CENTRIOLAI: FUNKCIJOS IR CHARAKTERISTIKOS - MOKSLAS - 2025

Kad centriolė yra cilindriniai struktūros, kurios ląstelių grupių mikrovamzdelius. Jie yra sudaryti iš baltymo tubulino, kuris randamas daugumoje eukariotų ląstelių.

Susijusi centrialų pora, apsupta beformės tankios medžiagos, vadinamos pericentriolar medžiaga (PCM), masės, sudaro struktūrą, vadinamą centrosoma.

Centriolai yra cilindrinės struktūros, sudarytos iš mikrotubulų grupių. Didžiąją dalį centrioolių sudaro devyni mikrotubulų trio rinkiniai, išdėstyti cilindre.

Centrioolių funkcija yra nukreipti mikrotubulų surinkimą, dalyvaujantį ląstelių organizavime (branduolio padėtis ir ląstelės erdvinis išdėstymas), žiogelių ir žiedų formavimąsi bei funkcijas (ciliogenezė) ir ląstelių dalijimąsi (mitozė ir mejozė).

Centriolai yra ląstelinėse struktūrose, vadinamose centrosomomis gyvūnų ląstelėse, ir augalų ląstelėse jų nėra.

Kiekvienos ląstelės struktūros ar centriolelių skaičiaus trūkumai gali turėti rimtų padarinių organizmo fiziologijai, sukeldami reakcijos į stresą pokyčius uždegimo metu, vyrų nevaisingumą, neurodegeneracines ligas ir navikų formavimąsi.

Centriole yra cilindrinė struktūra. Susijusių centrioolių pora, apsupta beformės tankios medžiagos masės (vadinamos „pericentriolar medžiaga“ arba PCM), sudaro kompozicinę struktūrą, vadinamą „centrosoma“.

Jie buvo laikomi nesvarbiais tik prieš kelerius metus, kai buvo padaryta išvada, kad jie buvo pagrindiniai organai, atliekantys ląstelių dalijimąsi ir dubliavimąsi (mitozę) eukariotų ląstelėse (daugiausia žmonėms ir kitiems gyvūnams).

Ląstelė

Paskutinis visų gyvybių Žemėje protėvis buvo viena ląstelė, o paskutinis visų eukariotų protėvis buvo sulenkta ląstelė su centriolais.

Kiekvienas organizmas yra sudarytas iš sąveikaujančių ląstelių grupės. Organizmuose yra organų, organus sudaro audiniai, audinius sudaro ląstelės, o ląsteles sudaro molekulės.

Visos ląstelės naudoja tuos pačius molekulinius „statybinius blokus“, panašius genetinės informacijos saugojimo, palaikymo ir išraiškos metodus ir panašius energijos apykaitos, molekulinio transporto, signalizacijos, vystymosi ir struktūros procesus.

Mikrotubulės

Pirmosiomis elektroninės mikroskopijos dienomis ląstelių biologai citoplazmoje pastebėjo ilgus kanalėlius, kuriuos vadino mikrotubuliais.

Buvo stebimi morfologiškai panašūs mikrotubulėliai, formuojantys mitozinio verpstės pluoštą, kaip neuronų aksonų komponentus ir kaip struktūrinius elementus žieve ir žandikaulyje.

Kruopštus atskirų mikrotubulų tyrimas parodė, kad jie visi buvo sudaryti iš 13 išilginių vienetų (dabar vadinamų protofilamentais), kuriuos sudaro pagrindinis baltymas (susidedantis iš artimai susijusių α-tubulino ir β-tubulino subvienetų) ir keli baltymai, susiję su mikrotubulius (MAP).

Be jų funkcijų kitose ląstelėse, mikrotubuliniai vamzdeliai yra labai svarbūs neurono augimui, morfologijai, migracijai ir poliškumui, taip pat vystymuisi, palaikymui ir išgyvenimui bei efektyvios nervų sistemos veikimui. .

Subtilios citoskeleto komponentų (mikrotubulų, aktino gijų, tarpinių gijų ir septinų) sąveikos svarba atsispindi keliuose žmogaus neurodegeneraciniuose sutrikimuose, susijusiuose su nenormalia mikrotubulų dinamika, įskaitant Parkinsono ir Alzheimerio ligas.

Cilia ir flagella

Cilia ir flagella yra organelės, randamos daugumos eukariotų ląstelių paviršiuje. Juos daugiausia sudaro mikrotubuliai ir membrana.

Spermos judrumą lemia mobilūs citoskeleto elementai, esantys uodegoje, vadinami aksonimais. Aksononų struktūrą sudaro 9 grupės po 2 mikrotubules, molekuliniai varikliai (dyneinai) ir jų reguliavimo struktūros.

Centriolai vaidina pagrindinį vaidmenį ciliogenezėje ir ląstelių ciklo progresavime. Centriole brendimas lemia funkcijos pasikeitimą, nuo ląstelių dalijimosi iki ciliumo susidarymo.

Aksoninės struktūros ar funkcijos sutrikimai sukelia daugybinius sutrikimus žmonėms, vadinamus ciliopatijomis. Šios ligos pažeidžia įvairius audinius, įskaitant akis, inkstus, smegenis, plaučius ir spermos judrumą (kuris dažnai lemia vyrų nevaisingumą).

Centriole

Devyni mikrotubulų tripletai, išdėstyti aplink apskritimą (sudarantys trumpą tuščiavidurį cilindrą), yra „statybiniai blokai“ ir pagrindinė centriolelio struktūra.

Daugelį metų centriolelių struktūra ir funkcijos nebuvo ignoruojamos, nepaisant to, kad iki 1880-ųjų centrosoma buvo vizualizuota šviesos mikroskopu.

1888 m. Theodoras Boveri paskelbė sėklinį darbą, kuriame aprašė spermos centrosomos kilmę po apvaisinimo. Savo trumpame 1887 m. Pranešime Boveri rašė:

„Centrosoma žymi ląstelės dinaminį centrą; Jo dalijimasis sukuria suformuotų dukterinių ląstelių centrus, aplink kuriuos visi kiti ląstelės komponentai yra išdėstyti simetriškai … Centrosoma yra tikrasis dalijamasis ląstelės organas, jis tarpininkauja branduoliniam ir ląsteliniam dalijimuisi (Scheer, 2014: 1). . .

Netrukus po XX amžiaus vidurio, tobulėjant elektronų mikroskopijai, centrioolių elgesį ištyrė ir paaiškino Paulius Schaferis.

Deja, šis darbas buvo ignoruotas didžiąja dalimi, nes tyrėjai pradėjo domėtis Watsono ir Kricko išvadomis apie DNR.

Centrosoma

Centrioolių pora, esanti greta branduolio ir statmena viena kitai, yra „centrosoma“. Vienas iš centrioolių yra žinomas kaip „tėvas“ (arba motina). Kitas yra žinomas kaip „sūnus“ (arba dukra; jis yra šiek tiek trumpesnis, o jo pagrindas pritvirtintas prie motinos pagrindo).

Proksimaliniai galai (sujungiant du centriolius) yra panardinami į baltymų „debesį“ (galbūt iki 300 ar daugiau), žinomą kaip mikrotubulų organizavimo centras (MTOC), nes jis suteikia baltymus, reikalingus statyboms. mikrotubulius.

MTOC taip pat žinomas kaip „pericentriolar medžiaga“ ir yra neigiamai įkrautas. Ir atvirkščiai, distaliniai galai (nutolę nuo dviejų centrioolių sujungimo) yra teigiamai įkrauti.

Centrioolių pora kartu su juos supančia MTOC yra vadinama „centrosoma“.

Centrosomos dubliavimas

Kai centriolai pradeda dubliuotis, tėvas ir sūnus po truputį atsiskiria, o tada kiekvienas centriolas pradeda formuoti naują centriolą prie jo pagrindo: tėvas su nauju sūnumi, o sūnus su nauju savo sūnumi („anūkas“). .

Kol vyksta centriole dubliavimasis, branduolio DNR taip pat dubliuojasi ir atsiskiria. Tai yra, dabartiniai tyrimai rodo, kad centriole dubliavimasis ir DNR atskyrimas yra kažkaip susiję.

Ląstelių dubliavimasis ir dalijimasis (mitozė)

Mitozinis procesas dažnai apibūdinamas kaip iniciatoriaus fazė, vadinama „sąsaja“, po kurios eina keturios vystymosi fazės.

Interfazės metu centriolai dubliuojasi ir dalijasi į dvi poras (viena iš šių porų pradeda judėti priešingos branduolio pusės link) ir DNR dalijasi.

Susikaupus centriolams, centriolelių mikrotubulai išsikiša ir išsidėsto išilgai pagrindinės branduolio ašies, sudarydami „mitozinį veleną“.

Pirmoje iš keturių vystymosi fazių (I fazė arba „profazė“) chromosomos kondensuojasi ir artėja viena su kita, o branduolinė membrana pradeda silpnėti ir tirpti. Tuo pačiu metu formuojamas mitozinis verpstė su centrioolių poromis, esančiomis veleno galuose.

Antroje fazėje (II fazė arba „metafazė“) chromosomų stygos sutampa su mitozinio verpstės ašimi.

Trečiojoje fazėje (III fazė arba „anafazė“) chromosomų grandinės dalijasi ir juda į priešingus dabar pailgos mitozinės verpstės galus.

Galiausiai, ketvirtoje fazėje (IV fazė arba „telofazė“), aplink atskirtas chromosomas susidaro naujos branduolinės membranos, mitozinis verpstė subyrėja, o ląstelių atskyrimas pradedamas pusei citoplazmos, einančios su kiekvienu nauju branduoliu.

Kiekviename mitozinio verpstės gale centriolelių poros daro didelę įtaką (matyt, susijusias su jėgomis, kurias sukelia elektromagnetiniai laukai, kuriuos sukuria neigiami ir teigiami krūviai jo proksimaliniame ir distaliniame galuose) per visą ląstelių dalijimosi procesą.

Centrosoma ir imuninis atsakas

Poveikis stresui daro įtaką organizmo funkcijai, kokybei ir gyvenimo trukmei. Stresas, kurį sukelia, pavyzdžiui, infekcija, gali sukelti užkrėstų audinių uždegimą, suaktyvinti imuninį atsaką organizme. Ši reakcija apsaugo paveiktą organizmą, pašalindama patogeną.

Daugelis imuninės sistemos funkcionalumo aspektų yra gerai žinomi. Tačiau molekuliniai, struktūriniai ir fiziologiniai įvykiai, kuriuose dalyvauja centrosoma, tebėra mįslė.

Naujausi tyrimai atrado netikėtus dinaminius centrosomos struktūros, vietos ir funkcijos pokyčius skirtingomis su stresu susijusiomis sąlygomis. Pavyzdžiui, imituojant infekcijos sąlygas, tarpfazinėse ląstelėse rastas PCM ir mikrotubulų gamybos padidėjimas.

Centrosomos imuninėje sinapsėje

Centrosoma atlieka labai svarbų vaidmenį imunologinės sinapsės (SI) struktūroje ir veikime. Ši struktūra susidaro dėl specializuotos sąveikos tarp T ląstelės ir antigeną pristatančios ląstelės (APC). Ši ląstelių ir ląstelių sąveika inicijuoja centrosomos migraciją link SI ir vėlesnį sujungimą su plazmos membrana.

Centrosomų dokas SI yra panašus į stebimą ciliogenezės metu. Tačiau šiuo atveju jis nepradėjo žiedo surinkimo, o greičiau dalyvauja SI organizavime ir citotoksinių pūslelių sekrecijoje, kad lizuotų tikslines ląsteles, tapdamas svarbiausiu organu aktyvinant T ląsteles.

Centrosome ir šilumos stresas

Centrosoma yra „molekulinių chaperonų“ (baltymų, kurių paskirtis yra padėti sulankstyti, surinkti ir pernešti kitus baltymus ląstelėse), kurie apsaugo nuo šilumos šoko ir streso, taikinys.

Streso veiksniai, darantys įtaką centrosomai, yra DNR pažeidimai ir šiluma (tokius, kuriuos patiria karščiuojančių pacientų ląstelės). DNR pažeidimas inicijuoja DNR atstatymo kelius, kurie gali turėti įtakos centrosomų funkcijai ir baltymų sudėčiai.

Šilumos sukeliamas stresas lemia centrioleto struktūros modifikaciją, centrosomos ardymą ir visišką jos gebėjimo formuoti mikrotubules inaktyvavimą, keičiant mitozinio verpstės formavimąsi ir užkertant kelią mitozei.

Centrosomų funkcijos sutrikimas karščiavimo metu gali būti adaptyvi reakcija, kuria siekiama suaktyvinti suklio polius ir užkirsti kelią nenormaliam DNR padalijimui mitozės metu, ypač atsižvelgiant į galimą kelių baltymų disfunkciją po šilumos sukeltos denatūracijos.

Be to, tai galėtų suteikti ląstelei papildomo laiko atsistatyti funkcinių baltymų telkiniui prieš pradedant ląstelių dalijimąsi.

Kita centrosomos inaktyvacijos karščiavimo metu pasekmė yra jos nesugebėjimas perkelti į SI, kad ją organizuotų ir dalyvautų citotoksinių pūslelių sekrecijoje.

Nenormalus centrioolių vystymasis

Centrioleto kūrimas yra gana sudėtingas procesas ir, nors jame dalyvauja daugybė reguliuojančių baltymų, gali įvykti įvairių tipų nesėkmės.

Jei nėra baltymų proporcijų pusiausvyros, dukterinė centriolė gali būti sugedusi, jos geometrija gali būti iškreipta, poros ašys gali nukrypti nuo statmenos, gali išsivystyti keli dukteriniai centriolai, dukterinė centriolė gali pasiekti visą ilgį prieš tai laiko, arba porų atsiejimas gali būti atidėtas.

Kai yra neteisingas ar neteisingas centrioolių dubliavimasis (su geometriniais defektais ir (arba) daugybinėmis kopijomis), pasikeičia DNR replikacija, atsiranda chromosomų nestabilumas (CIN).

Panašiai, centrosomų defektai (pavyzdžiui, padidinta ar padidinta centrosoma) sukelia CIN ir skatina kelių dukterinių centriolių vystymąsi.

Šios vystymosi klaidos daro žalą ląstelėms, kurios gali sukelti net piktybinę ligą.

Nenormalūs centriolai ir piktybinės ląstelės

Reguliacinių baltymų įsikišimo dėka, nustatant anomalijas kuriant centrioles ir (arba) centrosomą, ląstelės gali atlikti anomalijų savaiminį taisymą.

Tačiau jei anomalijos savaiminio ištaisymo nepavyksta padaryti, nenormalūs ar daugkartiniai dukteriniai centiolai („supernumeriniai centriolai“) gali sukelti navikų susidarymą („navikogenezė“) arba ląstelių mirtį.

Nepilni skaičiuojami centriolai linkę susilieti, todėl centrosoma grupuojama (vėžio ląstelėms būdinga „centrosomos amplifikacija“), keičiant ląstelių poliškumą ir normalų mitozės vystymąsi, atsirandantį navikams.

Ląstelėms, turinčioms daugybę centriolių, būdingas pericentriolarinės medžiagos perteklius, cilindrinės struktūros pertraukimas arba per didelis centriolelių ir centriolelių, kurie nėra statmeni ar blogai išdėstyti, ilgis.

Buvo pasiūlyta, kad vėžinių ląstelių centrialų arba centrosomų sankaupos galėtų būti „biomarkeriu“ naudojant terapinius ir vaizdavimo agentus, tokius kaip superparamagnetinės nanodalelės.

Nuorodos

1. Borisy, G., Heald, R., Howard, J., Janke, C., Musacchio, A., & Nogales, E. (2016). Mikrotubulėliai: 50 metų nuo tubulino atradimo. „Nature Reviews“, Molecular Cell Biology, 17 (5), 322–328.
2. Buchwalter, RA, Chen, BĮ, Zheng, Y., ir „Megraw“, TL Centrosome in Cell Division, Development and Lise. eLS.
3. Gambarotto, D., ir Basto, R. (2016). Skaitmeninių centrinių vystymosi ir ligų defektų pasekmės. In Microtubule Cytoskeleton (p. 117–149). „Springer“ Viena.
4. Hjustonas, RL (2016). Centriole ir netinkamo aktyvumo apžvalga ląstelių dalijimosi metu. Pažanga bios mokslo ir biotechnologijų srityje, 7 (03), 169.
5. Inaba, K., ir Mizuno, K. (2016). Spermos disfunkcija ir ciliopatija. Reprodukcinė medicina ir biologija, 15 (2), 77–94.
6. Keelingas, J., Tsiokas, L., ir Maskey, D. (2016). Celiarinio ilgio reguliavimo ląsteliniai mechanizmai. Ląstelės, 5 (1), 6.
7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A., Martin, KC (2016). Molekulinių ląstelių biologija. Niujorkas: WH Freeman and Company.
8. „Matamoros“, AJ, „Baas“, PW (2016). Mikrovamzdeliai sveikatos srityje ir degeneracinės nervų sistemos ligos. Smegenų tyrimų biuletenis, 126, 217–225.
9. Pellegrini, L., Wetzel, A., Grannó, S., Heaton, G., & Harvey, K. (2016). Atgal į kanalėlę: mikrotubulų dinamika sergant Parkinsono liga. Ląstelių ir molekulinės gyvybės mokslai, 1–26.
10. Scheeris, U. (2014). Istorinės centrosomų tyrimų šaknys: Boverio mikroskopo skaidrių atradimas Viurcburge. Philas. Trans. R. Soc., B, 369 (1650), 20130469.
11. Seversonas, AF, von Dassow, G., ir Bowermanas, B. (2016). Penktas skyrius - Oocitų meiotinio veleno surinkimas ir veikimas. Aktualios raidos biologijos temos, 116, 65–98.
12. Soley, JT (2016). Lyginamoji žinduolių ir paukščių spermatozoidų komplekso apžvalga: temos variacijos. Gyvūnų dauginimosi mokslas, 169, 14–23.
13. Vertii, A., ir Doxsey, S. (2016). Centrosoma: Fenikso imuninė reakcija. Vienaląsčių ląstelių biologija, 2016 m.
14. Vertii, A., Hehnly, H., ir Doxsey, S. (2016). „Centrosome“, daugialypis Renesanso organelė. Šaltojo pavasario uosto biologinės perspektyvos, 8 (12) ,025049.
15. T limfocitų aktyvinimas Originalus JAV federalinės vyriausybės darbas - viešas. Išvertė BQmUB2012110.
16. Alejandro Porto - failo darinys: „Aufbau einer Tierischen Zelle.jpg“ iš „Petr94“. Pagrindinė eukariotų gyvūno ląstelės schema.
17. Kelvinsong - Centrosome Cycle (redaktorių versija) .svg. Į ispanų kalbą išvertė Alejandro Porto.
18. Kelvingas - savas darbas. Centrosomos schema be geltono rėmo.
19. Kelvinsong, Centriole-en, CC BY 3.0.
20. NIAID / NIH - NIAID Flickr foto srautas. Žmogaus T limfocito (dar vadinamo T ląstele) iš sveiko donoro imuninės sistemos mikrografas.
21. Silvia Márquez ir Andrea Lassalle, Tubulina, CC BY 3.0
22. Supaprastinta spermatozoido schema.svg: Mariana Ruiz išvestinis darbas: Miguelferig.