35.6
Duplicación del centrosoma
El principal centro organizador de microtúbulos (MTOC) en las células animales es el centrosoma. Un centrosoma tiene dos centriolos cilíndricos en su…
Un centrosoma es el principal organizador de microtúbulos de una célula eucariota y desempeña un papel vital en la formación del huso mitótico, una disposición bipolar de microtúbulos que separa a las cromátidas hermanas. Los dos polos del huso están formados por dos centrosomas colocados en sentido opuesto.
Sin embargo, antes del ciclo celular, la mayoría de las células animales contienen solo un centrosoma en el citoplasma. La quinasa dependiente de G1/S-ciclina o complejo Cdk, que consta de ciclina E y Cdk2 en células animales, ayuda a desencadenar la duplicación del centrosoma, así como la entrada en el ciclo celular.
Cada centrosoma consta de dos centriolos, que están encapsulados por una matriz pericentriolar proteica.
La duplicación del centrosoma comienza en la fase G1 temprana, cuando la separasa lleva a cabo la desacoplación de los dos centriolos. Una proteína perteneciente a la familia de las proteínas quinasas tipo polo, Plk-4, es un importante regulador de la biogénesis de los centriolos en los seres humanos.
Cerca del inicio de la fase S, un centriolo hijo comienza a crecer en ángulo recto con la base de cada centriolo.
Durante G2, los centriolos hijos suelen terminar de alargarse. Los cuatro centriolos permanecen muy juntos en el centrosoma hasta que la célula entra en mitosis.
Al comienzo de la mitosis, el centrosoma se divide en dos, lo que también se conoce como disyunción del centrosoma. Los dos centrosomas resultantes contienen cada uno un par de centriolos y la matriz pericentriolar. Ambos centrosomas nuclean un conjunto de microtúbulos, principalmente en el centriolo madre, formando colectivamente el huso mitótico.
El ciclo de vida del centrosoma y del cromosoma es similar en varios aspectos. Su duplicación ocurre solo una vez por ciclo y ambos se duplican a través de un proceso semiconservador en el que se produce una nueva copia a partir de la copia principal preexistente.
Además, al igual que los cromosomas, una copia del centrosoma se distribuye por igual a cada célula hija después de la división.
La duplicación excesiva del centrosoma puede afectar el ensamblaje del huso mitótico y hacer que los cromosomas se segreguen incorrectamente, lo que puede causar enfermedades como el cáncer.
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.