WikiDer > Центросомный цикл

Centrosome cycle
Схема цикла центросомы.[1]

Центросомы основные центры организации микротрубочек (MTOC) в клетках млекопитающих.[2] Нарушение регуляции центросомы может вызвать ошибки в сегрегации хромосом и связано с анеуплоидия. Центросома состоит из двух ортогональных цилиндрических белков, называемых центриоли, которые окружены плотным аморфным облаком электронов и белков перицентриолярный материал (PCM).[3] PCM необходим для зарождения и организации микротрубочек.[3] Цикл центросомы важен для обеспечения того, чтобы дочерние клетки получить центросому после деление клеток. Поскольку клеточный цикл прогрессирует, центросома претерпевает ряд морфологических и функциональных изменений. Инициация центросомного цикла происходит на ранней стадии клеточного цикла, чтобы к тому времени было две центросомы. митоз происходит.

Поскольку центросома организует микротрубочки клетки, t имеет отношение к формированию митотического веретена, полярности и, следовательно, формы клетки, а также ко всем другим процессам, имеющим отношение к митотическому веретену.[2] Центриоль - это внутреннее ядро ​​центросомы, и по форме она обычно напоминает спицы колеса. Он имеет несколько разное строение, количество разных организмов, но в целом его строение схоже. С другой стороны, растения обычно не имеют центриолей.[4]

Цикл центросомы состоит из четырех фаз, которые синхронизированы с клеточным циклом. К ним относятся: дупликация центросомы во время Фаза G1 и S фазасозревание центросомы в Фаза G2, разделение центросом в митотическая фазадезориентация центросом в поздней митотической фазе - фазе G1.

Синтез центриолей

Центриоли образуются в новых дочерних клетках за счет дублирования уже существующих центриоли в материнских клетках. Каждая дочерняя клетка наследует две центриоли (одну центросому), окруженные перицентриолярным материалом в результате деления клетки. Однако две центриоли разного возраста. Это связано с тем, что одна центриоль происходит из материнской клетки, а другая реплицируется из материнской центриоли во время клеточного цикла. Можно различить две ранее существовавшие центриоли, потому что материнская и дочерняя центриоли различаются как по форме, так и по функциям.[5] Например, материнская центриоль может образовывать и организовывать микротрубочки, тогда как дочерняя центриоль может только зарождаться.

Первый, процентриоли начинают формироваться возле каждой ранее существовавшей центриоли по мере того, как клетка движется от Фаза G1 в фазу S.[6][7][8] Во время S- и G2-фаз клеточного цикла процентриоли удлиняются, пока не достигнут длины старших материнских и дочерних центриолей. На этом этапе дочерняя центриоль приобретает характеристики материнской центриоли. Когда они достигают полной длины, новая центриоль и ее материнская центриоль образуют диплосома. Диплосома - это жесткий комплекс, образованный ортогональный мать и новообразованная центриоль (теперь дочерняя центриоль), которая помогает в процессах митоза. Когда происходит митоз, расстояние между материнской и дочерней центриолями увеличивается до тех пор, пока не станет равным анафазадиплосома разрушается, и каждая центриоль окружается собственным перицентриолярным материалом.[6]

Дупликация центросомы

Регуляция клеточного цикла дупликации центросом

Предполагается, что центросомы реплицируются только один раз в каждом клеточном цикле и поэтому сильно регулируются.[9] Было обнаружено, что цикл центросом регулируется множеством факторов, включая обратимое фосфорилирование и протеолиз.[2] Он также претерпевает определенные процессы на каждом этапе деления клеток из-за сильной регуляции, поэтому процесс настолько эффективен.[9]

Дупликация центросом сильно регулируется контролем клеточного цикла. Эта связь между клеточным циклом и центросомным циклом опосредуется циклин-зависимая киназа 2 (Cdk2). Cdk2 - это протеинкиназа (фермент), регулирующая клеточный цикл.[10] Было достаточно доказательств [11][12][13][14] что Cdk2 необходим как для Репликация ДНК и удвоение центросомы, которые являются ключевыми событиями в S-фазе. Также было показано [13][15][16] что Cdk2 комплексы с обоими циклин А и циклин E и этот комплекс важен для дупликации центросом.[10] Было предложено три субстрата Cdk2, ответственных за регуляцию удвоения центриолей: нуклеофозмин (NPM / B23), CP110, и MPS1.[3] Нуклеофозмин обнаружен только в нереплицированных центросомах и их фосфорилирование с помощью Cdk2 / cyclin E удаляет NPM из центросом, инициируя образование процентриолов.[17][18] CP110 является важным центросомным белком, который фосфорилируется как митотическими, так и интерфазными комплексами Cdk / cyclin и, как полагают, влияет на дупликацию центросом в S-фазе. [19] MPS1 является протеинкиназой, которая необходима для контрольной точки сборки веретена,[19] и считается, что он может реконструировать SAS6- промежуточное звено между оторванными материнскими и дочерними центриолями в пару белковых комплексов колесного колеса, на которых собираются процентриоли.[20]

Созревание центросомы

Созревание центросомы определяется как увеличение или накопление кольцевых комплексов γ-тубулина и других белков PCM в центросоме.[2] Это увеличение γ-тубулина дает зрелой центросоме большую способность образовывать ядро ​​микротрубочек. Фосфорилирование играет ключевую регуляторную роль в созревании центросом, и считается, что Поло-подобные киназы (Plks) и Киназы Авроры ответственны за это фосфорилирование. [21] Фосфорилирование нижестоящих мишеней Plks и Aurora A приводит к рекрутированию γ-тубулина и других белков, которые формируют PCM вокруг центриолей. [23]

Разделение центросом

В раннем митозе несколько моторных белков управляют разделением центросом. С началом профазы моторный белок динеин обеспечивает большую часть силы, необходимой для разрыва двух центросом. Событие разделения фактически происходит при переходе G2 / M и происходит в два этапа. На первом этапе связь между двумя родительскими центриолями разрушается. На втором этапе центросомы разделяются с помощью моторных белков микротрубочек.[2]

Дезориентация центросом

Дезориентация центросом относится к потере ортогональности между материнскими и дочерними центриолями.[2] Как только происходит дезориентация, зрелая центриоль начинает двигаться к борозде расщепления. Было высказано предположение, что это движение является ключевым шагом в опадение, терминальная фаза клеточного деления.[21]

Редукция центросомы

Редукция центросомы - это постепенная потеря компонентов центросомы, которая происходит после митоз и во время дифференциация[22] В циклических ячейках после митоз центросома потеряла большую часть своего перицентриолярный материал (PCM) и его способность к зарождению микротрубочек. В сперма, центриоль структура также изменяется в дополнение к потере PCM и его способности к зарождению микротрубочек.[23]

Нарушение регуляции цикла центросом

Неправильное прохождение цикла центросом может привести к неправильному количеству центросом и анеуплоидии, что в конечном итоге может привести к раку. Роль центросом в прогрессировании опухоли неясна. Неправильная экспрессия генов, таких как p53, BRCA1, Mdm2, Аврора-А и сурвивин вызывает увеличение количества центросом, присутствующих в клетке. Однако не совсем понятно, как эти гены влияют на центросомы или как увеличение центросом влияет на прогрессирование опухоли.[24]

Цикл центросом и заболевание

Проблемы с центросомой могут иметь пагубные последствия для клетки, что может привести к заболеваниям организмов, в которых находятся клетки. Рак - это хорошо изученное заболевание, которое, как было установлено, связано с центросомой клетки.[2] Карликовость, микроцефалия и цилиопатии также недавно были генетически связаны с белками центросом.[25]

Считается, что центросомы связаны с раком из-за того, что они содержат белки-супрессоры опухолей и онкогены. Было обнаружено, что эти белки вызывают пагубные изменения в центросомах различных опухолевых клеток.[26] Существует две основные категории изменения центросомы: структурная и функциональная. Структурные изменения могут приводить к разным формам, размерам, количеству, положению или составу, в то время как функциональные изменения могут приводить к проблемам с микротрубочками и митотическими веретенами, таким образом оказываясь вредными для деления клеток.[26] Исследователи надеются, что нацеливание на кариозные центросомные белки может стать возможным лечением или профилактикой рака.[26]

Рекомендации

  1. ^ "Рисунок 1". Аврора-А: производитель и выключатель полюсов шпинделя. Журнал клеточной науки. Архивировано из оригинал 11 мая 2012 г.. Получено 11 декабря 2012.
  2. ^ а б c d е ж грамм Меральди П., Нигг Е.А. (июнь 2002 г.). «Цикл центросом». Письма FEBS. 521 (1–3): 9–13. Дои:10.1016 / S0014-5793 (02) 02865-X. PMID 12067716.
  3. ^ а б c Лончарек Дж., Ходжаков А. (февраль 2009 г.). «Ab ovo или de novo? Механизмы удвоения центриолей». Молекулы и клетки. 27 (2): 135–42. Дои:10.1007 / s10059-009-0017-z. ЧВК 2691869. PMID 19277494.
  4. ^ Фу Дж., Хаган И.М., Гловер Д.М. (февраль 2015 г.). «Центросома и цикл ее дупликации». Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии. 7 (2): a015800. Дои:10.1101 / cshperspect.a015800. PMID 25646378.
  5. ^ Piel M, Nordberg J, Euteneuer U, Bornens M (февраль 2001 г.). «Центросомозависимый выход цитокинеза в клетках животных». Наука. 291 (5508): 1550–3. Bibcode:2001Научный ... 291.1550P. Дои:10.1126 / science.1057330. PMID 11222861.
  6. ^ а б Кретьен Д., Буэндиа Б., Фуллер С.Д., Карсенти Э. (ноябрь 1997 г.). «Реконструкция цикла центросом по криоэлектронным микрофотографиям». Журнал структурной биологии. 120 (2): 117–33. Дои:10.1006 / jsbi.1997.3928. PMID 9417977.
  7. ^ Курияма Р., Борисы Г.Г. (декабрь 1981 г.). «Центриольный цикл в клетках яичников китайского хомячка, как определено с помощью полной электронной микроскопии». Журнал клеточной биологии. 91 (3 Pt 1): 814–21. Дои:10.1083 / jcb.91.3.814. ЧВК 2112828. PMID 7328123.
  8. ^ Воробьев И.А. (июнь 1982 г.). «Центриоли в клеточном цикле. I. Эпителиальные клетки». Журнал клеточной биологии. 93 (3): 938–49. Дои:10.1083 / jcb.93.3.938. ЧВК 2112136. PMID 7119006.
  9. ^ а б Fujita H, Yoshino Y, Chiba N (март 2016 г.). «Регуляция центросомного цикла». Молекулярная и клеточная онкология. 3 (2): e1075643. Дои:10.1080/23723556.2015.1075643. ЧВК 4905396. PMID 27308597.
  10. ^ а б «Циклинзависимая киназа 2 CDK2 [Homo sapiens (человек)]». Джин - NCBI. Получено 1 декабря 2019.
  11. ^ Hinchcliffe EH, Li C, Thompson EA, Maller JL, Sluder G (февраль 1999 г.). «Необходимость активности Cdk2-циклина E для повторного воспроизводства центросом в экстрактах яиц Xenopus». Наука. 283 (5403): 851–4. Bibcode:1999Научный ... 283..851H. Дои:10.1126 / science.283.5403.851. PMID 9933170.
  12. ^ Мацумото Ю., Хаяси К., Нисида Е. (апрель 1999 г.). «Циклин-зависимая киназа 2 (Cdk2) необходима для дупликации центросом в клетках млекопитающих». Текущая биология. 9 (8): 429–32. Дои:10.1016 / S0960-9822 (99) 80191-2. PMID 10226033.
  13. ^ а б Меральди П., Лукас Дж., Фрай А.М., Бартек Дж., Нигг Е.А. (июнь 1999 г.). «Дублирование центросом в соматических клетках млекопитающих требует E2F и Cdk2-циклина A». Природа клеточной биологии. 1 (2): 88–93. Дои:10.1038/10054. PMID 10559879.
  14. ^ Лейси К.Р., Джексон П.К., Стернс Т. (март 1999 г.). «Циклин-зависимая киназа, контролирующая дупликацию центросом». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 96 (6): 2817–22. Bibcode:1999PNAS ... 96.2817L. Дои:10.1073 / pnas.96.6.2817. ЧВК 15852. PMID 10077594.
  15. ^ Hinchcliffe EH, Sluder G (сентябрь 2001 г.). «Дупликация центросом: три киназы выходят победителями!». Текущая биология. 11 (17): R698-701. Дои:10.1016 / S0960-9822 (01) 00412-2. PMID 11553343.
  16. ^ Мацумото Ю., Маллер Дж. Л. (октябрь 2004 г.). «Сигнал центросомной локализации в циклине E, необходимый для Cdk2-независимого входа в S-фазу». Наука. 306 (5697): 885–8. Bibcode:2004Наука ... 306..885М. Дои:10.1126 / science.1103544. PMID 15514162.
  17. ^ Окуда М., Хорн Х. Ф., Тарапор П., Токуяма Ю., Смулиан А. Г., Чан П. К. и др. (Сентябрь 2000 г.). «Нуклеофозмин / B23 является мишенью CDK2 / циклина E при дупликации центросомы». Клетка. 103 (1): 127–40. Дои:10.1016 / S0092-8674 (00) 00093-3. PMID 11051553.
  18. ^ Токуяма Ю., Хорн Х. Ф., Кавамура К., Тарапоре П., Фукасава К. (июнь 2001 г.). «Специфическое фосфорилирование нуклеофозмина по Thr (199) циклин-зависимой киназой 2-циклином E и его роль в дупликации центросом». Журнал биологической химии. 276 (24): 21529–37. Дои:10.1074 / jbc.M100014200. PMID 11278991.
  19. ^ Штуке В.М., Силлже Х.Х., Арно Л., Нигг Э.А. (апрель 2002 г.). «Киназа Mps1 человека необходима для контрольной точки сборки веретена, но не для дупликации центросомы». Журнал EMBO. 21 (7): 1723–32. Дои:10.1093 / emboj / 21.7.1723. ЧВК 125937. PMID 11927556.
  20. ^ Пайк А.Н., Фиск Х.А. (апрель 2011 г.). «Сборка центриолей и роль Mps1: оправданная или необязательная?». Отделение клеток. 6: 9. Дои:10.1186/1747-1028-6-9. ЧВК 3094359. PMID 21492451.
  21. ^ Русан Н.М., Роджерс Г.К. (май 2009 г.). «Функция центросомы: иногда лучше меньше, да лучше». Трафик. 10 (5): 472–81. Дои:10.1111 / j.1600-0854.2009.00880.x. PMID 19192251.
  22. ^ Авидор-Рейсс Т., Хире А., Фишман Е.Л., Джо К.Х. (2015). «Атипичные центриоли при половом размножении». Границы клеточной биологии и биологии развития. 3: 21. Дои:10.3389 / fcell.2015.00021. ЧВК 4381714. PMID 25883936.
  23. ^ Хире А., Визует А.А., Давила Э., Авидор-Рейсс Т. (ноябрь 2015 г.). «Сокращение без звездочки во время спермиогенеза регулируется Plk4 и имеет важное значение для развития зигот у дрозофилы». Текущая биология. 25 (22): 2956–63. Дои:10.1016 / j.cub.2015.09.045. ЧВК 4654664. PMID 26480844.
  24. ^ Кунья-Феррейра I, Бенто I, Беттанкур-Диас М. (май 2009 г.). «От нуля до многих: контроль числа центриолей в развитии и болезни». Трафик. 10 (5): 482–98. Дои:10.1111 / j.1600-0854.2009.00905.x. PMID 19416494.
  25. ^ Нигг Е.А., Чаянек Л., Арквинт С. (август 2014 г.). «Цикл дупликации центросом в здоровье и болезни». Письма FEBS. 588 (15): 2366–72. Дои:10.1016 / j.febslet.2014.06.030. PMID 24951839.
  26. ^ а б c Ривера-Ривера Y, Сааведра HI (декабрь 2016 г.). «Центросома - многообещающая противораковая мишень». Биологические препараты. 10: 167–176. Дои:10.2147 / BTT.S87396. ЧВК 5167523. PMID 28008224.