7.6
مركز تنظيم الأنابيب الدقيقة الأساسي (MTOC) في الخلايا الحيوانية هو الجسيم المركزي. يحتوي الجسيم المركزي على اثنين من المريكزات الأسطوانية في قلبه. يتك…
الجسيم المركزي هو منظم الأنابيب الدقيقة الرئيسي لخلية حقيقية النواة ويلعب دورا حيويا في تكوين المغزل الانقسامي ، وهو ترتيب ثنائي القطب من الأنابيب الدقيقة التي تفصل بين الكروماتيدات الشقيقة. يتكون قطبا المغزل من اثنين من الجسيمات المركزية الموضوعة بشكل معاكس.
قبلدورة الخلية ، تحتوي معظم الخلايا الحيوانية على جسيم مركزي واحد فقط في السيتوبلازم. يساعد مركب كيناز أو Cdk المعتمد على G1 / S-cyclin - الذي يتكون من cyclin E و Cdk2 في الخلايا الحيوانية - على تحفيز ازدواجية الجسيم المركزي بالإضافة إلى دخول دورة الخلية.
يتكون كل جسيم مركزي من اثنين من المريكزات ، والتي يتم تغليفها بواسطة مصفوفة بروتينية حول مركزية.
يبدأ ازدواجية الجسيم المركزي في مرحلة G1 المبكرة عندما يقوم الانفصال بفك الاشتباك بين المريكزين. البروتين الذي ينتمي إلى عائلة بروتين كيناز الشبيهة بالبولو ، Plk-4 ، هو منظم مهم للتكوين الحيوي للمنتز المركزية لدى البشر.
بالقرب من بداية المرحلة S ، يبدأ المريكز الابنة في النمو بزاوية قائمة على قاعدة كل مطرز.
خلال G2 ، عادة ما تنتهي المريكزات الابنة من الاستطالة. تظل المريكزات الأربعة قريبة من بعضها البعض في الجسيم المركزي حتى تدخل الخلية في الانقسام.
في بداية الانقسام ، ينقسم الجسيم المركزي إلى قسمين ، وهو ما يعرف أيضا باسم انفصال الجسيم المركزي. يحتوي كل من الجسيمين المركزيين الناتجين على زوج من المريكزات والمصفوفة المحيطة بالمفاصل. كلا الجسيمات المركزية نواة مجموعة من الأنابيب الدقيقة ، بشكل أساسي في المنترول الأم ، ويشكلان بشكل جماعي المغزل الانقسامي.
تتشابه دورة حياة الجسيم المركزي والكروموسوم في عدة جوانب. يحدث تكرارها مرة واحدة فقط في كل دورة وكلاهما يتكرر من خلال عملية شبه متحفظة حيث يتم إنتاج نسخة جديدة من النسخة الأصلية الموجودة مسبقا.
أيضا ، مثل الكروموسومات ، يتم توزيع نسخة واحدة من الجسيم المركزي بالتساوي على كل خلية ابنة بعد الانقسام.
يمكن أن يؤدي الازدواجية المفرطة للجسيم المركزي إلى إضعاف تجميع المغزل الانقسامي والتسبب في فصل الكروموسومات بشكل غير صحيح ، مما قد يسبب أمراضا مثل السرطان.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is a centrosome and what role does it play in cell division?
A centrosome is the main microtubule organizing center in eukaryotic cells. It consists of two centrioles surrounded by a pericentriolar matrix and plays a vital role in forming the mitotic spindle, a bipolar arrangement of microtubules that separates sister chromatids during cell division. The two spindle poles are formed by two oppositely placed centrosomes.
Q2: When does centrosome duplication occur during the cell cycle?
Centrosome duplication begins in early G1 phase when separase disengages the two centrioles. Daughter centrioles start growing at a right angle to each parent centriole near S phase onset and elongate through G2. By the time the cell reaches mitosis, it has two centrosomes, each containing a pair of centrioles and pericentriolar matrix.
Q3: What proteins regulate centrosome duplication in the cell cycle?
The G1/S-cyclin dependent kinase complex, consisting of cyclin E and Cdk2 in animal cells, triggers centrosome duplication and cell cycle entry. Plk-4, a polo-like protein kinase, is an important regulator for centriole biogenesis in humans. These proteins ensure centrosome duplication occurs only once per cell cycle.
Q4: How does centrosome duplication resemble chromosome duplication?
Both centrosomes and chromosomes duplicate only once per cell cycle through a semiconservative process where a new copy is produced from a pre-existing parent copy. After cell division, one copy of each is equally distributed to each daughter cell. This parallel regulation ensures proper inheritance of both genetic material and microtubule organizing capacity.
Q5: What happens to centrosomes at the beginning of mitosis?
At mitosis onset, the centrosome splits in two through a process called centrosome disjunction. The two resulting centrosomes move apart, with microtubule motor proteins facilitating their separation. Both centrosomes then nucleate microtubules, primarily at the mother centriole, collectively forming the mitotic spindle and assembly dynein kinesin and microtubules.
Q6: What is the structure of a centriole within a centrosome?
Each centriole consists of nine sets of three microtubules held together by proteins. The two centrioles are positioned at right angles to each other and surrounded by a shapeless protein cloud called the pericentriolar matrix. This organized structure enables the centrosome to function as the primary microtubule organizing center.
Q7: How can excessive centrosome duplication lead to disease?
Excessive centrosome duplication impairs mitotic spindle assembly and causes chromosomes to segregate improperly, leading to chromosomal abnormalities. These errors are implicated in multiple diseases, notably cancer. Tumor suppressor proteins and oncogenes are linked to detrimental changes in tumor cell centrosomes, making them attractive treatment targets.