CENTRIOLY: FUNKCE A VLASTNOSTI - VĚDA - 2025

Tyto centrioles jsou válcovité struktury složené z buněčných shluků mikrotubulů. Jsou tvořeny proteinovým tubulinem, který se nachází ve většině eukaryotických buněk.

Přidružená dvojice centriolů, obklopená beztvarou hmotou hustého materiálu zvaného pericentrolární materiál (PCM), tvoří strukturu zvanou centrosom.

Centrioly jsou válcové struktury, které jsou tvořeny shluky mikrotubulů. Většina středisek je tvořena devíti sadami mikrotubulárních trií, uspořádanými ve válci.

Úkolem středisek je řídit sestavení mikrotubulů, účastnit se organizace buněk (poloha jádra a prostorové uspořádání buňky), formování a funkce bičíků a řasinek (ciliogeneze) a dělení buněk (mitóza a meióza).

Centrioly se nacházejí v buněčných strukturách známých jako centrosomy v živočišných buňkách a v rostlinných buňkách chybí.

Defekty ve struktuře nebo počtu středních buněk v každé buňce mohou mít značné důsledky pro fyziologii organismu, což vede mimo jiné k úpravám reakce na stres během zánětu, mužské neplodnosti, neurodegenerativních chorob a tvorby nádorů.

Centiole je válcová struktura. Dvojice sdružených centriolů, obklopených beztvarou hmotou hustého materiálu (nazývaného „pericentrolární materiál“ nebo PCM), tvoří kompozitní strukturu nazývanou „centrosom“.

Byly považovány za nedůležité až před několika lety, když se dospělo k závěru, že se jedná o hlavní organely ve vedení buněčného dělení a duplikace (mitózy) v eukaryotických buňkách (hlavně u lidí a jiných zvířat).

Buňka

Posledním společným předkem veškerého života na Zemi byla jediná buňka a posledním společným předkem všech eukaryot byla ciliated buňka s centioly.

Každý organismus je tvořen skupinou interakčních buněk. Organismy obsahují orgány, orgány jsou tvořeny tkáněmi, tkáně jsou tvořeny buňkami a buňky jsou tvořeny molekulami.

Všechny buňky používají stejné molekulární „stavební bloky“, podobné metody pro uchovávání, udržování a expresi genetické informace a podobné procesy metabolismu energie, molekulární transport, signalizaci, vývoj a strukturu.

Mikrotubuly

V prvních dnech elektronové mikroskopie pozorovali buněční biologové dlouhé cysty v cytoplazmě, které nazývali mikrotubuly.

Byly pozorovány morfologicky podobné mikrotubuly, které vytvářely vlákna mitotického vřetena, jako složky axonů neuronů a jako strukturální prvky v řasinkách a bičínech.

Pečlivé zkoumání jednotlivých mikrotubulů ukázalo, že všechny byly složeny ze 13 podélných jednotek (nyní nazývaných protofilamenty) složených z hlavního proteinu (sestávajícího z úzce příbuzné podjednotky α-tubulinů a β-tubulinů) a několika proteinů spojených s mikrotubuly (MAP).

Kromě jejich funkcí v jiných buňkách jsou mikrotubuly nezbytné pro růst, morfologii, migraci a polaritu neuronu, jakož i pro vývoj, udržování a přežití a účinný nervový systém..

Důležitost delikátní interakce mezi složkami cytoskeletu (mikrotubuly, aktinová vlákna, střední vlákna a septiny) se odráží v několika lidských neurodegenerativních poruchách souvisejících s abnormální dynamikou mikrotubulů, včetně Parkinsonovy choroby a Alzheimerovy choroby.

Cilia a bičíky

Cilia a bičíky jsou organely, které se nacházejí na povrchu většiny eukaryotických buněk. Jsou tvořeny hlavně mikrotubuly a membránou.

Motilita spermií je způsobena mobilními cytoskeletálními elementy přítomnými v jejím ocasu, nazývanými axonémy. Struktura axonémů se skládá z 9 skupin po každé 2 mikrotubuly, molekulárních motorů (dyneiny) a jejich regulačních struktur.

Centrioly hrají ústřední roli v ciliogenezi a progresi buněčného cyklu. Zrání středních buněk vede ke změně funkce, která vede od buněčného dělení k tvorbě řasinek.

Poruchy struktury nebo funkce axonému nebo řasinek způsobují u lidí mnohočetné poruchy zvané ciliopatie. Tato onemocnění postihují různé tkáně, včetně očí, ledvin, mozku, plic a pohyblivosti spermií (což často vede k mužské neplodnosti).

Centiole

Devět tripletů mikrotubulů uspořádaných po obvodu (tvořících krátký dutý válec) jsou „stavební kameny“ a hlavní struktura středíku.

Po mnoho let byla struktura a funkce středisek ignorována, a to i přesto, že v 80. letech 20. století byl centrosom vizualizován světelnou mikroskopií.

Theodor Boveri publikoval klíčové dílo v roce 1888, popisující původ centrosomu ze spermatu po oplodnění. Ve své krátké komunikaci z roku 1887 Boveri napsal:

„Centrosom představuje dynamické centrum buňky; Jeho dělení vytváří centra vytvořených dceřiných buněk, kolem nichž jsou symetricky uspořádány všechny ostatní buněčné komponenty… Centrosom je skutečný dělící orgán buňky, zprostředkovává jaderné a buněčné dělení “(Scheer, 2014: 1)..

Krátce po polovině 20. století, s vývojem elektronové mikroskopie, bylo chování centiol studováno a vysvětleno Paul Schafer.

Tato práce byla bohužel z velké části ignorována, protože vědci se začali zaměřovat na zjištění Watsona a Kricka o DNA.

Centrosome

Dvojice středisek, umístěná v sousedství jádra a kolmá k sobě, jsou „centrosom“. Jeden z centerioles je známý jako “otec” (nebo matka). Druhý je známý jako „syn“ (nebo dcera; je o něco kratší a jeho základna je připevněna k matce).

Proximální konce (ve spojení dvou středisek) jsou ponořeny do proteinového „cloudu“ (možná až 300 nebo více) známého jako mikrotubulární organizační centrum (MTOC), protože poskytuje protein nezbytný pro konstrukci mikrotubuly.

MTOC je také známý jako „pericentrioulární materiál“ a je negativně nabitý. Naopak distální konce (od spojení dvou středik) jsou kladně nabity.

Dvojice středisek, spolu s okolním MTOC, jsou známé jako „centrosom“.

Centrosomální duplikace

Když se středy začnou duplikovat, otec a syn se od sebe mírně oddělí a pak každé středoevropské centrum začíná na svém základně tvořit nové středové: otec s novým synem a syn s vlastním synem („vnuk“)..

Zatímco dochází k duplikaci centrálních buněk, DNA jádra se také duplikuje a separuje. To znamená, že současný výzkum ukazuje, že duplicita středů a separace DNA jsou nějakým způsobem propojeny.

Duplikace a dělení buněk (mitóza)

Mitotický proces je často popisován jako iniciační fáze, známá jako „rozhraní“, po které následují čtyři vývojové fáze.

Během mezifáze se středy zdvojují a dělí na dva páry (jeden z těchto párů se začíná pohybovat směrem k opačné straně jádra) a DNA se dělí.

Po zdvojení centriolu se mikrotubuly centiolu protahují a zarovnávají podél hlavní osy jádra a vytvářejí „mitotické vřeteno“.

V první ze čtyř fází vývoje (fáze I nebo „Prophase“) chromosomy kondenzují a přibližují se k sobě a jaderná membrána se začíná oslabovat a rozpouštět. Současně je mitotické vřeteno vytvořeno s páry střediků, které jsou nyní umístěny na koncích vřetena.

Ve druhé fázi (fáze II nebo „metafáza“) se řetězce chromosomů vyrovnají s osou mitotického vřetena.

Ve třetí fázi (fáze III nebo „anafáza“) se chromozomální řetězce dělí a pohybují se na opačné konce nyní protáhlého mitotického vřetena.

Nakonec se ve čtvrté fázi (fáze IV nebo „Telophase“) kolem separovaných chromozomů vytvoří nové jaderné membrány, mitotické vřeteno se rozpadne a buněčná separace začne být dokončena polovinou cytoplazmy, která jde s každým novým jádrem.

Na každém konci mitotického vřetena mají dvojice střediků významný vliv (patrně související se silami vyvíjenými elektromagnetickými poli generovanými negativními a kladnými náboji na jeho proximálním a distálním konci) během celého procesu dělení buněk.

Centrosom a imunitní odpověď

Vystavení stresu ovlivňuje funkci, kvalitu a délku života organismu. Stres generovaný například infekcí může vést k zánětu infikovaných tkání a aktivaci imunitní odpovědi v těle. Tato reakce chrání postižený organismus a eliminuje patogen.

Je známo mnoho aspektů funkčnosti imunitního systému. Molekulární, strukturální a fyziologické jevy, ve kterých je centrosom zapojen, však zůstávají záhadou.

Nedávné studie objevily neočekávané dynamické změny struktury, umístění a funkce centrosomu za různých podmínek souvisejících se stresem. Například po napodobení podmínek infekce bylo v mezifázových buňkách zjištěno zvýšení produkce PCM a mikrotubulů.

Centrosomy v imunitní synapse

Centrosom má velmi důležitou roli ve struktuře a funkci imunologické synapse (SI). Tato struktura je tvořena specializovanými interakcemi mezi T buňkou a antigen prezentující buňkou (APC). Tato interakce buňka-buňka zahajuje migraci centrosomu směrem k SI a jeho následné napojení na plazmatickou membránu.

Dokování v centrosomu v SI je podobné jako při ciliogenezi. V tomto případě však nezačne sestavení řasinek, ale podílí se na organizaci SI a sekreci cytotoxických váčků k lýze cílových buněk a stává se klíčovým orgánem v aktivaci T buněk.

Centrosom a tepelný stres

Centrosom je cílem „molekulárních chaperonů“ (sada proteinů, jejichž funkcí je pomáhat při skládání, sestavování a buněčném transportu jiných proteinů), které poskytují ochranu před vystavením tepelnému šoku a stresu.

Mezi stresové faktory, které ovlivňují centrosom, patří poškození DNA a teplo (jako například to, které trpí buňkami horečnatých pacientů). Poškození DNA iniciuje opravné dráhy DNA, které mohou ovlivnit funkci centrosomu a složení proteinu.

Stres generovaný teplem způsobuje modifikaci struktury centriolu, narušení centrosomu a úplnou inaktivaci jeho schopnosti tvořit mikrotubuly, změnit tvorbu mitotického vřetena a zabránit mitóze.

Narušení funkce centrosomů během horečky by mohlo být adaptivní reakcí k inaktivaci pólů vřetena a zabránit abnormálnímu dělení DNA během mitózy, zejména vzhledem k potenciální dysfunkci více proteinů po denaturaci vyvolané teplem.

Také by mohla dát buňce více času na obnovení jejího souboru funkčních proteinů před restartováním buněčného dělení.

Dalším důsledkem inaktivace centrosomu během horečky je jeho neschopnost přenést ho do IS, uspořádat ho a podílet se na sekreci cytotoxických vesikul.

Abnormální vývoj středisek

Vývoj centriole je poměrně složitý proces a přestože se na něm podílí řada regulačních proteinů, mohou nastat různé typy poruch.

Pokud existuje nerovnováha v podílu proteinů, může být dceřiná centiora vadná, její geometrie může být zkreslená, osy páru se mohou lišit od kolmosti, může se vyvinout více dceřiných středisek, dceřiná středa může dosáhnout plné délky před čas nebo oddělení párů může být zpožděno.

Pokud dojde k nesprávné nebo nesprávné duplicitě středisek (s geometrickými defekty a / nebo vícenásobnou duplikací), replikace DNA se změní a nastane chromosomální nestabilita (CIN).

Podobně vady centrosomů (např. Zvětšený nebo zvětšený centrosom) vedou k CIN a podporují rozvoj více dceřiných středisek.

Tyto vývojové chyby způsobují poškození buněk, které může dokonce vést k malignímu onemocnění.

Abnormální středy a maligní buňky

Díky zásahu regulačních proteinů, když jsou detekovány abnormality ve vývoji centrálních buněk a / nebo centrosomu, mohou buňky implementovat samokorekci abnormalit.

Pokud však není dosaženo vlastní korekce abnormality, mohou abnormální nebo mnohonárodnostní centrioly („nadpočetné centrioly“) vést ke generování nádorů („tumorigenesis“) nebo buněčné smrti.

Nadpočetná středová střediska mají tendenci se spojovat, což vede ke seskupení centrosomů („amplifikace centrosomů“, charakteristika rakovinných buněk), mění buněčnou polaritu a normální vývoj mitózy, což vede ke vzniku nádorů.

Buňky s nadpřirozenými centrioly jsou charakterizovány nadbytkem pericentriolového materiálu, přerušením válcové struktury nebo nadměrnou délkou centeriolů a centriolů, které nejsou kolmé nebo špatně umístěné.

Bylo navrženo, že shluky centriolů nebo centrosomů v rakovinných buňkách by mohly sloužit jako "biomarker" při použití terapeutických a zobrazovacích činidel, jako jsou superparamagnetické nanočástice.

Reference

1. Borisy, G., Heald, R., Howard, J., Janke, C., Musacchio, A., & Nogales, E. (2016). Mikrotubuly: 50 let od objevu tubulinu. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 17 (5), 322-328.
2. Buchwalter, RA, Chen, JV, Zheng, Y., a Megraw, TL Centrosome in Cell Division, Development and Disease. eLS.
3. Gambarotto, D., & Basto, R. (2016). Důsledky numerických centrálních defektů ve vývoji a nemoci. In The Microtubule Cytoskeleton (pp. 117-149). Springer Vídeň.
4. Huston, RL (2016). Recenze aktivity Centriole a Wrongful Activity, během buněčného dělení. Pokroky v Bioscience and Biotechnology, 7 (03), 169.
5. Inaba, K., & Mizuno, K. (2016). Poruchy spermie a ciliopatie. Reprodukční medicína a biologie, 15 (2), 77-94.
6. Keeling, J., Tsiokas, L., & Maskey, D. (2016). Buněčné mechanismy řízení ciliární délky. Buňky, 5 (1), 6.
7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A., Martin, KC (2016). Molekulární buněčná biologie. New York: WH Freeman and Company.
8. Matamoros, AJ, & Baas, PW (2016). Mikrotubuly ve zdravotním a degenerativním onemocnění nervového systému. Brain Research Bulletin, 126, 217-225.
9. Pellegrini, L., Wetzel, A., Grannó, S., Heaton, G., & Harvey, K. (2016). Zpátky do tubulu: dynamika mikrotubulů u Parkinsonovy choroby. Cellular and Molecular Life Sciences, 1-26.
10. Scheer, U. (2014). Historické kořeny centrosomového výzkumu: objev mikroskopických sklíčků Boveri ve Würzburgu. Phil. Trans. R. Soc., B, 369 (1650), 20130469.
11. Severson, AF, von Dassow, G., & Bowerman, B. (2016). Kapitola 5. Sestavení a funkce meiotického vřetena pět oocytů. Aktuální témata vývojové biologie, 116, 65-98.
12. Soley, JT (2016). Srovnávací přehled středního komplexu spermií u savců a ptáků: Variace na téma. Věda o reprodukci zvířat, 169, 14-23.
13. Vertii, A., & Doxsey, S. (2016). Centrosome: Phoenix Organelle imunitní reakce. Single Cell Biology, 2016.
14. Vertii, A., Hehnly, H., & Doxsey, S. (2016). Centrosome, Multitalented Renaissance Organelle. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 8 (12), a025049.
15. Aktivace lymfocytů Původní práce federální vlády USA - public domain. Přeloženo BQmUB2012110.
16. Alejandro Porto - derivát souboru: Aufbau einer Tierischen Zelle.jpg of Petr94. Základní schéma eukaryotické zvířecí buňky.
17. Kelvinsong - Centrosome Cycle (verze editorů).svg. Přeložil do španělštiny Alejandro Porto.
18. Kelvinsong - vlastní práce. Schéma centrosomu, bez žlutého rámečku.
19. Kelvinsong, Centriole-en, CC BY 3.0.
20. NIAID / NIH - fotoproud NIAID Flickr. Mikrofotografie lidského T lymfocytu (nazývaného také T buňka) z imunitního systému zdravého dárce.
21. Silvia Márquez a Andrea Lassalle, Tubulina, CC BY 3.0
22. Zjednodušené schéma spermatozoon.svg: Mariana Ruizová odvozená práce: Miguelferig.