Centriolos funkcijas un raksturojums

The centrioles ir cilindriskas šūnu struktūras, kas sastāv no mikrotubulu klasteriem. Tos veido proteīna tubulīns, kas atrodams vairumā eukariotu šūnu.

Saistītais centriolu pāris, ko ieskauj bezgalīga blīva materiāla masa, ko sauc par pericentriolāra materiālu (PCM), veido struktūru, ko sauc par centrosomu..

Centriolu uzdevums ir virzīt šūnu organizācijā iesaistīto mikrotubulu asambleju (kodola atrašanās vietu un šūnu telpisko izvietojumu), flagellu un cilia (ciliogenesis) un šūnu dalīšanās (mitozes un meiozes) veidošanos un darbību..

Centrioles atrodamas šūnu struktūrās, kas pazīstamas kā dzīvnieku šūnu centrosomas, un augu šūnās nav.

Katras šūnas centriolu struktūras vai skaita defekti var būtiski ietekmēt organisma fizioloģiju, radot izmaiņas stresa reakcijā iekaisuma, vīriešu neauglības, neirodeģeneratīvu slimību un audzēja veidošanās laikā..

Centriols ir cilindriska struktūra. Saistīto centriolu pāris, ko ieskauj bezformēts blīvs materiāla masa (ko sauc par "pericentriolārā materiāla" jeb PCM), veido kompozītu struktūru, ko sauc par "centrosome".. 

Tie tika uzskatīti par nenozīmīgiem tikai pirms dažiem gadiem, kad tika secināts, ka tie bija galvenie organellu veidojumi šūnu dalīšanās un dublēšanās (mitozes) vadīšanā eukariotu šūnās (galvenokārt cilvēkiem un citiem dzīvniekiem)..

Šūna

Pēdējais kopējais mūžā uz Zemes dzīvojošais tēvs bija viena šūna un pēdējais kopējais eukariotu senčs bija matu šūna ar centrioliem.

Katrs organisms sastāv no šūnu grupas, kas mijiedarbojas. Organismi satur orgānus, orgānus veido audi, audus veido šūnas un šūnas veido molekulas..

Visas šūnas izmanto tādus pašus molekulāros "celtniecības blokus", līdzīgas metodes ģenētiskās informācijas glabāšanai, uzturēšanai un izteikšanai, un līdzīgus enerģijas metabolisma procesus, molekulāro transportēšanu, signalizāciju, attīstību un struktūru.. 

Mikrotubulas

Elektronu mikroskopijas pirmajās dienās šūnu biologi novēroja ilgas tubulozes citoplazmā, ko sauc par mikrotubulām..

Morfoloģiski līdzīgi mikrotubulāri tika novēroti, veidojot mitotiskā vārpstas šķiedras, kā neironu asu sastāvdaļas, un kā strukturālos elementus zilbēs un karodziņos..

Atsevišķu mikrotubulu rūpīga izpēte liecināja, ka visus tos veidoja 13 garenvirziena vienības (ko tagad sauc par protofilamentiem), ko veido galvenais proteīns (kas sastāv no α-tubulīna apakšvienības un β-tubulīna, kas cieši saistīts ar β-tubulīnu) un vairāki proteīni, kas saistīti ar mikrotubulas (MAP).

Papildus funkcijām pārējās šūnās mikrotubulas ir būtiskas neirona augšanai, morfoloģijai, migrācijai un polaritātei, kā arī efektīvas nervu sistēmas attīstībai, uzturēšanai un izdzīvošanai..

Smalkas mijiedarbības starp citoskeletona komponentiem (mikrotubulas, aktīna pavedieni, starpfilamenti un septīni) nozīme ir atspoguļota vairākos cilvēka neirodeģeneratīvos traucējumos, kas saistīti ar mikrotubulu, tostarp Parkinsona slimības un Alcheimera slimības patoloģisku dinamiku..

Cilios un flagella

Cilia un flagella ir organellas, kas atrodamas lielākajā daļā eukariotu šūnu virsmas. Tie galvenokārt sastāv no mikrotubulām un membrānas.

Spermatozoīdu kustīgums ir saistīts ar mobilajiem citoskeleta elementiem, kas atrodas tās astē, ko sauc par axonemes. Axonemes struktūra sastāv no 9 grupām, kas sastāv no 2 mikrotubulāriem, molekulāri motori (dyneīni) un to regulējošās struktūras..

Centrioliem ir centrālā loma šūnu cikla ciliogenesē un progresēšanā. Centriolu nogatavināšana rada funkcijas maiņu, kas noved no šūnas sadalīšanas līdz ciliuma veidošanai..

Axoneme vai cilia struktūras struktūras vai funkcijas defekti cilvēkiem izraisa vairākus traucējumus, ko sauc par ciliopātijām. Šīs slimības ietekmē dažādus audus, tostarp acis, nieres, smadzenes, plaušas un spermatozoīdu kustību (kas bieži izraisa vīriešu neauglību)..

Centriole

Deviņi mikroputuli, kas izvietoti ap perimetru (veidojot īsu dobu cilindru), ir deviņi tripleti, kas ir centriola "bloki" un galvenā struktūra.. 

Daudzus gadus centriolu struktūra un funkcija tika ignorēta, lai gan 1880. gados centrosoma tika vizualizēta ar gaismas mikroskopu..

Theodor Boveri 1888. gadā publicēja sēklas darbu, kurā aprakstīta spermas centrosomu izcelsme pēc apaugļošanas. Savā 1887. gada īsajā paziņojumā Boveri rakstīja, ka:

"Centrosoms ir šūnas dinamiskais centrs; Tās iedalījums veido izveidoto meitas šūnu centrus, kuru vidū visi pārējie šūnu komponenti tiek organizēti simetriski ... Centrosoms ir šūnas patiesais sadalošais orgāns, kas starpniecību veic kodolieroču un šūnu dalīšanu "(Scheer, 2014: 1) . [Autora tulkojums].

Drīz pēc divdesmitā gadsimta vidus, attīstoties elektronu mikroskopijai, centriolu uzvedību pētīja un paskaidroja Pauls Schafers.

Diemžēl šo darbu lielā mērā ignorēja pētnieku interese par Watson un Krick secinājumiem par DNS.. 

Centrosome

Centriolu pāris, kas atrodas blakus kodolam un ir perpendikulāri viens otram, ir "centrosoms". Viens no centrioliem ir pazīstams kā "tēvs" (vai māte). Otrs ir pazīstams kā "dēls" (vai meita, ir nedaudz īsāks, un tā pamatne ir piestiprināta pie mātes pamatnes).

Proksimālais gals (abu centriolu savienojumā) ir iegremdēts olbaltumvielu "mākonis" (varbūt līdz 300 vai vairāk), kas pazīstams kā mikrotubulu organizācijas centrs (MTOC), jo tas nodrošina būvniecībai nepieciešamo proteīnu. no mikrotubulām.

MTOC ir pazīstams arī kā "pericentriolāra materiāls", un tam ir negatīva lādiņa. Un otrādi, attālinātie gali (prom no divu centriolu savienojuma) ir pozitīvi uzlādēti.

Centriolu pāris kopā ar apkārtējo MTOC ir pazīstams kā "centrosome". 

Centrosomas dublēšanās

Kad centrioli sāk dublēt, tēvs un dēls nedaudz atdalās, un tad katrs centriols sāk veidot jaunu centriolu savā pamatā: tēvs ar jaunu dēlu un dēls ar jaunu viņa dēlu ("mazbērns").

Lai gan notiek centriola dublēšanās, kodola DNS tiek dublēta un atdalīta. Tas nozīmē, ka pašreizējie pētījumi liecina, ka centriola dublēšanās un DNS atdalīšana kaut kādā veidā ir saistītas. 

Pavairošana un šūnu dalīšanās (mitoze)

Mitotisko procesu bieži apraksta kā sākuma fāzi, kas pazīstama kā "saskarne", kam seko četri attīstības posmi.

Interfeisa laikā centrioli tiek dublēti un sadalīti divos pāros (viens no šiem pāriem sāk virzīties uz kodola pretējo pusi) un DNS ir sadalīta..

Pēc centriolu dublēšanās centriolu mikrotubulas paplašinās un izlīdzinās gar kodola galveno asi, veidojot "mitotisko vārpstu"..

Pirmajā no četrām attīstības fāzēm (I fāze vai "Prophase") hromosomas kondensējas un tuvojas, un kodolmembrāna sāk vājināties un izšķīst. Tajā pašā laikā mitotisko vārpstu veido ar centriolu pāriem, kas tagad atrodas vārpstas galos..

Otrajā fāzē (II fāze vai "metafāze") hromosomu ķēdes sakrīt ar mitotiskā vārpstas asi..

Trešajā fāzē (III fāze vai "Anafāze") hromosomu ķēdes sadalās un virzās pretī mitotiskā vārpstas pretējiem galiem, kas tagad ir gareni..

Visbeidzot, ceturtajā fāzē (IV fāze vai "telofāze") ap atdalītajām hromosomām veidojas jaunas kodolmembrānas, mitotiskā vārpsta izšķīst un šūnu atdalīšanās sākas ar pusi no citoplazmas, kas iet kopā ar katru jaunu kodolu..

Katrā mitotiskā vārpstas galā centriolu pāriem ir būtiska ietekme (acīmredzot tie ir saistīti ar spēkiem, ko elektromagnētiskie lauki rada negatīvie un pozitīvie lādiņi to tuvākajos un galējos galos) visā šūnu dalīšanas procesā.. 

Centrosoma un imūnreakcija

Stresa iedarbība ietekmē organisma dzīves funkciju, kvalitāti un ilgumu. Stress, ko izraisa, piemēram, infekcija, var izraisīt inficētu audu iekaisumu, aktivizējot imūnās atbildes reakciju organismā. Šī reakcija aizsargā skarto organismu, novēršot patogēnu.

Daudzi imūnsistēmas funkcionalitātes aspekti ir labi zināmi. Tomēr molekulārie, strukturālie un fizioloģiskie notikumi, kuros ir iesaistīts centrosoms, paliek mīkla.

Nesenie pētījumi ir atklājuši negaidītas dinamiskas izmaiņas centrosomas struktūrā, atrašanās vietā un funkcijā dažādos apstākļos, kas saistīti ar stresu. Piemēram, pēc infekcijas stāvokļa imitācijas ir konstatēts PCM un mikrotubulu ražošanas pieaugums starpfāzes šūnās..

Centrosomi imunoloģiskajā sinapses

Centrosomam ir ļoti svarīga loma imunoloģiskās sinapses (SI) struktūrā un funkcijā. Šo struktūru veido specializētas mijiedarbības starp T šūnu un antigēnu prezentējošu šūnu (APC). Šī šūnu šūnu mijiedarbība ierosina centrosomas migrāciju uz SI un tā turpmāko savienošanu ar plazmas membrānu.

Centrosomas sasaiste SI ir līdzīga ciliogenezes laikā novērotajai. Tomēr šajā gadījumā tas neuzsāk cilpiņu montāžu, bet piedalās SI organizēšanā un citotoksisko vezikulu sekrēcijā, lai lizētu mērķa šūnas, kas ir galvenais orgāns T šūnu aktivizēšanā..

Centrosomas un siltuma stress

Centrosomu mērķē "molekulāri chaperoni" (proteīnu kopums, kura uzdevums ir palīdzēt citu olbaltumvielu locīšanai, salikšanai un šūnu transportēšanai), kas nodrošina aizsardzību pret termiskā trieciena un stresa iedarbību..

Stresa faktori, kas ietekmē centrosomu, ir DNS un siltuma bojājumi (piemēram, febrilu pacientu šūnas). DNS bojājumi ierosina DNS remonta ceļus, kas var ietekmēt centrosomas darbību un proteīnu sastāvu.

Siltuma radītais stress izraisa centriola struktūras maiņu, centrosomas izjaukšanu un pilnīgu tās spējas inaktivēt mikrotubulus, mainot mitotiskā vārpstas veidošanos un novēršot mitozi..

Centrosomas funkcijas pārtraukšana drudža laikā varētu būt adaptīva reakcija, lai inaktivētu vārpstas polus un novērstu nenormālu DNS sadali mitozes laikā, jo īpaši ņemot vērā vairāku proteīnu iespējamo disfunkciju pēc siltuma izraisītas denaturācijas..

Turklāt tas varētu nodrošināt šūnai papildu laiku, lai atgūtu funkcionālo proteīnu baseinu pirms šūnu dalīšanas atsākšanas.

Vēl viens centrosomas inaktivācijas rezultāts drudža laikā ir tā nespēja pāriet uz SI, lai to organizētu un piedalītos citotoksisko vezikulu sekrēcijā..

Nenormāla centriolu attīstība

Centriola attīstība ir ļoti sarežģīts process, un, lai gan tas ietver virkni regulējošu olbaltumvielu, var rasties dažādi traucējumu veidi..

Ja proteīnu proporcijā ir nelīdzsvarotība, bērna centriols var būt bojāts, tā ģeometrija var būt izkropļota, pāru asis var atšķirties no perpendikulitātes, var rasties vairāki bērnu centrioli, bērna centriols var sasniegt pilnu garumu pirms laiku, vai vienādranga atsaistīšana var aizkavēties.

Ja ir nepareiza vai kļūdaina centriolu dublēšanās (ar ģeometriskiem defektiem un / vai vairākkārtēju dublēšanos), tiek mainīta DNS replikācija, rodas hromosomu nestabilitāte (CIN).

Tāpat centrosomu defekti (piemēram, palielināts vai palielināts centrosoms) noved pie CIN un veicina vairāku bērnu centriolu attīstību..

Šīs attīstības kļūdas izraisa šūnu bojājumus, kas var izraisīt ļaundabīgu audzēju.

Nenormālas centriolozes un ļaundabīgas šūnas

Pateicoties regulējošo olbaltumvielu iejaukšanās gadījumā, kad centriolu un / vai centrosomu attīstības laikā tiek konstatētas anomālijas, šūnas var īstenot anomāliju pašregulāciju..

Tomēr nespēja novērst anomāliju, neparastos centriolus vai vairākus bērnus ("augšupejošus centrioles") var izraisīt audzēju veidošanos ("audzējs") vai šūnu nāvi..

Skaitliskie centrioli mēdz sanākt kopā, novedot pie centrosomas klastera ("centrosomas pastiprināšanās", kas raksturīga vēža šūnām), mainot šūnu polaritāti un normālo mitozes attīstību, kas izraisa audzēju parādīšanos..

Šūnas ar pārmērīgiem centrioliem raksturo pericentriolārā materiāla pārpalikums, cilindriskās struktūras pārtraukums vai pārmērīgs centriolu garums un centrioli, kas nav perpendikulāri vai slikti novietoti.

Ir ierosināts, ka centriolu vai centrosomu kopas vēža šūnās varētu kalpot par "biomarkeri" terapeitisko un attēlveidošanas līdzekļu, piemēram, superparagnētisko nanodaļiņu, lietošanā..

Atsauces

1. Borisy, G., Heald, R., Howard, J., Janke, C., Musacchio, A., un Nogales, E. (2016). Mikrotubulas: 50 gadus pēc tubulīna atklāšanas. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 17 (5), 322-328.
2. Buchwalter, R. A., Chen, J.V., Zheng, Y., & Megraw, T. L. Centrosome šūnu dalīšanā, attīstībā un slimībās. eLS.
3. Gambarotto, D., & Basto, R. (2016). Skaitlisko centrosomu defektu ietekme uz attīstību un slimībām. In Microtubule Cytoskeleton (117-149. Lpp.). Springer Vīne.
4. Huston, R. L. (2016). Centriola aktivitātes un nepareizas darbības pārskats šūnu sadalīšanas laikā. Advances in Bioscience and Biotechnology, 7 (03), 169.
5. Inaba, K., un Mizuno, K. (2016). Spermas disfunkcija un ciliopātija. Reproduktīvā medicīna un bioloģija, 15 (2), 77-94.
6. Kīlinga, J., Tsiokas, L. un Maskey, D. (2016). Ciliju garuma kontroles šūnu mehānismi. Šūnas, 5 (1), 6.
7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A., Martin, K.C. Molekulāro šūnu bioloģija. Ņujorka: W. H. Freemans un uzņēmums.
8. Matamoros, A. J., un Baas, P.W. (2016). Mikrotubulas veselībā un nervu sistēmas deģeneratīvā slimība. Brain Research Bulletin, 126, 217-225.
9. Pellegrini, L., Wetzel, A., Granno, S., Heaton, G., & Harvey, K. (2016). Atpakaļ uz tubulāru: Parkinsona slimības mikrotubulu dinamika. Cellular and Molecular Life Sciences, 1-26.
10. Scheer, U. (2014). Centrosomu pētījumu vēsturiskās saknes: Boveri mikroskopu slaidu atklāšana Vircburgā. Phil. Trans. R. Soc. B, 369 (1650), 20130469.
11. Seversons, A. F., fon Dassovs, G., un Bowermans, B. (2016). Nodaļa Piecu-Oocītu Meiotic Spindle Assembly un funkcija. Pašreizējie temati attīstības bioloģijā, 116, 65-98.
12. Soley, J. T. (2016). Salīdzinošs pārskats par spermas centriolāra kompleksu zīdītājiem un putniem. Dzīvnieku reprodukcijas zinātne, 169, 14-23.
13. Vertii, A., un Doxsey, S. (2016). Centrosome: Fēniksas imūnreakcijas orgāns. Viena šūnu bioloģija, 2016.
14. Vertii, A., Hehnly, H., & Doxsey, S. (2016). Centrosome, daudzfunkcionāls renesanses orgāns. Cold Spring Harbor perspektīvas bioloģijā, 8 (12), a025049.
15. T limfocītu aktivizēšana ASV Federālās valdības sākotnējais darbs - publisks. Tulkoja BQmUB2012110.
16. Alejandro Porto - atvasināts no faila: Aufbau einer Tierischen Zelle.jpg no Petr94. Dzīvnieku eukariotiskās šūnas pamata izklāsts. 
17. Kelvinsong - Centrosome Cycle (redaktoru versija) .svg. Spāņu valodā tulkoja Alejandro Porto.
18. Kelvinsongs - pašu darbs. Centrosomas diagramma bez dzeltena rāmja.
19. Kelvinsong, Centriole-en, CC BY 3.0. 
20. NIAID / NIH - NIAID Flickr fotostream. Veselīga donora imūnsistēmas cilvēka T limfocītu (ko sauc arī par T šūnu) mikrogrāfija.  
21. Silvia Márquez un Andrea Lassalle, Tubulina, CC BY 3.0
22. Vienkāršots spermatozoon diagram.svg: Mariana Ruiz atvasinājums: Miguelferig.