубочек не универсальна, а центросома не всегда выполняет роль основной структурой, ответственной за пространственную организацию цитоплазматической сети микротрубочек.

Центросома — регуляторный центр клетки. Для этого утверждения есть много оснований, о некоторых их них мы уже говорили, но существуют и другие. Центросома обычно располагается в геометрическом центре клетки, в непосредственной близости от аппарата Гольджи, от нее на периферию клетки радиально расходятся микротрубочки — своеобразные клеточные «рельсы», по которым транспортные молекулы перемещают различные «грузы», а растущая от активной центриоли первичная ресничка выполняет в клетке сенсорную функцию. Считается, что ресничка — элемент пути, транслирующего внеклеточный сигнал на центросому и комплекс Гольджи с целью эффективной секреции новых синтезированных веществ внеклеточного матрикса. Ресничка выполняет роль антенны; на ее поверхности располагаются разнообразные специфические молекулярные комплексы — рецепторы для внешних сигналов. Например, полицистин-2 на поверхности ресничек клеток почечного эпителия участвует в формировании кальциевых каналов и инициации сигнала, контролирующего клеточную пролиферацию и дифференциацию. Одновременно в этих клетках ресничка выполняют и механосенсорную функцию. Рецепторы на мембране реснички могут быть видоспецифичными — например, реснички нейрона имеют характерные рецепторы для соматостатина и серотонина.

Таким образом, центросома оказывается центральным «узлом» в механизме сигнальной трансдукции: от первичной реснички центросома получает внеклеточный сигнал, в зависимости от которого «регулирует» транспортные процессы, осуществляемые по системе связанных с нею микротрубочек.

Центросома — структурная часть механизма, управляющего динамической морфологией клетки в целом. Живая клетка имеет определенную, характерную для данного типа форму. Форма эта не постоянна, она способна динамично меняться. Постоянство формы клетки поддерживает цитоскелет, и он же обеспечивает ее изменения при различных физиологических и патологических состояниях. Особенно значительные изменения происходят при движении клетки — сложно скоординированном процессе, в который напрямую вовлечены растущие от центросомы микротрубочки. При движении микротрубочки взаимодействуют с актиновым филаментами и клеточными контактами, регулируют натяжение клетки, а изменения их динамики вызывают изменение скорости движения. Выполнение этих функций напрямую связано с пространственной организацией системы микротрубочек, с ее способностью быстро перестраиваться. В настоящее время очевидна структурно-функциональная связь всех компонентов цитоскелета в клетке. Так, поддержание формы клетки зависит не только от системы микротрубочек, но и от системы промежуточных филаментов, центр схождения которых также может располагаться вблизи центросомы. Взаимодействие микротрубочек и актиновых микрофиламентов имеет принципиальное значение на различных стадиях построения митотического веретена. Взаимодействие между микротрубочками, актиновыми микрофиламентами и адгезивными структурами является ключевым в регуляции клеточной подвижности (миграции, локомоции, цитокинеза и поляризации клеток). Это взаимодействие осуществляется в первую очередь на структурном уровне посредством белков-связок, которые соединяют микротрубочки и актиновые микрофиламенты [16].

В неспециализированных клетках центросома регулирует не только соотношение свободных и связанных с ней микротрубочек, но и длину радиальных микротрубочек, а, следовательно, и их способность дорасти до края клетки и взаимодействовать своими плюс-концами с фокальными контактами. Дело в том, что единичный растущий конец индивидуальной микротрубочки способен к специфической локальной регуляции контактов путем направленного к ним подрастания микротрубочек — таргетинга [17]. Это делает каждый плюс-конец центросомальной микротрубочки, достигший периферии клетки, потенциально уникальным. Однако способность центросомы сочетать нуклеирующую и заякоривающую функции выходит на первый план не только в связи с представлением о том, что индивидуальная микротрубочка — дискретный инструмент регуляции клеточных контактов, но и в связи с ее способностью закрепляться на специфических сайтах на периферии клетки с помощью комплекса плюс-концевых белков, а также динамически взаимодействовать с актиновыми филаментами [18]. Эта способность плюс-концов очень важна и для митоза, поскольку позволяет радиально растущим от центросомы астральным микротрубочкам взаимодействовать с кортексом и обеспечивать правильное положение ядра, хромосомной пластинки и борозды дробления, а также генерировать силы, действующие на центросому и полюса веретена, с которыми связаны минус-концы микротрубочек. По окончании митоза плюс-концевые белки определяют и положение аппарата Гольджи, в норме локализованного рядом с центросомой; взаимодействие между центросомой и аппаратом Гольджи — необходимый элемент внутриклеточных сигнальных путей регуляции деления клетки и апоптоза.

Мы понимаем, что непосвященному в тайны клеточной биологии трудно воспринять все вышесказанное. Придется поверить на слово: накопленные к настоящему моменту данные свидетельствуют, что центросома — не только центр организации микротрубочек, но и структурная часть механизма, управляющего динамической морфологией клетки в целом.

И вечный бой, покой нам только снится…

Завершая свое краткое повествование о центросоме, попробуем определить, насколько далеко мы продвинулись по пути постижения ее роли в живой клетке. Уникальная центрально-симметричная структура всегда вызывала смелые, а порой и фантастические гипотезы о функциях центросомы. История исследований изобилует примерами (большая часть которых, ввиду ограниченности объема, не вошла в данную статью), когда категоричность утверждений исследователей опровергалась сюрпризами, преподносимыми этой клеточной органеллой. Согласно современным представлениям, центросома — важный интегральный элемент живой клетки, функции которой не ограничены ее способностью к полимеризации микротрубочек. В исследовании центросомы появились целые отдельные направления, посвященные ее участию в каком-то одном аспекте жизнедеятельности клетки: в поддержании и изменении формы клетки, в образовании клеточной полярности, в регуляции внутриклеточного транспорта, в формировании мультибелковых ансамблей, ответственных за регуляцию клеточного цикла, и в других клеточных процессах.

Уже на данном этапе развития клеточной биологии понятно, что центросома — ключевая структура в регуляторных процессах, и нарушение ее функций приводит к аномалиям клеточного цикла, дефектам в развитии живых тканей и организмов, к возникновению трофических и онкологических заболеваний. Однако бурное развитие новых экспериментальных подходов дает и, как мы надеемся, будет давать в будущем все новые возможности для исследования центросомы. Несмотря на большое количество описанных центросомальных белков, процесс изучения характера их взаимодействия друг с другом еще только начинается. На наших глазах мозаичность знаний о центросоме сменяется структурированностью, обнаруживаются функциональные связи между различными центросомальными белками. Мощный арсенал молекулярно-биологических и генетических методов в сочетании с детальным изучением морфологии позволяет накапливать огромное количество новых фактов, обработка и анализ которых становятся возможными благодаря современным информационным технологиям. И чем больше мы узнаем о центросоме, тем более важная роль в клетке ей отводится, поэтому без преувеличения можно сказать, что понимание регуляторных функций центросомы как мультибелкового комплекса, видимо, уже в недалеком будущем приведет к более глубокому проникновению в тайны организации живой материи.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальный исследований. Проекты №95-04-12703, 00-04-48762, 00-15-99366, 03-04-48035, 06-04-49233.

Литература:
1. Boveri T. // Verhandl. Phys. Med. Ges. Wurzburg. 1895. V.XXIX. Цитируется по: [4].
2. Henneguy L.F. // Arch. Microsc. Morph. Exp. 1898. №1. P.481–496.
3. Lenhossék M.von. Uber Flimmerzellen. Kiel, 1898. V.12. P.106–128.
4. Wilson E.B. The Cell in Development and Inheritance. N.Y., 1900.
5. Wheatley D.N. The Centriole: a central enigma of cell biology. Amsterdam; N.Y., 1982.
6. Selby C.C. // Exp. Cell Res. 1953. V.5. P.386–393.
7. Fawcett D.W., Porter K.R. // J. of Morphology. 1954. №94. P.221–282.
8. Burgos M.H., Fawcett D.W. // J. Biophys. Biochem. Cytology. 1955. V.1. №4. P.287–300.
9. Bernhard W., Harven E.de // Comp. Rend. Acad. Sci. (Paris). 1956. V.242. P.288–290.
10. Yamada T. // Endocr. J. 1956. V.3. №3. P.203–210.
11. Afzelius B. // J. Biophysic. and Biochem. Cytol. 1959. V.5. №2. P.269–278.
12. Alieva I.B., Vorobjev I.A. // Cell Biol. International. 2004. V.28. P.139–150.
13. Fulton C. Centrioles // Origin and continuity of cell organelles. N.Y., 1971. P.170–221.
14. Stubblefield E. // A collection of papers presented the 21 Annual Symposium on Fundamental Cancer Reseach, 1967. Baltimore, 1968. P.175–193.
15. Mogensen M. Microtubule organizing centers in polarized epithelial cells // Centrosomes in development and disease. Weinheim, 2004. P.299–320.
16. Jaffe A.B., Hall A. // Annu. Rev. Cell. Dev. Biol. 2005. №21. P.247–269.
17. Kaverina I., Krylyshkina O., Small J.V. // J. Cell. Biol. 1999. V.146. №5. P.1033–44.
18. Bershadsky A.D., Ballestrem C., Carramusa L. et al. // Eur. J. Cell. Biol. 2006. V.85. №3–4. P.165–73.
19. Uzbekov R., Prigent C. // FEBS Letters. 2007. P.
20. Alieva I.B., Vorobjev I.A. // Cell Biology International. 2003. V.28. Р.139–150.

Преобразование клеточного центра в онтогенезе многоклеточных животных — НИР

1. Проведено электронно-микроскопическое исследование эмбрионов моллюска Lymnaea stagnalis до стадии 16 бластомеров. Получены предварительные данные о том, что до стадии 8 бластомеров центросома функционирует лишь в качестве центра организации микротрубочек веретена делений дробления. При этом интерфазные бластомеры лишены клеточного центра, а аппарат Гольджи представлен диктиосомами, рассеянными по цитоплазме. На стадиях 12-16 бластомеров в отдельных бластомерах обнаруживается клеточный центр, вблизи которого наблюдается единый аппарат Гольджи. Пока остается неясным, во всех ли бластомерах центросома начинает функционировать, как центр организации цитоплазматических микротрубочек, или формирование клеточного центра в разных бластомерах протекает асинхронно. Также пока нельзя сказать, формируется ли клеточный центр именно в тех бластомерах, в которых восстанавливается синтез РНК в ядре, либо эти события не взаимосвязаны. Далее обнаружено, что до стадии 16 бластомеров в клетках отсутствуют первичные реснички. Это означает, что центросома приобретает способность образовывать первичную ресничку после ее активации в качестве центра организации цитоплазматических микротрубочек. Начато исследование более поздних стадий эмбрионального развития моллюска L. stagnalis (от 32 бластомеров до стадии прототроха). 2. Проведено электронно-микроскопическое исследование диплоидных гепатоцитов печени в ранний период постнатального развития мыши. Полиплоидные гепатоциты взрослых животных были исследованы ранее. Обнаружено, что центросома диплоидных гепатоцитов может иметь строение, характерное для G1-, S- и G2- фаз клеточного цикла и принципиально не отличается от таковой в полиплоидных клетках (регенерирующая печень взрослых животных). Число центриолей в обоих случаях соответствует плоидности гепатоцитов. Единственным отличием центросомы диплоидных гепатоцитов является ее более низкий уровень активности в качестве ЦОМТ. Остается неясным, связано ли это с меньшим объемом диплоидных гепатоцитов по сравнению с полиплоидными, или это определяется меньшей функциональной активностью гепатоцитов (более низким уровнем синтетических процессов, процессов эндо- и экзоцитоза) молодых животных. Далее обнаружено, что в диплоидных гепатоцитах, также как и в полиплоидных, аппарат Гольджи представлен двумя комплексами — один обращен в сторону пространства Диссе, второй — в сторону желчных капилляров. Таким образом, характер полярности гепатоцитов у новорожденных и взрослых животных сходен. Кроме того, исследована ультраструктура клеток быстро- и медленнорастущей гепатом, культивируемых in vitro. Обнаружено, что в обоих вариантах клеток центросома проявляет низкую активность в качестве ЦОМТ, однако клеточный центр выражен и рядом с ним располагается единый аппарат Гольджи. Таким образом, полярность клеток гепатомы, выращенных на твердом субстрате, принципиально не отличается от других культивируемых эпителиальных клеток, но иная, нежели полярность гепатоцитов in vivo независимо от уровня плоидности клеток. 3. Для ответа на вопрос о том, происходит ли реорганизация аппарата Гольджи при распаде клеточного центра, исследованы два типа дифференцированных клеток, утративших клеточный центр в ходе дифференцировки — зрелые мегакариоциты костного мозга мыши и ресничные клетки эпителия ноги прудовика. Обнаружено, что при созревании мегакариоцитов происходит распад как клеточного центра, так и аппарата Гольджи. При этом многочисленные центриоли и диктиосомы рассеиваются по цитоплазме независимо друг от друга. В ресничных клетках эпителия ноги моллюска, несмотря на отсутствие клеточного центра, диктиосомы собраны в единый аппарат Гольджи в апикальной части клетки. Такая организация ресничных клеток наблюдается как у молодых моллюсков, так и у взрослых. Зрелый мегакариоцит, у которого отделение тромбоцитов идет по всей поверхности, может служить примером клетки, лишенной признаков как внешней, так и внутренней полярности в расположении органелл, в отличие от строго поляризованных ресничных клеток. По-видимому, к отсутствию каких-либо черт внутренней полярности клетки может вести деструкция именно тех компонентов, которые и обеспечивают векторность в расположении органелл и течении внутриклеточных процессов, таких как эндо- и экзоцитоз. 4. Предпринята попытка проверить, влияет ли нарушение синтеза ДНК, вызванное арабинозидаденином, на созревание эритроцитов и состояние клеточного центра в клетках эритроидного ряда. Обнаружено, что 24-часовое воздействие данным агентом не приводит к изменению формулы крови, т.е. не влияет на процесс созревания эритроцитов. Начато исследование ультраструктуры клеток эритроидного ряда в костном мозге. По предварительным данным каких-либо отличий в состоянии клеточного центра в таких клетках по сравнению с клетками в норме не обнаружено. 5. Проведен анализ полутолстых (2-4мкм) срезов митотических и интерфазных меланофоров (с дисперсным и агрегированным расположением гранул) и трехмерная реконструкция на основе этих срезов. Для трехмерной реконструкции использована программа 3D Studio Release 6. Обнаружено, что меланофоры являются отросчатыми клетками, переход которых из агрегированного состояния в дисперсное в интерфазе и из интерфазы в митоз сопровождается изменением клеточной формы. Это означает, что реорганизация клеточного центра, которая наблюдается у меланофоров при движении гранул или при переходе из одной фазы клеточного цикла в другую, сопровождается изменением формы клеток. 7. Для решения вопроса о том, существует ли взаимосвязь между состоянием ядерных структур (степень конденсации хроматина, структура ядрышка) и состоянием клеточного центра отрабатывается метод компьютерного анализа электронно-микроскопических изображений ядрышек и хроматина ядер клеток. Для этого электронно-микроскопические изображения ядер клеток Vero переведены в компьютерные изображения с помощью компьютерного комплекса для анализа изображений. При оценке оптической плотности разных участков ядра и ядрышек используется компьютерная программа Adobe Photoshop 5. Данный анализ может позволить составить представление о характере компактизации хроматина при разном физиологическом состоянии клеток и на разных стадиях клеточного цикла. Для изменения физиологического состояния клеток культуру помещали на 2 суток в среду с низким содержанием сыворотки и затем культивировали в стандартных условиях (2 и 8 часов). Получены предварительные данные о том, что в условиях низкой сыворотки у части клеток хроматин и ядрышко компактизованы в большей степени, нежели в клетках, выращиваемых в стандартных условиях. По-видимому, это клетки, находящиеся в G0- периоде. При исследовании ультраструктуры можно отметить определенное разнообразие по количеству микротрубочек и промежуточных филаментов в области клеточного центра. В дальнейшем предстоит выяснить, чем же определяется наблюдаемое нами разнообразие клеток по степени компактизации ядерных структур и по характеру организации клеточного центра.

Изменение свойств центросомы при дифференцировке и гибели клеток — НИР

1	7 марта 2005 г.-30 декабря 2005 г.	Изменение свойств центросомы при дифференцировке и гибели клеток
Результаты этапа: Обнаружено, что черты строения центросомы и уровень активности ее в качестве центра организации микротрубочек (ЦОМТ) различны в разных вариантах дифференцированных клеток (клетки гемопоэтических рядов дифференцировки, гепатоциты, макрофаги). В ходе дифференцировки клеток возможна как обратимая (гепатоциты в ходе онтогенетического развития организма), так и необратимая (эритроидный ряд дифференцировки в селезеночных колониях) инактивация центросомы как ЦОМТ. Инактивация центросомы выявлена также при химической индукции эритроидной дифференцировки в культивируемых эритромиелолейкозных клетках (К 562). Нарушение дифференцировки гепатоцитов, происходящее у трансгенных мышей при гиперэкспрессии генов пролиферативного ответа, сопровождается нарушением структурно-функционального состояния центросомы и аномалиями веретена деления. Результатом является фенотипическое разнообразие клеток печени (в частности их органелл, участвующих в синтезе белка — ядрышек, эндоплазматического ретикулума) на стадиях дисплазии и опухолевого роста. Воздействие антитуберкулезным препаратом рифампицином или противоопухолевым препаратом этопозидом на культивируемые клетки блокирует пролиферацию клеток и индуцирует апоптоз одноядерных клеток. Впервые показано, что антитубулиновые агенты способны вызывать как апоптоз одноядерных не прошедших митоз клеток, так и митотическую катастрофу К-митотических и многоядерных клеток. Нами обнаружено, что начальные, но необратимые события апоптоза могут развиваться непосредственно в К-митотических клетках. Показано, что воздействие рифампицином, индуцирующее апоптоз, не препятствует активности центросомы в качестве ЦОМТ. В разных вариантах апоптотических клеток, возникающих при действии антитубулиновых агентов, центросома как целостная структура быстро разбирается.
2	16 января 2006 г.-29 декабря 2006 г.	Изменение свойств центросомы при дифференцировке и гибели клеток
Результаты этапа: Обнаружено, что при одних формах индукции дифференцировки происходит частичная инактивация центросомы в качестве ЦОМТ (индукция эритроидной дифференцировки клеток К562 тимидином), при других — ее активация (индукция миелоидной дифференцировки клеток К562 ретиноевой кислотой). Процесс частичной инактивация центросомы при индукции эритроидной дифференцировки возможен независимо от того, какой агент (тимидин или диметилсульфоксид) использован в качестве индуктора. В обоих случаях изменение цитоскелета сопровождается изменением процессов везикулярного транспорта. Впервые показано, что химически индуцированная эритроидная дифференцировка клеток К562 включает активацию каспаз, блокирование которых препятствует инактивации центросомы. Нарушение дифференцировки гепатоцитов, происходящее у трансгенных мышей при гиперэкспрессии генов пролиферативного ответа, сопровождается активацией центросомы в качестве центра организации микротрубочек и разной степенью инактивации центросомы в качестве центра организации промежуточных филаментов на стадии дисплазии и опухолевого роста. При этом в митозе обнаруживается появление аномалий не только в строении веретена (К-митозы, многополюсные и монополярные митозы), но и в состоянии хромосом (склеивание хромосом, их отставание, хромосомные мосты). Аномалии митоза, связанные с функционированием центросомы, появляются уже на стадии дисплазии, хромосомные же патологии митоза характерны для опухолевого роста. Воздействие антитуберкулезным препаратом рифампицином на культивируемые клетки первоначально стимулирует патологию клеточного деления, затем блокирует пролиферацию клеток в G1-фазе клеточного цикла и индуцирует апоптоз одноядерных клеток, который сопровождается олигонуклеосомной деградацией ДНК и активацией 3 каспазы. Наблюдаемое при действии рифампицина перераспределение митохондрий в околоядерную область и их набухание позволяют предполагать запуск именно митохондриальный механизм индукции апоптоза. Непосредственно в митозе активация митотической катастрофы при действии антитубулиновых агентов происходит с участием митохондриального механизма, независимо от р53. В интерфазных клетках при наличии микротрубочек (стабилизированные МТ при действии таксола и частично разобранные МТ при действии нокадазола) возможны два пути активации апоптоза: ядерный при участии р53 и митохондриальный. При полной разборке МТ в присутствии винкристина активация апоптоза возможна только через митохондриальный путь. При индукции аутофагической гибели клеток воздействием тамоксифеном наблюдается образование большого числа аутофагосом, которые окрашиваются моноданзил-кадаверином. Впервые обнаружено, что стимуляция процессов аутофагии сопровождается выраженной активаций сборки микротрубочек, не только ассоциированных с центросомой, но и цитоплазматических микротрубочек, которые возникают на дополнительных центрах нуклеации. Усиление всей сети микротрубочек необходимо, по-видимому, для перемещения аутофагосом к лизосомам. Таким образом, по-видимому, поведение центросомы (ее активация или инактивация в качестве ЦОМТ) и других участников сборки микротрубочек зависит от того, какой вариант программированной гибели реализуется в данном типе клеток при данном воздействии.
3	15 января 2007 г.-31 декабря 2007 г.	Изменение свойств центросомы при дифференцировке и гибели клеток
Результаты этапа: Обнаружено, что черты строения центросомы и уровень активности ее в качестве центра организации микротрубочек (ЦОМТ) различны в разных вариантах дифференцированных клеток (клетки гемопоэтических рядов дифференцировки, гепатоциты, макрофаги). В ходе дифференцировки клеток возможна как обратимая (гепатоциты в ходе онтогенетического развития организма), так и необратимая (эритроидный ряд дифференцировки в селезеночных колониях) инактивация центросомы как ЦОМТ. Обнаружено, что при одних формах химической индукции дифференцировки происходит частичная инактивация центросомы в качестве ЦОМТ (индукция эритроидной дифференцировки клеток К562 тимидином), при других — ее активация (индукция миелоидной дифференцировки клеток К562 ретиноевой кислотой). Процесс частичной инактивация центросомы при индукции эритроидной дифференцировки возможен независимо от того, какой агент (тимидин или диметилсульфоксид) использован в качестве индуктора. В обоих случаях изменение цитоскелета сопровождается изменением процессов везикулярного транспорта. Впервые показано, что химически индуцированная эритроидная дифференцировка клеток К562 включает активацию каспаз, блокирование которых препятствует инактивации центросомы. Нарушение дифференцировки гепатоцитов, происходящее у трансгенных мышей при гиперэкспрессии генов пролиферативного ответа, сопровождается активацией центросомы в качестве центра организации микротрубочек и разной степенью инактивации центросомы в качестве центра организации промежуточных филаментов на стадии дисплазии и опухолевого роста. При этом в митозе обнаруживается появление аномалий не только в строении веретена (К-митозы, многополюсные и монополярные митозы), но и в состоянии хромосом (склеивание хромосом, их отставание, хромосомные мосты). Аномалии митоза, связанные с функционированием центросомы, появляются уже на стадии дисплазии, хромосомные же патологии митоза характерны для опухолевого роста. Результатом является фенотипическое разнообразие клеток печени (в частности их органелл, участвующих в синтезе белка — ядрышек, эндоплазматического ретикулума) на стадиях дисплазии и опухолевого роста. Воздействие антитуберкулезным препаратом рифампицином, противоопухолевым препаратом этопозидом или некоторыми антиоксидантами (альфа-липоевой кислотой, витаминами С) на культивируемые клетки является дозо-зависимым и при определенных концентрациях блокирует пролиферацию клеток и индуцирует каспазо-опосредованный апоптоз одноядерных клеток. Антитубулиновые агенты способны вызывать как апоптоз одноядерных не прошедших митоз клеток, так и митотическую катастрофу К-митотических и многоядерных клеток. Нами обнаружено, что начальные, но необратимые события апоптоза могут развиваться непосредственно в К-митотических клетках. Непосредственно в митозе активация митотической катастрофы при действии антитубулиновых агентов происходит с участием митохондриального механизма, независимо от р53. В интерфазных клетках при наличии микротрубочек (стабилизированные МТ при действии таксола и частично разобранные МТ при действии нокадазола) возможны два пути активации апоптоза: ядерный при участии р53 и митохондриальный. При полной разборке МТ в присутствии винкристина активация апоптоза возможна только через митохондриальный путь. В процессе разных вариантов проапоптотических воздействий (антитубулиновыми агентами, рифампицином, альфа-липоевой кислотой) нарушается целостное строение центросомы , а в апоптотических клетках эта органелла быстро разбирается. Стимуляция процессов аутофагии сопровождается выраженной активаций сборки микротрубочек, не только ассоциированных с центросомой, но и цитоплазматических микротрубочек, которые возникают на дополнительных центрах нуклеации. Усиление всей сети микротрубочек необходимо, по-видимому, для перемещения аутофагосом к лизосомам. Таким образом, по-видимому, поведение центросомы (ее активация или инактивация в качестве ЦОМТ) и других участников сборки микротрубочек зависит от того, какой вариант программированной гибели реализуется в данном типе клеток при данном воздействии.

Что такое клеточный центр? / Справочник :: Бингоскул

Среди органоидов в клетке присутствует немембранная органелла под названием клеточный центр (центросома). Он расположен рядом с ядром, за что и получил название. Это неприметный органоид, за которым «закреплены» определенные задачи.

Центросомы впервые заметили на веретенах деления во время митоза соматической клетки. Одновременно это увидели ученые-биологи В. Флеминг и О. Гертвиг и другие. Открытие произошло в 1870-х годах. Биологи обнаружили, что после деления центриоли не исчезают бесследно, а остаются в клетке.

Рис. 1. Клеточный центр

 

Строение

Плавающий в цитоплазме недалеко от ядра клеточный центр построен из двух центриолей или цилиндров (материнской и дочерней), находящихся под прямым углом по отношению друг к другу. Вместе центросомы образуют диплосому.

Центросома представляет собой трубочки длиной 0,1-3 мкм, которые найдены в клетках животных и низших растений. Строение отличает ряд особенностей:

• стенки построены из 9 комплексов микротрубочек;
• каждый комплекс – это триплет, состоящий из 3 микротрубочек;
• триплеты соединены между собой белковыми нитями;
• центриоли образованы белком – тубулином;
• каждая трубочка содержит внутри белковую ось и полость, заполненную однородной массой;
• центриоли окружены бесструктурным веществом – центриолярным матриксом, который участвует в создании микротрубочек.

Различают участок центриолей, находящихся в светлой зоне. Это центросфера, которая строится из фибриллярных белков. В светлой зоне расположены микротрубочки и микрофибриллы, которые соединяют клеточный центр с ядерной оболочкой.

 

На заметку: В клетках эукариот (ядерных) материнская и дочерняя центриоли расположены перпендикулярно. Для клеток простейших и нематод подобное строение не характерно. У высших растений и грибов центриолей нет.

Рис. 2. Центриоль: строение

 

Функции

Роль клеточного центра в деятельности клетки важна. Это органоид, который

1. Образует органы движения простейших (жгутики), за счет которых одноклеточные простейшие перемещаются в водной среде.


2. Формирует реснички на поверхности клеток эукариот, чтобы повысить чувствительность к внешним раздражителям (например, рецепция на поверхности кожи).


3. Участвует в синтезе микротрубочек, расположенных в цитоплазме или являющихся компонентом опорно-двигательного аппарата.


4. Создает нити веретена деления в ходе непрямого, митотического деления клеток. При этом материнская и дочерняя хромосомы удваиваются и расходятся к полюсам клетки. Это дает возможность равномерно распределять генетическую информацию между дочерними клетками.


5. Относится к структурам, которые отвечают за создание и распределение микротрубочек в клетке.

 

Рис. 3. Создание нитей веретена деления в процессе митоза

 

 

 

На заметку: Нити веретена деления обеспечивают расхождение гаплоидного (одинарного) набора хромосом к полюсам клетки. В аномальных, видоизмененных (раковых) клетках аномальное количество центриолей. Это говорит о том, что количество делений неограниченно. Идет разрастание клеток, претерпевших мутации.

 

Назначение клеточного центра, это создание микротрубочек, которые прикрепляются к центромерам (перетяжкам хромосом) и способность при сокращении оттягивать к полюсам хроматиды. В дальнейшем хроматиды удваиваются, и новая клетка получает такой же набор хромосом, как материнская. Для клеток человека – это 46 хромосом.

---

 

_{Источники изображений:} 

• _{Рис. 1. — en.ppt-online.org/176052}
• _{Рис. 2. — www.winstein.org/publ/39-1-0-4820}
• _{Рис. 3. — en.ppt-online.org/229124}

(PDF) elibrary 18889255 77225015

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК ЧЕЧЕНСКОЙ РЕСПУБЛИКИ, № 2, 2009

БИОЛОГИЯ

УЛЬТРАСТРУКТУРА ЦЕНТРОСОМЫ В МИТОТИЧЕСКИХ КЛЕТКАХ

БЛАСТОЦИСТ МЫШИ, РАЗВИВАЮЩИХСЯ IN SITU

© С.С. АБУМУСЛИМОВ

(статью представил академик АН ЧР Умаров М.У.)

На электронно-микроскопическом уровне были исследованы митотические клетки бластоцист мыши,

развивающихся in situ. Показано, что в полюсах веретена деления некоторых митотических клеток

бластоцисты 4,5 суток развития выявляется центросома нормального строения. Она содержала две

центриоли и окружающий их перицентриолярный материал. От перицентриолярного материала,

окружающего центриоли, отходили микротрубочки веретена деления, которые контактировали с ми-

тотическими хромосомами.

Using ultrathin section electron microscopy the mitotic cells have been investigated in 4,5 day mouse

blastocyst. In the poles of mitotic spindle of the several mitotic cells the double centrioles were found.

They were surrounded by pericentriolar material. The spindle microtubules grew from pericentriolar material

and were associated with mitotic chromosomes. Thus, the true centrosomes, having double centrioles and

microtubule organizing centres associated with them, appear in mitotic cells of 4,5 day mouse blastocysts,

growing in situ.

Введение. Центросома животных клеток со-

стоит из двух центриолей, вокруг которых рас-

полагаются все остальные структуры: перицент-

риолярные сателлиты, осмиофильный тонкофиб-

риллярный материал, исчерченные корешки [1].

Клеточные микротрубочки обычно растут или от

матрикса центриолей, или от перицентриолярного

материала, окружающего центриоли [2].

Центриоли в раннем эмбриогенезе мыши

впервые появляются на стадии бластоцисты. Их

появление на стадии бластоцисты показано как в

клетках эмбрионов мыши, культивируемых in vitro

[3], так и в клетках эмбрионов, развивающихся in

situ [4]. Более того, было показано, что новообра-

зованные центриоли в некоторых клетках бласто-

цист, развивающихся in situ, имеют ювенильное

строение и в первое время после образования не

связаны ни с перицентриолярным материалом, ни

с микротрубочками [4]. Также на этой стадии в

некоторых интерфазных клетках бластоцисты вы-

является центросома нормального строения [3–4],

что указывает на постепенное созревание центро-

сомы. Однако в митотических клетках бластоцист,

развивающихся in situ, центросома ранее описана

не была. Поэтому в настоящей работе было прове-

дено электронно-микроскопическое исследование

митотических клеток бластоцист мыши, развива-

ющихся in situ.

Материалы и методы. В работе были ис-

пользованы мыши-гибриды (CBA/lak x C57Bl6)

F1. Методика получения эмбрионов мыши, раз-

вивающихся in situ, и методика их электронно-

микроскопического исследования подробно из-

ложена в работе [4]. В настоящей работе были

использованы эмбрионы мыши на стадии блас-

тоцисты 4,5 суток развития. Получали серийные

срезы толщиной 0,2 мкм через всю бластоцисту. В

бластоцистах исследовались только митотические

клетки.

Результаты. В результате проведенного ис-

следования в полюсах веретена деления некоторых

митотических клеток бластоцисты были выявлены

центриоли. На рис. 1 показана митотическая клет-

ка, находящаяся на стадии анафазы. В полюсах

веретена деления анафазной клетки были обнару-

жены центриоли нормального строения.

Центриоли, выявляемые в полюсах верете-

на деления, были парные; их стенки состояли из

т риплетов микротрубочек (рис. 1, г). Вблизи цент-

риолей располагался осмиофильный перицент-

риолярный материал (рис. 1, б). Микротрубочки

отходили от осмиофильного перицентриолярного

материала, расположенного вблизи центриолей

(рис. 1, в). Микротрубочки, идущие от полюса ве-

ретена деления, контактировали с митотическими

хромосомами (рис. 1, а). Диаметр центриолярного

цилиндра был равен приблизительно 150–200 нм.

Центриоли в составе центросомы были располо-

жены близко друг от друга.

Следует отметить, что центриоли обнаружи-

вались не во всех митотических клетках на ста-

дии бластоцисты. В подавляющем большинстве

митотических клеток бластоцисты центриоли, по-

видимому, еще отсутствовали.

Обсуждение. Из наших данных следует, что в

некоторых митотических клетках мышиных эмб-

рионов, развивающихся in situ, на стадии поздней

бластоцисты встречается центросома. Она имеет

Центриоли: структура и функции

Время чтения 2 мин.Просмотры 1.6k.Обновлено 2017-07-21

Центриоли представляют собой цилиндрические структуры из группы микротрубочек, сгруппированных по схеме 9+3, так как кольцо из девяти микротрубочек «триплетов» расположено под прямым углом друг к другу. Они, в основном, состоят из белка, называемого тубулином, который содержится в большинстве эукариотических клеток. Связанная пара центриолей, окруженная бесформенной массой плотного материала (перицентриолярный материал), формирует составную структуру, называемую центросомой.

Центриоли встречаются в клетках животных, но отсутствуют в растительных клетках. Они помогают организовать сборку микротрубочек во время деления клеток. Центриоли расположены в клеточных структурах, известных как центросомы.

При делении клеток центросома и центриоли реплицируются и мигрируют на противоположные полюса клетки. Центриоли помогают расположить микротрубочки, которые перемещают хромосомы во время деления клеток, чтобы каждая дочерняя клетка получала соответствующее количество хромосом. Центриоли также важны для формирования клеточных структур, известных как реснички и жгутики. Эти органеллы помогают в клеточной локомоции и формируются из центриолей, называемых базальными телами.

В организмах со жгутиками и ресничками положение этих органелл определяется материнской центриолой, которая становится основным телом. Неспособность клеток использовать центриоли для создания функциональных ресничек и жгутиков связано с рядом генетических и инфекционных заболеваний.

Функции центриолей в делении клеток

Центриоли расположены за пределами, но вблизи ядра клетки. Они реплицируются во время интерфазы, до начала митоза и мейоза в клеточном цикле.

В профазе каждая центросома с центриолями мигрирует к противоположным полюсам клетки. На каждом конце клетки расположена одна пара центриолей. Митотическое веретено первоначально появляется в виде к структур, называемых астрами, которые окружают каждую пару центриолей. Микротрубочки образуют волокна веретена деления, простирающиеся от каждой центросомы, тем самым разделяя пары центриолей и удлиняя клетку.

В метафазе центриоли помогают позиционировать полярные волокна, поскольку они простираются от центросомы и располагают хромосомы вдоль метафазной пластины.

В анафазе полярные волокна, связанные с хромосомами, сокращаются и разделяют сестринские хроматиды (реплицированные хромосомы). Отделенные хромосомы вытягиваются к противоположным концам клетки полярными волокнами, простирающимися от центросомы.

В телофазе волокна веретена диспергируются по мере того, как хромосомы опираются на отдельные новые ядра. После цитокинеза каждая дочерняя клетка содержит одну центросому с одной центриольной парой.

Гугломаг

Спрашивай! Не стесняйся!

Задать вопрос

Мне нравится1Не нравится

Не все нашли? Используйте поиск по сайту ↓

открытие в науке, значение, строение и функции

Клеточный центр (или центросома) — не мембранная органелла, которая находится в центре клетки, рядом с ядром. Отсюда и пошло название органоида. Присутствует только у низших растений и животных; высшие растения, грибы и некоторые простейшие лишены его.

Открытие в науке

Описание центросом на полюсах веретена деления, которые находятся в клетках во время митоза, сделали почти одновременно ученые-биологи Флеминг В. и Гертвиг О. Открытие сделано в 70-х годах XIX ст.

Ученые еще тогда установили, что после завершения митоза, центросомы не исчезают, а остаются в интерфазном периоде. Подробное строение удалось определить после появления электронной микроскопии в середине XX ст.

Функции и строение

Клеточный центр — органоид, видимый в оптический микроскоп в клетках животных и низших растений. Он находится обычно около ядра или в геометрическом центре клетки и состоит из двух палочковидных телец центриолей, размером около 0,3-1 мкм.

Под электронным микроскопом установлено, что центриоль представляет собой цилиндр, стенки которого построены девятью триплетами очень тонких трубочек. Каждый триплет включает 2 неполных набора — 11 протофибрил и 1 полный — 13 протофибрил.

Все центриоли имеют белковую ось, от которой к триплетам направляются тонкие нити из белка. Центриоли находятся в окружении бесструктурного вещества — центриолярного матрикса. Здесь происходит формирование микротрубочек, благодаря белку гамма-тубулину.

В клеточный центр входят две центриоли: дочерняя и материнская, которые взаимно перпендикулярны друг к другу и вместе формируют диплосому. Материнская центриоль в составе имеет дополнительные структурные элементы — сатиллиты, их количество постоянно меняется, и располагаются они на всем протяжении центриоли.

Строение клеточного центра

В середине цилиндра находится полость, заполненная однородной массой. Пара центриолей, окружена более светлой зоной, называется центросферой.

Центросфера состоит из фибриллярных белков (основной — коллаген). Здесь располагаются  микротрубочки, много микрофибрилл и скелетных фибрилл, которые обеспечивают фиксацию клеточного центра возле ядерной оболочки. Только в эукариотических клетках центриоли находятся под прямым углом относительно друг друга. Простейшим, нематодам не характерно такое строение.

Цитологическая характеристика
Структурные элементы	Строение	Функции
Центриолярный матрикс	Немембранное образование, состоящее из белка гамма-тубулина	Принимает участие в создании микротрубочек
Центросома	Представлена парой сформированных центриолей, в составе которых имеется девять триплетов микротрубочек. Построены из белка коллагена и располагаются перпендикулярно относительно друг друга.	Отвечает за образование веретена деления, формирует цитоскелет

Механизм распределения генетической информации

Перед митозом клеточный центр удваивается, при этом материнские центриоли рассоединяются и расходятся к противоположным полюсам.

Так в клетке появляется два клеточных центра. От них по направлению к центру, к хроматидам, идет сборка микротрубочек. Микротрубочки крепятся к центромерам пар хроматид и обеспечивают их равномерное распределение по дочерним клеткам.

Во время расхождения идет разборка микротрубочек с минус-конца, который расположен в центросоме. Микротрубочка укорачивается и, таким образом, тянет хромосому к определенному полюсу клетки. Каждая новообразованная клетка получает диплоидный набор хромосом и по одной центросоме.

Значение

Клеточный центр — главная структура, отвечающая за создание и управление микротрубочками клетки.

Выполняет такие функции:

1. Формирование органоидов движения простейших организмов (жгутики), которые дают возможность перемещаться в водной среде.
2. Образует реснички на поверхности эукариотических клеток, которые необходимы для восприятия внешних раздражителей (кожная рецепция).
3. Формирует нити веретена деления во время непрямого, митотического деления клетки. Обеспечивает равное распределение генетической информации между дочерними клетками.
4. Принимает участие в формировании микротрубочек, которые уходят или в цитоплазму, или становятся компонентом опорно-сократительного аппарата.
5. Увеличение количества центросом характерно для опухолевых клеток.

Клеточный центр играет важную роль в процессе перемещения хромосом при митозе. С ним связана способность некоторых клеток к активному движению. Это доказывается тем, что в основании жгутиков или ресничек подвижных клеток (простейшие, сперматозооны) находятся образования такой же структуры, как и клеточный центр.

Структура и дупликация центросомы | Журнал клеточной науки

Центросома эволюционировала в многоклеточных организмах из базального тела / аксонемы одноклеточного предка (Azimzadeh and Bornens, 2004). Он играет важную роль в организации цитоскелета микротрубочек в клетках животных. Во время интерфазы центросома организует астральный массив микротрубочек (МТ), которые участвуют в фундаментальных клеточных функциях, таких как внутриклеточный транспорт, подвижность клеток, клеточная адгезия и полярность клеток.В пролиферирующих клетках центросома начинает дублироваться непосредственно перед или в начале S-фазы, и две вновь образованные центросомы участвуют в сборке и организации митотического веретена, его ориентации относительно корковых сигналов и поздних событиях цитокинеза. .

Центросома животных состоит из пары центриолей, связанных друг с другом через свои проксимальные области матрицей, состоящей из части больших белков спиральной спирали семейства перицентринов, которые закрепляют другие компоненты матрикса.Центриоли содержат цилиндрические массивы триплетных MTs, организованных с девятикратной радиальной симметрией, а проксимальная область структурно сходна с базальными телами ресничек и жгутиков. У животных центриоли сохраняют способность действовать как базальные тельца, моделируя сборку на их дистальном конце (плюс-концы центриолей MTs) либо первичных ресничек, либо бьющихся ресничек во время цилиогенеза в специализированных клетках. Недавние открытия показали, что реснички играют решающую роль во все большем числе клеточных и онтогенетических процессов, устанавливая связь между дисфункциональными ресничками и несколькими генетическими заболеваниями (обзоры см. В Davis et al., 2006; Бисгроув и Йост, 2006; Dawe et al., 2007).

В постмитотических клетках центросома содержит зрелую центриоль, называемую материнской центриолью, и незрелую центриоль, собранную во время предыдущего клеточного цикла, дочернюю центриоль, которая составляет около 80% длины материнской центриоли (Chretien et al., 1997 ). Материнские центриоли различаются двумя наборами из девяти придатков на их дистальных концах (Paintrand et al., 1992), которые, как полагают, необходимы для закрепления микротрубочек в центриоле и для стыковки центриолей с плазматической мембраной во время цилиогенеза.

Архитектура массива микротрубочек в дифференцированных типах клеток является результатом не только динамического поведения MTs, но также и баланса между нуклеацией MT и активностями заякоривания MT на центросомах. Во время интерфазы МТ зарождаются в матриксе, связанном как с материнскими, так и с дочерними центриолями, но только материнская центриоль способна закрепить их на связанных с ней суб-дистальных придатках (Piel et al., 2000). Микротрубочки образованы кольцевым комплексом γ-тубулина (γ-TuRC). γ-Тубулин присутствует в матриксе на протяжении всего клеточного цикла вблизи проксимальных стенок центриолей. Его уровни резко увеличиваются перед митозом, одновременно с привлечением МТ-ассоциированных белков, необходимых для формирования митотического веретена. Этот процесс, созревание центросом, находится под контролем Polo-like и Aurora A киназ (для обзора см. Blagden and Glover, 2003).

После зарождения с помощью γ-TuRC, MT либо высвобождаются в цитоплазму, либо повторно захватываются и закрепляются на центросоме.Было предложено несколько различных механизмов MT-привязки. Субдистальные придатки материнской центриоли, как полагают, являются основным местом для закрепления MT, и эта активность нуждается в ninein, компоненте суб-дистальных придатков (Mogensen et al., 2000). Вдобавок было показано, что ninein взаимодействует с γ-TuRC и, таким образом, также обеспечивает связь с нуклеацией MT (Delgehyr et al., 2005). Другие заякоренные комплексы MT, по-видимому, также присутствуют в матрице, хотя преимущественно связаны с материнской центриолью.Среди них p150 ^{склеенная субъединица} динактинового комплекса, по-видимому, играет важную роль в сотрудничестве с MT-ассоциированным белком EB1 (Askham et al., 2002).

Недавно описанный комплекс, содержащий белки центросом CAP350 и FOP, и EB1, как предполагается, также играет роль в закреплении MTs на центросоме (Yan et al., 2006). Кроме того, способность заякорения центросом требует перицентросомальных спутников.Сателлиты представляют собой немембранные гранулы размером 70-100 нм, состоящие из белка PCM1, который связывается с белками центросом, такими как центрин, ниниин и перицентрин. Перицентросомная локализация сателлитов зависит от МТ и динеина / динактина (Kubo et al., 1999; Dammermann and Merdes, 2002). Было показано, что белок BBS4, один из белков, участвующих в синдроме Барде-Бидла, гетерогенном заболевании, которое частично является результатом дефектного цилиогенеза, действует как адаптерный белок между PCM1 и p150 ^{, склеенным} (Kim et al., 2004).

Помимо своей функции в организации MT, центросома может играть решающую роль в цитокинезе. Сообщается, что в цитокинезе участвует все большее количество центросомных белков, таких как центриолин, Cep55, CP110 и BBS6 (Gromley et al., 2005; Fabbro et al., 2005; Tsang et al., 2006; Kim et al., 2005). Другими важными переходами, при которых активность центросом может влиять на цикл деления клеток, являются переходы G1-S и G2-M (Jackman et al., 2003; Mikule et al., 2007; Uetake et al., 2007) (обзор см. В Doxsey et al., 2005).

Были идентифицированы отчетливые фазы цикла центросомы. Дезориентация или разъединение соответствует потере дупликативной ортогональной тесной связи между материнскими и дочерними центриолями. Выделение происходит во время ранней фазы G1 до завершения цитокинеза (Piel et al., 2001) и требует активности separase, протеазы, которая также управляет разделением сестринских хроматид до анафазы (Tsou and Stearns, 2006).Действует ли сепараза прямо или косвенно на линкеры между ортогональными парами центриолей, и природа этих линкеров остается неизвестной.

Инициирование сборки процентриолов, по-видимому, происходит до или в начале S-фазы. Эта идея подтверждается ранним рекрутированием центрина в непосредственной близости от родительских центриолей в клетках человека. Белки центринов — это древние белки, которые связаны с центриолями / базальными тельцами у большинства видов эукариот, иногда образуя очень сложную сеть — например, у Chlamydomonas reinhardtii .Потребность в центриновых белках в процессе дублирования центросом механистически не понятна, потому что различные выводы были сделаны из исследований разных видов. Это также не является абсолютным, потому что последовательность и функции центрина, по-видимому, сильно различаются у нематоды Caenorhabditis elegans (Azimzadeh and Bornens, 2004).

У дрожжей центрин участвует в «полумостовой» характеристике центросомы / SPB и явно необходим для дупликации SPB как у почкующихся, так и у делящихся дрожжей.Примечательно, что характеристика центринового интерактора, называемого Sfi1p, показывает, что переход от полумоста к мостику, который предшествует формированию нового SPB у почкующихся дрожжей, соответствует сборке нового полумоста, который имеет структуру зеркального отображения по отношению к другой полумост (Килмартин, 2003; Li et al., 2006). Таким образом, первым событием в событии дублирования SPB является дублирование полумоста, который соединяет SPB с ядром. Эта ранняя дупликация может отражать необходимость гарантировать, что дочерняя центросома / SPB поддерживает или восстанавливает связь с делящимся ядром во время деления клетки (см. Также Jaspersen et al., 2006). Это может быть общей чертой у большинства видов, у которых связь ядро-базальное тело является критическим для полярности клеток. Соответственно, связь между центросомой и ядром сохраняется у многих дивергентных организмов и непрерывность этой связи д. Сохраняться во время репродукции центросом (Bornens and Azimzadeh, 2007).

Молекулярные механизмы, лежащие в основе сборки центриолей, лучше всего изучены у C.elegans , в котором идентифицировано пять белков, необходимых для дупликации центриолей. После оплодотворения эмбриона C. elegans SPD-2 сначала рекрутируется в родительскую центриоль и позволяет рекрутировать киназу ZYG-1, что, в свою очередь, позволяет рекрутировать комплекс SAS-6 – SAS-5 (Пеллетье et al., 2006; Delattre et al., 2006). Рекрутирование SAS-5 и SAS-6 необходимо для образования центральной трубки, структуры, на которую впоследствии собираются синглетные микротрубочки SAS-4-зависимым образом (Pelletier et al., 2006). Хотя центриолярная структура заметно расходится у нематод, этот путь, скорее всего, будет сохранен у других эукариот, потому что SAS-6 и SAS-4 имеют ортологи у других видов. В частности, было показано, что ортологи SAS-6 и SAS-6 человека SAS-6 и Drosophila SAS-4 и SAS-6 важны для дупликации центриолей (Leidel et al., 2005; Basto et al., 2006; Rodrigues-Martins et al., 2007). Человеческий SAS-6 локализуется в центросоме, и его сверхэкспрессия запускает амплификацию центросом, что предполагает критическую роль в сборке центриолей.В клетках человека для дупликации центриолей также требуется центробин, ассоциированный с центриолями белок, который асимметрично локализуется в процентриолях и дочерних центриолях (Zou et al., 2005).

Киназа Plk4 / SAK важна для дупликации центриолей как у человека, так и у Drosophila (Habedanck et al., 2005; Bettencourt-Dias et al., 2005), и поэтому было предложено, чтобы она была функциональным эквивалентом C.elegans ZYG-1. Plk4 / SAK может быть фактором, ограничивающим сборку, потому что избыточная экспрессия Plk4 / SAK ведет к амплификации центросом как у человека, так и у Drosophila (Habedanck et al., 2005; Rodrigues-Martins et al., 2007). Plk4 / SAK, по-видимому, действует непосредственно выше пути сборки центриолей. В самом деле, амплификация центриолей, индуцированная сверхэкспрессией SAK у Drosophila , подавляется, когда отсутствуют DSAS-4 или DSAS-6 (Rodrigues-Martins et al., 2007). SAK, DSAS-4 и DSAS-6 необходимы не только для канонической дупликации центриолей, но и для сборки центриолей de novo.Путь сборки de novo для сборки центриолей, который отключается при наличии центриолей, был охарактеризован в клетках человека и в зеленых водорослях Chlamydomonas (Khodjakov et al., 2000; Marshall et al., 2001; La Terra et al. , 2005; Uetake et al., 2007). Тот факт, что один и тот же регулятор (т.е. SAK) и одни и те же нижестоящие эффекторы необходимы как для канонического, так и для de novo путей, предполагает, что биогенез центриолей — это процесс без матрицы. Таким образом, материнская центриоль при канонической дупликации может рассматриваться как платформа, используемая для концентрации компонентов, необходимых для сборки процентриоли (Rodrigues-Martins et al., 2007).

Канонические центриоли, наблюдаемые у большинства видов эукариот, как полагают, собираются на колесе тележки, структуре в проксимальной области центриоли, которая является первой структурой с девятикратной симметрией, которая появляется во время сборки. Мутация в BLD-10, единственном компоненте колеса тележки, идентифицированном на сегодняшний день, ингибирует сборку центриолей у Chlamydomonas (Matsuura et al., 2004). Остается выяснить, есть ли у BLD-10 истинные ортологи у других эукариот.В то время как колесо телеги сохраняется в зрелых базальных телах реснитчатых простейших, оно только временно в пролиферирующих клетках позвоночных, но точное время разборки колеса телеги во время G2-M неизвестно (Lemullois et al., 1988).

Удлинение процентриолей начинается в поздней S-фазе; центриоль достигает полной длины в течение следующего клеточного цикла. Механизмы, запускающие удлинение центриолей, плохо изучены, но, по-видимому, они требуют ϵ-tubulin в Chlamydomonas , потому что мутант ϵ-tubulin BLD -2 образует короткие центриоли, состоящие из синглетных MTs вместо триплетов.-tubulin консервативен у млекопитающих и, как предполагается, необходим для дупликации центриолей, хотя его точная функция остается неясной (Dutcher, 2003).

Во время поздней фазы G2 разделение центросом делает возможным образование биполярного веретена. Считается, что разделение центросом требует разборки волокнистого линкера, который обеспечивает сцепление центросом, соединяя две пары центриолей (но не две центриоли в паре — см. Выше).C-Nap1 находится на проксимальном конце родительских центриолей и, как предполагается, служит сайтом стыковки для этого линкера. C-Nap1 взаимодействует с rootletin, консервативным компонентом ресничного корешка. Ресничный корешок представляет собой цитоскелетную структуру, обнаруживаемую во многих ресничных клетках, которая берет начало от базального тельца и простирается проксимально к ядру, обеспечивая структурную поддержку ресничек (Yang et al., 2005). Rootletin, однако, также обнаруживается в клетках, лишенных ресничного корешка, формируя волокна, которые исходят от проксимальных концов центриолей.Сплоченность центросом регулируется во время клеточного цикла путем фосфорилирования C-Nap1 и корешка, что зависит от баланса между активностями NIMA-родственной киназы (Nek2) и протеинфосфатазы 1 (PP1) (Fry et al., 1998; Helps et al. , 2000; Bahe et al., 2005; Yang et al., 2006). C-Nap1 и rootletin, по-видимому, не образуют непрерывный линкер между родительскими центриолями, и поэтому считается, что др. Белки необходимы для слипания центросом.

Полное созревание процентриолей в материнские центриоли длится полтора клеточных цикла: оно завершается только после двух последовательных митозов, кульминацией которых является приобретение дистальных и суб-дистальных придатков.

Дупликация центросом тесно связана с клеточным циклом. В частности, было показано, что активность киназы клеточного цикла CDK2 в комплексе с циклином E или циклином A необходима для инициации дупликации центросом (Hinchcliffe et al., 1999; Meraldi et al., 1999). Интересно, что cyclin E имеет домен, связывающийся с центросомами, существенный для содействия вступлению в S-фазу CDK2-независимым образом (Matsumoto and Maller, 2004).

В дополнение к вышеупомянутым регуляторам, которые должны активироваться в зависимости от клеточного цикла, чтобы запускать дупликацию центриолей, недавно был охарактеризован механизм, который предотвращает повторную дупликацию центриолей. В этой «модели лицензирования» Цоу и Стернс (Tsou and Stearns, 2006) предполагают, что повторное дублирование центриолей предотвращается за счет временного разделения лицензирования во время анафазы, что соответствует зависимому от сепарации разъединению центриолей, от роста центриолей, который требует S- фаза-специфическая киназная активность.

То, как точно связаны репродукция центросом и цикл деления клеток, все еще является предметом активных исследований и еще не привело к всеобъемлющей картине, которая бы соответствовала видению Бовери о центросоме как органе деления, координирующем кариокинез и цитокинез.

Центросома: определение, структура и функция (со схемой)

Центросома («среднее тело») — это структура, обнаруженная в клетках большинства растений и животных.Именно из этой органеллы образуются и расширяются белковые структуры, известные как микротрубочки , .

Эти микротрубочки возникают из центра организации микротрубочек (MTOC) и являются неотъемлемой частью ряда функций и процессов эукариотических клеток на протяжении всей жизни клетки. Возможно, они наиболее известны своей важной ролью в процессе деления клеток, который включает митоз , (деление ядерного материала клетки на дочерние ядра), за которым следует цитокинез (деление всей клетки на дочерние ядра). ячеек).

Этот процесс деления опосредуется центриолями центросом.

Структура центриоли

Центросомы — это структуры, которые содержат центриоли, которые дают начало микротрубочкам, которые функционируют как митотическое веретено. Это многое можно представить, поэтому взгляд на каждый из них в терминах дает более четкое представление о физическом устройстве центросом.

Во время интерфазы , то есть периода, в течение которого клетка не делится активно, каждая клетка содержит одну центросому, которая включает пару центриолей.Каждая из этих центриолей состоит из девяти триплетов микротрубочек в цилиндрическом расположении; другими словами, одна центриоль включает в себя всего 27 микротрубочек, идущих от конца до конца. Две центриоли ориентированы под прямым углом друг к другу. Сами тройки напоминают крошечные параллельные трубы, расположенные в линию.
Подробнее о том, что происходит в межфазной фазе.

• Если вы посмотрите на поперечное сечение центриоли, вы увидите круговую формацию , состоящую из девяти групп.. .
• … и каждая из этих групп имеет линию , три меньших круга , с этими линиями меньших кругов, наклоненными к середине кругового образования.

Также во время интерфазы реплицируются все основные компоненты клетки, включая центросому и ее пару центриолей. Первоначально две центросомы или пары центриолей остаются в непосредственной близости друг от друга. Когда митоз полностью начнется, две центриоли мигрируют к противоположным концам клетки, которая готовится к разделению на две дочерние клетки.

• Между центриолями и клеточным матриксом, в котором они созданы и находятся, более 100 различных белков выполняют функцию в структуре центросомы. Эта матрица известна как перицентриолярный материал или PCM .

Центросома против центромеры: Ни «центросому», ни «центриоль» не следует путать с центромерой , которая представляет собой физическое соединение между сестринскими хроматидами хромосомы, которая готовится к делению в рамках митоза.)

Микротрубочки, как уже отмечалось, выполняют ряд различных функций в клетках, но их основная цель при делении клеток — служить в качестве волокон веретена, которые помогают контролировать и выполнять разделение клеточных компонентов во время процесса деления.

Центросома как часть цитоскелета

Помимо участия в митозе , центросома играет жизненно важную структурную роль в клетке, генерируя микротрубочки , которые образуют цитоскелет , что дает клеткам их форма и целостность.

Хотя, возможно, заманчиво представить клетки как хрупкие, студенистые шарики, которые представляют собой не более чем округлые контейнеры, каждая клетка чрезвычайно динамична, включая ее мембрану, которая тщательно контролирует, какие вещества могут или не могут проходить внутрь и за пределы клетки.

• Если микротрубочки , которые участвуют в делении клеток , формируя веретено, подобны рычагам , которые контролируют, куда направляются части клетки, то те, которые составляют статический цитоскелет , подобны каркасу .

Их назначение аналогично назначению скелета вашего собственного тела, который придает остальным вам общую физическую форму и функционирует как своего рода стойка, на которой находятся другие важные физические компоненты — ваши органы, мышцы и ткани.

Устройство и состав цитоскелета: Микротрубочки, образующие цитоскелет, пронизывают цитоплазму внутренней части клетки, образуя серию скобок между границей клетки и ее ядром, близким к центру.Эти канальцы, в свою очередь, состоят из мономерных единиц, состоящих из белка, называемого тубулин .

Этот тубулин, как и многие природные белки, бывает разных подтипов; наиболее распространенными в микротрубочках являются:

• альфа-тубулин
• бета-тубулин

Только в присутствии центросомы эти мономеры спонтанно образуют микротрубочки, возможно, во многом таким же образом, поскольку яйца, сахар и шоколад превращаются в печенье только в присутствии людей на кухне.

Кроме того, в митозе принимают участие белки, называемые динеинами и кинезинами ; они помогают сориентировать концы микротрубочек в их правильном положении вдоль или рядом с хромосомами, которые скоро разделятся, которые выстраиваются вдоль метафазной пластинки.

Важность центросом: Пока не известно, как именно происходит дупликация центросом во время интерфазы. Также примечательно, что хотя центросомы и центриоли действительно появляются в большинстве растительных клеток, митоз может происходить в растениях в отсутствие этих структур .Фактически, в некоторых клетках животных митоз может функционировать даже тогда, когда центриоли были целенаправленно разрушены, но это обычно приводит к необычно высокому количеству ошибок репликации.

Таким образом, считается, что центросомы помогают обеспечить определенную степень контроля над всем процессом, и биохимики стремятся выяснить механизмы этого, потому что они, вероятно, важны в генезе и прогрессировании рака и других расстройств, которые являются зависит от репликации и деления клеток.

••• Дана Чен | Sciencing

Роль центросомы в делении клеток

Деление клетки — важнейший компонент клеточной биологии. Центросомы играют главную роль в этом процессе.

Помните, что две центриоли одной центросомы ориентированы под прямым углом друг к другу, а это означает, что микротрубочки в этих центриолях будут расположены в одном из двух взаимно перпендикулярных направлений. Также напомним, что две центросомы в еще не делящейся клетке лежат на противоположных концах интерфазной клетки.

Смысл этой геометрии состоит в том, что когда начинают формироваться волокна веретена митоза, они простираются с каждой стороны ( или «полюс ») клетки к ее центру, где деление клетки в конечном итоге наиболее очевидно. и они также расширяются или «весят» наружу в различных направлениях от каждой центросомы как таковой.

Попробуйте слегка раздвинуть сжатые кулаки, а затем медленно разведите их, вытягивая только что видимые пальцы друг к другу; это предлагает общую картину того, что разворачивается в центросомах по мере протекания митоза.

Сам митоз включает четыре фазы (иногда их называют пятью). По порядку это:

1. Профаза
2. Метафаза
3. Анафаза
4. Телофаза

Некоторые источники также включают прометафазу между профазой и метафазой. По мере того, как митоз начинается, микротрубочки, растущие из зарождающегося митотического веретена на каждом полюсе, перемещаются к центру клетки, где реплицированные хромосомы, расположенные попарно, выстраиваются вдоль так называемой метафазной пластинки (невидимая линия, вдоль которой происходит расщепление ядра).

Эти дальние концы волокон веретена сворачиваются в одном из трех мест: на кинетохоре каждой пары хромосом, которая представляет собой структуру, в которой хромосомы фактически разделяются; на плечах хромосом; и в самой цитоплазме, на другой стороне клетки, ближе к противоположной центросоме, чем к месту происхождения этих волокон.

Волокна веретена в действии: Диапазон узловых точек на концах волокон веретена свидетельствует об элегантности и сложности митотического процесса.Это своего рода «перетягивание каната», но оно должно быть чрезвычайно хорошо скоординировано, чтобы деление «проходило» точно по середине каждой пары хромосом, чтобы гарантировать, что каждая дочерняя клетка получит ровно одну хромосому из каждой пары. .

Волокна веретена, таким образом, как бы «толкают», так и сильно «вытягивают», чтобы гарантировать не только сильное, но и точное деление клеток. Микротрубочки участвуют только в делении ядра, но также участвуют в делении всей клетки (т.е. цитокинез) и повторное включение каждой новой дочерней клетки в ее собственную клеточную мембрану.

Один из способов, возможно, вообразить все это: клетки не имеют мышц, но микротрубочки расположены примерно так же близко, как и компоненты клетки.

Репликация центриолей

Как указано, центросомы клеток реплицируются во время интерфазы, сравнительно длинной части клеточного цикла между митотическими делениями. Репликация центриолей в центросомах не является полностью консервативной , означает, что образующиеся две дочерние центриоли не полностью идентичны, как это могло бы происходить в консервативном процессе.Вместо этого репликация центриоли — это , полуконсервативная .

Хотя точный механизм репликации центросом во время фазы S (фаза синтеза ) клеточной интерфазы еще предстоит полностью понять, ученые поняли, что при делении центриоли одна из образующихся центриолей сохраняет характеристики «Мать» и может генерировать рабочие микротрубочки.

Эта центриоль обладает свойствами, подобными стволовым клеткам, тогда как другая, «дочерняя», становится полностью дифференцированной.Каждая делящаяся клетка имеет одну пару материнско-дочерних центриолей на каждом полюсе, так что каждая новая дочерняя клетка, как и следовало ожидать, содержит одну материнскую центриоль и одну дочернюю центриоль в каждой паре. Во время интерфазы, которая вскоре следует, эта центриоль разделится, чтобы снова создать две пары материнская центриоль-дочерняя центриоль.

Центриоли в дифференцированных структурах: Тонкие различия в функциях прямоугольных центриолей в каждой паре становятся очевидными, когда, например, материнская центриоль прикрепляется к внутренней части плазматической мембраны клетки, образуя структуру, называемую базальное тело .Это тело обычно является частью реснички или волосоподобного расширения множества микротрубочек, которое не подвижно; то есть не двигается.

Некоторые реснички (множественное число от «реснички») образуют жгутика (единственное число «жгутик»), которые действительно движутся, часто толкая целые клетки, в то время как в других случаях они служат миниатюрными метлами, которые убирают мусор из области. жгутика.

В то время как биологам еще предстоит многое узнать о точной динамике центросом, рак дает возможность понять, что происходит с центросомами в случаях аномального деления клеток.Исследователи наблюдали, например, что раковые клетки часто содержат необычное количество центросом вместо ожидаемых одной или двух, а некоторые противораковые препараты (например, таксол и винкристин) оказывают свое действие, препятствуя сборке микротрубочек.

Роль в формировании ресничек

Жгутик представляет собой набор микротрубочек, которые позволяют перемещаться, как в случае сперматозоидов . Жгутик происходит от единственного базального тельца на внутренней поверхности плазматической мембраны.Таким образом, сперматозоид содержит одну пару центриолей.

Поскольку окончательная судьба сперматозоидов заключается в слиянии с яйцеклеткой , а у яйцеклетки отсутствует базальное тело, именно сперматозоид гарантирует, что вновь образованная зигота (продукт соединения яйцеклетки и сперматозоидов и первого шага) при создании нового организма в процессе воспроизводства) сможет делиться, поскольку центриоль включает инструкции и компоненты, необходимые для процесса деления.

Некоторые организмы имеют реснички на определенных клетках.Это включает некоторые клетки вашего дыхательного тракта. Эпителий (поверхностные клетки; ваша кожа представляет собой своего рода эпителий), выстилающий ваши легкие, образует ряд связанных базальных тел, которые на самом деле представляют собой реснички. Трубчатые отростки этих реснитчатых клеток движутся вдоль слизи и твердых частиц и, следовательно, защищают внутреннюю часть легких.

Клетка человека в центросоме

Центросома является основным центром организации микротрубочек (MTOC) в клетках человека и широко изучается с тех пор, как Теодор Бовери впервые назвал и описал ее в 1888 году.Хотя центросома представляет собой небольшую органеллу, она имеет большое значение для основных клеточных функций. Расположенная рядом с ядром, центросома регулирует внутриклеточную организацию микротрубочек. Во время деления клеток центросома является ключевой органеллой, ответственной за правильное формирование и ориентацию митотического веретена, обеспечивая правильную сегрегацию сестринских хроматид каждой из дочерних клеток (Nigg EA et al. (2011)).

В Cell Atlas было показано, что 548 генов (3% всех генов человека, кодирующих белок) кодируют белки, которые локализуются в центросоме или центриолярных сателлитах.На изображениях, где можно было различить центриоли, белки помечены местоположением «центросома». На изображениях, где центриоли не были обнаружены, но белок локализован в центре микротрубочек, белки помечены местоположением «центриолярный сателлит» (рис. 1-2). Анализ функционального обогащения протеома центросомы показывает обогащение терминов для биологических процессов, связанных с внутриклеточной организацией и транспортом, организацией микротрубочек, развитием клеточного цикла и делением клеток.

РАБ11ФИП5 — А-431
ПЦНТ — У-251 МГ
МККС — ОС У-2

Рис. 1. Примеры белков, локализованных в центросоме и центриолярных сателлитах. RAB11FIP5 участвует во внутриклеточном транспорте, и ранее не было показано, что он локализуется в центросомах. Используя независимые антитела, RAB11FIP5 локализуется в центриолярных сателлитах (обнаруживается в клетках A-431).PCNT — это хорошо охарактеризованный белковый компонент нитчатого матрикса центросомы, играющий важную роль как в митозе, так и в мейозе (обнаруживается в клетках U-251). MKKS — это белок, перемещающий центросомы, который локализуется в трубчатой ​​структуре вокруг центриолей в перицентриолярном материале (PCM) и важен для деления клеток (обнаруживается в клетках U-2 OS). Обычно MKKS перемещается между центросомой и цитозолем на протяжении клеточного цикла, но при мутации он не может локализоваться в центросоме, что приводит к синдрому МакКьюсика-Кауфмана, заболеванию, которое проявляется нарушением развития, особенно рук и ног, а также пороки сердца и половых органов.

• 3% (548 белков) всех белков человека были экспериментально обнаружены в центросоме с помощью Атласа белков человека.
• 145 белков в центросоме подтверждены экспериментальными данными, и из этих 36 белков усилены Атласом белков человека.
• 428 белков в центросоме имеют несколько мест.
• 28 белков в центросоме демонстрируют межклеточную изменчивость. Из них 27 показывают изменение интенсивности, а 1 — пространственное изменение.

• Белки, расположенные в центросоме, в основном участвуют во внутриклеточной организации и транспорте, организации микротрубочек и прогрессии клеточного цикла.

Рис. 2. 3% всех генов, кодирующих человеческие белки, кодируют белки, локализованные в центросоме или центриолярных сателлитах. Каждая панель кликабельна и дает результат поиска белков, принадлежащих выбранной категории.

Строение центросомы

Субструктуры

• Центриолярный спутник: 171
• Центросома: 377

Центросома представляет собой небольшую органеллу, не связанную с мембраной, занимающую около 1-2 мкм3 объема цитоплазмы (Doxsey S & period; (2001)).Он состоит из двух бочкообразных центриолей, каждая из которых состоит из девяти триплетов микротрубочек, удерживаемых вместе под перпендикулярным углом с помощью соединяющих друг друга волокон. Центриоли окружены аморфной матрицей белков, обычно называемой перицентриолярным материалом (ПКМ), которая содержит белки, участвующие в зародышеобразовании и закреплении микротрубочек, а также важные регуляторы клеточного цикла и другие сигнальные молекулы. Перицентрин (рис. 1), γ-тубулин, девинин, центриолин и киназы полярных сияний являются некоторыми примерами (Doxsey S & period; (2001)).Белковый комплекс γ-тубулин представляет собой высококонсервативный комплекс, который образует структуру с открытым кольцом диаметром около 25 нм и играет ключевую роль в зарождении микротрубочек. Являясь ключевым регулятором митоза, структура и состав центросомы очень динамичны и претерпевают драматические организационные изменения на протяжении клеточного цикла (Bornens M & period; (2002); Conduit PT et al. (2015)).

Центросомы, как и базальное тело ресничек, плотно окружены цитоплазматическими гранулами, известными как центриолярные сателлиты (Tollenaere MA et al.(2015); Проссер С.Л. и соавт. (2020)). Центриолярные спутники перемещаются по микротрубочкам за счет ассоциации с моторными белками и, как известно, содержат ряд белков, которые также обнаруживаются в центросомах и ресничках. Центриолярные спутники можно наблюдать в большинстве типов клеток, но их состав, размер, количество и расположение различаются. Центриолярные сателлиты разбираются при входе в митоз, но вновь появляются после завершения цитокинеза.

Выбор белков, подходящих в качестве маркеров для центросомы и центриолярных сателлитов, можно найти в таблице 1.Список высокоэкспрессируемых белков, которые локализуются в центросомах и центриолярных сателлитах, представлен в таблице 2.

Таблица 1. Выбор белков, подходящих в качестве маркеров для центросомы и центриолярных сателлитов.

Джин	Описание	Каркас
МККС	Синдром МакКьюзика-Кауфмана	Центросома
ODF2	Наружная плотная клетчатка хвостов сперматозоидов 2	Центросома
CEP97	Центросомный белок 97	Центриолярный спутник Цитозоль
KIF5B	Член семьи кинезинов 5B	Центриолярный спутник Цитозоль
PIBF1	Иммуномодулирующий фактор связывания прогестерона 1	Центриолярный спутник

Таблица 2.Высоко экспрессируемые центросомные и центриолярные сателлитные белки-маркеры в различных клеточных линиях.

Джин	Описание	Среднее значение NX
PCLAF	Фактор, связанный с зажимом PCNA	30
DCTN2	Субъединица динактина 2	30
PAFAh2B1	Регуляторная субъединица 1 ацетилгидролазы 1b фактора активации тромбоцитов	23
ODF2	Наружная плотная клетчатка хвостов сперматозоидов 2	20
CETN3	Центрин 3	16
FGFR1OP	Партнер онкогена FGFR1	14
CEP250	Центросомный белок 250	13
CCDC14	Спиральный домен, содержащий 14	12
МККС	Синдром МакКьюзика-Кауфмана	11
CEP350	Центросомный белок 350	11

См. Морфологию центросом в индуцированных человеком стволовых клетках в Allen Cell Explorer.

Функция центросомы

Основная функция центросомы — организация микротрубочек в клетке, тем самым контролируя форму, полярность, пролиферацию, подвижность и деление клеток. Во время S-фазы центросома реплицируется полуконсервативным образом, что приводит к образованию одной дочерней центриоли рядом с каждой из родительских центриолей. Когда клетка приближается к митозу, две центросомы, каждая из которых содержит родительскую центриоль и созревающую процентриоль, перемещаются к противоположным концам клетки.В то же время количество окружающих белков PCM увеличивается, что делает возможным зарождение большего количества микротрубочек. Когда ядерная мембрана разрушается, микротрубочки, происходящие из каждой из центросом, могут взаимодействовать с кинетохорами на реплицированных сестринских хроматидах, образуя характерное митотическое веретено. Сложный аппарат веретена опосредует разделение сестринских хроматид на противоположных концах клетки, и после цитокинеза каждая из дочерних клеток снабжается одним набором хромосом и одной центросомой.Родительская центриоль, то есть более старая из двух центриолей в паре, также играет центральную роль в формировании ресничек и жгутиков. Более того, все больше данных свидетельствует о более универсальной функции центросомы, особенно указывая на ее способность координировать множество клеточных функций, служа компактным центром, где цитоплазматические белки могут взаимодействовать в высоких концентрациях (Doxsey S & period; (2001); Rieder CL et al. др. (2001)).

Центриолярные сателлиты долгое время считались переносчиками белков к центросомам и ресничкам и от них, таким образом, играя роль в динамической регуляции белкового состава в этих органеллах (Tollenaere MA et al.(2015); Проссер С.Л. и соавт. (2020)). В самом деле, несколько белков, которые локализуются в центриолярных сателлитах, участвуют в репликации, созревании и разделении центросом. Однако в недавних исследованиях центриолярные сателлиты также появились как регуляторы множества других клеточных процессов, таких как деградация белков и аутофагия, некоторые из которых не зависят от центросом и ресничек. Сходным образом центросомы и реснички не полностью зависят от центриолярных сателлитов.

Являясь ключевыми регуляторами сегрегации хромосом и прогрессирования клеточного цикла, аномалии количества, размера и морфологии центросомы, а также мутации в генах, кодирующих белок, локализующиеся в центросомах, обычно наблюдаются в клетках, подвергающихся онкогенезу, но также и при некоторых других заболеваниях (Badano JL et al.(2005)).

Анализ генов, кодирующих белки, локализующиеся в центросомах или центриолярных сателлитах, на основе онтологии генов (GO)

показывает обогащение терминов, описывающих функции, которые хорошо согласуются с существующей литературой. Наиболее богатые термины для биологического процесса в домене GO связаны с митозом и цитокинезом, развитием клеточного цикла, эндоцитозом, организацией цитоскелета микротрубочек и организацией органелл (рис. 3а). Обогащенный анализ молекулярной функции домена GO выявил обогащение терминов, описывающих связывание с микротрубочками и моторными белками, а также двигательную активность (рис. 3b).

Рисунок 3а. Обогащенный анализ на основе онтологии генов для протеома центросомы, показывающий значительно расширенные термины для биологического процесса домена GO. Каждая панель кликабельна и дает результат поиска белков, принадлежащих выбранной категории.

Рисунок 3б. Обогащенный анализ на основе онтологии генов для протеома центросомы, показывающий значительно расширенные термины для молекулярной функции домена GO. Каждая панель кликабельна и дает результат поиска белков, принадлежащих выбранной категории.

Центросомные белки с несколькими местоположениями

Примерно 78% (n = 428) центросомных и центриолярных сателлитных белков, обнаруженных в Cell Atlas, также локализуются в других клеточных компартментах (рис. 4). Сетевой график показывает, что наиболее частыми местами, разделяющими центросомы и центриолярные сателлиты, являются цитоплазма, ядро ​​и пузырьки. Двойные локализации с нуклеоплазмой и цитозолем чрезмерно представлены, в то время как двойные локализации с аппаратом Гольджи и ядрышками представлены недостаточно.

Рисунок 4. Интерактивный сетевой график белков микротрубочек с множественной локализацией. Цифры в соединительных узлах показывают белки, которые локализованы в центросоме и в одном или нескольких дополнительных местах. Показаны только соединительные узлы, содержащие более одного белка и не менее 0,5% белков в протеоме центросомы. Размеры кружков связаны с количеством белков. Узлы голубого цвета показывают комбинации, которые значительно перепредставлены, в то время как узлы пурпурного цвета показывают комбинации, которые значительно недопредставлены по сравнению с вероятностью наблюдения этой комбинации на основе частоты каждой аннотации и гипергеометрического теста (p≤0.05). Обратите внимание, что этот расчет выполняется только для белков с двойной локализацией. Каждый узел доступен для нажатия и приводит к списку всех белков, которые находятся в связанных органеллах.

Уровни экспрессии белков центросом в ткани

Анализ транскриптома

и классификация генов по категориям распределения в тканях (рис. 8) показывает, что центросомы и центриолярные сателлитные белки не более вероятно демонстрируют какой-либо конкретный тип распределения в тканях по сравнению со всеми генами, представленными в Атласе клеток.

Рис. 5. Столбчатая диаграмма, показывающая процент генов в различных категориях распределения тканей для генов, кодирующих белки, которые локализуются в центросоме или центриолярных сателлитах, по сравнению со всеми генами в Атласе клеток. Звездочкой отмечено статистически значимое отклонение (p≤0,05) количества генов в категории на основе биномиального статистического теста. Каждая панель кликабельна и дает результат поиска белков, принадлежащих выбранной категории.

Соответствующие ссылки и публикации

Thul PJ et al., Субклеточная карта протеома человека. Наука. (2017)
PubMed: 28495876 DOI: 10.1126 / science.aal3321

Badano JL et al., Центросома в генетических заболеваниях человека и период; Nat Rev Genet & period; (2005)
PubMed: 15738963 DOI: 10.1038 / nrg1557

Bornens M & period;, Состав центросом и механизмы и период закрепления микротрубочек; Curr Opin Cell Biol & period; (2002)
PubMed: 11792541

Бовери Т.1900. Zellen-Studien. Verlag von Gustav Fischer.

Conduit PT et al., Функция и сборка центросом в клетках животных & период; Nat Rev Mol Cell Biol & period; (2015)
PubMed: 26373263 DOI: 10.1038 / nrm4062

Doxsey S & period ;, Переоценка функции & периода центросомы; Nat Rev Mol Cell Biol & period; (2001)
PubMed: 11533726 DOI: 10.1038 / 35089575

Lüders J et al., Центры организации микротрубочек и толстой кишки; переоценка и период; Nat Rev Mol Cell Biol & period; (2007)
PubMed: 17245416 DOI: 10.1038 / nrm2100

Nigg EA et al., Центросомный цикл & двоеточие; Биогенез центриолей & запятая; дублирование и врожденная асимметрия и период; Nat Cell Biol & period; (2011)
PubMed: 21968988 DOI: 10.1038 / ncb2345

Rieder CL et al., Центросома позвоночных и толстой кишки; больше, чем центр организации микротрубочек и период; Trends Cell Biol & period; (2001)
PubMed: 11567874

Центросомы — двигатель деления клеток

Совместное использование — это забота!

Что такое центросомы? Краткий обзор

Центросомы — это органеллы, которые служат основными центрами организации микротрубочек для клеток животных.Микротрубочки — это один из типов белков филаментов в цитоскелете. Сети микротрубочек растут из центросом и достигают каждого дюйма клеток. Микротрубочки могут служить скелетом клетки, изменяя форму клетки.

Моторные белки, несущие молекулы и органеллы, могут перемещаться по филаментам микротрубочек, как молекулярные грузовики, движущиеся по внутриклеточной магистрали. Более того, пучки микротрубочек образуют ядра двух специальных клеточных структур, ресничек и жгутиков, которые позволяют клеткам перемещаться и плавать.

Во время деления клеток центросомы дублируются и движутся к противоположным полюсам делящихся клеток, чтобы помочь точному разделению хромосом (в противном случае неправильные номера хромосом могут вызвать рак). Все эти функции зависят от координации центросом!

[На этом рисунке] Иллюстрация и электронная микрофотография центросомы.
Слева: диаграмма, показывающая структуру центросомы. Центросома состоит из двух центриолей, расположенных под прямым углом друг к другу и окруженных белковой массой, называемой перицентриолярным материалом (ПКМ).Микротрубочки излучаются от центросомы к другим частям клетки. Справа: электронно-микроскопические изображения центриолей. (Изображение: johan-nygren)

---

Структура центросом

Центросомы иногда называют « MTOC » или « центр организации микротрубочек » клетки. Центросомы состоят из двух центриолей , расположенных под прямым углом друг к другу. Центриоли представляют собой бочкообразные скопления ядер микротрубочек. Каждая центриоль основана на девятитриплетной микротрубочке, собранной в структуру колеса тележки с несколькими ассоциированными белками.

В центросоме две центриоли окружены плотной белковой массой, называемой перицентриолярным материалом (ПКМ), которая представляет собой комплекс белков, которые помогают формированию дополнительных микротрубочек. PCM содержит белки, которые позволяют центросомам запускать и останавливать образование филаментов микротрубочек. Это позволяет центросомам контролировать формирование волокон митотического веретена и других структур, которые играют важную роль в клетках.

[На этом рисунке] Подробная структура центриолей и микротрубочек, собранных в центросому.
Показаны пары центриолей, каждая из которых имеет девятикратную симметрию из-за девяти триплетных микротрубочек (канальцы A, B, C). Каждая центриоль имеет перицентриолярный материал, который образует зародыши микротрубочек вокруг ближайших друг к другу концов. Только материнская центриоль имеет два набора дополнительных придатков, дистальный и субдистальный; последний, по-видимому, закрепляет микротрубочки. Ряд соединяющихся волокон соединяет ближайшие концы двух центриолей.

---

Перед репликацией ДНК клетки содержат две центриоли, старшую «материнскую» центриоль и младшую «дочернюю» центриоль.Две центриоли связаны друг с другом на своих проксимальных концах посредством соединяющих друг друга волокон. Материнская центриоль имеет радиально расходящиеся отростки (дистальные и субдистальные) на дистальном конце ее длинной оси. Центриоли начинают размножаться, когда реплицируется ДНК. После деления клетки каждая дочерняя клетка унаследует одну из этих пар.

Что такое микротрубочки?

Микротрубочки — один из белков филаментов цитоскелета. Это полые трубочки, состоящие из белковых единиц тубулина. Микротрубочки закреплены на MTOC своими минус (-) концами, в то время как их положительные (+) концы продолжают расти к периферии клетки.Микротрубочки выполняют в клетках несколько функций. Во время деления клетки микротрубочки образуют митотическое веретено, которое разделяет сестринские хроматиды на равные части, так что одна копия может попасть в каждую дочернюю клетку. Микротрубочки также участвуют в транспортировке молекул внутри клеток и формировании клеточных структур, таких как жгутики и реснички.

[На этом рисунке] Микротрубочки собраны из α-тубулина и β-тубулина. Растворимые димеры α-тубулина / -β ‑ тубулина полимеризуются в полярные микротрубочки в присутствии GTP (энергетические молекулы, подобные АТФ).

---

Чтобы узнать больше о микротрубочках и цитоскелете, прочтите нашу статью «Цитоскелет».

Функция центросом

Центросомы выполняют несколько важных функций, в том числе:

I. Поддержание числа хромосом во время деления клетки

В клетках животных центросомы помогают равному разделению сестринских хроматид в процессе деления клеток.

Что такое сестринские хроматиды?

Когда клетки готовятся к делению клетки, каждая нить ДНК организуется в очень компактную структуру, называемую «хромосома ».После репликации ДНК хромосомы выглядят как Х-образные (называемые сестринскими хроматидами ), которые остаются прикрепленными в центромерной области ( центромеры ). В идеале сестринские хроматиды должны быть разделены на две идентичные хромосомы во время митоза. В противном случае дочерние клетки могут потерять или дублировать определенные гены.

[На этом рисунке] Репликация хромосомы формирует сестринские хроматиды. Сестринская хроматида X-образной формы имеет четыре плеча, прикрепленных к центромере.

Фаза митоза

Митоз — это процесс деления клеток, в котором одна клетка (мать) делится и производит две новые клетки (дочери), которые генетически идентичны. Цель митоза — убедиться, что каждая дочерняя клетка получает идеальный и полностью равный набор хромосом. Если у дочерних клеток больше или нет генов из-за неравномерного разделения хромосом, функция клеток будет полностью нарушена. Эти клетки, скорее всего, превратятся в раковые!

Чтобы клетки делили свои дублированные хромосомы поровну, наши клетки разработали Стандартную рабочую процедуру (СОП).Мы называем эту тщательно организованную серию шагов — фазами митоза. Центросомы играют решающую роль в обеспечении выполнения этой СОП.

[На этом рисунке] Фазы ммитоза под микроскопом.
Митоз состоит из пяти основных фаз: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза и телофаза. Эти фазы происходят в строго последовательном порядке. Этот образец представляет собой яйца аскарид (паразитических червей нематод), которые содержат активные митотические клетки и могут быть приобретены в готовом наборе слайдов Rs ’Science 25.

---

Роль центросом во время митоза

Как вы можете видеть в фазах митоза, сестринские хроматиды должны быть разделены и поровну разделены на два новых ядра. Клетки выполняют эту работу точно так же, как мы вытаскиваем машину из грязи с помощью троса и лебедки. «Кабель» называется «микротрубочка». Центросома работает как «лебедка», разделяя сестринские хроматиды (машину).

[На этом рисунке] Иллюстрация микротрубочек, центромеры и центросомы во время митоза.
Во время митоза один конец микротрубочки прикрепляется к центромерным областям каждой хромосомы, а другие концы контролируются центросомами. Вы можете представить себе, что центросома, такая как лебедка, разрывает сестринские хроматиды (автомобиль), перетаскивая микротрубочку (кабель), прикрепленную к центромере (буксирное устройство).

---

Действие центросом во время митоза

В покоящейся клетке (не активной клетке клеточного цикла) ее центросома связана с ядерной мембраной.Когда начинается митоз, ядерная мембрана разрушается, высвобождая центросому для взаимодействия с хромосомами.

Исходная центросома дублируется один раз при репликации ДНК. Во время профазы центросомы мигрируют к противоположным полюсам клетки. Митотическое веретено (или веретенообразный аппарат) затем формируется между двумя центросомами.

[На этом рисунке] (слева) Флуоресцентная микрофотография, показывающая митотическое веретено с конденсированными хромосомами синим цветом, кинетохорами розовым и микротрубочками зеленым во время метафазы митоза.(Справа) Иллюстрация митотического веретена, центросомы, кинетохор на конденсированных хромосомах и микротрубочек.
Источник фото: Afunguy в вики (слева), созданный с помощью Biorender (справа)

---

Митотическое веретено собирается путем прикрепления микротрубочек к центромерам сестринских хроматид (образуя якорной комплекс, называемый кинетохор). Каждая сестринская хроматида прикрепляется к обеим центросомам с противоположных полюсов клетки. Координационное действие обеих центросом позволяет всем сестринским хроматидам выровняться в середине клетки (за счет противодействующих сил натяжения), образуя структуру, называемую экваториальной пластиной (в метафазе).

Обе центромеры извлекают свои микротрубочки одновременно. Сила сокращения (создаваемая моторными белками, кинезином и динеином) расщепляет сестринские хроматиды от точек прикрепления центромеры; затем движемся в противоположном направлении. Как только все сестринские хроматиды разделятся на два новых ядра, цитоплазма и клеточная мембрана также разделятся на две новые клетки. При делении каждая дочерняя клетка получает одну центросому.

[На этом рисунке] Пищевая модель фаз митоза.
Это опубликованный нами научный проект, в котором продукты на кухне используются для моделирования процесса митоза. Здесь спагетти из цельной пшеницы представляет собой ДНК; колбаса представляет собой конденсированную хромосому; Паста Пенне представляет собой центросому; и, наконец, белые спагетти представляют собой микротрубочки.

---

II. Организация сетей микротрубочек в клетках

Центросомы как «центр организации микротрубочек (MTOC)» контролируют распределение сетей микротрубочек внутри клеток.Микротрубочка — это универсальный цитоскелет, и формирование митотического веретена — лишь одна из его функций. В неделящихся клетках микротрубочки также служат внутриклеточным трактом для транспортировки молекул и органелл внутри клеток. Существует группа «моторных белков», которые могут переносить грузы при ходьбе по цитоскелету, как и многие небольшие грузовики, движущиеся по внутриклеточной транспортной системе.

[На этом рисунке] Организация микротрубочек варьируется в зависимости от типов клеток и клеточного цикла.Он определяет внутреннюю организацию органелл и везикулярную транспортировку, которая способствует функциям клеток.
Источник фотографии: Атлас гистологии растений и животных

---

Центросомы также могут управлять большими изменениями формы клеточной мембраны при других обстоятельствах, таких как движение клеток или фагоцитоз.

Расширенное чтение:

III. Формирование ресничек и жгутиков

Микротрубочки поддерживают особые клеточные структуры, которые позволяют клеткам двигаться.

[На этом рисунке] Три способа передвижения простейших.
Реснички — скоординированно бить плавать. Псевдоножки — ползать по поверхности, изменяя форму клетки. Жгутик — плывет, вращаясь как пропеллер.
Фотография предоставлена ​​Lumen.

---

Одним из примеров является « flagellum » (во множественном числе: flagella ), который представляет собой «хвост», который может продвигать клетку вперед. Центросома находится рядом с корнем жгутика. Длинный пучок микротрубочек (называемый аксонемой) простирается от материнской центриоли и образует ресничный придаток, который выступает из тела клетки.Обычно в клетке всего один-два длинных жгутика.

[На этом рисунке] Анатомия комплекса центросома-ресничка / жгутик.

---

Микротрубочки также обнаруживаются внутри ресничек (единственное число: реснички ), которые представляют собой похожие на волосы небольшие выступы. Эти реснички находятся в постоянном движении и помогают перемещаться одноклеточным микроорганизмам, таким как парамеций. Реснички также покрывают поверхность наших эпителиальных клеток бронхов, перемещая микробы и мусор вверх и из дыхательных путей.Микротрубочки функционируют сходным образом как в жгутиках, так и в ресничках. Разница в том, что ресничка намного короче жгутика, а в клетке могут быть сотни ресничек.

Чтобы генерировать многочисленные реснички, центросомы будут многократно реплицироваться (процесс, называемый цилиогенезом) в клетках. Как только клетки начинают готовиться к клеточному делению, комплексы реснички / жгутика распадаются. Центросомы сливаются и возвращаются, чтобы направлять митоз.

[На этом рисунке] Эпителиальная клетка дыхательных путей, имеющая множество ресничек .
Основание каждой реснички имеет центросому в качестве корня, которая генерируется цилиогенезом.

---

[На этом рисунке] Организация реснички.
Каждая ресничка содержит девять пар микротрубочек, образующих внешнее кольцо, и две центральные микротрубочки (9 + 2). Эта структура известна как аксонема. Микротрубочки удерживаются вместе за счет сшивания белков. Моторные белки, называемые динеином, проходят через каждое спаренное волокно микротрубочек.
Фотография предоставлена ​​LadyofHats на вики.

---

В пучках микротрубочек ресничек и жгутиков существует множество «моторных белков» между филаментами микротрубочек. Эти моторные белки (динеин) используют АТФ в качестве энергии для ползания по микротрубочкам. Когда белки динеина с одной стороны движутся вверх, а с другой — вниз, ресничка изгибается. Повторение циклов сгибания-расслабления заставляет реснички действовать как весла, качаясь взад и вперед, создавая движение.

[На этом рисунке] Электронная микрофотография ресничек на поверхности эпителиальных клеток.
Вставленное изображение показывает расположение микротрубочек 9 + 2 внутри ресничек с поперечного сечения.
Источник фотографии: Колумбийский университет

---

Примечание. Упомянутые здесь «жгутики» представляют собой жгутики эукариотических клеток (их можно найти в эвгленах и некоторых зеленых / коричневых водорослях). Бактерии также имеют клеточную структуру, называемую «жгутиками». Однако бактериальные жгутики очень различаются по строению и составу. Некоторые ученые пытались заменить название жгутиков эукариот на «ундулиподии» или «реснички».Однако использование «жгутиков» в эукариотических клетках все еще очень распространено.

Изменения центросом в раковых клетках

Аберрантные структуры и количество центросом в клетке были связаны с опухолями. Наличие дефектных центросом часто связано с появлением нестабильности генома, неудачей в делении клеток и потерей дифференцировки клеток. Амплификация центросом (более двух центросом во время митоза) в клетках человека может формировать нерегулярные митотические веретена, что приводит к анеуплоидии (аномальному количеству хромосом), которая с большой вероятностью вызывает рак.

[На этом рисунке] Схематическая диаграмма, показывающая последствия амплификации центросомы.

---

Открытие центросом

Центросома была открыта Эдуардом Ван Бенеденом в 1883 году, а позже описана и названа в 1888 году Теодором Бовери как «особый орган клеточного деления». Название произошло от латинского centrum «центр» + греч. Sōma «тело». Теодор Бовери также заметил аберрации центросом в раковых клетках.

Часто задаваемые вопросы:

Есть ли центросомы у растений и грибов?

Нет, у растений и грибов нет центросом.Считается, что центросома возникла только в линии эукариотических клеток животного происхождения. У грибов и растений нет центросом, и поэтому они используют другие структуры для организации своих микротрубочек и митоза.

Важны ли центросомы для всех клеток животных?

Может и нет. Хотя центросома играет ключевую роль в эффективном митозе в клетках животных, центросома не важна для митоза у некоторых видов животных, таких как мухи и плоские черви. В эксперименте, проведенном на плодовой мушке ( Drosophila ), даже центриоли были разрушены лазером, митоз протекает нормально с морфологически нормальным веретеном.Тем более что плодовая мушка нормально растет. Это говорит о том, что у клеток должны быть другие способы организации своих микротрубочек.

Чем центросома отличается от центромеры?

Центросома — органелла, содержащая две центриоли. В то время как центромера — это сильно сжатая область хромосомы. Центросома является центром организации микротрубочек, тогда как центромера удерживает вместе сестринские хроматиды в реплицированной хромосоме.

Резюме

• Центросомы — это органеллы, которые служат главным центром организации микротрубочек (MTOC).
• Во время деления клетки каждая клетка имеет две центросомы. Они движутся к противоположным позициям клеток и образуют митотическое веретено.
• Микротрубочки отходят от центросомы и прикрепляются к центромерам сестринских хроматид. Обе центромеры извлекают свои микротрубочки одновременно, чтобы разделить сестринские хроматиды и перейти в новые клетки.
• Центросомы также образуют ядро ​​двух структур, участвующих в подвижности клеток: ресничек и жгутиков.

Ссылки

«Центросомы»

«Контроль количества центросом»

«Центриоли, центросомы и реснички в состоянии здоровья и болезней»

«Механизм, ограничивающий дупликацию центросом до одного раза за клеточный цикл»

Совместное использование — это забота!

Структура и биогенез центросомы: вариации по теме?

Обзор

DOI: 10.1016 / j.semcdb.2020.10.014. Epub 2021 14 января.

Принадлежности Расширять

Принадлежность

• ¹ Instituto Gulbenkian de Ciência, Rua da Quinta Grande, 6, 2780-156 Oeiras, Portugal; Национальный центр биологических наук-TIFR, Bellary Road, 560065 Бангалор, Индия.Электронный адрес: [email protected].

Элемент в буфере обмена

Обзор

Свадхин Чандра Джана. Semin Cell Dev Biol. 2021 фев.

Показать детали Показать варианты

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

DOI: 10.1016 / j.semcdb.2020.10.014. Epub 2021 14 января.

Принадлежность

• ¹ Instituto Gulbenkian de Ciência, Rua da Quinta Grande, 6, 2780-156 Oeiras, Portugal; Национальный центр биологических наук-TIFR, Bellary Road, 560065 Бангалор, Индия.Электронный адрес: [email protected].

Элемент в буфере обмена

Полнотекстовые ссылки Опции CiteDisplay

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

Центросомы состоят из двух ортогонально расположенных центриолей, окруженных электронно-плотной матрицей, называемой перицентриолярным материалом (ПКМ).Центриоли представляют собой цилиндры диаметром ~ 250 нм, имеют длину несколько сотен нанометров и состоят из 9-кратно симметрично расположенных микротрубочек (МТ). При делящихся клетках животных центросомы действуют как основные центры организации МТ, а также организуют актин, который регулирует нуклеацию цитоплазматических МТ. В некоторых специализированных клетках центросома приобретает дополнительные критические структуры и превращается в основу реснички с различными функциями, включая передачу сигналов и подвижность. Эти структуры встречаются у большинства эукариот и необходимы для развития и гомеостаза как на клеточном, так и на уровне организма.Ультраструктура центросом и производных от них органелл известна более полувека. Однако недавние достижения в ряде методов выявили структуры центриолей с высоким разрешением (в масштабе от Å до нм) и начали раскрывать молекулярные принципы, лежащие в основе их свойств, включая: белковые компоненты; конструктивные элементы; и биогенез у различных модельных организмов. Этот обзор охватывает достижения в нашем понимании особенностей и процессов, которые имеют решающее значение для биогенеза эволюционно консервативных структур центросом.Кроме того, обсуждается, как вариации этих аспектов могут создавать разнообразие в структуре и функциях центросом у разных видов и даже между типами клеток внутри многоклеточного организма.

Ключевые слова: 9-кратный; Центриоль; Сохранение; Разнообразие; Перицентриолярный материал; Симметрия.

Авторские права © 2021.Опубликовано Elsevier Ltd.

Похожие статьи

• Быстрая эволюция сперматозоидов приводит к появлению разнообразных структур центриолей, которые обнаруживают наиболее элементарную структуру, необходимую для функционирования.

  Авидор-Рейсс Т. Авидор-Рейсс Т. Ячейки. 26 июня 2018 г .; 7 (7): 67. DOI: 10,3390 / ячейки7070067. Ячейки. 2018. PMID: 29949922 Бесплатная статья PMC. Рассмотрение.

• Ремоделирование центросом в эволюции.

  Ито Д., Беттанкур-Диас М. Ито Д. и др. Ячейки. 6 июля 2018 г .; 7 (7): 71. DOI: 10,3390 / ячейки7070071. Ячейки. 2018. PMID: 29986477 Бесплатная статья PMC. Рассмотрение.

• Характеристика центросом гамет человека для вспомогательной репродукции.

  Сатанантан А.Х., Ратнасоория В.Д., де Сильва П.К., Менезес Дж. Sathananthan AH и др. Ital J Anat Embryol.2001; 106 (2 Дополнение 2): 61-73. Ital J Anat Embryol. 2001 г. PMID: 11732597 Рассмотрение.

• Полуавтоматический подход на основе машинного обучения к количественному анализу центросом и организации микротрубочек.

  Шанкаран Д.Г., Стемм-Вольф А.Дж., Маккарди Б.Л., Харихаран Б., Пирсон К.Г. Шанкаран Д.Г. и др. J Cell Sci. 2020 30 июля; 133 (14): jcs243543. DOI: 10.1242 / jcs.243543. J Cell Sci. 2020. PMID: 32591487 Бесплатная статья PMC.

• Консервативный домен TCP Sas-4 / CPAP важен для прикрепления перицентриолярного материала во время биогенеза центросом.

  Zheng X, Gooi LM, Wason A, Gabriel E, Mehrjardi NZ, Yang Q, Zhang X, Debec A, Basiri ML, Avidor-Reiss T., Позняковский A, Poser I, Saric T, Hyman AA, Li H, Gopalakrishnan J. Чжэн X и др.Proc Natl Acad Sci U S. A. 2014, 21 января; 111 (3): E354-63. DOI: 10.1073 / pnas.1317535111. Epub 2014 2 января. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014. PMID: 24385583 Бесплатная статья PMC.

Процитировано

1 артикул

• Организация и функция центросом человека в интерфазе и митозе.

  Васкес-Лимета А., Лонкарек Дж. Vasquez-Limeta A, et al. Semin Cell Dev Biol. 2021 сен; 117: 30-41. DOI: 10.1016 / j.semcdb.2021.03.020. Epub 2021 6 апр. Semin Cell Dev Biol. 2021 г. PMID: 33836946 Рассмотрение.

Типы публикаций

• Поддержка исследований, за пределами США. Правительство

LinkOut — дополнительные ресурсы

• Источники полных текстов

• Другие источники литературы

[Икс]

цитировать

Копировать

Формат: AMA APA ГНД NLM

Q&A: Кому нужна центросома? | BMC Biology

1.

Bornens M: Центросома в клетках и организмах. Наука. 2012, 335: 422-426. 10.1126 / science.1209037.

Артикул CAS PubMed Google ученый

2.

Китагава Д., Ваконакис И., Олиерик Н., Гильберт М., Келлер Д., Олиерик В., Бортфельд М., Эрат М.С., Флюкигер И., Генци П., Стейнмец М.О.: Структурная основа 9-кратной симметрии центриолей. Клетка. 2011, 144: 364-375. 10.1016 / j.cell.2011.01.008.

PubMed Central Статья CAS PubMed Google ученый

3.

van Breugel M, Hirono M, Andreeva A, Yanagisawa HA, Yamaguchi S, Nakazawa Y, Morgner N, Petrovich M, Ebong IO, Robinson CV, Johnson CM, Veprintsev D, Zuber B: Структуры SAS-6 предполагают его организацию в центриоли. Наука. 2011, 331: 1196-1199. 10.1126 / science.1199325.

Артикул CAS PubMed Google ученый

4.

Нигг EA, Stearns T: Цикл центросом: биогенез центриолей, дупликация и врожденные асимметрии.Nat Cell Biol. 2011, 13: 1154-1160. 10.1038 / ncb2345.

PubMed Central Статья CAS PubMed Google ученый

5.

Брито Д.А., Гувейя С.М., Бетанкур Диас М: Деконструкция центриоли: контроль структуры и числа. Curr Opin Cell Biol. 2012, 24: 4-13. 10.1016 / j.ceb.2012.01.003.

Артикул CAS PubMed Google ученый

6.

Gönczy P: На пути к молекулярной архитектуре сборки центриолей.Nat Rev Mol Cell Biol. 2012, 13: 425-435. 10.1038 / nrm3373.

Артикул PubMed Google ученый

7.

Jakobsen L, Vanselow K, Skogs M, Toyoda Y, Lundberg E, Poser I, Falkenby LG, Bennetzen M, Westendorf J, Nigg EA, Uhlen M, Hyman AA, Andersen JS: новые асимметрично локализующие компоненты человеческие центросомы, идентифицированные методами комплементарной протеомики. EMBO J. 2011, 30: 1520-1535. 10.1038 / emboj.2011.63.

PubMed Central Статья CAS PubMed Google ученый

8.

Андерсен Дж. С., Уилкинсон С. Дж., Мэр Т., Мортенсен П., Нигг Е. А., Манн М.: Протеомная характеристика центросомы человека с помощью профилирования корреляции белков. Природа. 2003, 426: 570-574. 10.1038 / природа02166.

Артикул CAS PubMed Google ученый

9.

Беттанкур Диас М., Гловер Д.М.: Биогенез и функция центросом: центросомика приносит новое понимание. Nat Rev Mol Cell Biol. 2007, 8: 451-463. 10.1038 / nrm2180.

Артикул CAS PubMed Google ученый

10.

Fu J, Glover DM: Структурированное освещение границы раздела между центриолью и перицентриолярным материалом. Откройте Биол. 2012, 2: 120104-10.1098 / rsob.120104.

PubMed Central Статья PubMed Google ученый

11.

Mennella V, Keszthelyi B, McDonald KL, Chhun B, Kan F, Rogers GC, Huang B, Agard DA: флуоресцентная микроскопия с субдифракционным разрешением выявляет область центросомы, критическую для организации перицентриолярного материала.Nat Cell Biol. 2012, 14: 1159-1168. 10.1038 / ncb2597.

PubMed Central Статья CAS PubMed Google ученый

12.

Gopalakrishnan J, Mennella V, Blachon S, Zhai B, Smith AH, Megraw TL, Nicastro D, Gygi SP, Agard DA, Avidor-Reiss T: Sas-4 обеспечивает основу для цитоплазматических комплексов и связывает их в центросоме. Nat Commun. 2011, 2: 359-

PubMed Central Статья PubMed Google ученый

13.

Lawo S, Hasegan M, Gupta GD, Pelletier L: Субдифракционная визуализация центросом выявляет организационные особенности более высокого порядка перицентриолярного материала. Nat Cell Biol. 2012, 14: 1148-1158. 10.1038 / ncb2591.

Артикул CAS PubMed Google ученый

14.

Зоннен К.Ф., Шермеллех Л., Леонхардт Х., Нигг Э.А.: Трехмерная структурированная световая микроскопия позволяет по-новому взглянуть на архитектуру центросом человека. Биол Открытый.2012, 1: 965-976. 10.1242 / bio.20122337.

PubMed Central Статья CAS PubMed Google ученый

15.

Decker M, Jaensch S, Pozniakovsky A, Zinke A, O’Connell KF, Zachariae W., Myers E, Hyman AA: Предельные количества материала центросом устанавливают размер центросом в эмбрионах C. elegans. Curr Biol. 2011, 21: 1259-1267. 10.1016 / j.cub.2011.06.002.

Артикул CAS PubMed Google ученый

16.

Дебек А., Салливан В., Беттанкур Диас М: Центриоли: активные игроки или пассажиры во время митоза ?. Cell Mol Life Sci. 2010, 67: 2173-2194. 10.1007 / s00018-010-0323-9.

PubMed Central Статья CAS PubMed Google ученый

17.

Роджерс Г.К., Русан Н.М., Пайфер М., Роджерс С.Л.: Многокомпонентный путь сборки способствует формированию массивов ацентросомных микротрубочек в интерфазных клетках дрозофилы. Mol Biol Cell.2008, 19: 3163-3178. 10.1091 / mbc.E07-10-1069.

PubMed Central Статья CAS PubMed Google ученый

18.

Карвалью-Сантос З., Азимзаде Дж., Перейра-Леаль Дж. Б., Беттанкур Диас М: Эволюция: Прослеживание происхождения центриолей, ресничек и жгутиков. J Cell Biol. 2011, 194: 165-175. 10.1083 / jcb.201011152.

PubMed Central Статья CAS PubMed Google ученый

19.

Карвалью-Сантос З, Мачадо П., Бранко П., Таварес-Кадете Ф, Родригес-Мартинс А., Перейра-Лил Дж. Б., Беттенкур Диас М.: Поэтапная эволюция пути сборки центриолей. J Cell Sci. 2010, 123: 1414-1426. 10.1242 / jcs.064931.

Артикул CAS PubMed Google ученый

20.

Азимзаде Дж., Вонг М.Л., Даунхур Д.М., Санчес Альварадо А., Маршалл В.Ф .: Утрата центросом в эволюции планарий. Наука. 2012, 335: 461-463.10.1126 / science.1214457.

PubMed Central Статья CAS PubMed Google ученый

21.

Courtois A, Schuh M, Ellenberg J, Hiiragi T: Переход от мейотической сборки к митотическому веретену происходит постепенно во время раннего развития млекопитающих. J Cell Biol. 2012, 198: 357-370. 10.1083 / jcb.201202135.

PubMed Central Статья CAS PubMed Google ученый

22.

Cunha-Ferreira I, Bento I, Bettencourt Dias M: От нуля до многих: контроль числа центриолей в развитии и болезни. Движение. 2009, 10: 482-498. 10.1111 / j.1600-0854.2009.00905.x.

Артикул CAS PubMed Google ученый

23.

Bettencourt-Dias M, Rodrigues-Martins A, Carpenter L, Riparbelli M, Lehmann L, Gatt MK, Carmo N, Balloux F, Callaini G, Glover DM: SAK / PLK4 требуется для дублирования центриолей и жгутиков разработка.Curr Biol. 2005, 15: 2199-2207. 10.1016 / j.cub.2005.11.042.

Артикул CAS PubMed Google ученый

24.

Basto R, Lau J, Vinogradova T, Gardiol A, Woods CG, Khodjakov A, Raff JW: Мухи без центриолей. Клетка. 2006, 125: 1375-1386. 10.1016 / j.cell.2006.05.025.

Артикул CAS PubMed Google ученый

25.

Менье С., Вернос I: Сборка микротрубочек во время митоза — от различных источников к различным функциям ?.J Cell Sci. 2012, 125: 2805-2814. 10.1242 / jcs.092429.

Артикул CAS PubMed Google ученый

26.

Родригес-Мартинс А., Рипарбелли М., Каллайни Г., Гловер Д.М., Беттенкур Диас М.: От биогенеза центриолей до клеточной функции: центриоли необходимы для деления клеток на критических стадиях развития. Клеточный цикл. 2008, 7: 11-16. 10.4161 / cc.7.1.5226.

Артикул CAS PubMed Google ученый

27.

Стивенс Н.Р., Рапосо А.А., Басто Р., Сент-Джонстон Д., Рафф Дж. У.: От стволовых клеток к эмбрионам без центриолей. Curr Biol. 2007, 17: 1498-1503. 10.1016 / j.cub.2007.07.060.

PubMed Central Статья CAS PubMed Google ученый

28.

Фридлендер М., Варман Дж .: Шпиндель как распределитель базального тела. Исследование мейоза самца тутового шелкопряда Bombyx mori. J Cell Sci. 1970, 7: 65-89.

PubMed Google ученый

29.

Махен Р., Венкитараман А. Р.: Формирование паттерна в сборке центросом. Curr Opin Cell Biol. 2012, 24: 14-23. 10.1016 / j.ceb.2011.12.012.

Артикул CAS PubMed Google ученый

30.

Barr AR, Kilmartin JV, Gergely F: CDK5RAP2 функционирует в центросоме в прикреплении полюса веретена и ответе на повреждение ДНК. J Cell Biol. 2010, 189: 23-39. 10.1083 / jcb.200

3.

PubMed Central Статья CAS PubMed Google ученый

31.

Giansanti MG, Bucciarelli E, Bonaccorsi S, Gatti M: Drosophila SPD-2 является важным компонентом центриоли, необходимым для рекрутирования PCM и зарождения астральных микротрубочек. Curr Biol. 2008, 18: 303-309. 10.1016 / j.cub.2008.01.058.

Артикул CAS PubMed Google ученый

32.

Мардин Б.Р., Шибель Э.: Разрыв связывающих связей: новые достижения в биологии центросом. J Cell Biol. 2012, 197: 11-18. 10.1083 / jcb.201108006.

PubMed Central Статья CAS PubMed Google ученый

33.

Mahjoub MR, Stearns T: избыточные центросомы нуклеируют дополнительные реснички и нарушают передачу сигналов первичных ресничек. Curr Biol. 2012, 22: 1628-1634. 10.1016 / j.cub.2012.06.057.

PubMed Central Статья CAS PubMed Google ученый

34.

Anderson CT, Stearns T: Возраст центриолей лежит в основе асинхронного роста первичных ресничек в клетках млекопитающих.Curr Biol. 2009, 19: 1498-1502. 10.1016 / j.cub.2009.07.034.

PubMed Central Статья CAS PubMed Google ученый

35.

Gonzalez C: Функция центросом во время деления стволовых клеток: дьявол кроется в деталях. Curr Opin Cell Biol. 2008, 20: 694-698. 10.1016 / j.ceb.2008.10.003.

Артикул CAS PubMed Google ученый

36.

Пеллетье Л., Ямасита Ю.М.: Асимметрия и наследование центросом в процессе развития животных.Curr Opin Cell Biol. 2012, 24: 541-546. 10.1016 / j.ceb.2012.05.005.

PubMed Central Статья CAS PubMed Google ученый

37.

Янушке Дж., Рейна Дж., Лламазарес С., Бертран Т., Росси Ф., Роиг Дж., Гонсалес К. Центробин контролирует центриольную асимметрию матери и дочери в нейробластах дрозофилы. Nat Cell Biol. 2013, 15: 241-248. 10.1038 / ncb2671.

Артикул CAS PubMed Google ученый

38.

Торнтон Г.К., Вудс К.Г .: Первичная микроцефалия: все ли дороги ведут в Рим ?. Тенденции Genet. 2009, 25: 501-510. 10.1016 / j.tig.2009.09.011.

PubMed Central Статья CAS PubMed Google ученый

39.

Беттанкур Диас М., Хильдебрандт Ф., Пеллман Д., Вудс Г., Годиньо С.А.: Центросомы и реснички при заболеваниях человека. Тенденции Genet. 2011, 27: 307-315. 10.1016 / j.tig.2011.05.004.

PubMed Central Статья CAS PubMed Google ученый

40.

Zyss D, Gergely F: Функция центросом при раке: виновен или невиновен ?. Trends Cell Biol. 2009, 19: 334-346. 10.1016 / j.tcb.2009.04.001.

Артикул CAS PubMed Google ученый

41.

Basto R, Brunk K, Vinadogrova T, Peel N, Franz A, Khodjakov A, Raff JW: Амплификация центросом может инициировать онкогенез у мух. Клетка. 2008, 133: 1032-1042. 10.1016 / j.cell.2008.05.039.

PubMed Central Статья CAS PubMed Google ученый

42.

Годиньо С.А., Квон М., Пеллман Д: Центросомы и рак: как раковые клетки делятся при слишком большом количестве центросом. Раковые метастазы Rev.2009, 28: 85-98. 10.1007 / s10555-008-9163-6.

Артикул CAS PubMed Google ученый

43.

Goetz SC, Anderson KV: Первичная ресничка: сигнальный центр во время развития позвоночных. Nat Rev Genet. 2010, 11: 331-344. 10.1038 / nrg2774.

PubMed Central Статья CAS PubMed Google ученый

Физическая связь между новой структурой плазматической мембраны и центросомой, ориентированной на деление клетки

Существенные изменения:

Просмотрите текст, чтобы прояснить, что причинно-следственная связь (т.е. инвагинация ориентирует веретено) не доказано. (В частности, потому, что лазерная абляция инвагинации не дала результатов).

Мы согласны с этим замечанием и соответствующим образом изменили текст. В частности, в начале раздела «Обсуждение» мы четко заявляем «[…] мы не могли напрямую продемонстрировать, что инвагинация мембраны необходима для ориентации митотического веретена […]». Обратите внимание, что мы не изменили заголовок рукописи: «Физическая связь между новой структурой плазматической мембраны и центросомой, ориентированной на деление клеток».Однако мы готовы изменить его при необходимости.

Авт. Используют нарушение плоской полярности клеток, чтобы проверить идею инвагинации, необходимой для ориентации веретена. В самом деле, они наблюдали, что нарушение PCP вызывает инвагинацию с рандомизированной ориентацией, которая хорошо коррелирует с нарушенной ориентацией веретена. Но это не обязательно доказывает, что инвагинации играют причинную роль в перемещении центросом, потому что это оставляет открытой возможность того, что существует какой-то другой нисходящий процесс, регулируемый путем плоской клеточной полярности, который регулирует движение центросом независимо от инвагинаций.Таким образом, проясните, пожалуйста, что это все еще корреляция.

Мы согласны с этим замечанием. В самом деле, наши эксперименты по нокдауну Dsh не могут исключить возможность того, что путь PCP регулирует динамику центросом и направленность инвагинации независимо. В последнем абзаце раздела «Обсуждение» мы заявляем: «Однако в этом эксперименте мы не можем исключить возможность того, что путь PCP влияет на поведение центросом независимо от этой мембранной структуры».

Кроме того, было несколько предложений, которые потенциально могут добавить в статью механистические идеи. Однако после обсуждения мы сочли, что это, вероятно, выходит за рамки данной рукописи. Таким образом, следующие предложения не требуются для принятия рукописи. Если у авторов уже есть такие данные, их можно добавить. Или такие возможности могут обсуждаться.

1) Актомиозиновая кора, по-видимому, ограничивает образование этих структур плазматической мембраны.Было бы интересно определить, слабее ли кора головного мозга в том месте, где формируется эта структура, и как вообще устанавливается такая потенциальная анизотропия актомиозиновой коры.

Да, это именно то, о чем мы думаем. Мы наблюдали, что количество инвагинаций увеличивалось в Dsh-нокдаун клетках, а также в клетках, обработанных цитохалазином, и это подразумевает возможность того, что путь PCP регулирует анизотропию кортикального актина. Теперь мы обсудим эту возможность в последнем абзаце раздела «Обсуждение»:

«Также будет интересно исследовать, регулирует ли путь PCP асимметричное распределение актомиозиновой сети и / или моторов положительного конца в клетках асцидии эпидермиса.”

В будущем мы планируем измерять локальные различия и временные изменения жесткости мембран с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ).

2) Микротрубочки, по-видимому, необходимы для образования этих структур плазматической мембраны, но остается неясным, как микротрубочки генерируют наблюдаемые силы растяжения. Предположительно задействованы двигатели микротрубочек, и поэтому было бы очень интересно идентифицировать любой из таких двигателей и их возможную функцию в этом процессе.

Мы согласны с этим комментарием; физическая ассоциация между структурой мембраны и микротрубочкой, вероятно, опосредуется моторным белком.В самом деле, формирование сходных мембранных инвагинаций у зигот C. elegans зависит от динеина (Redemann et al. 2010), возможно, что этот положительный моторный белок также участвует в процессе в эпидермальных клетках асцидии. Теперь мы обсудим эту возможность в последнем абзаце раздела «Обсуждение»: «Зависящий от микротрубочек процесс инвагинации, нацеленный на центросому, подразумевает участие мотора, направленного на плюс-конец. Действительно, образование инвагинаций мембраны у C.elegans одноклеточные эмбрионы задействуют кортикальные динеиновые моторы (Redemann et al., 2010) ». В настоящее время мы изучаем возможное участие динеина в инвагинации асцидиевой мембраны, но у нас пока нет надежных данных по этому поводу.

3) Ориентация наблюдаемой структуры плазматической мембраны, по-видимому, определяет положение первичной реснички и митотического веретена, таким образом подавляя другие потенциальные механизмы, такие как форма клетки. Было бы довольно интересно посмотреть, есть ли у e.грамм. Ориентация клеточного деления действительно рандомизирована в тех случаях, когда структура плазматической мембраны разрезана или если другие факторы влияют на ориентацию деления.

Как указывалось, во время 11-го деления клеток асцидийные эпидермальные клетки делятся вдоль передне-задней оси, преодолевая ограничения формы клеток и независимо от направления 10-й оси деления клеток. Наши данные подтверждают, что это вероятно из-за инвагинаций поляризованных мембран, контролирующих динамику центросом.