Центросома: структура, функции и роля в клетъчното делене

Центросома: подробен преглед на структура, функции и ролята ѝ в клетъчното делене — еволюция, центриоли и значението за митозата.

В клетъчната биология центрозомата е органел, който е основното място, където се организират клетъчните микротубули. Освен това той регулира цикъла на клетъчно делене - етапите, които водят до разделянето на една клетка на две.

Центрозомата е открита от Едуард Ван Бенеден през 1883 г., а през 1888 г. е описана и наречена от Теодор Бовери.

Центрозомата очевидно е еволюирала само в животинските клетки. Гъбите и растенията използват други структури за организиране на микротубулите си. Въпреки че центрозомата има ключова роля за ефективната митоза в животинските клетки, тя не е необходима.

Центрозомата е съставена от две центриоли, разположени под прав ъгъл една спрямо друга. Те са заобиколени от безформена протеинова маса.

Структура и състав

В центрозомата двата центриола обикновено са цилиндрични структури, всяка от които има характерна организация на микротубулите в набори от по три (т.нар. девет триплета). Центриолите са съставени от белтъци като SAS-6, които участват във формирането на т.нар. "cartwheel" и осигуряват симетрията им. Около центриолите се намира перицентриерата (pericentriolar material, PCM) — аморфна матрица от белтъци (например перисентрин, γ-тубулин и други), чрез която центрозомата действа като основен MTOC (microtubule-organizing center) и започва нуклеацията на микротубулите.

Функции

• Организация на микротубулите: чрез γ-тубулиновия ринг-комплекс (γ-TuRC) центрозомата нуклеира растежа на микротубулите и определя тяхната ориентация и броя.
• Формиране на митотичното вретено: по време на митоза центрозомата спомага за изграждането и позиционирането на вретеното, което разделя хромозомите.
• Регулация на клетъчния цикъл: дубликацията на центрозомата е строго свързана с фазите на клетъчния цикъл (обикновено дублирание през S-фаза), а нарушения в този процес водят до центросомна амплификация и хромозомна нестабилност.
• Полярност и миграция на клетките: чрез ориентиране на микротубулната мрежа центрозомата участва в установяване на клетъчната полярност и насочване на движения на органели и везикули.
• Базално тяло за реснички и флагели: при образуване на реснички и един клетки (цилитогенеза) една от центриолите може да действа като базално тяло и да започне изграждането на аксономата.

Цикъл на центрозомата и контрол

Центрозомата преминава през собствен цикъл на дубликация и раздалечаване, синхронизиран с клетъчния цикъл. Ключови регулатори включват кинези и кинази като PLK4, CDK2/циклин E и други белтъци, които контролират инициацията на новата центриола. Правилната дубликация гарантира, че при митоза всяка дъщерна клетка ще получи една центрозома (две центриоли), а неправилна регулация може да доведе до наличието на повече центрозоми и до дефекти в делението.

Вариации между организми и независимост от центрозомата

Въпреки че центрозомата е характерна за животинските клетки, много организми (включително повечето растения и някои гъби) организират микротубулите си чрез други MTOC структури. Експериментални изследвания показват, че при изкуствено премахване на центрозомата животинските клетки могат да формират митотично вретено и без нея благодарение на механизми за нуклеация на микротубули, асистирани от хромозомите и моторните белтъци. Въпреки това делението често е по-малко ефективно и се наблюдава повишен риск от грешки.

Клинично значение

Аномалии в структурата или числото на центрозомите са свързани с различни заболявания:

• Рак: центросомната амплификация често се наблюдава в туморни клетки и може да допринесе за хромозомна нестабилност и анeuploidия.
• Микроцефалия и наследствени синдроми: мутации в белтъци, участващи в дубликацията и функцията на центрозомата, могат да доведат до нарушен невробластов растеж и вродени аномалии.
• Цилопатии: дефекти в трансформацията на центриолата в базално тяло влияят на образуването на реснички и флагели, което води до синдроми с широкообхватни прояви (напр. респираторни и репродуктивни проблеми).

Кратко обобщение

Центрозомата е ключов организатор на микротубулната мрежа в животинските клетки, съставена от двойка центриоли и обграждаща протеинова маса. Тя участва в нуклеацията на микротубулите, изграждането на митотичното вретено, установяването на клетъчна полярност и образуването на реснички. Въпреки важността ѝ за нормалната клетъчна делба, клетките притежават и центрозома-независими механизми за организиране на микротубулите, което отразява еволюционното разнообразие на MTOC системите.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява центрозомата?

В: Кой и кога е открил центрозомата?

В: Използват ли гъбите и растенията центрозомата, за да организират своите микротубули?

Въпрос: Центрозомата еволюирала ли е във всички видове клетки?

В: Необходима ли е центрозомата за ефективна митоза в животинските клетки?

В: От какво е съставена центрозомата?

В: Каква е основната роля на центрозомата?

Търсене по буква