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Duplicazione del centrosoma
Il centro di organizzazione primario dei microtubuli (MTOC) nelle cellule animali è il centrosoma. Un centrosoma ha due centrioli cilindrici al centro…
Un centrosoma è il principale organizzatore di microtubuli di una cellula eucariotica e svolge un ruolo vitale nella formazione del fuso mitotico, una disposizione bipolare di microtubuli che separa i cromatidi fratelli. I due poli del fuso sono formati da due centrosomi posizionati in modo opposto.
Prima del ciclo cellulare, tuttavia, la maggior parte delle cellule animali contiene un solo centrosoma nel citoplasma. La chinasi G1/S-ciclina dipendente o complesso Cdk, costituito da ciclina E e Cdk2 nelle cellule animali, aiuta a innescare la duplicazione del centrosoma e l'ingresso nel ciclo cellulare.
Ogni centrosoma è costituito da due centrioli, che sono incapsulati da una matrice pericentriolare proteica.
La duplicazione del centrosoma inizia nella fase iniziale G1 quando la separasi effettua il disimpegno dei due centrioli. Una proteina appartenente alla famiglia delle protein chinasi polo-simili, Plk-4, è un importante regolatore per la biogenesi dei centrioli nell'uomo.
Verso l'inizio della fase S, un centriolo figlio inizia a crescere ad angolo retto rispetto alla base di ciascun centriolo.
Durante G2, i centrioli figli in genere terminano l'allungamento. I quattro centrioli rimangono vicini nel centrosoma fino a quando la cellula non entra in mitosi.
All'inizio della mitosi, il centrosoma si divide in due, che è anche noto come disgiunzione del centrosoma. I due centrosomi risultanti contengono ciascuno una coppia di centrioli e la matrice pericentriolare. Entrambi i centrosomi nucleano una serie di microtubuli, principalmente al centriolo madre, formando collettivamente il fuso mitotico.
Il ciclo di vita del centrosoma e del cromosoma sono simili sotto diversi aspetti. La loro duplicazione avviene una sola volta per ciclo ed entrambe si duplicano attraverso un processo semiconservativo in cui viene prodotta una nuova copia dalla copia madre preesistente.
Inoltre, come i cromosomi, una copia del centrosoma è equamente distribuita a ciascuna cellula figlia dopo la divisione.
Un'eccessiva duplicazione del centrosoma può compromettere l'assemblaggio del fuso mitotico e causare una segregazione impropria dei cromosomi, che può causare malattie come il cancro.
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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.