35.6
המרכז העיקרי לארגון המיקרו-צינוריות (MTOC) בתאי בעלי חיים הוא הצנטרוזום. לצנטרוזום יש שני צנטריולים גליליים בליבה שלו. כל צנטרול מורכב מתשעה סטים של ש…
צנטרוזום הוא המארגן העיקרי של תא איקריוטי וממלא תפקיד חיוני ביצירת הציר המיטוטי, סידור דו-קוטבי של מיקרוטובולים המפריד בין כרומטידים אחים. שני מוטות הצירים נוצרים על ידי שני צנטרוזומים הממוקמים מנוגדים.
לפני מחזור התא, לעומת זאת, רוב תאי בעלי החיים מכילים רק צנטרוזום אחד בציטופלסמה. קומפלקס קינאז תלוי G1/S-cyclin או Cdk - המורכב מציקלין E ו- Cdk2 בתאי בעלי חיים - מסייע לעורר שכפול צנטרוזום כמו גם כניסה למחזור התא.
כל צנטריוזום מורכב משני צנטריולים, אשר עטופים על ידי מטריצה פריצנטריולרית חלבונית.
הכפילות הצנטרוזום מתחילה בשלב G1 המוקדם, כאשר ההפרדה מבצעת את ההתנתקות של שתי הצנטריולות. חלבון השייך למשפחת החלבון קינאז דמוי פולו, Plk-4, הוא וסת חשוב לביוגנזה צנטריולית בבני אדם.
סמוך לתחילת שלב S, צנטריול בת מתחיל לצמוח בזווית ישרה לבסיס של כל צנטריול.
במהלך G2, צנטריולות הבת בדרך כלל מסיימות להתארך. ארבע הצנטריולות נשארות קרובות זו לזו בצנטרוזום עד שהתא נכנס למיטוזה.
בתחילת המיטוזה, הצנטרוזום מתפצל לשניים, הידוע גם בשם ניתוק צנטרוזומים. שני הצנטרוזומים המתקבלים מכילים כל אחד זוג צנטריולים ואת המטריצה הפריצנטריולרית. שני הצנטרוזומים יוצרים גרעין של מיקרוטובולים, בעיקר בצנטריולת האם, ויוצרים יחד את הציר המיטוטי.
מחזור החיים של צנטרוזום וכרומוזום דומים בכמה היבטים. הכפילות שלהם מתרחשת רק פעם אחת בכל מחזור ושניהם משוכפלים בתהליך שמרני למחצה שבו עותק חדש מופק מעותק האב הקיים.
כמו כן, בדומה לכרומוזומים, עותק אחד של הצנטרוזום מופץ באופן שווה לכל תא בת לאחר החלוקה.
שכפול צנטרוזום מוגזם עלול לפגוע בהרכבת הציר המיטוטי ולגרום לכרומוזומים להיפרד בצורה לא נכונה, מה שעלול לגרום למחלות כמו סרטן.
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.