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Zentrosomenverdopplung
Das primäre mikrotubuläre Organisationszentrum (MTOC) in tierischen Zellen ist das Zentrosom. Ein Zentrosom besteht im Kern aus zwei zylindrischen Zen…
Ein Zentrosom ist der Hauptorganisator der Mikrotubuli einer eukaryotischen Zelle und spielt eine wichtige Rolle bei der Bildung der mitotischen Spindel, einer bipolaren Anordnung von Mikrotubuli, die die Schwesterchromatiden trennt. Die beiden Spindelpole werden durch zwei gegeneinander angeordnete Zentrosomen gebildet.
Vor dem Zellzyklus enthalten die meisten tierischen Zellen jedoch nur ein Zentrosom im Zytoplasma. Die G1/S-Cyclin-abhängige Kinase oder Cdk-Komplex, die in tierischen Zellen aus Cyclin E und Cdk2 besteht, trägt dazu bei, die Zentrosomduplikation sowie den Eintritt in den Zellzyklus auszulösen.
Jedes Zentrosom besteht aus zwei Zentriolen, die von einer proteinhaltigen perizentriolären Matrix verkapselt sind.
Die Zentrosomduplikation beginnt in der frühen G1-Phase, wenn die Separase die Entkopplung der beiden Zentriolen durchführt. Plk-4, ein Protein aus der Familie der Polo-ähnlichen Proteinkinasen, ist ein wichtiger Regulator für die Zentriol-Biogenese beim Menschen.
Zu Beginn der S-Phase beginnt ein Tochterzentrriol im rechten Winkel zur Basis jeder Zentriole zu wachsen.
Während G2 beenden die Töchterzentriolen typischerweise die Verlängerung. Die vier Zentriolen bleiben im Zentrosom dicht beieinander, bis die Zelle in die Mitose eintritt.
Zu Beginn der Mitose teilt sich das Zentrosom in zwei Teile, was auch als Zentrosomdisjunktion bekannt ist. Die beiden resultierenden Zentrosomen enthalten jeweils ein Paar Zentriolen und die perizentrioläre Matrix. Beide Zentrosomen keimen einen Satz von Mikrotubuli, hauptsächlich an der Mutterzentriole, und bilden zusammen die mitotische Spindel.
Der Lebenszyklus von Zentrosom und Chromosom ist in mehreren Aspekten ähnlich. Ihre Duplizierung erfolgt nur einmal pro Zyklus und beide duplizieren sich durch einen semikonservativen Prozess, bei dem eine neue Kopie aus der bereits vorhandenen übergeordneten Kopie erstellt wird.
Wie bei den Chromosomen wird auch eine Kopie des Zentrosoms nach der Teilung gleichmäßig auf jede Tochterzelle verteilt.
Eine übermäßige Zentrosomduplikation kann die mitotische Spindelassemblierung beeinträchtigen und dazu führen, dass sich die Chromosomen nicht richtig trennen, was zu Krankheiten wie Krebs führen kann.
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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.