35.6
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 centrosome duplication and when does it occur?
Centrosome duplication is the process by which a cell replicates its centrosome to produce two centrosomes before cell division. This duplication occurs during the cell cycle, typically beginning in G1 phase and completing by the end of S phase. Each daughter centrosome contains a pair of centrioles and serves as a microtubule-organizing center essential for proper cell division.
Q2: Why is centrosome duplication important for cell division?
Centrosome duplication is critical because the two resulting centrosomes organize and nucleate microtubules that form the spindle apparatus during mitosis and cytokinesis. Without proper duplication, cells cannot establish bipolar spindles needed for accurate chromosome segregation and successful cell division. This ensures each daughter cell receives the correct genetic material.
Q3: What are the main structural components of a centrosome?
A centrosome consists of two centrioles arranged perpendicular to each other, surrounded by pericentriolar material (PCM). The centrioles are cylindrical structures composed of microtubules, while the PCM contains proteins that nucleate and organize microtubules. Together, these components enable the centrosome to function as the cell's primary microtubule-organizing center.
Q4: How does the centrosome cycle relate to the cell cycle?
The centrosome cycle is tightly coordinated with the cell cycle, ensuring centrosome duplication occurs once per cell cycle. Duplication begins in G1 phase and completes by late S phase, so two centrosomes are available for spindle formation during mitosis. This synchronization prevents centrosome over-duplication and maintains genomic stability across cell divisions.
Q5: What role do centrosomes play in organizing microtubules?
Centrosomes nucleate and organize microtubules into radial arrays that extend throughout the cell. During interphase, centrosomes organize the cytoplasmic microtubule network that supports cell shape and transport. During cell division, the two centrosomes organize microtubules into the bipolar spindle that separates chromosomes and organizes the cell for cytokinesis.
Q6: What happens if centrosome duplication fails or is abnormal?
Abnormal centrosome duplication can lead to multipolar spindles, chromosome missegregation, and aneuploidy, potentially causing cell death or cancer development. Conversely, failure to duplicate centrosomes results in monopolar spindles and improper chromosome segregation. Both scenarios disrupt normal cell division and can compromise cellular viability and genomic stability.
Q7: How do cells regulate centrosome duplication to occur only once per cycle?
Cells regulate centrosome duplication through licensing and re-licensing mechanisms controlled by cell cycle checkpoints and kinases. Licensing factors allow duplication during G1 phase, but are inactivated during S and G2 phases to prevent re-duplication. This tight regulation ensures exactly two centrosomes exist before division, maintaining proper spindle formation and chromosome segregation.